Как лучина освещает комнату? Как появилась лампочка? Насколько фантастичны события фильма «Интерстеллар»? Этим вопросам был посвящён вечер «Наука всегда кстати», который прошёл 24 апреля в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Саратова.

«Интерстеллар»: научный и не очень

Началась «Наука всегда кстати» с интеллектуальной игры по фильму «Интерстеллар». Как из сингулярностей появляются кротовые норы, и почему они не противоречат законам физики? Насколько в космосе может замедляться время? Гости разобрались в вопросах астрофизики, обсудили темы экологии и погрузились в работу режиссёра Кристофера Нолана, сценариста Джонатана Нолана и научного консультанта Кипа Торна над фильмом.

Игроки узнали, что массовая гибель растений из начала фильма – маловероятный, но всё же реальный сценарий. А вот манёвр у чёрной дыры Гаргантюа вокруг нейтронной звезды, чтобы сбросить скорость корабля, недостоверен. В реальности такой гравитационный маневр возможен в случае с двумя чёрными дырами – нейтронная звезда разорвала бы корабль «Рейнджер».

Гостья ИЦАЭ Анжелика Волконская отметила, что «Адреналин» замотивировал её пересмотреть фильм: «Игра очень вовлекла, вопросы действительно повысили адреналин в крови. Появилось желание пересмотреть фильм – но уже более вдумчиво, с пониманием деталей и их научной достоверности или недостоверности».

Приручение фотонов

Как светили в древности лампады и лучины? Что такое p-n-переход и причём тут светодиодные лампы? Насколько необычным может быть освещение в будущем? Ответы на эти вопросы дал Георгий Сахаджи, кандидат технических наук, директор конструкторского бюро АО «НПП «Контакт», заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники Саратовского университета.

«Что такое свет? Это поток фотонов, которые находятся в постоянном движении. Всё, что мы видим вокруг, это отражённые от объектов фотоны, которые попадают на рецепторы глаз», – начал Георгий. Природные источники фотонов – солнце и луна, а также огонь.

Эксперт объяснил, почему огонь даёт свет. Огонь – это химическая реакция окисления. Топливо (дрова, масло, воск) нагревается, и его атомы начинают двигаться быстрее. На большой скорости они сталкиваются друг с другом, получают энергию и переходят на более высокие уровни. Чтобы вернуться на обычный уровень, нужно выпустить лишнюю энергию – именно она и выходит в виде фотонов.

Именно с огнём связаны первые искусственные источники света. Это не только костры и факелы, но и лучины – тонкие деревянные щепки на подставке, лампады – сосуды с маслом и горящим фитилём, свечи из пчелиного воска.

Лампу Ильича изобрёл не Ильич

«В конце XVIII века люди научились управлять электричеством, и началась эпоха новых изобретений, в том числе и новых источников света», – отметил Георгий Сахаджи. Он рассказал об Александре Николаевиче Лодыгине, который первым сконструировал лампу накаливания для применения в быту. Между двумя электродами он расположил угольный стержень, а всю конструкцию поместил в герметичный сосуд. Современные лампы накаливания с вольфрамовыми пружинками-стержнями – это тоже изобретение Александра Лодыгина.

А вот в лампе Павла Николаевича Яблочкова светит не нить накаливания, а электрическая дуга. Свеча Яблочкова требовала много электроэнергии, поэтому не прижилась.

«Почему лампы накаливания называют лампочками Ильича? Ведь ни Лодыгин, ни Яблочков, ни даже Эдисон не имели этого отчества, – спросил Георгий Сахаджи. – Здесь Ильич – это Владимир Ильич Ленин, который начал массовую электрификацию деревень».

Позитив + негатив = свет

Георгий Сахаджи объяснил принцип работы люминесцентных (ртутных) и галогенных (ксеноновых) ламп и подробно остановился на работе светодиодного освещения.

В XX веке активно начали использовать процесс перехода электронов между двумя материалами при приложенном напряжении – p-n-переход. Именно из-за него работают светодиодные лампы.

Как это присходит? В диоде находится кристалл полупроводника с двумя областями разной проводимости: с дефицитом электронов (дырочная, или p-тип от англ. positive) и с избытком электронов (электронная, или n-тип от англ. negative). Когда через этот кристалл проходит небольшое напряжение, электроны разгоняются, взаимодействуют с ионами p-типа и выпускают лишнюю энергию в виде фотонов.

Освещение будущего

В конце лекции Георгий обсудил с гостями варианты освещения будущего. Гости вспомнили новости о светящихся генно-модифицированных наземных растениях и водорослях, сказали о необходимости убрать вредный синий свет из существующих ламп, пофантазировали об инфракрасном зрении и зеркальных спутниках, которые могут стать «второй луной».

Слушателя лекции Алексея Стрельцова очень привлекла практическая часть лекции: «Я музыкант по образованию, но в последнее время заинтересовался электричеством, даже начал паять. Мне понравилось, что лекция была с экспериментами. Мы посмотрели на горение лучины и лампады, старых и новых лампочек, а ещё измерили температуру и яркость всех этих приборов».

А Светлану Сидоровичеву впечатлили новые факты об освещении: «Всегда интересно узнавать что-то новое, а особенно о привычных вещах, таких как светодиодные лампы, например».