"В Японии с давних 
времен считают чай, 
собранный в восемьдесят 
восьмую ночь, целебным 
напитком, чудодейственным
лекарством, помогающим 
сохранить молодость".

Н. Федоренко.

"Взгляд в прекрасное".

КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА И ЧАЙНИК

:..Хорошая штука - настоящий свежезаваренный чай, ароматный напиток, в котором сложнейшая химия сочетается с таинством его воздействия на душу и настроение человека. Культура употребления чайного напитка насчитывает более чем четыре тысячелетия. На Востоке употребление чая возведено в ранг ритуала. И кто знает, сколько неторопливых бесед протекло на дружеских и официальных чаепитиях, сколько интересных и глубоких мыслей было высказано их участниками. Японцы - удивительные ценители прекрасного, умеющие сочетать искусство с рутиной обыденного дня, - видят в чайной церемонии некий таинственный способ успокоения души, слияния с Природой, может быть, неведомый нам путь познания мира... Попробуем и мы вглядеться в легкий "дымок", вьющийся над чашкой горячего чая, и поискать в нем нечто новое и удивительное. С поверхности чая все время вылетают молекулы воды. Происходит процесс испарения. Легкий шлейф - дымок пара над чашкой чая - это миллиарды испаряющихся молекул, средняя энергия которых выше, чем средняя энергия молекул в жидкости. Чтобы испарить 1 кг какой-нибудь жидкости, необходимо затратить энергию, и довольно приличную. Энергия эта называется удельной теплотой испарения. Измерена она экспериментально для огромного количества различных жидкостей, и данные эти сведены в специальные таблицы. К слову сказать, определение экспериментальным путем различных физических величин и составление таблиц на их основе - это большой и скрупулезный труд часто большого количества людей. Огромный труд, например, проделал Питер Барлоу при составлении своих математических таблиц, первое издание которых вышло в 1814 году. Различные степени целых чисел, квадратные корни, кубические корни и т. д. Какое терпение надо было иметь, чтобы проделать без электронной вычислительной машинки все эти расчеты, результаты которых заведомо не были выдающимся научным открытием. Но таблицы такие были очень нужны инженерам, астрономам, техникам. И П. Барлоу взялся за этот труд. Его таблицы многократно проверялись, улучшались, дополнялись. Последнее издание математических таблиц П. Барлоу в нашей стране было осуществлено в 1975 году. Может быть, прав был великий индийский философ Вивекананда, говоривший, что более всего ценен незаметный и кропотливый труд маленького муравья, ибо на заметном, выдающемся месте кто угодно может быть великим. Как же - мир на него смотрит! Но вернемся к нашим молекулам.

:..Зная количество молекул в 1 кг испарившейся жидкости и удельную теплоту испарения, нетрудно подсчитать среднюю энергию, необходимую для испарения одной молекулы. Для воды и спирта эта энергия оказывается порядка 10-19 джоуля (Дж). Итак, для перевода молекулы из жидкой фазы в газообразную требуется вполне определенная энергия. Но мы уже где-то встречались с этим. Ну конечно, при обсуждении сходства электрона с шариком на пружинке. Для перехода электрона с нижнего энергетического уровня на следующий тоже необходима вполне определенная энергия, равная h?, где h - постоянная Планка, а ? - частота поглощенной электроном электромагнитной волны. Вот вам еще одно удивительное сходство: двухфазная система жидкость - пар напоминает двухуровневую квантовую систему. Испаряясь, молекула приобретает некоторую дополнительную пропорцию энергии, а конденсируясь, возвращаясь обратно в жидкую фазу, отдает эту порцию в виде тепловой энергии молекулам жидкости. Конечно, есть и существенная разница. Излучённый фотон всегда определенным образом поляризован, то есть имеет характерную ориентацию векторов напряженностей электрического и магнитного полей относительно направления распространения волны. В случае же с молекулами жидкости ни о какой поляризации полученной или отданной энергии говорить нельзя. Это - самая обычная кинетическая энергия, переданная молекуле или отобранная у нее. Что еще общего с двухуровневой квантовой системой можно усмотреть в чашке чая? Как известно, электромагнитная волна резонансной частоты, проходящая через двухуровневую квантовую систему, изменит разность населенностей ее уровней. Если система инверсна (на верхнем уровне электронов больше, чем на нижнем), то волна "посбивает" часть электронов с верхнего уровня на нижний и сама усилится за счет их излучения.

:..Если же на нижнем уровне электронов больше, чем на верхнем, то волна может забросить часть электронов на верхний уровень, потеряв при этом "силы", то есть значительно уменьшив свою амплитуду. Не происходит ли что-то похожее с системой жидкость - пар? Нечто в этом роде действительно происходит, если в качестве внешнего возмущения выбрать акустическую волну. Рассмотрим жидкость, находящуюся в равновесии со своим паром. Равновесное состояние означает, что поток испаряющихся молекул равен потоку молекул, возвращающихся обратно в жидкость. Такой пар называется насыщенным и характеризуется вполне определенной величиной давления, называемого давлением насыщения. Давление насыщения зависит от температуры. Пар обладает одной интересной особенностью. Пока давление пара не достигло давления насыщения, он ведет себя как самый обычный газ - подчиняется уравнению газового состояния, его можно сжимать, нагревать, и все эти процессы будут происходить в соответствии с хорошо известными школьными законами. Но стоит вам в процессе охлаждения или сжатия пара достичь давления насыщения и попытаться пересечь этот рубеж в сторону увеличения давления, как пар откажется вести себя, как обычный газ, и начнет конденсироваться. При этом давление несконденсировавшейся части пара останется равным давлению насыщения. Итак, ясно, что произойдет, если вы будете пропускать через насыщенный пар акустическую волну. В тех местах, где волна попытается повысить давление, произойдет конденсация насыщенного пара. Правда, в следующее мгновение (через полпериода) фаза сжатия сменится фазой понижения давления, но процесс испарения протекает значительно медленнее процесса конденсации. В итоге, через некоторое время в насыщенном паре появятся мельчайшие капельки тумана - сконденсировавшейся воды. Так что в этом случае мы опять имеем дело с процессом, похожим на сброс электронов электромагнитной волной с верхнего уровня на нижний. В старинных грузинских преданиях говорится, что в случае приближения туч к полям и виноградникам, давно не видевшим дождя, в деревнях начинали звонить в колокола. Для чего? Просили Бога о дожде или знали, что вслед за колокольным звоном может появиться долгожданная влага? Вряд ли слабые акустические возможности деревенского колокола могли вызвать значительную конденсацию. Это сомнение подтверждают и численные оценки, но если дождь "созрел", "навис", как говорится, то, возможно, и слабого возмущения достаточно для того, чтобы вызвать лавинную конденсацию.