Самый долгий эксперимент длится 99 лет и идёт прямо сейчас

В 1927 году австралийский физик Томас Парнелл залил нагретую смолу в стеклянную воронку — и создал эксперимент, который продолжается по сей день, а за самим процессом сегодня можно наблюдать в прямом эфире. За почти сто лет из воронки упало всего девять капель. Десятая формируется прямо сейчас, а в 2027 году опыт отметит столетие. В чём же смысл опыта, спросите вы?

Самый долгий научный эксперимент в истории всё ещё открывает нам тайны физики.

Как начался эксперимент, который длится почти 100 лет

Самая известная версия эксперимента была начата в 1927 году Томасом Парнеллом из Университета Квинсленда в Брисбене, Австралия, чтобы продемонстрировать студентам, что некоторые вещества, которые выглядят твёрдыми, на самом деле являются чрезвычайно вязкими жидкостями. Парнелл выбрал для этого пек — другое название битума или асфальта. При комнатной температуре это вещество кажется абсолютно твёрдым: если ударить по нему молотком, оно расколется, как стекло. Но стоит его нагреть — и оно станет текучим.

Парнелл залил нагретый образец пека в запечатанную стеклянную воронку и дал ему остыть и осесть в течение трёх лет. В 1930 году дно воронки было вскрыто, и пек начал течь. Вернее, начал пытаться: первая капля упала только через восемь лет — в декабре 1938 года.

Еще больше познавательных материалов вы найдете в нашем Telegram-канале. Обязательно подпишитесь!

Идея Парнелла была не столько научным прорывом, сколько педагогическим приёмом. Он хотел, чтобы студенты поняли: граница между «твёрдым» и «жидким» — не всегда очевидна. Некоторые вещества просто текут настолько медленно, что мы не замечаем их движения на протяжении всей жизни. Ещё один яркий и неочевидный пример этого — стекло — его тоже считают жидкостью.

Почему твёрдая смола течёт как очень густая жидкость

Чтобы понять масштаб происходящего, нужно разобраться с понятием вязкости — это мера того, насколько сильно жидкость сопротивляется течению. Вода течёт легко. Мёд сопротивляется куда сильнее. А пек сопротивляется так яростно, что одна капля может формироваться больше десяти лет.

Восьмая капля упала 28 ноября 2000 года, и это позволило экспериментаторам рассчитать, что вязкость пека примерно в 230 миллиардов раз превышает вязкость воды. Для сравнения: мёд всего в 2 000–10 000 раз более вязкий, чем вода. То есть пек «гуще» мёда примерно в 20–100 миллионов раз. Именно поэтому капли падают так редко.

Ключевой фактор в этом эксперименте — вязкость, то есть мера сопротивления жидкости течению. Вода течет легко, мед сопротивляется, а смола сопротивляется настолько сильно, что для отделения одной капли может потребоваться более десяти лет.

Среднее время для первых семи капель составляло примерно 8 лет. Однако после седьмой капли в июле 1988 года интервал увеличился. Восьмая капля упала в ноябре 2000-го — через 12,3 года, а девятая — в апреле 2014-го, ещё через 13,4 года. Причина — в здании установили кондиционирование воздуха, которое понизило среднюю температуру и увеличило вязкость.

Для вещества вроде пека разница в несколько градусов имеет огромное значение. Это как замедлить и без того невообразимо медленный процесс ещё сильнее. А вообще у материи есть больше необычных форм, чем привычные «твёрдое, жидкое и газообразное»: например, существуют необычные состояния вещества.

Почему никто не видел падение капли за почти 100 лет

Эксперимент с битумной каплей знаменит не только своей невероятной медлительностью, но и поразительным невезением наблюдателей.

Парнелл показывал установку поколениям студентов, но сам умер в 1948 году, так и не увидев падения капли своими глазами. Аппарат мог бы навсегда остаться забытой диковинкой, если бы не физик Джон Мейнстоун, который обнаружил его, когда коллега сказал: «У меня тут кое-что странное в шкафу».

Джон Мейнстоун был хранителем эксперимента 52 года. Он вернул установку на публичное обозрение и превратил её в одну из самых любимых лабораторных достопримечательностей мира. Но и ему не удалось лично увидеть ни одного падения капли.

Хранитель эксперимента Джон Мейнстоун рядом с установкой

Эксперимент с битумной каплей не делает поправок на выходные (капля 1979 года), перерывы на кофе во время конференций (1988 год) и сломанные видеокамеры (2000 год). В 2000 году на установку направили веб-камеру, чтобы наконец зафиксировать исторический момент. Но технические проблемы помешали записать падение капли в ноябре 2000 года.

Мейнстоун умер 13 августа 2013 года в возрасте 78 лет после инсульта — всего за несколько месяцев до того, как девятая капля наконец отделилась в апреле 2014 года.

Шнобелевская премия за самый долгий эксперимент

В октябре 2005 года Мейнстоун и Парнелл были удостоены Шнобелевской премии по физике — пародии на Нобелевскую — за эксперимент с битумной каплей. Эта награда вручается за работы, которые «сначала заставляют смеяться, а потом — задуматься», и у неё давно есть собственная коллекция нелепых научных изысканий. Мейнстоун получил свою Шнобелевскую премию из рук настоящего нобелевского лауреата — Шелдона Глэшоу (Нобелевская премия по физике 1979 года).

После смерти Мейнстоуна хранительство перешло к профессору Эндрю Уайту. Уайт принял важное решение: девятая капля коснулась восьмой 12 апреля 2014 года, но всё ещё оставалась прикреплена к воронке. 24 апреля Уайт решил заменить стакан с предыдущими восемью каплями, пока девятая не слилась с ними — иначе дальнейшее формирование капель было бы навсегда нарушено.

Кстати, именно дублинский аналог эксперимента в Тринити-колледже стал первым, на котором падение битумной капли удалось записать на камеру — это произошло 11 июля 2013 года.

Где ещё проводят эксперименты с битумной каплей

Квинслендский опыт — самый знаменитый, но далеко не единственный. Похожий эксперимент начался в Тринити-колледже в Дублине в октябре 1944 года. В 2014 году в Университете Аберистуита в Уэльсе был заново обнаружен эксперимент, начатый ещё в 1914 году — на 13 лет раньше квинслендского. Но пек там более вязкий, и первая капля ещё ни разу не упала — по прогнозам, ждать придётся более тысячи лет.

Университет Сент-Эндрюс запустил свой эксперимент тоже в 1927 году, независимо от Парнелла, но там пек течёт непрерывным, хотя и крайне медленным потоком, а не отдельными каплями.

Эксперименты с битумной каплей проводятся в нескольких университетах мира

Ещё одна демонстрация с пеком в воронке была начата в 1902 году в Королевском шотландском музее в Эдинбурге, но её история задокументирована лишь частично. А в Хантерианском музее Университета Глазго хранятся две демонстрации лорда Кельвина из XIX века: он клал пули поверх блюда с пеком и пробки на дно — со временем пули тонули, а пробки всплывали. Наука вообще любит странные эксперименты, особенно когда они выглядят почти абсурдно.

Когда упадёт десятая капля и что происходит сейчас

Эксперимент, который задумывался как простая учебная демонстрация, пережил своего создателя, своего главного хранителя и несколько поколений студентов. В 2027 году исполнится ровно сто лет с того момента, как Парнелл впервые залил пек в воронку.

Эксперимент занесён в Книгу рекордов Гиннесса как самый долго идущий непрерывный лабораторный эксперимент, и ожидается, что пека в воронке хватит ещё как минимум на сто лет. А сейчас с экспериментом происходит кое-что любопытное: десятая капля формируется быстрее, чем две предыдущие. Всего упало девять капель, и всё внимание приковано к десятой, которую ожидают где-то в 2020-х годах.