Все, что занимает хоть какое-нибудь простран­ство в любом месте Вселенной, называется мате­рией. Существует три состояния материи: твердое, жидкое и газообразное.

Материя также делится на органическую и не­органическую. Растения, животные, люди являют­ся образцами живой материи. Дрова, одежда из хлопка и шерсти, гречневая крупа также относят­ся к ней, ибо когда-то они являлись частью како­го-то живого существа. Все остальное: железо, медь, стекло, вода, воздух и т.д. — представляет собой неорганическую материю.

Любая материя, вне зависимости от ее формы или состояния, состоит из атомов. Сами же ато­мы в своем составе имеют центральное ядро и вращающиеся вокруг него электроны. Электроны — это маленькие, находящиеся в постоянном движении частички электричества.

Хотя атомы настолько малы, что человеку да­же не под силу представить себе их размеры, тем не менее между ядром и электронами имеется значительное пустое пространство. По объему оно намного превышает суммарный объем частиц, из которых построен атом. Таким образом получает­ся, что материя на самом деле представляет собой в основном пустоту! Неважно, будь то человек или кирпичная стена. Если бы из вас удалить все пустое пространство, оставив лишь саму твердую основу, то вы бы уменьшились до размеров кро­шечной таблетки.

Если бы все атомы были одинаковыми, то в мире существовал бы лишь один вид материи. Од­нако их существует более ста разновидностей, каждая из которых отдельно от других образует простейший вид материи, называемый элемен­том. Золото, железо, йод, кислород, медь в чис­том виде представляют собой отдельные элемен­ты.

Материя, построенная из комбинаций различ­ных атомов, соединяющихся друг с другом проч­ными связями, называется веществом. Малейшая частица вещества называется молекулой. Чем бли­же друг к другу располагаются атомы и молеку­лы, тем более «плотным» является данный вид материи. Чем плотнее материя, тем она тяжелей. Поэтому, например, золото тяжелей древесины.

Материя может переходить из одного состоя­ния (твердого, жидкого или газообразного) в дру­гое. Ее нельзя полностью уничтожить, однако можно превратить в энергию.

Большинство людей полагают, что вакуум — это пространство, в котором абсолютно ничего нет.

Однако, как утверждают ученые, подобное просто невозможно. Они считают, что не сущест­вует такого места, где не было б вообще никакой материи: ни единой молекулы газа или частички пыли. Таким образом, вакуум в действительности является пространством, где очень мало материи. Глубокий вакуум означает почти полное ее отсут­ствие. Однако главную роль в этой фразе играет слово «почти».

Одним из наиболее простых способов получе­ния вакуума является откачка воздуха из сосуда, в котором он и создается. В настоящее время су­ществуют достаточно мощные насосы, способные создавать очень глубокий вакуум, необходимый как для научных, так и для различных производ­ственных целей. Такие насосы, например, создают вакуум в электрических лампочках при их произ­водстве. Если б в лампочке оставался кислород, содержащийся в воздухе, то при ее включении нить накаливания сгорела бы за долю секунды.

В самых современных лампочках удается отка­чать при помощи вакуумных насосов почти весь воздух. То же самое можно сказать и об элект­ронных лампах в телевизорах или радиоприемни­ках, в которых перед запайкой отсасывают как можно больше воздуха.

Другим хорошо знакомым всем предметом, в котором используется вакуум, является обычный термос. Он имеет двойные стенки, в промежутке между ними создается вакуум. Поскольку количество молекул газа в этом пространстве невелико, они находятся на большом расстоянии друг от друга, и тем самым передача тепла между ними уменьшается. Поэтому, если в жаркий летний день налить в термос холодное молоко, оно оста­нется холодным. И наоборот, горячий чай не ос­тынет в термосе, даже в самую морозную погоду.

Сотни лет люди мечтали создать механизм, который, будучи однажды приведенным в движе­ние, продолжал бы его, выполняя полезную рабо­ту, при этом не черпал бы энергию из внешнего источника. Однако каждая из известных нам ма­шин требует наличия источника энергии. Напри­мер, крылья ветряных мельниц вращаются за счет энергии ветра, а двигатели автомобиля работают, используя энергию, высвобождаемую при сжига­нии топлива.

Идея вечного двигателя заключается в том, что в процессе своей работы он должен сам для себя производить энергию. Другими словами, вся­кий раз, совершая полный цикл, то есть возвра­щаясь в исходное состояние, он должен произве­сти больше энергии, чем употребил.

Большинство людей, пытавшихся придумать вечный двигатель, исходили из каких-либо прак­тических соображений. Они думали о том, как за­мечательно было бы, если б механизм качал воду или молол зерно, не требуя никаких затрат энер­гии.

Возможно ли создание такого двигателя? Лю­бой ученый ответит вам на этот вопрос отрица­тельно, ибо существование подобного механизма противоречило бы одному из самых главных за­конов природы: закону сохранения энергии. Со­гласно этому закону, энергия в природе не созда­ется и не уничтожается. Энергия может перехо­дить из одной формы в другую, высвобождаться, накапливаться или рассеиваться. Однако ее нельзя создать, и это означает, что всякий механизм должен иметь источник энергии.

За историю человечества были предприняты тысячи попыток решить задачу создания вечного двигателя. Они начались задолго до того, как был открыт закон сохранения энергии. Даже после то­го как это произошло, появлялось немало сооб­щений о том, что подобный аппарат наконец-то удалось сконструировать. Однако в каждом таком случае впоследствии обнаруживались ошибки изо­бретателя или простое жульничество.

Звук порождается механическими колебания­ми. Однако для того, чтобы эти колебания стали слышны, они должны происходить в какой-нибудь среде: воздухе, жидкости или твердом теле. Бла­годаря среде звук колебаний может достичь уха слушателя.

Колебания могут быть правильными, то есть, другими словами, объект создает в среде волны, следующие через строго определенные временные промежутки. В этом случае результатом является мелодичный звук. Однако, если колебания непра­вильны, то их воздействие на наши уши доставля­ет гораздо меньше удовольствия. Звук, являю­щийся результатом подобных колебаний, называ­ется шумом.

Звуки отличаются друг от друга по громкости, высоте и тембру. Громкость звука зависит частью от удаления уха слушателя от звучащего объекта, а отчасти от амплитуды колебания последнего. Слово амплитуда означает расстояние, которое проходит тело от одной крайней точки до другой во время своих колебаний. Чем больше это рас­стояние, тем громче звук.

Высота звука зависит от быстроты или частоты колебаний тела. Чем больше колебаний совершает объект за одну секунду, тем выше производимый им звук.

Однако два звука, абсолютно совпадающие по громкости и высоте, могут отличаться друг от друга. Музыкальность звука зависит от числа и силы обертонов, присутствующих в нем. Если за­ставить струну скрипки колебаться вдоль всей длины так, чтобы при этом не возникало никаких дополнительных колебаний, то будет слышен са­мый низкий тон, который она только способна произвести. Этот тон называется основным. Одна­ко, если на ней возникнут дополнительные коле­бания отдельных частей, то появятся дополни­тельные более высокие ноты. Гармонируя с ос­новным тоном, они создадут особенное, скрипич­ное звучание. Эти более высокие по сравнению с основным тоном ноты и называются обертонами. Они-то и определяют тембр того или иного звука.

Свет является одной из самых больших тайн мира, в котором мы живем. Сотни лет ученые специально изучают его, но так до сих пор и не знают точно, что же он из себя представляет. Единственное, что удается, это описать свет с точки зрения его поведения.

Нам известно, что свет — одна из форм суще­ствования энергии. Подобно тому, как это имеет место с некоторыми другими формами энергии — теплом, радиоволнами, рентгеновскими лучами, можно измерить его скорость, частоту и длину волны. Во многих других отношениях он ведет себя так же, как и эти формы энергии.

Мы знаем скорость света, она составляет при­мерно 300 000 километров в секунду. Таким об­разом, за год лучи света (в вакууме) проходят около 9 461 000 000 000 километров. Такое рас­стояние астрономы называют световым годом, и оно является главной единицей измерения бес­крайних просторов космоса.

Было создано множество теорий, пытающихся объяснить, что такое свет и как он существует. В XVII веке знаменитый английский ученый Исаак Ньютон сделал предположение, что свет состоит из маленьких частичек — «корпускул», нечто вро­де крошечных пуль, вылетающих из источника света, как из дула автомата. Однако его «корпу­скулярная» теория света оказалась неспособной объяснить некоторые особенности его поведения.

Примерно в это же самое время другой уче­ный — Христиан Гюйгенс — развил волновую те­орию света. Его идея заключалась в том, что от­ражающее излучающее свет тело создает вокруг себя колебания или волны, похожие на круги волн, расходящиеся по спокойной поверхности пруда, если в него уронить камень.

Споры между сторонниками этих двух теорий не замолкали на протяжении двух веков. По мере того, как становились известны определенные особенности света, идея корпускулярной природы света казалось начала отмирать.

Однако развитие науки продолжалось, и, в конце концов, ученые пришли к выводу, что при­рода света может быть объяснена только объеди­нением двух теорий. Экспериментальные исследования показали, что каждая из них может быть справедлива. Начало объединенной теории поло­жил французский физик Луи де Бройль, который ввел понятие волна-частица. Таким образом, точного и однозначного ответа на вопрос, что та­кое свет, просто не существует.

Мы называем обычный солнечный свет белым, ибо он кажется нам таковым. Однако на самом деле в нем имеются различные цвета.

Когда солнечный свет попадает на скошенный торец зеркала, грань стеклянной призмы или по­верхность мыльного пузыря, то нам удается уви­деть в нем целый набор цветов. В каждом из этих случаев происходит то, что белые лучи распада­ются в соответствии с длинами волн на красные, оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие и фиолетовые цвета.

В результате перед нашими глазами предстает полоска, состоящая из параллельных линий раз­ного цвета, причем на их границах один цвет плавно переходит в другой. Такая полоска назы­вается спектр. Красная линия всегда находится на одном конце спектра, а фиолетовая — на дру­гом. Это определяется различием длины волн лу­чей различного цвета: она возрастает от фиолето­вого к красному.

Радуга, по сути дела, и является таким спект­ром, раскинувшимся дугой по небу.

Солнечные лучи, проникая в капли воды, пре­ломляются, то есть распадаются на составные части, как это происходит, когда они проходят через стеклянную призму. Уже внутри самой кап­ли мы видим линии разных цветов, протянувшие­ся от одного ее края до другого. Часть цветных лучей отражается от задней стенки капли и выхо­дит из нее.

Эти лучи отражаются под различными углами в зависимости от цвета, точнее, как нам уже из­вестно, длины волны. Поэтому, глядя на радугу, вы видите, что на вершине ее всегда красный цвет, а внизу — фиолетовый.

Радугу можно наблюдать только когда одно­временно идет дождь и светит солнце, как часто бывает во время летних ливней. Чтобы увидеть ее, следует находиться между дождем и солнцем, светящим у вас из-за спины. Причем солнце, ваш глаз и центральная точка разноцветной дуги дол­жны располагаться на одной прямой.

Каждое живое существо на нашей планете, будь то животное или растение, производит по­томство только того же вида, к которому относит­ся само. Это происходит именно так вследствие действия законов наследственности.

Сказанное выше отнюдь не означает, что по­томок двух родителей обязательно должен похо­дить на них по своему внешнему виду, физиче­скому или умственному развитию. Эти различия также вытекают из законов наследственности.

Каждое существо отличается от других инди­видуальным набором черт — признаков наследст­венных и приобретенных. Наследственными при­знаками являются такие, которые формируются у данной особи в тот самый миг, когда ее жизнь за­рождается, причем источник их находится внутри нее самой. Изучением всех вопросов, связанных с наследственностью, занимается наука генетика. Начало ей было положено благодаря работам авс­трийского монаха и ученого Грегора Менделя, жившего в середине XIX века.

В своем саду Мендель ставил эксперименты по наследственности у сладкого гороха. Он обнару­жил, что целый ряд различных факторов опреде­ленным образом влияет на то, какое потомство вырастает из семян, полученных от взрослых рас­тений. В то время, однако, Мендель не мог уста­новить истинную природу этих факторов. Это было сделано его последователями, назвавшими их генами. Признание истинности учения Менделя произошло не сразу. Лишь в 1900 году, шестнад­цать лет спустя после его смерти, другие ученые осознали важность сделанных им открытий. Пра­вила, сформулированные на основе этих откры­тий, получили название законов Менделя.

Цветки являются органами размножения по­крытосеменных (цветковых) растений. Другими словами, цветок предназначен для образования пыльцы или семян данного растения или и того, и другого.

Самыми главными частями цветка являются пестики и тычинки. Во многих цветках (но не во всех) имеются и пестик (один или несколько), располагающийся в центре, и окружающие его со всех сторон тычинки.

В утолщении на нижнем конце пестика нахо­дятся маленькие тельца, называемые семяпочка­ми, каждая из которых при благоприятных обсто­ятельствах способна развиться в семя. Наиболее важная часть семяпочки — крошечная яйцеклет­ка. Яйцеклетки настолько малы, что их удается разглядеть только под микроскопом.

Каждая тычинка заканчивается мешочком, со­держащим пыльцу. Когда наступает период раз­множения, эти мешочки открываются, и пыльца, имеющая вид мелко измельченного порошка, как правило желтого цвета, попадает в окружающий мир.

Для зарождения семян необходимо, чтобы пы­линки каким-то образом попали на пестик. Про­цесс переноса пыльцы с тычинок на пестики, вне зависимости от того как он осуществляется, назы­вается опылением.

Существует немало различных способов опы­ления. Наиболее простой — это когда пыльца са­ма собой стряхивается на пестик: такой способ называется самоопылением. Однако все же чаще в этом процессе принимают участие ветер или на­секомые.

Ветром опыляется большинство травянистых растений (не только простые луговые травы, но и пшеница и другие злаки). Механизм протекающе­го при этом процесса весьма прост. Ветер раска­чивает растение, сбивая пыльцу с тычинок, под­хватывает ее и разносит по всему полю или лугу. Часть ее оседает на пестиках, в которых происхо­дит оплодотворение яйцеклеток, то есть зарожде­ние семян.

Очень часто опыление осуществляется при по­мощи насекомых. Обычно это имеет место у тех растений, цветки которых обладают яркой окра­ской или сильным ароматом, чем и привлекают к себе насекомых. Те опускаются на цветки в по­исках нектара, из которого они делают мед, и пыльцы, служащей для них пищей. При этом часть пыльцы прилипает к их тельцам и крылыш­кам, а затем, когда пчела, бабочка или шмель перелетают к следующему цветку, то они невольно стряхивают ее на пестик последнего.

Лед образуется, когда температура окружаю­щей среды становится достаточно низкой, и вода замерзает, при этом заметно увеличиваясь в объе­ме. Известно, что из десяти литров воды получа­ется примерно одиннадцать литров льда.

Способность любого тела плавать или тонуть в воде определяется в соответствии с принципом, впервые сформулированным Архимедом, древне­греческим ученым, жившим в III веке до н.э. Он открыл закон, который впоследствии получил на­звание закона Архимеда. В нем утверждается, что всякое тело, погруженное в жидкость, выталкива­ется на поверхность с силой, равной весу вытес­ненной телом жидкости.

Дерево в среднем вдвое легче воды, поэтому деревянный брусок удерживается на плаву коли­чеством воды, равным половине его собственного объема. Кора пробочного дуба впятеро легче во­ды, а лед — примерно на одну десятую. Вот поче­му айсберг на девять десятых погружен в воду, и на самом деле он гораздо больше, чем нам кажет­ся.

Когда температура окружающей среды лишь ненамного ниже точки замерзания воды, то есть нуля градусов по шкале Цельсия, лед можно рас­топить без дополнительного нагревания, путем увеличения давления. При снятии добавочного давления, однако, вода снова замерзает. Так, на­пример, когда, набрав пригоршню снега, вы сжи­маете его в руках, чтобы слепить снежок, часть снежинок при этом плавится, превращаясь в воду, которая вновь замерзает, стоит вам лишь разжать ладони.

Расширение воды при образовании льда при­водит к высвобождению значительной силы. Вода, из года в год заполняющая маленькую трещину в скале, превращаясь зимой в лед, увеличивается в объеме и в конце концов способна расколоть ог­ромную глыбу из гранита! Этот процесс играет важную роль в выветривании и разрушении гор­ных пород. Человек издавна научился использо­вать эту силу в своих целях. В огромных камено­ломнях в Финляндии рабочие-каменотесы без особых усилий расщепляют гигантские обломки скал, заполняя имеющиеся в камне трещины во­дой и затем дожидаясь, пока она замерзнет.

Когда какой-либо объект тянут или толкают так, что он изменяет свое положение (или с ним вообще происходят какие-то изменения), то гово­рят, что к нему прикладывают силу. Представь­те, что вы тащите по земле тяжелое бревно, ис­пользуя силу собственных мускулов. Стоит вам разжать руки, и оно неподвижно замрет на месте. Однако, допустим, вы катите то же самое бревно перед собой, вместо того чтобы тащить его. В этом случае оно будет продолжать некоторое вре­мя двигаться вперед, после того как вы переста­нете толкать его. За счет чего это происходит?

Объяснение этому эффекту впервые было дано Исааком Ньютоном, создателем теории сил, авто­ром знаменитых законов Ньютона. Для этого он впервые ввел в обращение термин инерция. Инер­ция, которой обладает любое тело, заставляет его продолжать двигаться, когда действие силы, вы­звавшей это движение, уже прекращено. В таком случае, при условии отсутствия сил сопротивле­ния, тело должно перемещаться дальше по пря­мой линии с той же скоростью, что и на момент прекращения действия силы. Так будет до тех пор, пока оно не подвергнется воздействию дру­гой силы. Что такое инерция, вы можете испытать на себя, когда автобус, на котором вы едете, рез­ко тормозит, и ваше тело наклоняется вперед, стремясь продолжать движение.

Давайте теперь перейдем к центробежной си­ле. Заметим сразу, что любому из нас доводилось иметь с ней дело на практике. Мы замечаем ре­зультат ее действия всякий раз, наблюдая за объ­ектом, движущимся по кривой траектории. На­пример, вы сидите в том же самом автобусе, ког­да он внезапно поворачивает за угол. Возможно, что через мгновение вы обнаружите, что, слетев с сидения, вы беспомощно растянулись в проходе. Никто не толкал вас: просто вы попали под дей­ствие центробежной силы.

Природу этой силы можно объяснить, исполь­зуя понятие инерции. Дело в том, что когда авто­бус заворачивает, то ваше тело стремится дви­гаться по прямой в прежнем направлении и выйти за пределы окружности, частью которой является дуга, описываемая автобусом при повороте. Сле­дует знать, что центробежная сила всегда толкает объект именно в этом направлении.

Поэтому, поворачивая на велосипеде влево или вправо, вы наклоняетесь в ту же самую сто­рону. Тем самым вы уравновешиваете центробеж­ную силу и не позволяете ей опрокинуть вашу машину.

Как вы полагаете: есть ли что-нибудь, что объединяет воробья, акулу, питона, лягушку, со­баку и человека? Вы правы, если ответили на этот вопрос утвердительно, потому что такой об­щий для всех вышеперечисленных существ при­знак имеется. Заключается он в том, что у них всех есть позвоночник.

Позвоночник представляет собой не целую кость, а вытянутую цепочку из последовательно соединенных между собой маленьких косточек — позвонков. Наличие или отсутствие его оказыва­ется столь важным обстоятельством, что все жи­вотные, обладающие позвоночником, выделяются учеными в особый тип позвоночных. Все же ос­тальные животные — моллюски, насекомые, черви и прочие — относятся к непозвоночным.

У истинных позвоночных к одному из концов позвоночника присоединяется череп, похожий на пустую коробку из кости. В нем содержится голо­вной мозг животного. К нему вдоль позвоночного столба тянутся толстые пучки нервов, спрятанные в углублениях на позвонках. Эти пучки образуют спинной мозг. К спинному мозгу со всех сторон присоединяются более тонкие нервы, окончания которых имеются на каждом участке тела позво­ночного животного.

Другой характерный признак позвоночных — наличие кровеносной системы, то есть соединен­ных между собой кровеносных сосудов, по кото­рым кровь разносит питательные вещества и кис­лород, добираясь до каждой клеточки организма. Мелкие сосуды, сливаясь, образуют более круп­ные — вены и артерии, главные из которых тя­нутся к центру кровеносной системы — сердцу.

Позвоночные отличаются от прочих животных и своим хорошо развитым опорно-двигательным аппаратом, состоящим помимо скелета из муску­лов и сухожилий.

К позвоночному столбу прикрепляются ребра и кости, на которых держатся конечности. Число ко­нечностей у позвоночного никогда не превышает четырех, а у некоторых животных, например у змей, они и вовсе отсутствуют. Эти конечности мо­гут иметь различный вид. птиц одна пара конечно­стей превратилась в процессе эволюции в крылья, а у человека одна — в руки, а другая — в ноги.

Типичные представители позвоночных являют­ся обладателями хвостов. Однако точно так же, как некоторые из них, развиваясь, утратили ко­нечности, человек на ранних стадиях своего су­ществования лишился хвоста.

Вирусы — это крошечные частички, которые вызывают различные заболевания у людей, живо­тных и растений. Слово «частички» может пока­заться странным, однако давайте разберемся, по­чему мы используем именно его.

Вирусы настолько малы, что могут просачиваться даже сквозь самые мелкопористые фильт­ры. Крошечный размер не позволяет разглядеть их в обычный микроскоп, поэтому, изучая виру­сы, ученые вынуждены пользоваться фотография­ми, полученными с помощью электронного мик­роскопа. В отличие от бактерий их нельзя разво­дить в сахарном сиропе: они растут и размножа­ются только в присутствии живой материи. Явля­ясь паразитами, они целиком и полностью зави­сят от организма, в котором находятся.

Из-за того, что они так малы и искусственно создать условия для их роста необычайно трудно, многие исследователи склоняются к мысли, что вирусы — вовсе не живые организмы, но некое среднее звено между живой и неживой материей.

Вирусы являются источниками болезней, мно­гие из которых известны всем. Воздействуя на различные органы тела, каждая группа вирусов вызывает различные виды заболеваний.

Многие кожные болезни, такие как ветрянка, оспа, корь,— результат деятельности одной груп­пы вирусов. Другая является причиной заболева­ний центральной нервной системы: бешенство, воспаление мозга, детский паралич. Третья воз­действует на внутренние органы и вызывает жел­тую лихорадку, грипп, обычную простуду, вирус­ное воспаление печени и многие другие.