В то время Альберт Эйнштейн изобрел новый холодильник

Имя Альберта Эйнштейна стало синонимом гения – и это правильно. Теории специальной и общей теории относительности немецкого физика фундаментально изменили наше понимание Вселенной до степени, невиданной со времен Исаака Ньютона, а его новаторские работы 1905 года о броуновском движении и фотоэлектрическом эффекте заложили основу для современной атомной и квантовой теории. Однако, несмотря на его статус гиганта теоретической физики, Эйнштейн обычно не ассоциируется с практическими инновациями в области механики. Поэтому может показаться сюрпризом, что Эйнштейн на самом деле владел более чем 50 патентами на практические устройства, начиная от слуховых аппаратов, камер, гирокомпасов и даже стильного жилета с регулируемым эластичным поясом. Но подавляющее большинство патентов Эйнштейна касалось совершенно неожиданного устройства: нового типа холодильника.

Истоки давно забытого вторжения Эйнштейна в практическую механику лежат в трагической случайности. В 1926 году Эйнштейн прочитал в газете статью о берлинской семье, которая умерла во сне, когда их холодильник дал течь. Холодильники в то время работали на различных хладагентах, таких как аммиак, метилхлорид и диоксид серы, которые были высокотоксичными или даже взрывоопасными. Переживая эту трагедию, Эйнштейн решил разработать более безопасную систему охлаждения. Чтобы помочь ему в этом начинании, он заручился помощью бывшего студента Лео Силарда, известного венгерского физика, который в 1933 году изобрел концепцию цепной ядерной реакции. Они оказались идеальной командой: Сцилард написал докторскую диссертацию по термодинамике флуктуирующих систем, а Эйнштейн много лет проработал клерком в Швейцарском патентном ведомстве в Берне, что дало ему глубокие знания о патентной системе. Однако присутствие имени Эйнштейна в патентных заявках вызвало немало удивления: несколько патентных клерков ответили, подтвердив, что это действительно был Эйнштейн.

В общей сложности Эйнштейн и Сцилард получили 45 патентов, охватывающих три различные конструкции холодильников. Их первая конструкция представляла собой усовершенствованную версию цикла поглощения пара, изобретенного в 1922 году шведскими инженерами Бальцаром фон Платеном и Карлом Мунтерсом. В отличие от обычных парокомпрессионных холодильников, в которых используется механический компрессор, система Эйнштейна и Силарда не имела движущихся частей и была полностью герметичной, что устраняло необходимость в вращающихся уплотнениях и других компонентах, которые потенциально могли протечь. В холодильнике использовалась сложная схема для циркуляции смеси воды, аммиака и бутана, и он питался снаружи от газового пламени, как и пропановые холодильники, используемые многими туристами и любителями автодомов.

Но хотя это самый известный из холодильников Эйнштейна-Сциларда, это вторая конструкция пары, которая больше всего взволновала Эйнштейна. Названное Volks-Kühlschrank или «народный холодильник», это было гениально простое устройство, которое могло питаться от давления воды из обычного бытового крана. Вода, проходящая через трубку Вентури, создавала небольшой вакуум, который вызывал испарение хранящегося в резервуаре метанола. Затем этот пар поглощал тепло из отделения для продуктов, а затем растворялся в выходящей воде, унося с собой тепло. Хотя этот процесс в конечном итоге потреблял метанол, требуя его регулярного дозаправки, Эйнштейн рассудил, что метанол достаточно дешев, чтобы это не было проблемой. Действительно, Эйнштейн возлагал большие надежды на эту конструкцию, которая, по его мнению, могла обеспечить надежное охлаждение в домах даже самых бедных семей.

Читайте также:   10 вещей, которые ваш мозг не может сделать, о которых вы не знали

Третий проект этой пары был, безусловно, самым технологически продвинутым, но и самым непрактичным. Эта система была во многом идентична обычному парокомпрессионному холодильнику, за исключением того, что вместо механического компрессора в ней использовался ряд мощных электромагнитов для прокачки жидкого металла через контур. Затем жидкий металл использовался для сжатия обычных газов-хладагентов. Сначала пара использовала жидкую ртуть, но когда она оказалась недостаточно проводящей, они перешли на жидкий натриево-калиевый сплав, который был не только очень коррозионным, но и имел неприятную привычку загораться или даже взрываться при контакте с воздухом и водой. Однако, несмотря на эту довольно значительную опасность, поскольку система была полностью герметичной, Эйнштейн и Сцилард были уверены, что это не станет серьезной проблемой.

Однако, несмотря на изобретательность этих проектов, в конечном итоге из холодильников Эйнштейна-Сциларда получилось очень мало. В 1927 году шведская компания Electrolux купила патенты на абсорбционные холодильники примерно за 750 долларов (около 11 тысяч долларов сегодня), но в основном это было сделано для того, чтобы сохранить контроль над существующими патентами Munters/von Platen; конструкция Эйнштейна-Сциларда никогда не использовалась ни в одном коммерческом холодильнике. Более того, хотя эта система и была более эффективной, чем другие абсорбционные циклы, она была гораздо менее эффективной, чем обычные парокомпрессионные холодильники, а открытие в 1930 году нетоксичного, негорючего хладагента фреона свело на нет преимущества безопасности план Эйнштейна-Сциларда.

Гениальный водяной холодильник тоже оказался тупиковым. Мало того, что метанол оказался намного дороже, чем ожидал Эйнштейн, но и давление воды в немецких квартирах было заведомо слабым и непостоянным. И хотя электромагнитный насос был впечатляющим технологическим достижением, его натрий-калийная рабочая жидкость была слишком опасна для домашнего использования. Это было еще и громко: по словам друга Сциларда, венгерского физика Дениса Габора, прототип «выл, как шакал». Интересно, что, учитывая более известную работу Эйнштейна по физике, насос Эйнштейна-Сциларда в конечном итоге нашел свое применение в некоторых типах ядерных реакторов, в которых в качестве теплоносителя используется жидкий натрий-калий.

Читайте также:   Так что же на самом деле такое перекати-поле и как оно стало ассоциироваться с американским Западом?

Хотя практические изобретения Эйнштейна никогда не имели такого большого влияния, как его теоретические работы, спустя 90 лет после того, как он был запатентован, абсорбционный холодильник Эйнштейна-Сциларда, возможно, готов вернуться. Усовершенствованная версия под названием Isobar в настоящее время разрабатывается британским изобретателем Уильямом Бродвеем для транспортировки вакцин в развивающихся странах с ограниченной электрической инфраструктурой – приложение, которое порадовало бы знаменитого гуманиста Эйнштейна.

Бонусные факты

№1: Хотя Лео Сцилард был гораздо менее известен, чем Эйнштейн, он, тем не менее, сам по себе был плодовитым и важным физиком и изобретателем. Сцилард родился в Будапеште в 1898 году и провел начало своей карьеры в Германии, где, помимо помощи Эйнштейну в проектировании холодильников, он также независимо изобрел и запатентовал линейный ускоритель частиц, циклотрон и электронный микроскоп.

Когда в 1933 году к власти пришли нацисты, Сцилард, еврей, бежал в Лондон, и именно здесь он сделал, пожалуй, свое самое важное открытие: цепную ядерную реакцию. 12 сентября 1933 года Сцилард прочитал в «Таймс» статью, в которой резюмировалась речь физика сэра Эрнеста Резерфорда о работе его учеников Эрнеста Уолтона и Джона Кокрофта, которым недавно удалось расщепить атомы лития. В своей речи Резерфорд категорически отверг идею использования ядерного деления для производства энергии, утверждение, которое настолько разозлило Сциларда, что он выбежал на дождливые улицы Лондона, чтобы выступить с опровержением. Согласно легенде, ответ пришел к нему во вспышке вдохновения, когда он ждал смены светофора на углу Саутгемптон-Роу и Рассел-сквер. Сцилард понял, что когда атом делится или расщепляется, он выделяет несколько свободных нейтронов, субатомных частиц без электрического заряда. Если бы эти нейтроны можно было направить на удары по другим атомам, последовало бы больше делений, каждое из которых выделяло бы больше нейтронов и так далее, создавая самоподдерживающуюся цепную реакцию. Сцилард запатентовал свою концепцию в 1936 году, а в 1938 году переехал в Нью-Йорк, чтобы работать с итальянским физиком Энрико Ферми над созданием практического ядерного реактора.

Когда нацисты вторглись в Польшу в сентябре 1939 года, Сцилард опасался, что, имея преимущество в области ядерной физики, Германия может первой разработать атомную бомбу. Таким образом, он подготовил письмо президенту Франклину Рузвельту, в котором утверждал, что Соединенным Штатам следует начать собственный проект создания атомной бомбы. Но поскольку Сцилард был совершенно неизвестен американскому истеблишменту, он решил, чтобы письмо подписал один физик, достаточно известный, чтобы привлечь внимание президента: Альберт Эйнштейн. Помимо знаменитого имени Эйнштейна была и еще одна причина. Ядерным реакторам и бомбам требовался уран, основным источником которого была Чехословакия, находившаяся тогда под нацистской оккупацией. Единственным другим известным источником было Бельгийское Конго. Так получилось, что Эйнштейн был близким другом королевы Бельгии Елизаветы, и была надежда, что эту дружбу можно будет использовать для обеспечения поставок урана для союзников. Хотя в конечном итоге по поводу этой связи ничего не было сделано, письмо Силарда-Эйнштейна возымело желаемый эффект. В январе 1942 года президент Рузвельт официально одобрил так называемый Манхэттенский проект, в рамках которого всего три года спустя удалось создать первую в мире атомную бомбу.

Читайте также:   Как политический скандал во Франции стал причиной крупнейшей в мире велогонки

После войны неутомимый Сцилард переключился с физики на биологию, где он внес многочисленные вклады в методы культивирования клеток, участвовал в первом клонировании человеческих клеток и помог основать Институт биологических исследований Солка. Он также стал ярым антиядерным активистом, предостерегая против возможной разработки бомб с кобальтом, которые, как он боялся, могут привести к концу жизни на Земле. Действительно, эта концепция легла в основу вымышленной «машины судного дня» в классическом фильме 1964 года «Доктор Стрейнджлав».

В 1960 году у Сциларда был диагностирован рак мочевого пузыря, который он в характерном для него стиле приступил к лечению с помощью режима лучевой терапии, который разработал сам. Удивительно, но лечение подействовало, и рак так и не вернулся. Однако четыре года спустя Сцилард умер во сне от сердечного приступа 30 мая 1964 года. О Сциларде Деннис Габор, давний друг и лауреат Нобелевской премии по изобретателю голограммы, позже скажет: «Он обсуждал все его изобретения со мной. Я был настолько полон восхищения, что чувствовал себя в его присутствии совершенно глупо. Из всех великих людей, которых я встречал в своей жизни, он был, безусловно, самым блестящим. Если бы он добился успеха во всех своих новых изобретениях, мы бы сейчас говорили о нем как об Эдисоне двадцатого века».

Кин, малоизвестный страстный проект Сэма Эйнштейна? Холодильник. Wired.com, 23 июля 2017 г. https://www.wired.com/story/einsteins-little-known-passion-project-a-холодильник/

Штраус, Илана Как заброшенный холодильник Эйнштейна мог бы накормить голодных и спасти планету Из «Виноградной лозы», 12 сентября 2016 г.

Зига, Лиза, зеленый холодильник Эйнштейна возвращается phys.org 25 сентября 2008 г. https://phys.org/news/2008-09-einstein-green-холодильник-comeback.html

Холодильник Эйнштейна, Мельбурнский университет, 5 сентября 2013 г. https://blogs.unimelb.edu.au/sciencecommunication/2013/09/05/einsteins-fridge/

Даннен, Джин Холодильники Эйнштейна-Сциларда http://www.physical.smu.edu/scalise/P3374fa16/EinsteinSzilard Холодильники.pdf

Даннен, Джин Лео Сцилард Изобретатель http://www.dannen.com/budatalk.html