Как микроволны стали научной революцией, которая сегодня помогает нам спасать жизни и раскрывать секреты Вселенной

«Папа смотрит. Лучше бы это сработало...». Возможно, такие мысли пронеслись в голове Гульельмо Маркони в 1932 году, когда он устанавливал специальную антенну в садах Ватикана, а его святейшество папа Пий XI наблюдал за этим. Эта антенна была частью новой радиосвязи, соединявшей Ватикан с летней резиденцией папы в Кастель Гандольфо. И это была не обычная радиосвязь. Она использовала микроволны, радиоволны с очень высокими частотами. Маркони также установил портативную микроволновую систему связи, прикрепленную к автомобилю. Она соединяла Папу, когда он был в поездке, с Ватиканом. Некоторые утверждают, что это был первый мобильный телефон, хотя он был очень большим. Тринадцатью годами ранее Маркони получил Нобелевскую премию по физике за вклад в развитие беспроводной телеграфии. Эра радио была в самом разгаре. Но когда Маркони занялся микроволнами, он вступил в область радиочастотного спектра с очень особыми свойствами. Микроволны могут передавать большие объемы информации. Они также могут готовить пищу или создавать помехи в работе электронных устройств противника. Микроволны даже помогли раскрыть тайну происхождения Вселенной. Задолго до того, как Маркони сконструировал микроволновую трубку для Папы Римского, кто-то уже экспериментировал с подобными частотами. В конце XIX века блестящий индийский ученый Джагадиш Чандра Бозе, сегодня, к сожалению, забытый, разработал некоторые из первых микроволновых технологий. Среди них было первое оборудование для генерации миллиметровых волн, которые сегодня используются в устройствах 5G. В 1895 году Бозе продемонстрировал, что миллиметровые волны могут заставить звенеть колокол и даже выстрелить из оружия на расстоянии. Можно сказать, что Маркони частично обязан своей славой Бозе. 12 декабря 1901 года, используя частоту, не относящуюся к микроволнам, итальянский изобретатель осуществил первую трансатлантическую радиопередачу. Сидя в хижине на вершине утеса в Ньюфаундленде, он много часов слушал шум в наушниках, пока не услышал то, чего ждал. Пип-пип-пип. Морской код буквы S. Взволнованно он передал наушники своему коллеге и спросил: «Ты что-нибудь слышишь?». Он слышал. Это был невероятный подвиг. Эти радиоволны прошли более 3200 километров от юга Англии через открытое море. В то время его рекорд по дальности радиопередачи составлял всего 130 километров. За прошедшие с тех пор годы некоторые ставили под сомнение, действительно ли передача произошла так, как описал Маркони. Однако недавние исследования показывают, что это было теоретически возможно даже с его примитивным радиооборудованием. Среди этого оборудования было устройство под названием когесор, простой детектор радиосигналов. И хотя записи несколько сбивчивы, похоже, что этот когесор был разработан ни кем иным, как Бозе. «Он придумывал удивительные приборы», — утверждает биограф Бозе, Судипто Дас. Но Бозе, возможно, слишком опередил свое время. С одной стороны, в начале XX века было мало полезных применений микроволн, которые не были бы возможны с помощью радиоволн более низкой частоты. Бозе перестал заниматься физикой, чтобы посвятить себя своему главному интересу — физиологии растений, и «почти канул в Лету», утверждает Дас. Однако Вторая мировая война вновь придала микроволнам важное значение. Радар позволял армиям обнаруживать вражеские самолеты, отражая от них радиосигналы. А микроволновое устройство под названием резонаторный магнетрон, разработанное в Великобритании в 1940 году, оказалось одной из самых мощных и эффективных радиолокационных технологий того времени. Достаточно компактное, чтобы устанавливаться на самолетах, оно обладало фантастической дальностью действия и точностью, что дало союзникам важное преимущество, помогшее им выиграть войну. Именно магнетрон, излучающий микроволны, вдохновил инженера Raytheon Перси Спенсера на изобретение микроволновых печей в 1945 году. Арахисовый батончик, который он носил в кармане, начал плавиться, когда он прошел мимо магнетронов в лаборатории. А когда он позже поднял пакет с попкорном, тот взорвался и «разлетелся по всей лаборатории», как позже рассказал в статье Readers Digest. Это происходит потому, что на определенных частотах микроволны возбуждают молекулы внутри продуктов, заставляя их вибрировать с той же частотой. В результате трения продукты нагреваются. В случае микроволновых печей выбранная частота составляет 2,4 гигагерца (ГГц), то же самое, что используют многие Wi-Fi-роутеры. Однако маршрутизаторы излучают микроволны с гораздо меньшей мощностью, чем микроволновые печи, поэтому нельзя приготовить попкорн, просто просматривая интернет. Выбор подходящей частоты для приготовления пищи очень важен, утверждает Кэролайн Росс из Массачусетского технологического института. Микроволны частотой 2,4 ГГц хорошо проникают в продукты питания, и эта частота также обеспечивает равномерное поглощение излучения молекулами продуктов. «При более высоких частотах, таких как десятки гигагерц, глубина проникновения довольно мала, поэтому почти все блокирует излучение, даже вода в воздухе», — объясняет он. Микроволны являются особенными отчасти благодаря этой способности взаимодействовать с веществом на определенных частотах. Возможно, подогрев остатков ужина не кажется чем-то драматичным, но как насчет использования микроволн для вызывания шумов в голове людей? Военный персонал, работавший вблизи крупных микроволновых радиолокационных установок, построенных во время Второй мировой войны, позже вспоминал, что они могли чувствовать работу радара. «Когда мы находились рядом с антенной, можно было слышать частоту повторения радара», — писал один из свидетелей в 1950-х годах. Джеймс Лин, почетный профессор Иллинойсского университета в Чикаго, услышал эти истории и попытался воспроизвести этот эффект в своей лаборатории в 1970-х годах. «По сути, я использовал себя в качестве подопытного кролика», — вспоминает он, описывая, как установил микроволновую антенну и направил ее прямо на свою голову. Лин предположил, что микроволны вызывали волны давления внутри его головы, которые он воспринимал как звук. Чтобы не перегреть мозг, он держал мощность на низком уровне. «Я слышал пульс», — говорит он. «Тот факт, что я остался жив... я полагаю, это было не так уж и серьезно». Это явление стало известно как аудиоэффект микроволн и может помочь объяснить ряд загадочных заболеваний, о которых сообщали американские дипломаты по всему миру, особенно в Гаване, Куба. Жертвы так называемого гаванского синдрома утверждают, что слышат странные щебетания, испытывают давление в ушах, головокружение, тошноту и потерю памяти. Был ли враг, направлявший микроволновый луч на этих людей? Хотя некоторые отвергают эту гипотезу, Лин утверждает, что она по-прежнему остается наиболее правдоподобным объяснением слуховых симптомов. Микроволновые оружия существуют, хотя они, как правило, нацелены на машины, а не на людей. Например, у американской армии есть ракеты, которые могут уничтожать электронные устройства с помощью микроволн. Микроволны могут даже сбивать дроны. Напротив, Лин разработал способы использования микроволн для лечения, например, для лечения мышечных заболеваний и нерегулярного сердцебиения. Что касается последнего, он утверждает, что можно ввести небольшое устройство, излучающее микроволны, в сердце через катетер, чтобы разрушить аномальную сердечную ткань. Эта техника, которая сейчас широко используется, менее инвазивна, чем операция на открытом сердце, отмечает он: «Достаточно применить импульс высокой мощности, микроволну, чтобы сжечь ткань». Но микроволны не только спасают жизни. Они также помогли раскрыть тайны происхождения Вселенной. В начале 1960-х годов радиоастрономы Арно Пензиас и Роберт Вудро Уилсон пытались использовать большую антенну в форме рога в американском штате Нью-Джерси в качестве радиотелескопа. Но они не могли избавиться от раздражающего свиста или помех. В какой-то момент они решили, что это из-за голубиного помета на антенне, поэтому прогнали птиц и убрали загрязнение. Однако птицы были не виноваты. То, что слышали Пензиас и Уилсон, было звуком самой Вселенной. «Это снимок первых мгновений», — утверждает Шон Макги из Бирмингемского университета. Пензиас и Уилсон открыли то, что сегодня мы называем микроволновым фоновым излучением, остатком Большого взрыва, когда Вселенная взорвалась примерно 13,8 миллиарда лет назад. Пензиас и Уилсон совместно получили Нобелевскую премию по физике 1978 года за свою работу. Остаточное излучение, которое они обнаружили, присутствует во всем космосе. Небольшая часть снега, появляющегося на экранах аналоговых телевизоров, обусловлена именно этим явлением. Другими словами, до появления светодиодных экранов люди улавливали остатки Большого взрыва в своих гостиных. Спутники в конечном итоге помогли астрономам составить карту космического микроволнового фона, регистрируя его колебания в виде небольших различий в температуре. Эти колебания, по-видимому, повлияли на место образования галактик по мере расширения Вселенной. «Мы все являемся результатом квантовых колебаний в начале Вселенной, которые затем привели к образованию галактик», — утверждает Макги. Сегодня люди используют микроволны для любых международных звонков, которые соединяются через спутник. Это большой скачок по сравнению с оборудованием, установленным в автомобиле, которое Маркони установил для Папы в 1930-х годах. Вполне уместно, что многие люди используют микроволны для общения друг с другом день за днем, поскольку именно так вселенная общалась с нами, помогая нам подтвердить наше понимание величайшей истории всех времен. Истории о том, как все началось. Этот контент был создан в рамках совместного проекта Nobel Prize Outreach и BBC. Нажмите здесь, чтобы прочитать больше статей BBC News Mundo. Подпишитесь здесь на нашу новую рассылку, чтобы каждую пятницу получать подборку лучших материалов недели. Вы также можете следить за нами на YouTube, Instagram, TikTok, X, Facebook и на нашем новом канале WhatsApp. И не забывайте, что вы можете получать уведомления в нашем приложении. Загрузите последнюю версию и включите их.