В эмульсии капельки масла стабилизируются (то есть остаются в виде капель, а не слипаются в хлопья) благодаря молекулам лецитина, содержащимся в яичном желтке и находящимся на поверхности капель. У каждой молекулы лецитина есть связывающийся с водой (гидрофильный) конец (его еще называют полярным концом), который повернут от поверхности капли в сторону воды. К этому концу присоединяются молекулы воды, так что каждая капля масла окружена слоем молекул воды, связанных с полярными концами молекул лецитина. Эта связанная вода мешает образованию хлопьев, а если хлопья все-таки выпадают, это значит, что в соусе может быть недостаточно лецитина. Чтобы остановить процесс образования хлопьев, нужно добавить лецитина, и многие шеф-повара рекомендуют в этом случае энергично вбить в соус еще немного желтков.

На практике энергичное вбивание и лимонного сока, и яичного желтка помогает получить гомогенный соус (поэтому не очень понятно, какой именно вариант соуса следует выбирать). Опытные кулинары знают, что нельзя добавлять и того и другого слишком много, иначе вкус соуса будет испорчен, хотя хлопьев может и не быть. Они также знают, что, если соус перегреть, он испортится, поскольку при повышенных температурах тепловое движение капель становится интенсивнее (больше вероятность их столкновения друг с другом) и желток начинает сворачиваться (становиться неоднородным и неспособным стабилизировать структуру соуса).

Намагниченные в естественных условиях минералы, называемые магнетитами, были обнаружены в Древнем Китае, где сначала их использовали как сувениры, а потом стали применять в качестве компасов. Как минералы намагничиваются и почему не все минералы обладают магнитными свойствами?

ОТВЕТ • Магнетит — кусок железной руды, который может сохранять свои магнитные свойства после намагничивания, поэтому про него говорят, что он способен стать постоянным магнитом. Способность сохранять намагниченность объясняется коллективными квантовыми эффектами во взаимодействии электронов в атомах железа. В естественных условиях железная руда могла намагнититься за счет какого-нибудь одного из двух процессов: либо она была нагрета, а потом охладилась в магнитном поле Земли, либо рядом с ней ударила молния, несущая очень большой ток и создающая магнитное поле.

В первом из этих процессов железная руда сначала нагревается в потоке лавы, а затем остывает. Когда она нагревается до высоких температур, то теряет магнитные свойства (соответствующая температура называется точкой Кюри), поскольку тепловая энергия атомов полностью разрушает коллективное взаимодействие электронов, а когда охлаждается и это коллективное взаимодействие восстанавливается, магнитные моменты электронов стремятся выстроиться вдоль силовых линий магнитного поля Земли в том месте, где находится железная руда. Чем точнее выставится параллельность этих моментов в железной руде, тем больший магнитный момент будет у магнетита.

Во втором случае магнетит формируется, если в скалу или поблизости от нее ударит молния. Магнитное поле возникает при движении электронов, образующих ток молнии, и выстраивает магнитные моменты некоторых соединений железа, содержащихся в скальных породах, в одном направлении. Моменты сохраняют эту направленность и после того, как молния исчезнет. Магнетиты этого типа находят вблизи поверхности земли (поскольку молния не пробивает землю больше чем на несколько метров), и они располагаются в виде небольших пятен.

Поскольку магнитное поле Земли со временем постепенно меняется, направление стрелки компаса на север тоже меняется. Исследователи хотели бы узнать, куда стрелка компаса показывала в определенные моменты в прошлом, но, увы, записи показаний компаса находят редко. Однако исследователям помогают в этом древние печи с глиняными стенками для обжига глиняной посуды и старинная стенная роспись, например фрески, украшающие знаменитую галерею Ватиканской апостольской библиотеки. Как печи для обжига и фрески могут поведать о направлении на Северный магнитный полюс?

ОТВЕТ • Глина, из которой были сделаны стенки и дно древней печи для обжига посуды, содержит оксиды железа — магнетит и гематит. В этих материалах имеются отдельные зерна, состоящие из доменов — областей, в которых магнитный момент постоянный. Зерно магнетита состоит из множества микроскопических доменов, а зерно гематита — из одного домена шириной до миллиметра.

Когда глина нагревалась до нескольких сотен градусов Цельсия (в процессе обжига в печи), домены обоих типов приходили в движение. В магнетите границы доменов, так называемые доменные стенки, сдвигались: домены, у которых направление магнитных моментов было ближе к направлению магнитного поля Земли, росли, а остальные сжимались. А в гематите домены поворачивались таким образом, чтобы направление их магнитных моментов приблизилось к направлению магнитного поля Земли. В результате обоих процессов глина приобретала магнитный момент, направленный вдоль направления магнитного поля Земли. Когда после окончания обжига печь остывала, ориентация доменов и, соответственно, магнитный момент глины сохранялись. Этот эффект называется термоостаточным магнетизмом.

Чтобы определить ориентацию поля Земли в момент, когда печь использовалась, то есть нагревалась и охлаждалась, в последний раз, археолог очерчивает небольшой участок дна печи, тщательно измеряет его ориентацию относительно горизонтальной плоскости и географического севера (направления на Северный полюс), а затем вырезает этот кусок. Затем он определяет направление магнитного поля в этом фрагменте относительно его граней, а следовательно, относительно его положения в печи. Таким образом, археолог получает направление магнитного поля Земли на момент последнего использования печи. Определив возраст печи с помощью любого известного метода, археолог узнает, в какой момент поле Земли имело такую ориентацию.

Во многих красках, с помощью которых создавались древние фрески, содержался гематит. Краски представляли собой суспензии различных твердых ингредиентов в жидких растворителях. Когда краска наносилась на стену, каждое зерно гематита поворачивалось в жидкости до тех пор, пока его магнитный момент не становился параллельным магнитному полю Земли. Когда краска высыхала, зерна оставались в этом же положении и таким образом фиксировали направление магнитного поля Земли в момент создания фрески.

Исследователь может определить направление магнитного поля Земли в момент написания фрески, определив ориентацию зерен гематита в ней. Для этого короткий отрезок липкой ленты прикладывается к поверхности фрески, после чего тщательно измеряется ориентация ленты относительно горизонта и теперешнего направления магнитного поля Земли. Когда ленту отрывают от фрески, на ней остается тонкий слой краски. В лаборатории этот кусочек ленты помещают в прибор, позволяющий определить ориентацию зерен гематита в снятом слое фрески.

МРТ (магнитно-резонансная томография) — это исследование, позволяющее получить изображение внутренних органов человека, животных, ископаемых остатков и многих других объектов. Сначала оно называлось ЯМР (ядерный магнитный резонанс), но когда Кливлендская клиника объявила, что планирует построить ядерный объект, под давлением общественности название пришлось поменять на МРТ. Общественность просто не поняла, что термин «ядерный» в данном случае не имеет отношения ни к бомбе, ни даже к энергии. Он происходит от слова «ядро», обозначающее центральную часть всех атомов, но в данном случае — тех, из которых состоит человеческое тело.