Если вы посмотрите на заднюю стенку своего холодильника, вы обнаружите множество трубок. Внутри трубок протекает жидкость (назовем ее Z) с низкой точкой кипения. По мере того как кастрюли и все другие предметы внутри холодильника излучают тепло, Z поглощает это тепло через стенки холодильника и достигает температуры кипения. Затем газ Z начинает перемещаться по трубкам, перенося с собой тепло.

Далее Z попадает в компрессионную камеру, где его сдавливают поршнем (характерный звук работающего холодильника — это звук мотора, заставляющего работать компрессор). Далее компрессор выталкивает теплый газ Z в другие трубки на задней стенке, где тот отдает свое тепло в окружающее пространство. На этот момент газ успешно вывел тепло из холодильника, но, как только он достаточно остыл, он вновь превратился в жидкость. Теперь он проходит через расширяющее устройство, где его давление и температура снижаются. Цикл завершается. Жидкость Z вновь входит в трубки в панели холодильника и начинает всасывать тепло.

Не исключено, что одна деталь этого процесса могла вам показаться подозрительной. Почему, когда жидкость Z закипает, не нагревается все остальное? Да, жидкость нагревается. Но дело в том, что в замкнутом пространстве холодильника она может нагреваться только за счет того, что высасывает тепло из кастрюль: нагревание одного неизбежно приводит к охлаждению другого. А кипение здесь действительно играет ключевую роль. Вспомните объект пристального внимания Джеймса Уатта — скрытую теплоту. На переход жидкости в газ требуется невероятное количество энергии. В двигателе Уатта это было загвоздкой, но в холодильнике является безусловным преимуществом. Холодильник должен поглощать тепло и выводить его во внешнюю среду, и никакой другой процесс не справится с этой задачей лучше, чем превращение жидкости в газ (кстати, по той же причине наше тело охлаждается в жаркий день, когда с него испаряется пот).

В 1920-х гг. в Европе и Северной Америке компрессионные холодильники практически полностью вытеснили бытовые ледники. Но существовала одна проблема. В то время в качестве охлаждающих сред применяли три газа: аммиак, хлорметан и диоксид серы. Поскольку все три ядовиты, люди порой гибли в результате отравления (а хлорметан иногда еще и взрывался). Этим и объясняется желание Эйнштейна «найти другое решение». Он знал, что слабым местом в домашних холодильниках является компрессор, поскольку именно там возникали протечки. И поэтому они с Силардом разработали принцип холодильника без компрессора — так называемый абсорбционный холодильник.

В простейшем варианте абсорбционного холодильника цикл начинается с того, что в камере смешиваются две жидкости: хладагент и абсорбер. При низкой температуре эти вещества хорошо смешиваются. Но при повышении температуры — обычно в результате нагревания камеры слабым пламенем метана — хладагент закипает, превращаясь в газ, а абсорбер остается жидким.

Далее газообразный хладагент начинает долгое и непростое путешествие. Сначала он протекает по трубкам на задней стенке холодильника, где отдает тепло, полученное при нагревании пламенем. При этом он опять превращается в жидкость. Под действием силы тяжести эта жидкость стекает в емкости внутри холодильника и отсасывает тепло из кастрюль. Поглощение тепла опять заставляет жидкость кипеть, и образующийся газ сбрасывает скрытую теплоту, выводя тепло из внутреннего пространства холодильника. В некоторых вариантах конструкции газ поднимается еще выше по трубкам вдоль стенки холодильника, дополнительно сбрасывая тепло.

Тем временем в исходной камере метановая горелка выключается, и абсорбер остывает. Дополнительное охлаждение достигается с помощью рубашки с холодной водой. Абсорбер охлаждается настолько, что поглощает и превращает в жидкость возвращающийся газообразный хладагент. И все начинается сначала: у нас опять есть смесь двух жидкостей, которые можно разделить, включив горелку. В целом компрессионные и абсорбционные холодильники охлаждают продукты одним и тем же способом — путем превращения жидкости в газ. Но рецикл хладагента происходит по-разному.

Возможно, вы снова чувствуете подвох: как пламя горелки может охлаждать пиво? Но именно в этом и заключается волшебное свойство газов. В данном случае пламя не столько греет, сколько совершает физическую работу — разделяет хладагент и абсорбер, превращая хладагент в газ. А как только в системе появляется свободный газ, возникает масса возможностей. Искусство охлаждения заключается в том, чтобы заставлять газ впитывать тепло в одном месте, перенести в другое и отдать в третьем. Используя терминологию Томаса Севери, холодильник Эйнштейна — Силарда можно назвать устройством для охлаждения воды с помощью огня.

Изобретатель цепной ядерной реакции Лео Силард (справа) обсуждает с Альбертом Эйнштейном (слева) различные варианты устройства холодильника (Фотография любезно предоставлена Национальной лабораторией в Лос-Аламосе)

В реальном воплощении холодильник Эйнштейна — Силарда содержал не две, а три жидкости, что немного усложняло схему. Но его конструкция имела несколько преимуществ по сравнению с компрессионным холодильником. Поскольку в холодильнике не было компрессора, не было и шума мотора, и холодильник реже ломался. Кроме того, он работал без электричества (только на метане) и не имел таких сочленений, которые могли бы разъединяться, выпуская ядовитый газ.

Теперь, обсуждая этот эпизод, некоторые историки утверждают, что Эйнштейн участвовал в проекте только формально — ради получения патента и для привлечения инвесторов, а вся реальная работа досталась Силарду. На самом деле ученые работали в паре и вместе получили десятки патентов в шести странах на различные компоненты холодильных систем (американский патентный поверенный был очень удивлен, заметив подпись Эйнштейна). Продав несколько патентов, дуэт заработал неплохую сумму (около 10 000 долларов США в современном эквиваленте). Более того, они даже открыли совместный счет, как супружеская пара. Силард зарабатывал еще около 3000 долларов в год за счет консультаций.

Но, как это бывает и между супругами, они иногда ссорились. Силард любил инженерные хитрости и пытался ввести в конструкцию дополнительные клапаны и трубки. Эйнштейн, напротив, был сторонником простоты и изящества — как в быту, так и в науке (он не смог бы работать с Джеймсом Уаттом). В поисках более простых решений Эйнштейн и Силард сконструировали еще две холодильные установки, работавшие на основе других физических принципов. В одной конструкции они заменили поршень стандартного холодильника расплавленным натрием, который сжимал газы, перемещаясь под действием магнитов. В другом устройстве давление воды из кухонного крана заставляло работать маленький вакуумный насос, а насос охлаждал емкость за счет испарения метанола. Последнее устройство Эйнштейн назвал «народным холодильником» (Der Volks-Kuhlschrank).

Но, к сожалению, ни одно из трех устройств Эйнштейна — Силарда так и не попало ни в одну квартиру. Не удивительно, что расплавленный натрий оказался несколько непрактичным для обычной кухни (хотя позднее нашел применение на атомных электростанциях). Вентильная система не нашла применения, поскольку давление воды в немецких домах было слишком низким для запуска вакуумного насоса. А абсорбционные холодильники сжигали слишком много топлива и обходились дороже компрессионных, так что устройство Эйнштейна — Силарда было эквивалентно двигателю Ньюкомена по сравнению с двигателем Уатта.

И даже главная проблема обычных холодильников — ядовитые газы — в 1930-х гг. постепенно исчезла, поскольку появился новый нетоксичный охлаждающий газ фреон (CF₂Cl₂). За 10 лет буквально весь мир перешел на фреоновые холодильники*, и изобретение Эйнштейна — Силарда осталось исторической реликвией. К сожалению, фреон тоже имел большой недостаток: когда старые холодильники попадают на свалки, фреон вытекает и улетучивается в атмосферу. В атмосфере под действием ультрафиолетового излучения фреон распадается, выделяя свободные радикалы хлора, которые с невероятной эффективностью атакуют молекулы озона: каждый радикал хлора за свою жизнь расщепляет до 100 000 молекул O₃. В результате в озоновом слое образовались дыры, которые существуют до сих пор и не затянутся еще десятки лет, если затянутся вообще. Человечество могло бы избавить себя от большой головной боли, если бы решило охлаждать воду огнем по методу Эйнштейна — Силарда.