Антонец Владимир «Простые вопросы. Книга похожая на энциклопедию» by Premia Prosvetitel

Владимир Антонец

ПРОСТЫЕ ВОПРОСЫ Книга, похожая на энциклопедию

Москва «Манн, Иванов и Фербер» 2016

УДК 087.5(03):50 ББК 83.801.4:92 А72

Научные редакторы А. Логвинская, М. Меньшикова, А. Евстигнеев, Н. Власова

А72

Антонец, Владимир Простые вопросы. Книга, похожая на энциклопедию / Владимир Антонец ; [науч. ред. А. Логвинская и др.]. — М. : Манн, Иванов и Фербер, 2016. — 304 с. ISBN 978-5-00057-961-9 В этой книге Владимир Антонец, профессор и доктор физико-математических наук, дает научные ответы на наивные и простые вопросы о том, как устроен наш мир. Природные явления, исторические парадоксы, удивительные научные открытия — об этом и многом другом доступно, занимательно и с помощью научных обоснований рассказывает автор. Если вам интересно устройство мира или вы хотите знать, как правильно отвечать на простые вопросы вашего ребенка, — эта книга для вас.

УДК 087.5(03):50 ББК 83.801.4:92

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав. Правовую поддержку издательства обеспечивает юридическая фирма «Вегас-Лекс»

ISBN 978-5-00057-961-9

Содержание

Предисловие .............................................................................................. 9 В чем причины эпидемий? ................................................................ 11 Велика ли Вселенная? ......................................................................... 14 Велика ли память человека? ............................................................ 17 Возможно ли бессмертие? .................................................................. 20 Вреден ли сахар? ................................................................................... 23 Правда ли, что материки движутся? ............................................ 25 Есть ли жизнь на Марсе? .................................................................... 28 Зачем были нужны дворяне? ........................................................... 31 Зачем люди носят галстук? ............................................................... 34 Зачем нужен сон? .................................................................................. 37 Зачем нужны деньги? ......................................................................... 40 Как возникает смех? ............................................................................ 43 Как летает воздушный шар? ............................................................ 46 Как летает самолет? ............................................................................. 49 Как мы видим? ....................................................................................... 52 Как мы слышим? ................................................................................... 54 Как мы узнаём друг друга? ............................................................... 57 Как образуется эхо? ............................................................................. 60 Как строили египетские пирамиды? ............................................ 63 Как пчелы находят медоносы? ........................................................ 66 Как работает детектор лжи? ............................................................ 68 Как работает телефон? ....................................................................... 71

Как работает холодильник? .............................................................. 74 Как узнать время? ................................................................................. 76 Как узнают о родстве и переселениях народов? ........................ 79 Когда наступает новый год? ............................................................. 82 Кому принадлежит Луна? ................................................................. 85 Круглая ли Земля? ............................................................................... 88 Кто изобрел колесо? ............................................................................. 91 Легко ли слетать в космос? ................................................................ 94 Много ли на Земле воды? ................................................................... 97 Много ли на Земле нефти? .............................................................. 100 Может ли Солнце погаснуть? ......................................................... 103 Можно ли измерить красоту? ......................................................... 105 Можно ли определить характер человека по почерку? ...... 108 Немы ли рыбы? ...................................................................................... 111 Откуда берутся айсберги? ............................................................... 114 Откуда берутся языки? ...................................................................... 117 Откуда взялись культурные растения? ..................................... 120 Отчего выпадают осадки? ............................................................... 123 Отчего дует ветер? .............................................................................. 126 Отчего мячик скачет? ....................................................................... 129 Почему вода мокрая? ......................................................................... 132 Почему днем все хорошо видно? ................................................... 135 Почему зимой холодно? .................................................................... 138 Почему и как люди стареют? .......................................................... 141 Почему кошки умываются? ............................................................ 144 Почему лед скользкий? ..................................................................... 146 Почему люди воюют? ......................................................................... 149 Почему мир разноцветный? ............................................................ 152 Почему море соленое? ........................................................................ 155 Почему люди зевают? ........................................................................ 158 Почему мы устаем при ходьбе? ..................................................... 160 Почему небо голубое? ........................................................................ 162 Почему негры черные? ...................................................................... 165 Почему нитки запутываются? ....................................................... 168

Почему птицы совершают перелеты? ........................................ 170 Почему редки драгоценные камни? .................................................. 173 Почему сахар сладкий? ..................................................................... 175 Почему сердце бьется? ...................................................................... 178 Почему слоны большие? ................................................................... 181 Зачем собакам нужен хозяин? ....................................................... 184 Почему спички горят? ....................................................................... 187 Почему спутники не падают на Землю? ....................................... 190 Почему стекло легко бьется? .......................................................... 193 Почему толкаются в автобусе? ...................................................... 196 Почему у одних деревьев листья, а у других иголки? .............................................................................. 199 Почему у человека на руках по пять пальцев? ....................... 202 Почему «хороший» ковбой успевает выстрелить первым? ......................................................................... 205 Почему человек умеет стоять? ...................................................... 207 Разговаривают ли животные? ....................................................... 210 Связаны ли значение и звучание слова? .................................... 213 Сколько живут деревья? ................................................................... 216 Сколько идей у человечества? ....................................................... 219 Сколько пространства нужно человеку? .................................. 222 Существует ли «женская логика»? ............................................... 224 Существует ли национальный характер? ................................ 227 Существуют ли атомы? ..................................................................... 230 Трудно ли выучить китайский язык? ........................................ 232 Кто такие физики и лирики? ......................................................... 235 Что такое хорошая жизнь? .............................................................. 238 Чем занимается математика? ........................................................ 241 Что такое ГЛОНАСС? .......................................................................... 244 Что такое глупость? ........................................................................... 247 Что такое группа крови? .................................................................. 250 Что такое знаки? .................................................................................. 253 Что такое инстинкт? .......................................................................... 256 Что такое нанотехнологии? ............................................................ 258

Что такое наследственность? ........................................................ 261 Что такое озоновая дыра? ............................................................... 264 Что такое полярное сияние? ........................................................... 267 Что такое пустота? .............................................................................. 270 Что такое смерч? .................................................................................. 272 Что такое страх? .................................................................................. 275 Что такое турбулентность? ............................................................. 278 Что такое холестерин? ...................................................................... 281 Что такое циклоны и антициклоны? ........................................ 284 Что такое цунами? .............................................................................. 287 Что такое черная дыра? ................................................................... 290

Предисловие

Когда росли мои дети — Неля, Катя и Петя (а это было почти тридцать лет назад), мне приходилось отвечать на их вопросы, а иногда и провоцировать их любопытство. Я старался, чтобы они либо получали ответ, либо убеждались, что он неизвестен. Похоже, дети верили. Меня это очень вдохновляло. Я был совершенно откровенен с ними и никогда не боялся признаться, если чего-то не знал. Случалось, у них возникали споры с воспитателями в детском саду или c учителями в школе, отказывавшимися принимать мою версию ответа. Приятно, что дети всегда оставались на моей стороне, как и моя жена, тележурналист Нина Зверева. По крайней мере, она так говорила. Лет десять назад она предложила мне отвечать на подобные простые детские вопросы в ее программе «Умное утро» на нижегородском телевидении. За камерой стоял Михаил Сладков, монтировал передачу Владимир Егорушин. За полтора года в эфир вышло около ста сюжетов. Часть из них даже купили другие каналы и показывали по всей России. Я тщательно готовился к передачам, но текстов никаких не писал и при записи все равно говорил свободно, как привык на лекциях, за что постоянно получал упреки от жены.

В 2007 году она предложила программу «Простые вопросы» Пятому федеральному каналу в Санкт-Петербурге. Показанные материалы им понравились, но нужно было все переснять в их студии, в формате общения с ведущими ежедневной утренней программы. Пришлось писать тексты. Эту работу мы делали вместе с нижегородским редактором Ниной Барановой, а потом сдавали материал редактору Пятого канала Валерии Охинченко и шеф-редактору Ларисе Гавриленко. Иногда сюжеты согласовывались и выше. Случалось, что главный продюсер развлекательного вещания, бывшая учительница физики, отклоняла именно сюжеты о физике, поэтому некоторые тексты не попали в эту книгу, но кое-что я все же оставил. В 2008 году в типографии Института прикладной физики РАН, где я работаю, я напечатал 200 экземпляров рукописи и раздал их друзьям и знакомым. Некоторые экземпляры попали в различные издательства. Дважды находились желающие выпустить книгу, но оба раза этому помешал кризис. Надеюсь, третья попытка будет счастливой. Я заново перечитал материал, перепроверил, убрал явные анахронизмы, — к счастью, их оказалось немного. Пожалуй, теперь можно считать, что книга, похожая на энциклопедию, готова к встрече с читателем. Я очень благодарен всем, кого упомянул в предисловии и без чьего влияния эта книга не могла бы появиться. Но больше всего я благодарен своей жене.

Владимир Антонец

В чем причины эпидемий?

Пугающее каждого из нас слово «эпидемия» переводится с греческого как «всенародная», то есть «повальная» болезнь. Первое исторически достоверное описание относится к эпидемии чумы, охватившей во времена правления византийского императора Юстиниана территории от Египта до стран Европы. Пик юстиниановой чумы, от которой погиб и сам император, пришелся на 540–544 годы. Тогда умерло около 100 млн человек. Есть недоказанные, но вполне обоснованные предположения, что эпидемия была вызвана резким повышением активности бактерий чумной палочки, спровоцированным резким похолоданием в северном полушарии в 535–536 годах н. э. Оно случилось из-за серии гигантских извержений вулканов Кракатау (Малайский архипелаг), Тавурвур (Папуа — Новая Гвинея) и, вероятно, усугубилось извержением Илопанго (Центральная Америка). В середине XIV века чума охватила всю Европу, достигнув Гренландии и погубив, по разным оценкам, от 15 до 40 млн человек. В Пскове и Новгороде умерли 2 ⁄3 жителей, в Смоленске осталось в живых всего пять человек, а в Глухове и Белозерске не выжил никто.

Эпидемии легко распространялись из-за нищеты и высокой плотности населения, не знавшего элементарных правил гигиены. Современной науке известно, что эпидемии возникают при стечении трех обстоятельств: наличия возбудителя болезни, путей его передачи окружающим и отсутствия сопротивляемости заболеванию. Сопротивляемость может быть низкой из-за плохих условий жизни или же от того, что не выработан иммунитет, например, по причине новизны возбудителя болезни или отсутствия вакцины. Благодаря пониманию причин возникновения и путей распространения, а также профилактическим мерам в наши дни эпидемии таких страшных заболеваний, как чума, оспа, холера, тиф и другие, не становятся глобальными, хотя их вспышки в различных регионах наблюдаются до сих пор. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения, в последней четверти прошлого века в 25 странах Азии, Африки и Америки было зарегистрировано около 40 000 случаев заболевания чумой. Время постоянно рождает новые болезни и создает условия для их эпидемического распространения. От гриппа «испанка», который, как предполагают, был вызван неизвестным до этого вирусом, в 1918–1919 годах погибли более 20 млн человек. Американские ученые изучили 335 новых болезней. Выяснилось, что за последние 50 лет частота их возникновения увеличилась в четыре раза. При этом почти 60% возбудителей неизвестных заболеваний, против которых у человека нет иммунитета, по большей части были переданы ему дикими животными. Например, СПИДом человека заразили шимпанзе.

Эпидемии новых болезней могут возникать и из-за мутаций привычных болезнетворных и даже неболезнетворных микробов под действием изменяемой человеком окружающей среды. На распространение эпидемий также влияют люди, которые в наши дни быстро и массово перемещаются из страны в страну, с континента на континент. В связи с этим миграционным службам вместе с медиками приходится вырабатывать правила эпидемиологически безопасных перемещений и контактов. Эпидемии всегда доставляют тяжелые физические и нравственные страдания людям, и мы должны быть благодарны тем, кто изучает эти проблемы и борется с ними.

Велика ли Вселенная?

Всякий, кто хоть что-то знает о Вселенной, ответит не задумываясь: «Ужасно велика!» А вот ученые так быстро и определенно ответить не берутся. Мы привыкли к тому, что у любого объекта есть размер. Иногда его не так легко определить, но он есть. Есть размер у атома, живой клетки, человека, Земли, любой планеты, Солнечной системы. Мы можем заглянуть в справочники и найти все эти цифры. Но, открывая справочник на слове «Вселенная», видим, к удивлению, что ее размер не указан. Это потому, что Вселенная — объект, который не укладывается в обычные житейские представления. Но люди об этом обычно не задумываются. Чаще под влиянием фантастов и околонаучных энтузиастов интереснее поразмышлять об иных мирах и пришельцах из них. А между тем в последние десятилетия ученые наблюдают настоящую революцию в понимании устройства Вселенной. Это гораздо более крупное изменение представлений о строении окружающего нас мира, чем осознание человечеством того, что Земля — это шар. Еще несколько десятков лет назад Вселенную считали бесконечной. Так думали потому, что нигде не заметно никаких

признаков ее границ. Например, в наши дни через телескопы можно рассмотреть объекты, находящиеся на расстоянии 28 млрд световых лет, но границ так и не видно. Однако эти взгляды пришлось изменить, когда в 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Хаббл открыл, что галактики удаляются друг от друга со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними. Из теоретических работ Альберта Эйнштейна и советского физика Александра Фридмана следовало, что Вселенная должна изменяться во времени. Таким образом, открытие Хаббла способствовало перевороту в науке: вместо вечной и неизменной мы получили расширяющуюся, эволюционирующую Вселенную, возникшую миллиарды лет назад. Новые представления породили новые идеи и исследования. Их результаты привели к модели образования Вселенной в результате Большого взрыва, который произошел, по разным оценкам, от 13 до 17 млрд лет назад. С этого момента начало существовать и отсчитываться время. В результате взрыва образовались частицы, из них — вещество, а из него уже формировались звезды и планеты. В нынешнем состоянии Вселенная по форме похожа на футбольный мяч, состоящий из 12 пятиугольников, плотно подогнанных друг к другу. Внутри него находятся все известные нам объекты, включая нас самих. Диаметр «мяча» составляет, по разным оценкам, от 60 до 80 млрд световых лет. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. Это примерно 10 000 млрд километров.) Считается, что «мяч» еще какое-то время будет расширяться, а потом начнется обратный процесс, так что общий цикл от начала до конца займет около 40 млрд световых лет.

Некоторые модели, с помощью которых описываются процессы возникновения и эволюции Вселенной, предполагают, что вселенные могут возникать при высокоэнергетическом взаимодействии элементарных частиц. В этих моделях макромир и микромир оказываются взаимосвязанными. Из этого следует, что вселенных может быть много. Конечно, и из-за гигантских отрезков времени, и из-за дистанций это никак не затрагивает нашу жизнь. Но это формирует наши представления об окружающем мире. И восхищает то, что люди на уютной планете Земля за свою короткую по космическим масштабам жизнь и историю своим разумом, страстью и упорством проникают в такие удивительные тайны мироздания. Этим можно гордиться.

Велика ли память человека?

Человек, как никто другой, одарен множеством видов памяти, то есть способностей получать, хранить и использовать сведения об окружающем мире. По типу запоминаемого память характеризуют как зрительную, слуховую, осязательную, двигательную и эмоциональную. По продолжительности память бывает мгновенная, кратковременная, оперативная и долговременная. Мгновенная, или иконическая, память не поддается контролю воли: она непроизвольная. На время от 0,1 до 0,5 секунды она полностью фиксирует остаточный образ объекта запоминания. Кратковременная память несколько десятков секунд хранит наиболее существенные элементы образов 5–9 объектов. Этот факт был установлен американским психологом Джорджем Миллером в середине ХХ века. Из мгновенной памяти в нее поступает лишь та информация, которая осознается человеком как связанная с его сиюминутными интересами.

Оперативная память от нескольких секунд до нескольких дней хранит только информацию, важную для решения текущих задач. После этого она вытесняется из оперативной памяти. В долговременной памяти информация хранится неограниченно долго и тем лучше, чем чаще к ней обращаются. Однако для ее воспроизведения требуются мышление и усилие воли. Иногда такая информация извлекается под гипнозом или вследствие стресса, когда перед глазами проносится вся жизнь. Важнейшее преимущество человека в том, что он своей волей может контролировать, что и как запоминать. Для этого он использует логику и разнообразные средства — предметы материальной и духовной культуры: вещи, произведения искусства, книги. Например, чтобы из кратковременной памяти информация попала в долговременную, необходимо просто сосредоточить на ней свое внимание. Скажем, при знакомстве полезно сконцентрироваться на имени собеседника, иначе вы рискуете, что оно будет вытеснено из кратковременной памяти новой поступающей информацией и не сможет попасть в долговременную память. В долговременной памяти лучше всего откладывается материал, с которым связана интересная и сложная умственная работа. Поэтому бессмысленное запоминание дается не каждому. Для запоминания полезна сортировка информации по принципу «важно — неважно». Бывает так, что оперативная память, зависящая от мотивации, работает хуже долговременной, и человек в деталях

помнит свое детство, но забывает, что было вчера или даже только что. На том основании, что в мозгу информация, как и в компьютере, хранится и обрабатывается в форме электрических сигналов, великий математик ХХ века Джон фон Нейман сделал формальную оценку объема человеческой памяти. Это 1020 бит, то есть приблизительно как у 100 млн средних компьютеров. Нам есть чем гордиться.

Возможно ли бессмертие?

Вопрос о смерти с давних пор волновал человечество. Люди всегда хотели жить если не вечно, то долго. И множество на этом наживалось: чего только не предлагали шарлатаны и на что только не были готовы пойти желающие. Например, Иосиф Сталин очень доверял академику Александру Богомольцу, который консультировал его по долгожительству и обещал 150 лет плодотворной активной жизни. Академик неожиданно умер в возрасте около 50 лет. «Надул, подлец», — сказал вождь всех народов. Когда мы задаем вопрос о том, возможно ли бессмертие, непроизвольно думаем о своей смерти. Неужели люди не могут жить вечно? Пока наука говорит, что не могут. Но тем не менее бессмертие рядом с нами. Потому что есть существа на Земле, которые живут вечно, если их не уничтожать специально! Прежде всего, это одноклеточные, например амебы. Они размножаются делением, и человеческое понятие смерти к ним просто неприменимо. Уничтожить их можно — засушить, сжечь. Но существуют и многоклеточные, которые живут долго, например гидры. Это животное открыл Антони ван Левенгук с помощью своего микроскопа. Исследования показывают, что гидра имеет уникальную способность восстанавливаться. Новый экземпляр может

регенерироваться из 1 ⁄200 части существа! Итак, есть животные, которые сами не умирают. Что касается человека, он не может жить вечно. Вопрос о том, почему дело обстоит именно так, волнует всех. Этим занимаются очень многие исследователи. В частности, крупный ученый Леонард Хейфлик обнаружил, что каждая клетка в человеке или животном способна к конечному числу делений. Многократно проведенные эксперименты и наблюдения показали, что клетки, взятые из нормальных тканей человека, способны к 50–80 циклам деления. Дальнейшее деление невозможно. Раковые же клетки не имеют таких ограничений и могут существовать практически вечно. Одну из причин, почему бесконечное деление нормальных клеток невозможно, более тридцати лет назад объяснил российский ученый Алексей Оловников, тогда еще не достигший тридцатилетия. Оказалось, что всякий раз при делении клетки происходит укорочение ее ДНК. За много циклов повреждение ДНК становится таким большим, что приводит к остановке дальнейшего деления. Оловников даже вывел формулу для расчета числа возможных делений. Он же предположил, что если процесс деления изменить так, чтобы компенсировать укорочение ДНК, то способность клетки к делению будет сохраняться. Совсем недавно это предположение подтвердилось. Большинство ученых сходится на том, что именно повреждения клетки становятся ограничителем продолжительности жизни. Однако они видят и множество иных причин и механизмов, кроме «лимита Хейфлика». Некоторые связывают повреждение с иммунологическими механизмами, некоторые — с диетой, некоторые — с калорийностью пищи.

Существуют теории повреждающего воздействия так называемых свободных радикалов, которые образуются, например, при радиационном поражении. Правда, эти радикалы образуются и в нормальных условиях при дыхании. Есть теория, объясняющая повреждения клетки нарушением работы гипоталамуса — одного из важных отделов мозга, регулирующего основные жизненные показатели, называемые гомеостатическими. Наконец, существует объяснение, связанное с тем, что нарушение функций другого важного участка мозга — эпифиза — изменяет генерацию некоторых гормонов и нашу приспособляемость к смене дня и ночи. Многие ученые рассматривают смерть как запрограммированный процесс. Однако есть теории, считающие смерть организмов закономерным явлением в силу того, что она побочная часть процесса, обеспечивающего необходимую для приспособления к окружающей среде смену генов, для размещения которых нужны новые организмы. Все эти теории опираются на солидную базу экспериментальных фактов. Однако полной картины пока создать не удалось.

Вреден ли сахар?

Пожалуй, к сахару в полной мере можно применить формулу основоположника современной фармакологии Парацельса: «Все есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным». Большинство людей называет сахаром столовый сахар — сахарозу. В действительности же есть и другие виды сахара — фруктоза, глюкоза, мальтоза, лактоза и проч. Сахар впервые научились вырабатывать в Индии несколько тысяч лет назад. Первое из известных описаний сахара датируется 510 годом до н. э. В России сахар стал известен в XVII веке и вошел в состав нашего рациона одновременно с кофе и чаем. Любой вид съедобного сахара принято классифицировать как внутренний или как внешний. Внутренним считается сахар, содержащийся в клетках растений. Эти виды сахара присутствуют во фруктах и овощах, например моркови и свекле, и поэтому попадают в организм одновременно с витаминами, минеральными веществами и клетчаткой. Внешний сахар — результат переработки, мы едим его как столовый сахар, мед и т. д. В полости рта бактерии превращают внешний сахар в кислоту, вредящую зубной эмали.

Вот почему врачи не рекомендуют злоупотреблять сладостями и сладкими напитками. В организме любой вид сахара перерабатывается в глюкозу, которая усваивается непосредственно клетками и служит источником энергии. Так что без сахара человек обходиться не может, но и одного сахара для жизни недостаточно. Организм нуждается не только в энергии, но и в белках и жирах, необходимых для обеспечения так называемых пластических функций, связанных с непрерывным восстановлением различных клеточных структур взамен отработавших. Организм весьма точно регулирует содержание сахара в крови с помощью инсулина и глюкагона. При диабете этот баланс нарушается, и приходится вводить довольно строгую сахарную диету. Вместе с тем научные исследования не подтверждают прямого влияния потребления сахара здоровым человеком на повышение риска развития диабета. Нет достоверных доказательств и влияния излишнего сахара на развитие ожирения и заболеваний сердца и почек. Более того, известно, что худощавые люди имеют в рационе больше сахара, чем полные. Для переработки сахара в необходимую организму глюкозу нужен витамин В1 — тиамин. Его, в свою очередь, можно получить из других продуктов — гороха, фасоли, шпината, сои, пшеничного хлеба из муки грубого помола, а также печени, почек, мозгов, говядины и свинины. Диетологи рекомендуют потреблять сахар в объеме, обеспечивающем примерно 10% получаемых за день калорий. Таким образом, снова приходится согласиться с Парацельсом, что все — яд и все — лекарство; то и другое определяет доза.

Правда ли, что материки движутся?

Как только в XVII веке были созданы относительно точные карты Северной и Южной Америки, многие сразу обратили внимание на сходство береговых линий Нового и Старого Света. Невольно закрадывалась мысль: а не были ли когда-то эти материки единым целым? Но лишь в середине XIX века ученые начали поиск доказательств этого, изучая следы доисторической жизни. В начале ХХ века немецкий метеоролог, геолог и астроном Альфред Вегенер, изучавший изменения глобального климата, пытался найти логику в том, что в покрытой льдами Гренландии обнаружены ископаемые остатки тропических растений, а геологические образцы однозначно подтверждают, что в древности африканская Сахара и Южная Америка были покрыты мощным слоем льда. В 1915 году Вегенер издал книгу, в которой утверждал, что, когда в Гренландии росли тропические растения, она располагалась вблизи экватора, а когда Африка и Южная Америка были покрыты льдами, их место было возле Южного полюса Земли. Таким образом, Вегенер делал

вывод, что материки медленно дрейфуют, но не смог объяснить почему. Научному сообществу потребовалось примерно 40 лет, чтобы признать эту теорию. К 60-м годам ХХ века весьма подробно исследовали дно океана. Оказалось, что переходная мелководная зона между сушей и глубоким океаном — береговой шельф — резко обрывается идущей вниз практически вертикальной стеной, и в глубину эта стена достигает нескольких километров. Если проводить границу материков именно по линии обрыва шельфа, то Америка и Африка стыкуются практически идеально. Но самое главное, были обнаружены срединно-океанские подводные хребты высотой 1,5–2 км, которые образуются в результате подпора океанского дна восходящими потоками мантии Земли — горячей жидкой субстанции, занимающей слой от 30 до 2800 км под поверхностью. Конвекционное движение мантии, подобное конвекционному движению воды в кипящей кастрюле, и становится тем двигателем, который перемещает огромные тектонические плиты с расположенными на них материками. Так родилась новая наука о строении земной коры — тектоника, обосновывающая перемещение континентов со скоростью 1–10 см в год. За десятки миллионов лет это и составляет тысячи километров, разделяющих некогда единые континенты. Жизнь мантии сложна, и периодически, как это уже не раз бывало в истории Земли, материки сближаются и сталкиваются, образуя горы, например Урал, Гималаи, Альпы. Если в будущем не произойдет внезапных изменений, то в результате сближения материков через 200–300 млн лет возникнет единый материк Пангея Ультима (последняя Пангея), почти целиком расположенный в Северном

полушарии. Ученые уже прогнозируют, какими тогда будут животные. Например, есть основанное на анализе смены видов на предыдущих этапах истории предположение, что через 150–200 млн лет осьминоги и кальмары выйдут на сушу и появятся летающие рыбы. Мы живем на удивительной планете, но нельзя не поразиться и пытливости человеческого ума, который, начав с очевидного совпадения контуров берегов, сумел достичь глубокого понимания устройства всей планеты.

Есть ли жизнь на Марсе?

Многие верят, что жизнь на Марсе есть. Но они не отличают фантастику от реальных фактов. Фантасты же тысячу раз написали — есть, есть, есть. Вопрос только в том, кого мы там встретим — Аэлиту или кого-то другого. Даже сейчас, когда американские марсоходы Spirit («Дух»), Opportunity («Возможность») и Curiosity («Любознательность») более чем за десять лет с начала функционирования первого из них прислали множество изумительных снимков марсианской поверхности, находятся люди, твердящие: вот видите, тут ухо, тут глаз, тут хобот… Это, конечно, не выдерживает серьезной критики. Жизнь на Марсе ищут особым образом — проверяют физикохимические условия на предмет их пригодности для жизни, а также ищут бактерии и следы их жизнедеятельности. Высокая степень разрушения старых кратеров наводит на мысль, что раньше у Марса была плотная атмосфера. Результаты, полученные советским спутником Марс-5 (1973 г.), спутником Европейского космического агентства Mars Express (2003 г.) и американским спутником MAVEN (2015 г.), позволяют сделать вывод, что вместе с содержащейся в ней водой атмосфера была унесена солнечным ветром.

Почему ищут именно бактерии? Потому что это самая первая и наиболее мощная и устойчивая форма жизни. Животный и растительный мир только надстройка. В основном на Земле живут и действуют бактерии. Они составляют основную часть биомассы. Именно бактерии обеспечивают биогеохимическое взаимодействие, превращают безжизненные грунты в почву, на которой произрастает вся жизнь, сначала растительная, а потом и животная. Хотя приспособляемость бактерий поразительно велика, она тоже имеет пределы, поэтому в первую очередь исследуются прежние и нынешние физические условия на Марсе: температура на поверхности и под ней, освещенность, радиоактивный фон, магнитное поле, атмосферное давление, наличие воды и т. д. Изучается и химический состав планеты и ее атмосферы. Исследования дают все больше фактов, подтверждающих, что условия на Марсе вполне приемлемы для существования бактерий. Однако это еще не означает, что они там есть. Как выявляются бактерии на Земле? Пробу помещают в питательную среду и наблюдают за химическими изменениями, считающимися следствием обмена веществ у бактерий. Первая попытка поставить такой опыт была сделана в 1976 году на американском посадочном модуле «Викинг». Однако однозначной интерпретации результаты не получили. Вторая попытка осуществляется запущенным в ноябре 2011 года и приступившим к работе в августе 2012 года марсоходом Curiosity. На нем установлено специальное оборудование, предназначенное для обнаружения следов ее протекания на Марсе в настоящем или прошлом по элементам, составляющим основу жизни на Земле. Следы этих элементов — углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы — были обнаружены при бурении марсианской почвы

в 2013 году. Можно было бы доставить марсианские пробы на Землю, но это большой риск. Если там есть бактерии, то в случае утечки их поведение и размножение в мягких земных условиях трудно предсказать. Кстати, есть и проблема заражения Марса земными бактериями, поэтому запускаемые в космос объекты тщательно обрабатываются. Наиболее серьезные подтверждения того, что жизнь на Марсе была, как ни странно, получены на Земле. В Антарктиде найдено несколько десятков метеоритов марсианского происхождения, выбитых с поверхности Марса другими крупными метеоритами. В одном из таких «пришельцев», найденном в 1984 году, были обнаружены кристаллы магнетита, которые фактически образовывали слепок бактерии, чрезвычайно похожий на ископаемые слепки земных аналогов. Таким образом, есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе — науке это неизвестно. Наука пока не в курсе дела. Но она очень быстро продвигается.

Зачем были нужны дворяне?

Однажды я услышал от одного молодого и хорошо образованного преподавателя, что, мол, дворяне были жуткими бездельниками: непонятно, зачем они жили. Действительно, а зачем были нужны дворяне? Что они делали? Попробуем разобраться. В учебнике истории, написанном известным политологом Сергеем Кара-Мурзой, сказано, что дворянство поставляло общественную элиту, которая связывала государство и обеспечивала и военное, и экономическое, и государственное управление. При этом дворяне очень четко отделяли себя от других сословий. И дело не в том, что они сильно гордились дворянством, — просто они иначе чувствовали ответственность за страну. Безусловно, среди дворян были разные люди: и гордость нации, и прожигатели жизни, и бездельники, и мерзавцы. Но именно среди них были те, кто делал все для России. Поражает, что они относились к своему долгу с очень большой ответственностью и ощущали это смолоду. Давайте проследим за судьбой такого известного человека, как Иван Иванович Дмитриев. Он был симбирским дворянином и к 40 годам уже отслужил в военной гвардии более

двадцати лет. Уйдя в отставку, занялся государственной деятельностью: сначала трудился в Сенате, потом был назначен министром просвещения. России очень повезло, что именно он занимал этот пост. По его протекции Пушкин был принят в Царскосельский лицей. Дмитриев с Карамзиным разработали правила современного русского языка, первыми начали писать на нем, а Пушкин позже показал, как замечательно можно им пользоваться. Дмитриев заслужил безупречную репутацию, и Александр I именно его попросил распределять государственную помощь погорельцам Москвы 1812 года. Царь был уверен, что тот никогда не спутает государственный карман со своим собственным. Таких, как Дмитриев, было много. Именно они своим талантом и трудами создавали Россию. Вспомним эпизод из гоголевских «Мертвых душ»: Чичиков заблудился и случайно попал в поместье к Петру Петровичу Петуху. Ложась спать, через стенку услышал жаркий шепот хозяина, который заказывал повару обед на завтра и объяснял, как и что должно быть приготовлено: «Заверни-ка ты мне, голубчик, кулебяку на четыре угла…» Это к тому, что дворяне не только устанавливали правила жизни. Они задавали стандарты — в еде, одежде и т. д. Пусть не всегда свои — из Парижа, скажем, — но привносили их в наш, российский быт. Таким образом, функция дворян, в частности, заключалась в том, что они служили ориентиром правильной, или новой, жизни. Постепенно под напором перемен они перестали справляться с этой функцией и в результате революции 1917 года были изгнаны. Россия окончательно потеряла один из своих ориентиров. Новая элита заселила Кремль, дворцы и дачи бывшего дворянства, стала пользоваться их обстановкой и даже одеждой —

это исторические факты. Но справиться с задачей создания достойного стандарта эти люди не смогли. Как утверждают социологи, граждане любой страны нуждаются в национальной идее, которая позволяет им ощущать, что они живут достойно. И эта идея не может быть просто продекларирована, ее нужно передать через высокие стандарты поведения. Вероятно, это важнейшая из наших проблем — прошлые стандарты утрачены и не действуют, а новые, может быть, и возникли, но до сих пор не проявлены.

Зачем люди носят галстук?

Известно, что галстук был придуман на основе шарфа. Но, в отличие от него, этот предмет гардероба совершенно бесполезен: и не греет, и не защищает, только «душит». Галстук, безусловно, не совсем утилитарный, однако же прекращать носить его никто не собирается. В обыденной жизни галстук носят не так часто, однако он обязательный атрибут официальной, парадной или форменной одежды (военных, дипломатов, представителей правоохранительных органов и т. д.). Во многих компаниях, для которых важна демонстрация респектабельности, сотрудники-мужчины должны носить достаточно строгий костюм и галстук. Послабление, обычно допускаемое по рабочим субботам, а иногда и по пятницам, позволяет не носить галстука и даже вместо костюма надеть джинсы. Приличный галстук стоит недешево — 50–100 долларов, статусный вообще может быть на порядок дороже. Умением подобрать галстук в тон костюму, цвету рубашки, глаз и носков, а также красиво завязать его многие гордятся.

Чему же служит галстук? Вот что говорят социологи. Человек нуждается в том, чтобы отождествлять себя с какой-то группой, иначе ему трудно вести социальную жизнь. Когда вы встречаете человека и ничего о нем не знаете, вы не понимаете, как с ним себя вести, что его может интересовать, какие вопросы можно задавать, а какие не следует. Таким образом, люди носят галстук, потому что он служит символом самоидентификации человека, его принадлежности к определенной субкультуре. Например, в Великобритании существуют галстуки научных обществ, спортивных клубов, гвардейских полков. Если встретите англичанина в темно-синем галстуке в тонкую голубую полоску, по-видимому, это выпускник престижнейшей Итонской частной школы. Таких идентификационных символов в жизни людей требуется довольно много. Символическое значение могут иметь не только одежда и ее элементы, но и специально изготовленные знаки, медали, перстни, татуировки и проч. Особое значение такие символы имеют для молодых людей. Например, подростки носят определенные джинсы, скажем драные. Родители не понимают, зачем нужны драные джинсы, когда приличнее и удобнее целые. Но подросткам не джинсы нужны как таковые. Просто они испытывают огромный психологический дискомфорт без обязательных символов принадлежности к конкретной молодежной субкультуре. Символическое значение может иметь и определенное поведение. Участие в праздновании определенных событий по определенному календарю и в определенных ритуальных формах служит важным доказательством устойчивой связи человека с группой, отмечающей этот праздник,

показателем признания ее культурных ценностей. При этом человек рассматривает свое участие как обязанность, как долг перед группой — религиозный, патриотический, национальный, гражданский, семейный и т. п. Неучастие осуждается группой. Настоящий же, любимый праздник побуждает к творческой активности и выдумке, направленной на придание торжеству яркости и блеска. Именно по этому признаку может определяться жизнеспособность праздника и связанной с ним идеи. Таким образом, получается, что даже обычные люди, пользующиеся какими-то предметами, совершающие какие-то поступки, участвующие в праздниках или болеющие за спортивные команды, одновременно подают сигналы окружающему миру о том, кто они такие и чего от них ждать. И галстук — один из таких очень простых атрибутов и самых распространенных сигналов.

Зачем нужен сон?

Сон всегда привлекал внимание людей как необычное и таинственное явление. Он вызывал непонимание, а иногда страх. Сон казался чем-то близким к смерти, а значит, и управлять им должно какое-то божество. Например, древнегреческий бог сна Гипнос входил в свиту Аида — владыки подземного царства смерти, брата всемогущего Зевса. Греки считали, что Гипнос неслышно носится на своих крыльях над ночной Землей с головками мака в руках, льет из рога снотворный напиток и нежно касается глаз волшебным жезлом. Никто не может устоять против Гипноса, и он погружает и богов, и смертных в сладкий сон. Современная наука определяет сон как особое генетически предопределенное состояние организма человека и теплокровных животных (то есть млекопитающих и птиц), характеризующееся закономерной последовательной сменой определенных циклов и стадий. Получается, что необходимость спать предопределена генетически. Наблюдать циклы и фазы сна, а также регистрировать их объективные характеристики можно только с помощью специальных приборов, в основном регистрирующих электрическую активность клеток головного мозга, различных

мышц тела, среди которых особо важную информацию дает электрическая активность глазодвигательных мышц. Одновременно регистрируются и другие показатели, например: электрокардиограмма, изменения артериального давления, двигательная активность тела и конечностей, дыхательные движения грудной стенки и брюшины, характеристики тока воздуха, температура тела. Вот что удалось выяснить с помощью этого мощного научного арсенала. По показаниям приборов, сон абсолютно четко может быть разделен на две фазы — медленную и быструю. Медленной фазу сна назвали потому, что во время нее резко замедляется электрическая активность мозга и мышц, последние расслабляются, уменьшается частота пульса и дыхания. Быстрая фаза характеризуется усилением электрической активности мозга и быстрыми движениями глаз. В свою очередь, фаза медленного сна делится на четыре стадии, в каждой из которых свои характерные особенности. Всего цикл сна занимает примерно полтора часа. Соотношение длительности фаз медленного и быстрого сна составляет 3 : 1, хотя и меняется с возрастом. Научные выводы оказались в сильном противоречии с житейскими представлениями о сне как об отдыхе. Оказалось, что сон — особая форма активной жизни человека. Основная функция медленного сна восстановительная. В это время в мозгу накапливаются энергетически богатые вещества, а также синтезируются необходимые для жизни гормоны. Фаза быстрого сна направлена на переработку информации и построение программы поведения, то есть во время сна идут интенсивные психические процессы. Собственно, сны снятся как раз в быстрой фазе. Если человека разбудить в это время, он расскажет сон во всех подробностях. Обычно же сны забываются. Наука не научилась

трактовать сны так красочно и конкретно, как это делается в различных сонниках, но разработала основанные на этом методы диагностики заболеваний и состояний человека. Разные люди в разном возрасте нуждаются в разной продолжительности сна. Известно, что многие талантливые или даже гениальные люди спали мало. Например, полководец Наполеон Бонапарт и философ, музыкант и врач Альберт Швейцер спали всего по четыре часа в сутки, а вот младенцы и пожилые люди спят много. Сон продолжают изучать во множестве лабораторий мира. В любом случае ко сну надо относиться серьезно и бережно.

Зачем нужны деньги?

Вопрос о том, зачем нужны деньги, современному человеку кажется совершенно диким. Однако путешественники говорят: нелегко объяснить, что это такое, человеку, живущему в условиях культуры, которая не использует деньги (например, папуасу). Честно говоря, и современному человеку непросто разобраться, какие существуют деньги и как они работают. Мы в России, например, только привыкаем к кредитам/ипотекам/процентам, да еще к электронной денежной системе, в которую не сразу и вникнешь. Казалось бы, уж прагматичные американцы все про деньги знают, они довольно много сделали для развития денежной системы. Однако для рядовых американцев выпускается журнал «Деньги», а также транслируются телепередачи, в которых людям объясняют, как их зарабатывать, эффективно тратить и экономить. Первые деньги возникли несколько тысяч лет назад и имели товарную форму: в качестве денег использовался ходовой товар, который можно было обменять на другие. В роли денег попеременно выступали скот, зерно, кожа, меха, табак, вино, сушеная рыба или бусы из ракушек. Например, японским самураям даже в довольно позднее историческое время жалованье выплачивали мешками риса.

Важно то, что ценность товара и товарных денег была одинаковой. Потом это свойство перешло на металлические деньги: стоимость золотых/серебряных слитков или монет стала реальной. А позже возникли деньги, которые были лишь знаковыми, поскольку их цена не имела никакого отношения к обозначенной на них стоимости, а носила, скорее, характер обязательства. Так, в России с подозрением отнеслись к введению медных и бумажных денег. В Китае же бумажные деньги появились еще в древности, но там уже действовал прекрасно отлаженный государственный механизм и гарантии весомости подобного способа расчета были довольно велики. По мере развития мировой экономики нужно было все больше денег. В ХХ веке золотого запаса не стало хватать для обеспечения необходимого объема денежной массы. В связи с этим был налажен выпуск необеспеченных бумажных денег, что спровоцировало инфляцию. Бумажные деньги также не могли эффективно обеспечивать развитие. Тогда стали более активно использовать такие средства расчетов, как вексель, долговая расписка. Развитие информационных технологий позволило отказаться от бумажных носителей, и появились электронные деньги разных типов. Многообразие экономических целей и операций привело к появлению новых функций денег. В нынешнее время таких функций насчитывается едва ли не дюжина, включая измерение и учет состояния экономики, что и породило многообразие видов и типов денег. Теория таких денег очень сложна. Таким образом, мы не можем переносить свое житейское представление о бумажных деньгах, чеках или электронных

деньгах как о средстве платежа за наши покупки на деньги в целом, так как экономическая жизнь целого общества гораздо сложнее. О перспективах будущего без денег можно прочитать лишь в утопических теориях. Скорее всего, формы денег будут продолжать развиваться и видоизменяться. Поэтому важно знать, как работают деньги и как ими пользоваться. К счастью, в некоторых школах России детей начинают учить основам экономики уже в первом классе.

Как возникает смех?

Наверное, нет людей, которые не любят смеяться. Известно много, правда, не очень достоверных свидетельств о пользе смеха для здоровья. Но откуда же он берется? Наука всерьез занимается этим вопросом. Существует даже международное общество по изучению юмора, которое начиная с 1988 года проводит ежегодные научные конференции. Научные материалы о смехе совсем не веселы, но часто бывают любопытны и удивительны. Вот что я нашел в одной обзорной статье. Первым, кто задумался о природе смеха, был Аристотель. Он определил смешное как «некоторую ошибку и безобразие, никому не причиняющее страдания и ни для кого не пагубное». Удивительно, но именно это определение и лежит в основе современных теорий смеха, хотя выделенных его видов насчитывается довольно много. Например, известный ученый Владимир Пропп выделил шесть видов смеха, определенных в основном по психологической окраске: насмешливый, добрый, злой, жизнерадостный, обрядовый и разгульный. Человеческие эмоции — это отклики на соответствующие им по прагматическому значению события. Неприятное

вызывает огорчение и неприязнь, что-то удивительное — интерес, а страшное — испуг, ужас. Парадокс смеха в том, что он не соответствует событию (предмету), которое его вызвало. Смех, несомненно выражающий приятное, радостное чувство, при пристальном рассмотрении оказывается ответом на событие, в котором человек уловил, помимо всего прочего, нечто достойное осуждения и отрицания, но не несущее в себе опасности. Одновременное ощущение опасности или дефекта и осознание их незначимости и преодолимости порождают особую сложную эмоцию, вызывая смех. Реакция на опасность имеет мимическое отражение, основной частью которого становится гримаса, сопровождающаяся оскалом, который обнажает зубы. Мимика улыбки и смеха, таким образом, оказывается сглаженной формой оскала недовольства. В ней «ослабленный» вариант агрессии соответствует меньшей доле увиденного зла. Сходство мимики смеха и плача было замечено еще Леонардо да Винчи: «Тот, кто смеется, не отличается от того, кто плачет, ни глазами, ни ртом, ни щеками, но только неподвижным положением бровей, которые соединяются у того, кто плачет, и поднимаются у того, кто смеется». Эмоцией, противоположной смеху, при таком подходе оказывается стыд, который, как и смех, отличает необходимость осмысления. Но стыд обращен не к внешним объектам, а вовнутрь человека, на себя самого. И если смехом можно поделиться, то стыд пережить можно только самому. Многие наблюдатели отмечают, что смех лучше всего раскрывает человека, так как показывает, над чем и как человек смеется и как он способен страдать или гневаться.

Известен случай с американским психологом Норманом Казинсом, который имел смертельный диагноз — коллагеноз. Казинс попросил перевести его в гостиницу и принялся один за другим смотреть комедийные фильмы. Через несколько дней почти непрерывного смеха его перестали мучить боли, а анализы улучшились. Вскоре он поправился и смог вернуться к работе. Поэтому — смейтесь на здоровье!

Как летает воздушный шар?

О воздушном шаре нет никаких древних мифов, как, например, про крылья Дедала и Икара, да и изобретен он сравнительно недавно. Чтобы придумать воздушный шар, надо было наблюдать не за птицами, а за рыбами. Воздушный шар плавает в воздухе точно так же, как предметы малой плотности в воде. Но провести такую аналогию, конечно, гораздо труднее, чем сравнение с крыльями. Первым оказался итальянский монах Франческо Лана. В 1670 году он предложил сделать шары из тонкой меди и откачать из них воздух. Но он и сам понимал, что атмосферный воздух сомнет эти шары. В 1709 году другой монах — Бартоломео Лоренцо Гусмао из Бразилии, бывшей тогда португальской колонией, — предложил просто наполнить шар теплым воздухом. С огромным трудом добрался он из Америки в Португалию и продемонстрировал полет. За это его обвинили в связях с нечистой силой, и монах был вынужден бежать. Было только начало XVIII века, и наука тогда еще не приносила особых практических плодов; правда, картину мира меняла. А это не нравится многим даже в наши дни.

В 1783 году образованные братья Жозеф и Этьен Монгольфье из французского города Анноне изготовили и запустили шар, наполненный нагретым воздухом. Слухи о шаре быстро распространились, и Парижская академия наук поручила профессору Жаку Шарлю разобраться в изобретении братьев Монгольфье. Вместо этого тот сам разработал схему шара, сделанного из шелка, пропитанного каучуком и наполненного водородом, который в 1766 году открыл Кавендиш. Шар успешно взлетел, но, когда достиг разреженных слоев воздуха, раздулся и лопнул. Братья же приехали в Париж и потрясли всех полетом своего шара, пассажирами которого были утка, петух и баран, а профессор Шарль более всего был удивлен тем, что шар братьев Монгольфье, получивший название «монгольфьер», наполнялся теплым воздухом. У монгольфьера были недостатки: воздух быстро остывал, а объем полости, хотя и был довольно велик, обеспечивал малую грузоподъемность. А профессор Шарль сделал новый компактный и грузоподъемный шар на водороде, в котором были предусмотрены почти все современные детали: сетка, удерживающая его; гондола, регулировочные клапаны, балласт. Это стало прообразом аэростата (1783 г.). Современные спортивные воздушные шары — монгольфьеры. С помощью современных горелок получилось наладить хорошее управление температурой воздуха, поэтому пилоту удается уверенно контролировать высоту полета. А так как направление ветров на разной высоте различное, аэронавты просто ловят попутный ветер и летят вдоль поверхности Земли в нужную им сторону, совершая даже кругосветные путешествия.

На принципе использования легкого газа построены и дирижабли, оболочка которых сделана из легкого металла. Они могут перевозить гигантские грузы, но не спеша. Из-за этого и из-за опасности возгорания в начале ХХ века они проиграли соревнование самолетам. Символом этого проигрыша стал фешенебельный немецкий дирижабль «Гинденбург», сгоревший в Нью-Йорке 6 мая 1937 года. Но теперь дирижабли имеют шанс вернуться, потому что появились новые материалы и можно обеспечить совсем другой уровень безопасности. Дирижабли не требуют сложной инфраструктуры и не наносят ущерба окружающей среде. К тому же люди осознали, что в перевозках регулярность порой важнее скорости, поскольку позволяет планировать свои действия.

Как летает самолет?

Всякий раз перед посадкой самолета в салоне можно услышать: «Ну как такая махина вообще взлетает?» Сам удивляюсь, хотя изучал механику сплошных сред. Дело в том, что нас обманывает интуиция. Кажется, что самолет поднимает вверх напор встречного воздуха, а причина совсем в другом. Загадка подъемной силы крыла самолета сначала была решена на практике. В 1876 году контр-адмиралом российского флота Александром Можайским была построена модель самолета — «летучка» — с тремя винтами, приводившимися в движение заведенной часовой пружиной. В 1903 году братья Уилбур и Орвилл Райт построили настоящий самолет с бензиновым двигателем, решив главную проблему — управление полетом, а в 1906 году русский профессор Николай Жуковский теоретически объяснил возникновение подъемной силы крыла и дал формулу ее расчета. Подъемная сила крыла объясняется тем, что при движении самолета струи воздуха обтекают крыло и давление воздушной среды на него изменяется. На верхней стороне благодаря выпуклости крыла и наличию положительного угла

атаки (наклону плоскости крыла по отношению к направлению движения самолета) воздух в струе движется с большей скоростью, чем на нижней, обычно плоской стороне. В результате давление воздуха на нижней стороне крыла оказывается больше, чем на верхней. Это и означает возникновение подъемной силы. Если взять полоску бумаги и подуть вдоль нее сверху, то давление воздуха на верхней стороне снизится и полоска поднимется вверх. Так действует подъемная сила, такая же, как и на крыле самолета. И так же, как при обтекании крыла, вдоль верхней поверхности полоски воздух движется быстро, а под нижней практически замирает. От этого и возникает разность давлений. При разбеге и полете самолет должен достичь определенной скорости, чтобы подъемная сила сравнялась с его весом. Надо заметить, что разность давлений на сторонах крыла не так велика. Например, новейший аэробус А-380 при полной загрузке и заправке имеет вес не более 560 тонн, а площадь его крыльев чуть меньше 1700 м2. Поделив одно на другое, получаем, что для подъема этого гиганта средняя разность давлений на крыло должна быть всего 0,033 атмосферы, то есть 33 г/см2. Приблизительно такую же величину составляет нормальное давление в легких человека. Самый маленький самолет в мире BD-5T имеет длину менее 4,5 м. Он стоит около 45 000 долларов, и его можно собрать из поставляемых деталей. Взлетный вес BD-5 равен 413 кг, а площадь крыльев составляет приблизительно 8 м2. Получается, что для его взлета достаточно перепада давлений между нижней и верхней поверхностью крыла всего 0,005 атмосферы. Это в семь раз меньше, чем для аэробуса,

но ведь тот и весит в 1500 раз больше. Пожалуйста, сами решите, чему удивляться. Изучая принципы полета, я наткнулся на самоучитель для вертолетчиков и прочел такую фразу: «В то же самое время вы должны использовать вашу другую руку на рычаге контроля, который находится прямо перед вами, чтобы переместить вертолет вперед, назад или в любую другую сторону, как будто вы управляете обычным самолетом».

Как мы видим?

Еще со школы мы все хорошо знаем: человек видит благодаря тому, что у него в глазу имеется сетчатка, состоящая из светочувствительных клеток — колбочек и палочек. Меняющий свою форму хрусталик проецирует отражаемый окружающими предметами свет на сетчатку и создает на ней изображение этих предметов. Весьма похоже на цифровой фотоаппарат с трансфокатором и светочувствительной полупроводниковой матрицей вместо сетчатки. Палочки и колбочки преобразуют свет в электрические сигналы, которые и передаются в мозг, запуская сложнейший процесс видения. Для этого мозг использует не только информацию, поступающую к нему в данный момент, но и накопленный ранее опыт. Собственно, то, что мы видим, — это основанная на предыдущем опыте интерпретация поступающих сигналов. В частности, этот опыт используется для управления движением глаз при рассматривании. Известно, например, что лягушка видит только движущиеся объекты. Почему же человек умеет видеть неподвижные предметы? Оказывается, что и он через 1–2 секунды перестает воспринимать неподвижные изображения, если освещенность каждой из колбочек и палочек не меняется. Однако в нормальных условиях глаз человека постоянно совершает

скачкообразные микроскопические движения, и информация о наблюдаемом объекте все время возобновляется, благодаря этому он остается видимым. При рассматривании изображения глаз также совершает постоянные движения, сосредоточивая внимание и многократно возвращаясь к наиболее важным и информативным деталям, которые формируют запоминающийся образ объекта. Например, если речь идет о лице, то щеки разглядываются редко, а вот глаза, нос, губы — чаще. Вероятно, поэтому нам удается рассматривать абстрактные картины Пикассо, выполненные в технике кубизма. На них могут быть изображены одновременно такие важные фрагменты, которые не видны все сразу при рассматривании прототипа. Удивительно и то, что человек может рассматривать движущиеся объекты. Во-первых, ему удается следить за ними взглядом (опять-таки благодаря движению глаз, но не скачкообразному, а плавному). Во-вторых, мозг умеет сливать набор дискретных кадров, получаемых на сетчатке вследствие скачкообразных микродвижений, в плавную непрерывную картину. Получается, что, рассматривая движущиеся объекты, мы все время смотрим кино. Справедливо и обратное: если мы будем рассматривать ряд статических кадров, фиксирующих последовательные положения наблюдаемого объекта, то при достаточно высокой частоте смены кадров увидим непрерывное движение. Именно так и устроен кинематограф. Конечно, это далеко не все даже из открытых секретов видения. Свойства глаза человека и особенности его психики обязательно учитываются при проектировании современных видеосистем — камер, телевизоров и компьютерных дисплеев. Как мы видим, они становятся все лучше и лучше.

Как мы слышим?

Известно, что человек обладает пятью органами чувств. Считается, что более 80% информации поступает через зрение. Наверное, это правда. Каждый пользующийся компьютером знает, что картинки информационно очень емкие. Но информация, которую человек лучше анализирует, скорее всего, поступает к нему через слух. Он нужен человеку не только для того, чтобы слышать природные или техногенные звуки, но и для того, чтобы воспринимать речь. А обладание речью — это уникальное преимущество человека. Есть гипотеза, по которой неандертальцы проиграли Homo sapiens из-за того, что не сумели овладеть членораздельной речью и поэтому не смогли научиться передавать опыт поколений. Об устройстве уха нам рассказывают еще в школе. Человек слышит благодаря тому, что в воздухе распространяются звуковые волны. Проникая через наружное ухо, они достигают барабанной перепонки, которая начинает вибрировать под действием переменного давления. Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от так называемого среднего, в котором имеется специальный тонко устроенный механизм — слуховые косточки: молоточек, наковаленка и стремечко. Через них колебания барабанной перепонки, соединенной с молоточком, передаются на мембрану уникального

устройства во внутреннем ухе, которое называется улиткой. Это устройство предназначено для первичного анализа частоты звука. Но на этом дело не заканчивается. Колебания мембраны улитки передаются контактирующим с ней волосковым клеткам, которые преобразуют механические колебания в электрический сигнал, поступающий по слуховому нерву в мозг. При серьезных заболеваниях среднего или внутреннего уха сейчас используют электронные протезы, в которых звук преобразуется в электрический сигнал и поступает непосредственно к слуховому нерву. Итак, сигнал поступил в мозг, и дальше идет его обработка. И тут оказывается, что слухов-то у нас несколько. Один тип обработки сигналов позволяет определять направление источника звука. Это называется пространственным слухом. Другой тип обработки позволяет определять высоту звука. Это называется тональным слухом. Совершенно иначе анализируются нетональные звуки — щелчки, удары и т. д. В зависимости от того, какая задача решается, мозг использует разный анализ и, следовательно, разный слух. Поэтому мы даже не можем говорить о наличии единого механизма слуха. Наш слух имеет очень широкий диапазон. Звук падающей листвы — минимальный по мощности звук, который мы можем услышать. А рев реактивного самолета — максимальный, который слышен без боли. Разница по энергии между тем и другим — 10 млн раз. Чтобы ухо могло приспособиться к такой огромной разнице, специальные мышцы управляют натяжением барабанной перепонки и взаиморасположением слуховых косточек в среднем ухе — молоточка, наковаленки и стремечка. Экспериментаторы,

которым приходится работать в заглушенных камерах, рассказывают, что в полной тишине они испытывают напряжение, а иногда головную боль. Это связано с тем, что предельно напрягаются мышцы, управляющие барабанной перепонкой и слуховыми косточками, в попытке обеспечить уху регистрацию слабого звука. Между прочим, звук падающей листвы имеет всего в три раза большую энергию, чем звук, вызываемый хаотичным стуком молекул воздуха в барабанную перепонку. Природа и тут все «продумала». Она сберегла нас от того, чтобы слышать этот назойливый случайный шум. По качеству слуха — чувствительности и диапазону частот воспринимаемых звуков — человек уступает многим живым существам. Но по умению извлекать информацию, заключенную в звуках, превзошел всех.

Как мы узнаём друг друга?

То, что люди могут узнавать друг друга, очень значимо для их существования. Без этого невозможны никакие формы общественной жизни, а человек — существо общественное. Да и для животного мира это не менее важно. Процесс узнавания на самом деле очень сложен. И конечно, поражает, как много объектов, которые человек может узнать, вмещается в его памяти. Как же это получается? Оказывается, что человек, наблюдая, например, изображение, не укладывает его полностью в долговременную память. Сначала ведется довольно подробный анализ. Начинается он с того, как человек осматривает какой-то объект, например лицо другого человека. Выполнено немало работ, зафиксировавших, как сложно при этом движется глаз, в каких местах сосредоточивается и т. д. Это происходит не просто так. Подобное движение управляется мозгом, раскладывающим увиденное на целый набор упрощенных изображений. Такое упрощение называется фильтрацией, или выделением характерных признаков. Например, оказывается, что у каждого изображения есть скелет и карта точек пересечения линий. Движение глаза управляется так, чтобы собранные признаки

характеризовали изображение наиболее полно и достоверно. Выяснилось, что упаковать в памяти эти признаки гораздо легче, расходуется меньше ресурсов. А дальше получается следующее. Всякий раз, когда человек сталкивается с каким-то новым объектом, он пытается сопоставить его с тем, что заложено в памяти предыдущим опытом. После того как через волокна зрительного нерва сигналы рецепторов глазной сетчатки — колбочек и палочек — поступают в мозг, они подвергаются очень сложной обработке, в которой участвует довольно много его структур. В частности, при этой обработке происходит выделение большого числа элементарных признаков изображения, по которым оно и сравнивается с тем, что есть в памяти. И если находится много совпадений, то мозг принимает решение, тот это объект или нет. Разглядывать, узнавать и запоминать объекты совсем нового, не встречавшегося ранее класса человеку не так легко. Например, известно, что без привычки трудно распознавать лица людей, принадлежащих к другим расам. Иногда бывают ситуации, что человек не успевает как следует разглядеть новый объект, а «машина» узнавания уже запущена, и черты объекта достраиваются мозгом, восстанавливая целостный образ. Например, известен случай в наполеоновской армии, когда один солдат протянул другому рыбу, а тот клялся, что он замахнулся на него ножом. Просто не произошло такого опознавания. У опознаваемого человека может быть много признаков: он как-то характерно стоит или движется, как-то выглядит, у него может быть характерный голос, даже характерное построение речи. И поэтому иногда человека можно узнать, даже если изменились какие-то признаки, по другим, которые подверглись меньшим изменениям.

Это второе удивительное свойство, что человека можно опознать даже по части его признаков, восстановив в памяти все остальные. (Когда мы с братом встречали мать на автобусной остановке, мне всегда было интересно, одинаковой ли мы ее видим.) Изучение механизмов распознавания — колоссальная работа, которая выполнялась в основном в течение ХХ века. Трудно выделить кого-то одного, сделавшего в этом прорыв. Но поражает, как много изучено. И то, что эти представления о работе мозга достаточно справедливы, подтверждается тем, что многие из способов анализа, скажем, изображений и звуков могут быть воспроизведены с помощью компьютеров. Например, буквально несколько месяцев назад компания Google продемонстрировала многопроцессорную систему, отчасти воспроизводящую структуру мозга, которая распознает изображения быстрее и надежнее человека. Сейчас вы можете купить робота (скажем, в Японии), который умеет узнавать хозяина, предметы, обстановку и выполнять довольно сложные целесообразные действия. Таким образом, нам удается узнавать друг друга, потому что в мозгу очень экономно хранятся признаки предметов, достаточные для того, чтобы восстановить представления о предмете в целом. Это самый главный механизм, по которому мы узнаем друг друга. И это позволяет сказать близкому другу, которого мы не видели двадцать лет: «Слушай! Где тут у тебя соль?»

Как образуется эхо?

Эхо описано еще в древнейших мифах. А в мифах остается только самое-самое значимое, что поражает людей. Происхождение эха первым объяснил Аристотель в IV веке до н. э. Он догадался, что звук — это распространяющаяся волна попеременного сжатия и разрежения воздуха, которая может отражаться от препятствий и таким образом возвращаться к нам звуком. С тех пор, однако, трудами многочисленных ученых созданы весьма точные теории, которые позволяют рассчитывать распространение и отражение волн в самых разных средах и условиях. Кроме того, было обнаружено, что звуковые волны могут распространяться и в жидкостях, и в твердых телах, а еще существуют волны совсем другой физической природы, например электромагнитные. Электромагнитные волны также могут отражаться от препятствий. Значит, и для них существует феномен эха. На нем построена работа радаров. Измерение промежутка времени между посланным электромагнитным импульсом и пришедшим на приемник отраженным сигналом

позволяет определить расстояние до объекта, отразившего волну. Заметим, что, хотя радар и человеческое изобретение, природа использовала этот принцип гораздо раньше. Похожим образом ориентируются в пространстве летучие мыши, дельфины и некоторые виды тюленей, посылающие ультразвуковые сигналы. Теория волн показывает, что многообразие способов приема и обработки волновых сигналов гораздо более велико, чем используется человеческим слухом. Так, например, посылая внутрь человеческого тела ультразвуковые волны вдоль разных направлений, мы можем составить карту всех органов. Существуют и методы измерения скорости движения и вибрации внутренних объектов. Еще 50 лет назад это было чудом, а сейчас стало распространенным методом диагностического обследования, называемым УЗИ. Меня, например, поразило, что посредством ультразвука можно увидеть лицо еще не родившегося младенца. Так было обнаружено, что младенец, оказывается, гримасничает, сердится, улыбается. Интересно, что с физической точки зрения обнаружение эха, создаваемого отражением импульса, отличается от обнаружения эха непрерывного шумового сигнала только способом обработки информации. На этом принципе, кстати, россиянам в 90-х годах прошлого века удалось построить оптический прибор для исследования тонких слоев биологических тканей и других материалов. Он словно бы регистрирует эхо светового импульса длиной всего одну миллионную часть от одной миллиардной доли секунды. Сейчас подобные приборы — оптические

томографы — достаточно широко распространены в мире. Утверждают, что эхо есть и во Вселенной. Дело в том, что, хотя вещество в ней чрезвычайно разрежено и о непосредственном упругом взаимодействии, необходимом для образования волн, не приходится говорить, благодаря гравитационным силам волны все-таки образуются. Вопрос о том, как возникает эхо, с научной точки зрения очень прост: это волны отражаются от препятствий. Но как подумаешь, какое разнообразие волн в природе и какое существует огромный выбор возможностей обработки этих сигналов, понимаешь, что это простое явление можно с пользой применить в жизни.

Как строили египетские пирамиды? Наиболее распространено предположение, что египтяне строили пирамиды, чтобы сохранять в них мумии фараонов — земных воплощений бога. По тогдашним верованиям, до сих пор сохраняющимся у их потомков — коптов, душа не могла существовать без тела. Есть предположения, что одновременно могли преследоваться и другие цели — сакральные, идеологические и экономические. Размеры и точность пропорций и ориентации пирамид по сторонам света на протяжении столетий поражают воображение. Как же строителям удавалось с такой точностью изготавливать и подгонять друг к другу каменные блоки? Как у них получалось передвигать такие тяжести? Как люди могли так точно соблюдать размеры пирамид и их ориентацию по сторонам света? По археологическим данным, первая египетская пирамида была построена более 4500 лет назад при фараоне Джосере. До этого для погребения фараона строили более простое сооружение в форме усеченной пирамиды с прямоугольным основанием — мастаб, что по-арабски означает «скамья». Пирамида Джосера, отлично сохранившаяся до сих пор,

представляет собой шесть поставленных друг на друга мастаб уменьшающегося размера, то есть имеет ступенчатую форму. Размеры основания — 125 × 115 м, высота 62 м. Она сложена из каменных блоков, средний вес которых составляет 2 т, хотя есть блоки и большего размера. Блоки подогнаны друг к другу очень точно и не скреплены никаким раствором. Более поздние сооружения имеют строго пирамидальную форму за счет того, что ступенчатое основание покрывали специальной облицовкой, двигаясь сверху вниз. Согласно современным археологическим данным, пирамиды возводились наемными строителями, разделенными на несколько соревнующихся бригад. К работам в свободное время привлекались и крестьяне. Блоки для строительства изготавливались из известняка. В его массиве проделывались отверстия — шурфы, в которые загоняли сухие деревянные клинья, которые затем поливали водой. Клинья разбухали, и глыба отламывалась. По одной версии, далее глыбы обтесывались и пришлифовывались. По другой — известняк размалывался и на его основе готовилась бетонная смесь. При этом предыдущие, уже уложенные в тело пирамиды блоки использовались как часть опалубки. Такая технология гораздо более экономична и легко объясняет высокую точность подгонки блоков. Важно, чтобы они не были скреплены друг с другом, иначе тело пирамиды лопнет от внутренних напряжений. «Бетонная» версия подтверждается анализом состава облицовочных плит. Французский химик Иосиф (Джозеф) Давидович обнаружил в нем 13 компонентов, отсутствующих в окружающих каменных карьерах, то есть внесенных добавок.

Другой ученый, археолог-любитель Рональд Уайетт, смог разобраться, как с помощью простых деревянных рычажных машин, похожих на качели, можно с легкостью перемещать тяжелые блоки. Любопытно, что методом знаменитого лингвиста Жана-Франсуа Шампольона расшифрованы описания этих устройств и рецепт бетона. В размерах, пропорциях и ориентации пирамид зашифрованы знания по астрономии и математике, удивляющие современных специалистов. Стены пирамид поднимаются под углом от 51 (пирамида Менкаура) до 53 (пирамида Хефрена) градусов к горизонту. Возможно, этот угол воплощает в пирамиде значение числа «пи» (при угле в 51–53 градуса отношение полупериметра основания пирамиды к ее высоте с точностью до 4% равно отношению длины окружности к ее диаметру). Самая большая из всех известных — пирамида Хеопса, имеющая размеры 230 × 230 × 147 м, — сориентирована на север с точностью в три угловые минуты. Многие специалисты считают такую точность невероятной, за пределами человеческих возможностей. Между тем, чтобы попасть в сантиметровое яблочко мишени с расстояния 50 м, мастеру по стрельбе нужно навести винтовку с не меньшей точностью. По всему получается, что строительство поражающих наше воображение сооружений было вполне доступно человеческому гению еще в древности.

Как пчелы находят медоносы?

Я понятия не имел, как же пчелы это делают, пока меня не спросили. Пришлось искать информацию. Удивительно, как много людей любит разводить пчел. Настоящий пчеловод очень много знает про своих питомцев, охотно делится секретами, и это производит впечатление. По тщательности отношения пчеловодов к делу их, пожалуй, можно отнести к научному сословию. Существует два основных механизма, с помощью которых пчелы находят медоносы. Для этого, грубо говоря, их надо унюхать. Обонятельные органы пчел удивительно чувствительны. Они могут уловить присутствие буквально нескольких молекул вещества. Запах, так же как и вкус, определяется молекулярным составом. Но важно не только уловить его, но и проанализировать, как он усиливается, потому что без этого невозможно определить направление. Так вот, их чувствительность велика не только к абсолютной концентрации пахучих веществ, но и к малым ее изменениям. Направляя полет в сторону усиления запаха, то есть повышения концентрации, пчелы умеют прилететь, куда надо. Но все-таки уловить эти молекулы — дело довольно трудное, это отчасти и вопрос везения. И уж если пчела уловила

нужный запах, она должна рассказать другим пчелам, где же находится медонос. Это второй способ найти нужное место — по «донесению» разведчика. Для этого разведчик сам должен его запомнить. В этом деле пчелы ориентируются на солнце. В пасмурную погоду, кстати, справляются с этим плохо. И кроме того, они используют такую особенность света, которая называется поляризацией. Мы глазами не ощущаем поляризацию света, но с помощью приборов (поляриметров) можем ее измерить. Такие поляриметры есть в глазах у пчел. В отличие от людей они умеют определять поляризацию световой волны. Предполагается, что эти свойства могут быть использованы пчелами для ориентации. Итак, как получается, что эти насекомые находят медоносные поля? Разведчик унюхал, по нарастанию запаха попал на это поле, сориентировался по солнцу и поляризации и прилетел обратно в рой. Теперь надо передать информацию другим пчелам, а для этого есть специальный язык танцев. Это целая наука. Пчелы совершают определенные движения, в основном шевелят брюшком. В танце имеет значение, какие это движения — круговые, колебательные или восьмерочные. Я этого языка не знаю, но уверен, что он есть. Пчелам удается так точно это сделать, что компаньоны по улью прекрасно понимают, куда лететь. Так что, как говаривал Винни Пух, это «ж-ж-ж» — неспроста.

Как работает детектор лжи?

Вопрос о том, лжет человек или нет, волнует людей столько времени, сколько они существуют. Люди с развитой интуицией умеют распознавать, правду им говорят или обманывают. Иногда они могут даже научить других определять ложь. А можно ли это сделать с помощью прибора? К концу XVIII века, когда развилась физиология, было установлено, что у человека в зависимости от состояния проявляются разные физиологические реакции: меняются частота пульса, давление, темп и характер дыхания, ладони потеют и т. д. Таким образом, были созданы научные предпосылки для создания инструментария по определению лжи. Первый инструмент для диагностики лжи в 1875 году создал итальянский физиолог Моссе. Он продемонстрировал, что такие физиологические показатели, как давление крови и частота пульса, изменяются при эмоциональном напряжении, а эмоции в том случае, когда человек должен скрыть ложь, обязательно проявляются. С этого момента направление начало довольно быстро развиваться. И уже в 30-х годах ХХ века проверка на детекторе лжи стала вполне официальной процедурой, когда надо было определить, «виновен» или «не виновен», «достоин доверия» или «не достоин».

В наши дни применение этой процедуры расширяется, а детекторы лжи совершенствуются. Самым важным оказывается подбор физиологических параметров, которые нужно измерить, чтобы установить, что человек лжет. Сейчас такие приборы принято называть полиграфами. Один из лучших полиграфов был разработан в России в 70-х годах прошлого века. Его изобрел физиолог Валерий Варламов. Кстати, я был с ним знаком. Когда он подбирал удобные для измерения параметры, интересовался у меня, можно ли измерить сердцебиение человека, разместив датчики в стуле, на котором этот человек сидит. Это смешной вопрос, потому что если даже поместить человека в грузовик, то по колебаниям грузовика можно обнаружить, как бьется сердце. Словом, такой полиграф был им создан. Измерения важно проводить в уверенности, что изменение физиологических параметров происходит именно вследствие эмоций, вызванных попыткой скрыть ложь, а не какими-то иными причинами, например волнением от самой процедуры проверки. Это специалисты также научились довольно хорошо делать. Но оказывается, когда человек лжет, это проявляется и в других вещах. Советский психолог Александр Лурия ставил такие опыты. Он задавал вопросы и предлагал несколько вариантов ответов. Желаемый ответ испытуемый выбирал нажатием соответствующей кнопки. Выяснилось, что на подбор ложного ответа требуется на 25% больше времени, чем в случае, когда лгать нет нужды. Темп речи, лексика, построение фразы также дают сведения о том, лжет человек или нет. Постарался человек солгать или нет, видно по тексту, который он написал. Такие детекторы лжи — анализаторы письменных текстов — тоже есть. А сейчас можно купить детекторы лжи, присоединяющиеся

к мобильному телефону. Их действие основано на том, что ложь влияет и на акустический характер речи. Но самое удивительное в том, что люди не могут не врать. Те, кто всегда говорит одну только правду, оказывается, теряют контакты с окружающими. И обычно ложь возникает в тех случаях, если вы не хотите кого-то обидеть или нарушить чужих ожиданий. Возможно, это вполне конструктивный выход из положения. Итак, если возвратиться к тому, как работает детектор лжи, можно сказать, что его работа основана на регистрации изменений любых форм реакции — физиологической, психологической, двигательной и речевой, неизбежно возникающей в ответ на эмоциональное напряжение, которое вызвано необходимостью говорить неправду. В общем, обманывать трудно.

Как работает телефон?

«Телефон» был еще у персидского царя Кира в VI веке до н. э. У него на службе состояли 30 000 человек, именуемых «царскими ушами». Располагаясь на вершинах холмов и сторожевых башен в пределах слышимости, они передавали сообщения, предназначенные царю, и его приказания. Юлий Цезарь упоминает, что и у галлов была похожая система связи: сообщения по ней передавались со скоростью 100 км/ч. Сегодня, когда мы задумываемся о принципах работы телефона, обычно возникает вопрос: как звук преобразуется в электрический сигнал, который передается и потом преобразуется обратно в звук? На то, чтобы это осуществить, ушло очень много труда. И если уж быть честным, нельзя сказать совершенно достоверно, кто первый изобрел телефон, потому что преобразование речи в электрический сигнал и обратно — это одно дело, и значительная часть телефона, но сам телефон — совершенно другое. Телефон — это еще и вещь, которой кто-то пользуется. И ввести его в оборот — это самое главное для изобретения. В этом смысле первым, кто изобрел телефон, то есть предъявил людям как средство для дистанционного общения, был Александр Белл. Это случилось в 1876 году. И даже при этом он сильно заблуждался относительно того, кому телефон нужен. Белл

никак не ожидал, что этот прибор пригодится такому количеству людей. Он сказал примерно следующее: такой телефон нужен двум старушкам-подружкам, которым трудно ходить и из-за этого встречаться. На самом деле телефон произвел колоссальную информационную революцию. И как только люди привыкли к телефону, он начал совершенствоваться, и вот стал мобильным. В 2006 году в России число мобильных телефонов превысило число жителей. И тот прибор, который мы видим, — это настоящее чудо. Во-первых, это чудо техники — очень сложная миниатюрная электроника. Первый мобильный телефон нужно было возить на специальной тележке. Но важен был сам принцип мобильности, а уж компактность — это, как мы видим, дело технического прогресса. Во-вторых, это информационное чудо. Проблема мобильной телефонии не столько в том, чтобы сделать аппарат миниатюрным, сколько в том, чтобы быстро передать огромное количество информации, потому что разговаривают и передают другую информацию огромное количество людей. Эту задачу можно решить только с помощью кодирования. Интересно, что кодирование здесь применяется двойное. Сначала из нашей речи выделяют признаки, по которым ее можно потом надежно восстановить. Для этого используют научные знания о механизмах речевоспроизведения. Сама идея принадлежит великому ученому Леонарду Эйлеру и сформулирована им лет за сто до изобретения телефона. Признаков нашей речи, оказывается, сравнительно немного. Эти признаки и считаются кодом речи. По мобильному телефону, таким образом, передается не речь, а лишь сообщение о ее признаках, то есть коды. На приемном конце

наш мобильный аппарат — а по сути, специализированный компьютер — из кодов восстановит речь со всеми ее индивидуальными особенностями. Передача сообщения о кодах производится по радиоканалу, то есть с помощью электромагнитных волн. Чтобы электромагнитные волны переносили по эфиру сообщение, их параметры должны непрерывно подвергаться закономерному изменению. Это называется модуляцией. Способы, или алгоритмы модуляции могут быть самыми разнообразными, и надо выбрать такой, который обеспечит и передачу большого объема данных, и защиту от помех. Интересно, что основы алгоритмов помехоустойчивого кодирования CDMA, используемых в мобильной телефонии, были разработаны еще в 1939 году выдающимся специалистом в области радиотехники Дмитрием Агеевым в кандидатской диссертации «Линейные методы селекции и проблема пропускной способности эфира». Интересно, что огромный вклад в развитие этих методов внесла знаменитая актриса Хеди Ламарр, занимавшаяся еще и научной деятельностью. В августе 1942 года ею и соавтором был получен патент США № 2 292 387 «Секретная система связи». Однако применение метода было отвергнуто из-за сложности в реализации, и лишь через 50 лет он стал основой для широкополосной связи, которая сегодня используется повсюду — от мобильных телефонов до Wi-Fi. И теперь, когда мы идем на работу и берем с собой телефон, конечно, должны удивляться, какой он маленький и сколько в нем функций, но мы должны также помнить, какую концентрацию человеческой мысли держим в руках.

Как работает холодильник? В 2000 году в мире было произведено более 135 млн различных холодильников. Когда говорят о холодильниках, обычно на ум приходят те, что стоят на кухне. А между тем холодильники — это большой класс приборов, применяющихся для совершенно разных практических и научных целей. Холодильники служат не только для хранения продуктов и лекарств. Они нужны для хранения генетических материалов при сверхнизких температурах. Холодильники используют электронных элементов в компьютерах, для охлаждения приемников электромагнитных волн, когда надо принять слабые сигналы из космоса или слабое электромагнитное излучение человеческого тела при тепловизионном обследовании. Холодильники нужны и для охлаждения частей тела, включая мозг, при хирургических операциях. Даже кондиционер — это тоже холодильник. Общий принцип работы холодильников очень прост. Так как теплота обусловлена движением молекул, для охлаждения тела нужно просто это движение замедлить, то есть отнять у молекул кинетическую энергию. Сложность, однако, в том, что существует более десятка различных способов этого отъема, и для каждой практической цели применяется свой.

Например, в классическом учебнике Генриха Польманна по холодильной технике почти полторы тысячи страниц, хотя там описаны далеко не все способы охлаждения. В бытовых холодильниках и кондиционерах чаще всего применяется радиатор с хладагентом, имеющим низкую температуру кипения, то есть перехода из жидкого состояния в газообразное. Для испарения хладагента требуется энергия, которую он забирает у воздуха холодильной камеры или кондиционера, отчего воздух и остывает. Чтобы отнять тепло, можно применять полупроводниковые системы, в которых охлаждение происходит при пропускании электрического тока. Такие системы используются для охлаждения электронных чипов. Можно охладить объект, заставив его излучать энергию в виде звуковых волн. Удивительное открытие, удостоенное Нобелевской премии, сделано в последние годы. Оказалось, что вещество можно охлаждать с помощью света. Если правильно подобрать длину волны лазерного излучения, то можно добиться, чтобы помещенные в магнитную ловушку атомы, движущиеся навстречу световой волне, поглощали фотоны. Импульс этих фотонов направлен навстречу движению атомов, и поэтому атомы при поглощении затормаживаются, то есть происходит охлаждение. Обездвиженные атомы гораздо легче исследовать. В обычных условиях в газе они движутся со скоростью до нескольких километров в секунду. Большой прогресс ожидает и наши традиционные холодильники. За счет применения новых материалов и технологий можно будет использовать способы охлаждения, которые раньше были невыгодны. Новые холодильники будут потреблять в два раза меньше энергии, а сам агрегат будет раза в полтора компактнее.

Как узнать время?

Вопрос о том, как узнать время, сейчас кажется тривиальным, потому что у всех есть часы. Посмотрел на часы — узнал время. Нет часов — посмотрел на экран телевизора или послушал радио. Но в действительности вы не определили время, а лишь узнали его. А между тем кто-то это время нам установил, кто-то эту услугу нам оказал. Измерением времени человечество интересуется с момента своего возникновения. Если бы люди не научились определять сезонные времена, не смогли бы выжить. Оседлая жизнь была бы невозможна. Интересно, что существовали календари, в которых указывалось не четыре, а лишь три сезона. Например, в Древнем Египте были сезоны половодья, сева и сбора урожая. Многие народы Европы знали только зиму, весну и лето. И естественно, что это время измерялось по положению астрономических тел — звезд, Солнца, Луны. Существовало несколько очевидных масштабов: видимое годовое движение Солнца, Луны и изменение ее фаз, а также суточные движения небесных тел. Поэтому у разных народов возникали различные календари в зависимости от того, наблюдение за движением какого светила бралось за основу.

Сразу же появилась и остается актуальной до сих пор проблема синхронизации разных календарей, поскольку периоды движений светил и Земли не кратны друг другу. Например, период обращения Земли вокруг Солнца содержит нецелое число периодов вращения Земли вокруг своей оси. Поэтому для удобства пользования по результатам астрономических наблюдений в календари надо вносить регулярные поправки, например високосные дни, что оказалось серьезной научной задачей. Человечество обходилось такими наблюдениями буквально всю свою историю. В XVII веке после открытия Галилеем постоянства периода колебаний маятника были изобретены современные механические часы. В то время люди, по-видимому, никуда не торопились и у часов была только одна стрелка — часовая. Механические часы быстро достигли точности, превышающей точность хода небесных светил, и стали эталоном продолжительности интервалов времени. Однако начало отсчета интервалов все равно необходимо согласовывать с небесными событиями, чтобы у всех людей было единое время. В 50-е годы ХХ века возникли кварцевые эталоны времени, точность которых составляет несколько миллионных долей секунды в сутки. Но и их качество перестало удовлетворять людей. Сейчас, когда человечество занимается очень тонкими задачами, требования к измерению времени возрастают необычайно. Мы даже не представляем, что живем в системе, где существует мировое время, которое регулярно отслеживается, и поддерживается, и вводится во все наши информационные составляющие — телевидение, радио, компьютерные сети. И уже не хватает точности не только механических часов, но и кварцевых. Для дальнейшего улучшения измерения времени используют атомные

эталоны частоты, стабильность которых в миллион раз выше стабильности вращения Земли. Главный эталон времени России входит в группу лучших мировых эталонов. Он находится во Всероссийском научноисследовательском институте физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) в Зеленограде. Это очень сложный комплекс аппаратуры. Его погрешность не превышает одной секунды за полмиллиона лет. Таким образом, время узнать очень трудно, потому что есть несколько физических механизмов измерения промежутков времени и нужда в синхронизации разных времен. А уж мы с вами только смотрим на отображение того времени, которое добыто для нас его хранителями.

Как узнают о родстве и переселениях народов? Интерес к этому вопросу велик и зафиксирован еще в книгах Ветхого Завета. Согласно последним научным данным, современный вид человека появился в Африке. Это произошло около 40 000 лет назад. Потом он мигрировал на Ближний Восток, а затем на запад — в Европу и на восток — в Азию. Существовавшие в то время другие группы людей, например европейские неандертальцы, исчезли. Далее по суше люди достигли Юго-Восточной Азии. По суше же, когда еще не было Берингова пролива, они достигли и Америки, а на лодках добрались до Австралии и островов Океании. Как все это удалось узнать? Для понимания происхождения народов или этносов привлекаются методы самых разных наук, но прежде всего истории, археологии и языкознания. В наследовании и изменениях культурных ценностей и языка есть некоторые общие закономерности и связи. С середины ХХ века началось применение популяционной генетики.

В основу этой науки легла работа русского генетика Сергея Четверикова «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики», опубликованная в 1926 году. Она позволяет изучать изменение генотипа, в том числе и под действием миграции. Миграция генов, то есть их распространение на новые территории, имеет два основных механизма. Один, постоянно существующий, но не очень сильный, — браки между представителями разных народов. Другой — физическое переселение народов. Генетические изменения происходят не очень быстро, поэтому, сопоставляя генофонд различных народов или отдельных его групп по устойчивым маркерным генам и их сочетаниям, можно пытаться оценить наличие или отсутствие общих предков. Сейчас считается, что наиболее авторитетные данные о расовой и этнографической структуре населения Земли представлены одним из ведущих мировых специалистов по популяционной генетике, итальянским ученым Луиджи Кавалли-Сфорца. В книгах «История и география генов человека» и «Гены, народы и языки» ему с коллегами удалось обобщить и сопоставить разнородную генетическую, культурную, археологическую и лингвистическую информацию о разных народах мира. Им выдвинута теория о происхождении отдельных рас и народов и развитии человечества в целом. Кавалли-Сфорца разделяет человечество на десять основных генетических групп: восточные азиаты, европейцы, эскимосы, юго-восточные азиаты, коренное население Америки, жители Тихоокеанских островов, южные азиаты

и северные африканцы, субсахарские африканцы, аборигены Австралии, народы койсанской группы и центральноафриканские пигмеи. Это общая картина, но исследования происхождения народов ведутся очень активно, в том числе и в России. Нередко научные результаты разрушают сложившиеся мифы. Однако не подлежит сомнению, что знать истину о своем происхождении и родстве важно для любого народа.

Когда наступает новый год?

Единой для всей Земли даты нового года нет. И проблема не столько в том, что невозможно эту дату установить, сколько в том, что трудно договориться, какой промежуток времени считать годом и от какого события вести отсчет. В нашем представлении год связан с движением Солнца. Главной единицей считается тропический год. Он равен промежутку времени от одного фиксированного момента — солнцестояния или равноденствия — до следующего. Его продолжительность примерно 365,24 суток. Наше представление о месяце связано с движением Луны. Промежуток времени от полнолуния до полнолуния называется синодическим месяцем. Его продолжительность составляет приблизительно 29,5 суток. Как видно, все значимые для людей промежутки времени — сутки, месяц и год — не кратны друг другу. Поэтому постоянные соотношения между годом и 12 месяцами, между годом и 365 днями не могут поддерживаться. Приходится принимать какие-то компромиссные решения.

Скажем, мусульманский календарь — лунный. В нем год никак не связан с движением Земли вокруг Солнца. Поэтому один и тот же месяц может приходиться на разные сезоны. Христианский календарь основан как раз на движении Земли вокруг Солнца, а введенные 12 месяцев никак не связаны с движением Луны. Но так как еще и продолжительность года равна нецелому числу суток, приходится вводить високосные годы, чтобы расхождение с астрономическими данными не нарастало. Еврейский календарь учитывает и движение Луны, и видимое движение Солнца. Расчеты времени в нем довольно сложны по логике. В еврейском календаре в високосные годы бывают не только дополнительные дни, но и дополнительные месяцы. Теперь, когда понятна проблема отсчета промежутков времени, надо договориться, какое событие будет считаться началом нового года. Разные народы делали это по-разному. Персидский год начинается в день весеннего равноденствия. В Древнем Египте начало нового года связывали с разливами Нила, то есть фактически с началом сельскохозяйственного сезона. Такая привязка использовалась и другими народами. Иногда поступали наоборот. Новый год праздновался по окончании сельскохозяйственных работ. Древние греки считали время от Олимпиады до Олимпиады. В еврейском календаре было целых четыре новых года. Иногда началом отсчета служила дата рождения правителя. В календаре Великой французской революции первым днем первого года стал день провозглашения республики. По нынешнему календарю это было 22 сентября 1792 года.

На Руси в разные времена новый год начинался и весной, и в сентябре. С 1700 года по указу Петра I в России было введено новое летоисчисление. В нем новый год приходится на 1 января, как это было установлено в 45 году до н. э. Юлием Цезарем. Официально новый год в России начинается с первого удара кремлевских курантов.

Кому принадлежит Луна?

В 1980 году американский гражданин Деннис Хоуп оформил запрос на поверхность всей Луны, о чем уведомил Генеральную ассамблею ООН, правительство США и СССР. Власти Калифорнии не нашли причин отказать ему и выдали свидетельство о собственности. Никто на Земле даже и не шелохнулся. Как же Хоупу удалось присвоить Луну? В 1967 году ООН ратифицировала договор «О принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела». По договору ни одна планета не может быть присвоена никаким государством и ни на одной из них не может быть размещено обеспечение и ведение военной деятельности. Например, на сходных основаниях Антарктида не может быть присвоена никаким государством. Однако в договоре ничего не сказано о частном владении землями на их поверхности. К тому же в американском законодательстве есть статья, согласно которой любой гражданин может стать собственником любого участка, если до этого на него не было никаких заявок. Хоуп присвоил также все планеты Солнечной системы и само Солнце. Всего ему принадлежит 52 небесных тела.

Приватизировав Луну, Хоуп приступил к продаже лунных участков. Стандартный лунный участок ценой в 100 долларов США — это прямоугольник 2682 × 268 м, что составляет примерно 0,7 км2. Получается, что на Луне приблизительно 53 млн таких участков, при продаже которых выдается сертификат. Таким образом, Луна стоила на тот момент около 50 млрд долларов. Сейчас участками на Луне владеют приблизительно 6 млн жителей Земли из 180 стран мира, в том числе и из России. В Москве участки в 40 соток (1 акр) продаются приблизительно по 2000 рублей. Что же из этого следует? А вот что. Существуют планы освоения Луны, в том числе и добычи на ней полезных ископаемых. Очевидно, что если космические корабли будут садиться на чьи-то участки и тем более если на чьих-то участках начнется добыча ископаемых, то откроется поток исков в суды. В цивилизованных странах суды обладают очень высокой степенью независимости, поэтому никто не может предсказать их решений. А они между тем создадут судебный прецедент. Юристы НАСА относятся к делу крайне серьезно, так как, исходя из опыта прошлых лет, суды США отличаются крайне жесткими решениями по искам простых граждан. Например, некая дама выиграла суд у производителя микроволновок, поскольку в инструкции не было сказано, что в них нельзя сушить мокрых кошек, а некий фермер выиграл иск, потому что в инструкции к лестнице-стремянке не было написано, что ее нельзя ставить на замерзшие коровьи лепешки. Юристы НАСА действуют на строго формальной юридической основе. В Калифорнии есть такой закон: если человек в течение 12 лет не посещал свой участок и не обрабатывал

его, то земля может быть конфискована. Вряд ли владельцы участков смогут продемонстрировать, что они там были и как-то их обрабатывали. Но встает вопрос: а кто возбудит дело о конфискации? Как это все будет устроено? Этот курьезный пример с Луной заставляет задуматься, что мы пока еще плохо умеем жить в законодательном поле, а вокруг между тем еще много всего неприсвоенного. Если и вы захотите приобрести кусочек Луны, то у вас для этого есть все возможности, так как в России давно работает открытое Хоупом Лунное посольство. Однако помните о необходимости обрабатывать лунный участок.

Круглая ли Земля?

Конечно, Земля круглая — это знает каждый. Но, как показывает опыт, всегда находятся люди, которые не знают удивительно обычных, простых вещей. Вместе с тем строгий научный ответ всегда подразумевает и указание точности, с которой делается утверждение. Поэтому ответ о том, что Земля круглая, нельзя считать полным и точным. Действительно, шарообразное тело нашей планеты немного сплюснуто вдоль оси, соединяющей ее полюса. Это получилось из-за действия направленных поперек этой оси центробежных сил, обусловленных суточным вращением Земли. Рассчитать эту деформацию, существование которой предсказал Ньютон в конце XVIII века, сложно, потому что тело Земли состоит из перемежающихся твердых и жидких слоев, толщина и физические свойства которых известны лишь приблизительно. Современные измерения, произведенные с помощью орбитальных космических станций, показывают, что экваториальный радиус больше полярного примерно на 21 км, то есть примерно на 1 ⁄300, или на 0,3%. Экваториальный радиус равен 6 378,245 км, а полярный — 6 356,863 км. При этом некоторые теоретики

считают, что Южный полюс несколько ближе к экватору, чем Северный. Не все ясно и с симметрией экваториального сечения. Наибольший и наименьший экваториальные радиусы отличаются друг от друга на 210 м. Но еще поверхность Земли шероховата, потому что на ней есть горы и океанские впадины. Наиболее высокая точка на Земле — вершина горы Джомолунгма в Гималаях — около 9000 м. Высота Джомолунгмы (Эвереста) — 8848 м. Наибольшую глубину имеет Марианская впадина в Тихом океане — 11 034 м. Таким образом, максимальная амплитуда рельефа земной поверхности составляет около 20 км, то есть имеет масштабы, сопоставимые с приплюснутостью (также примерно 0,3% от радиуса). Апельсин, к примеру, гораздо более шероховат. Шероховатость большей величины оказывается невозможной из-за того, что твердая земная оболочка, имеющая под горами толщину несколько десятков километров, продавливается их тяжестью, и происходит так называемое изостатическое выравнивание рельефа. Знанию о том, что Земля шарообразна, не менее 2000 лет. Эта идея высказывалась еще Пифагором в V веке до н. э. и Аристотелем в III веке до н. э. Не исключено, что она звучала и ранее. В III веке до н. э. радиус Земли впервые был измерен. Это сделал Эратосфен, хранитель знаменитой Александрийской библиотеки. Современники, в том числе и Архимед, признавали его мудрецом. Метод Эратосфена основывался на измерении длины теней от солнца в Александрии в момент летнего солнцестояния, когда в другом египетском городе Сиене (Асуан, на юге Египта) солнце оказывалось точно

над головой и тени не отбрасывало. Эратосфен смог определить диаметр Земли с ошибкой всего 80 км. Две тысячи лет назад знание о том, что Земля круглая, действительно было доступно лишь мудрецам. Сегодня всякий может взглянуть на фотографию, сделанную со спутника, и своими глазами безо всяких рассуждений удостовериться, что она и вправду круглая. За прошедшие две тысячи с лишним лет наука добыла огромное количество знаний, без которых нельзя обустроить нашу жизнь. Люди привыкли пользоваться плодами этих знаний, и привычку часто отождествляют со знанием. Поэтому и на многие вопросы отвечают по привычке и не задумываясь, то есть, по существу, на основе предрассудков.

Кто изобрел колесо?

В этой истории интересно не только то, кто изобрел колесо, но и то, кто не сумел этого сделать. Дисковое колесо, то есть без обода и спиц, и тележка были изобретены на 1000 лет позже лодки и весел, приблизительно в середине IV тысячелетия до н. э. В это же время были приручены лошади, используемые в транспортном процессе. Постепенно конструкция колеса совершенствовалась, и во II веке до н. э. стали появляться первые колеса со спицами, ступицей и гнутым ободом. Еще позже для придания необходимой прочности и долговечности обод сделали металлическим. Колесо изобрели праиндоевропейцы. К IV веку до н. э. они создали отлично налаженное сельское хозяйство, и численность населения довольно быстро росла. Возникала необходимость в постоянном освоении новых земель. Это известно из сходных мифов древних греков, иранцев и индусов о поисках пахотных территорий. В частности, к ним относят миф об аргонавтах, искавших золотое руно в Колхиде.

Необходимость в освоении новых земель обострилась, когда к середине IV века до н. э. значительно снизилась температура воздуха и одновременно усилилась континентальность климата, что привело к падению продуктивности и надежности сельского хозяйства индоевропейцев. Вначале они мигрировали вдоль рек и иногда для перемещения хозяйственных грузов использовали волокуши и катки, которые, в сущности, были вариантами пахотных орудий, применяемых для сельскохозяйственных нужд. Именно каток стал прообразом колеса, так как, чтобы он ехал более управляемо, у него делали тоньше серединную часть, например выжигали. Получалось что-то вроде катушки. Потом уже догадались отделить диск от оси. Ухудшение плодородия земель привело к необходимости развития скотоводства. А это требовало пастбищных земель, которых было много в степях Евразии. Колесный транспорт позволил племенам со скотоводческим укладом хозяйства перейти к кочевому образу жизни. Он обеспечил передвижение с домашним инвентарем, женщинами и детьми на большие расстояния. Отгонно-пастбищному скотоводству была присуща периодичность кочевания, а теперь племена могли не возвращаться на место поселения, двигаясь все дальше и дальше. Так изобретение колеса и повозки резко усилило миграционные возможности праин доевропейцев, и они расселились по всему евроазиатскому континенту. А вот в Америке необходимости в такой мощной миграции не было, да и лошади там были неизвестны. Поэтому стимулы для изобретения колеса отсутствовали, и североамериканская цивилизация колеса так и не дала.

В Киргизии найдены наскальные рисунки, на которых изображается конная повозка: видны два колеса, собственно повозка, лошадь и возница. Композиция рисунка еще вполне примитивная и беспомощная, но как ясно представлены важнейшие детали! Изобретение колеса способствовало развитию многих ремесел. Оно нашло применение, например, в гончарном круге, мельнице, прялке, токарном станке. Каждое из этих изобретений — настоящая революция. В нынешнее время диапазон использования колеса огромен. Оно входит в состав практически всех механизмов — от гигантских турбин до крохотных часиков. Без преувеличения можно сказать, что наша цивилизация мчится на колесах.

Легко ли слетать в космос?

Обычно, когда задают вопрос о том, легко ли слетать в космос, имеют в виду два обстоятельства: большие перегрузки при старте/приземлении и невесомость. Действительно, это два очень важных фактора, которые сильно действуют на человека. Но если вы спросите самих космонавтов, то, к удивлению, узнаете, что они обращают внимание совсем на другие вещи. Да, перегрузка есть, но, в конце концов, можно натренироваться и как-то это перенести. Что касается невесомости, то в первые часы и сутки полета трудно, потому что дезориентированы движения, к тому же из-за рассогласованности работы рецепторов бывают головокружение, тошнота. Из-за невесомости кровь приливает к голове, так как нет противодействия гидростатического столба. Но к этому организм адаптируется. Это не самое главное. В космосе мы попадаем в ограниченную среду обитания. Возникает множество неожиданных проблем. Например, формируется определенный состав микрофлоры и микрофауны, зависящий от того, кто в этом пространстве живет. Это происходит иным образом, чем на Земле, потому что здесь много открытого пространства, хотя и «всякая кухня пахнет по-своему». Эта среда может неожиданно повлиять на нового посетителя космической станции. Например,

во время первых посещений космической станции мне рассказывали, что в Центре управления полетами совершенно серьезно решали, могут ли космонавты поцеловаться, или им можно позволить только обнять друг друга. Вообще, задача жизнеобеспечения в полете очень сложная. Это огромная научно-инженерная работа. Важным оказывается и то, что люди испытывают голод чувств (по-научному это называется сенсорная депривация). На Земле мы не замечаем, как к нам поступает абстрактная и чувственная информация, и просто не понимаем своей зависимости от этого. Есть такие опыты, когда людей помещают в воду, темноту и беззвучие. Все подобрано так, чтобы не было никаких возбуждений: вода не холодная, не горячая, тело в воде нисколько не весит. Оказывается, люди очень плохо выносят такие условия, разрушается личность. Причем страх и дискомфорт все начинают испытывать очень быстро: некоторые через несколько минут, другие выдерживают часы. Но они совершенно теряются: какое время, где находятся, что происходит. Конечно, в космосе не так, однако существенный голод ощущений все-таки есть. В корабле приходится долго находиться в неизбежном контакте с одними и теми же людьми. И это приводит к тому, что возрастает созависимость. Приходится терпеть чужие привычки. Волей-неволей утекает какая-то информация, люди много друг о друге узнают. В этих условиях любое неосторожное обращение может привести к конфликту. Еще в космосе обычно выполняется очень трудная и ответственная работа, результаты которой сильно влияют на то, как человек воспринимает свою жизнь. Да еще надо все время поддерживать себя в форме, чтобы благополучно

перенести приземление. Гимнастика в космическом корабле — это не по парку пробежаться, а потом в душ. Один из уважаемых мной космонавтов говорил, что на всю жизнь возненавидел гимнастику и сына своего не будет к этой муке приучать. Таким образом, мы видим, что факторы, действующие там, довольно неожиданные, не те, о которых мы подумали с самого начала. Но самое удивительное, что такие факторы встречаются и в нашей жизни. Мы ходим на одну и ту же работу, сидим в одной и той же комнате, переживаем за результаты нашего труда. И получается, что в космос нелегко слетать, потому что и жить, в принципе, нелегко. А там это проявляется в гипертрофированной форме. На такую работу способны лишь выдающиеся люди. Сейчас появились космические туристы, но при тех технологиях, которые используются в космонавтике, полет в космос по-прежнему остается нелегким делом. Однако поживем — увидим. Еще век назад на самолетах тоже летали только выдающиеся люди.

Много ли на Земле воды?

Без воды на Земле не было бы жизни. И нас бы не было. Сейчас, когда изучают Марс и думают о том, есть или была там жизнь, то, прежде всего, ищут следы воды или ее воздействия на окружающую среду. Ищут и ответ на вопрос, откуда взялась вода на Земле. Вода — вещество сложное и таинственное. Она обладает многими удивительными свойствами, но мы сегодня поговорим только о ее количестве. Воды на Земле чуть больше 1 млрд км3. Много это или мало? Если бы она была разлита по Земле ровным слоем, то его толщина равнялась бы примерно двум километрам. Впечатляет! Но, с другой стороны, это почти в 1000 раз меньше объема Земли. Если сопоставить Землю с яблоком, то такая пропорция означает, что толщина водного слоя была бы тоньше яблочной шкурки. Эти цифры поражают, притом что океан считается грозной стихией. А про океан мы говорим, потому что в нем, по разным оценкам, находится основной объем земной воды — от 96 до 97,5%. И эта вода соленая. Кстати говоря, океанская вода почти тождественна плазме крови человека. В океане обитает 80% всех живых существ — более 150 000 биологических видов, в том числе около 10 000 видов водорослей.

Остальная часть воды, гораздо меньшая — примерно 2–2,5%, досталась суше. И совсем мало воды, меньше 0,04%, содержится в атмосфере. Много пара в воздухе не может быть по физическим условиям. Но это очень важная вода, которая формирует погоду и обеспечивает значительную часть круговорота всей земной воды. Объем осадков, выпадающих из атмосферы за год, примерно в 30 раз превышает объем воды, содержащейся в атмосфере. Хотя круговорот обеспечивается еще и за счет медленного стока подземных вод. Примерно половина воды суши приходится на подземные воды, а половина — на ледники. Глубоко под землей находятся буквально целые моря. Есть они и на территории России. Грунтовая вода найдена даже под Сахарой. Примерно 1% воды суши, то есть 0,02% от всей воды Земли, хранится в таких важных для растений и живых существ источниках, как реки, озера и болота. Удивительно то, что их суммарный объем меньше, чем объем воды, содержащейся в атмосфере. В последнее время все чаще говорят, что воды не хватает. Это обосновано статистическими данными солидных международных организаций. Однако следует заметить, что на самом деле пригодной для употребления воды не хватает. Отчасти это связано с тем, что человечество пользуется малой толикой вод Земли, поскольку в основном ее берут из рек и озер, а отчасти с тем, что люди не умеют применять воду рационально. Активность человека в потреблении воды уже такова, что становится сопоставима с объемами природного круговорота. Люди вмешиваются в него, загрязняют. Промышленная активность

человека заметно сказывается на режимах существования рек и озер. Есть попытки использовать и подземную воду. Например, в Мехико, расположенном достаточно высоко в горах, потребляется именно подземная вода. Естественный обмен подземной воды и океана занимает тысячи лет, и поэтому скоропалительное вмешательство человека может иметь плохо предсказуемые долгосрочные последствия. Например, под тем же Мехико непрерывно оседает почва. Так все-таки много ли на Земле воды? В абсолютных цифрах 1 млрд км3, которые мы непроизвольно сопоставляем с бытовыми объемами, — поразительно большая цифра. По сравнению с объемом Земли не так уж и много. Но этой воды вполне достаточно, чтобы нормально жить. Надо только поскорее научиться правильно ею пользоваться.

Много ли на Земле нефти?

Сто лет назад такой вопрос мало кого взволновал бы. В ХХ же веке главным источником энергии стало ископаемое топливо — уголь, нефть, природный газ. В настоящее время доля ископаемого топлива в энергетике составляет около 90%, при этом доля нефти превышает 50%. Людей все время волнует, хватит ли им нефти для нормального существования и развития. По оценкам специалистов, разведанные запасы в 2012 году составляли примерно 1500 млрд баррелей. Нефтяной баррель равен 159 л. Таким образом, разведанные запасы составляют около 260 млрд тонн. Неразведанные запасы, по оценкам экспертов, составляют 300–1500 млрд баррелей. Географическое распределение запасов нефти крайне неравномерно. Так 2 ⁄3 нефти находится на Ближнем Востоке. Россия располагает приблизительно 4% мировых запасов. Оценки, на какое время хватит нефтяных запасов, осложняются тем, что до сих пор нет научной ясности о происхождении нефти. По этому поводу существует две концепции — биогенная и минералогическая.

Биогенная теория предполагает, что исходным веществом для образования нефти и газа становятся продукты распада биогенного материала — отмерших остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые геологические эпохи. Эта теория подтверждается тем, что 99% месторождений нефти и газа сосредоточено в породах, образовавшихся из донных отложений древних водных бассейнов, в которых развивалась жизнь. Минералогическая концепция, основоположником которой считается универсальный ученый Менделеев, объясняет происхождение нефти и природного газа сугубо геологическими процессами с участием углерода, 99% которого, между прочим, расположено вне донных отложений. Среди них есть и такая теория, по которой нефть — это промежуточный продукт круговорота углерода. Согласно этому подходу нефть при разумном расходовании не закончится никогда. С учетом того, что текущий спрос на нефть составляет около 80 млн баррелей в день, при сохранении этого уровня потребления разведанных запасов хватит примерно на 40 лет. Такие же сведения приводит и компания British Petroleum, известная, кроме всего прочего, как мировой лидер в области управления знаниями. Специалисты не сомневаются, что вместо углеводородов достаточно скоро будут использоваться альтернативные источники энергии, работа над которыми уже сейчас идет очень активно. Например, во Франции на атомную энергетику приходится около 44%. Поэтому гораздо более важной, чем запасы нефти, представляется проблема допустимого объема безопасного

101

102

энергопотребления. За прошедшие 100 лет производство выросло приблизительно в 20 раз, что потребовало десятикратного увеличения потребления энергии. Сейчас оно всего в несколько тысяч раз меньше солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы. При таком темпе очень скоро влияние людей на эволюцию Земли станет сопоставимым с воздействием природных факторов, и глобальные процессы могут непредсказуемо измениться, не оставив человеку места на Земле. Есть о чем подумать, пока не поздно.

Может ли Солнце погаснуть?

Со всей определенностью можно сказать — не только может, но и обязательно погаснет. Вот как это произойдет. Сейчас нашему Солнцу примерно 4,5 млрд лет. Оно возникло из газопылевого облака, неустойчивое однородное состояние которого было возмущено то ли прохождением сильной ударной волны после взрыва сверхновой, то ли из-за воздействия проходившего примерно 5 млрд лет назад мимо нашей области пространства одного из рукавов Галактики. В пользу обоих вариантов есть значительные аргументы, но к нашему вопросу это не имеет отношения. К настоящему моменту за счет реакций термоядерного синтеза половина атомов водорода, сконцентрированных в центральной части — ядре Солнца, выгорела и превратилась в атомы гелия. Температура в центре Солнца составляет 16 млн градусов, а на поверхности — около 6000 градусов. Начался процесс выгорания поверхностной части водорода. Он продлится еще примерно 5 млрд лет. За первые 1,5 млрд лет заметных отличий от нынешнего состояния не произойдет. При этом, однако, ядро будет сжиматься, а оболочка расширяться, и Солнце начнет превращение в красного гиганта. Через 1,5 млрд лет размер Солнца увеличится

104

примерно в три раза, а температура на Земле повысится гдето на 100 градусов. Все океаны испарятся, и жизнь станет невозможной. Таким образом, жизнь на Земле, зародившаяся примерно 3 млрд лет назад, использовала 2 ⁄3 отпущенного ей срока. Через 5 млрд лет начнется выгорание гелия с превращением его в углерод и кислород. Так как Солнце имеет пограничные параметры, нельзя предсказать в деталях, плавным или резким будет переход к гелиевому горению. Оно займет примерно 1 млрд лет. Когда оно станет подходить к концу, Солнце снова станет красным гигантом, даже сверхгигантом. Далее в силу все той же критичности размеров Солнца оно либо станет белым карликом и примерно за 1 млрд лет остынет, превратившись в уголек гигантского пожара — черного карлика, либо произойдет взрыв сверхновой. За счет ядерного синтеза оно обогатит пространство химическими элементами вплоть до трансурановых. Ударная волна от взрыва может породить образование новой звезды, и вся история с той или иной степенью точности повторится. Безусловно, драматизм эволюции Солнца захватывает. Однако мы должны давать себе отчет о собственном положении и несоизмеримости масштабов космического и человеческого времени. Если даже оценивать историю человечества в 1 млн лет, хотя возраст цивилизации не превышает нескольких десятков тысяч лет, то впереди еще время, достаточное для десятков тысяч таких цивилизаций. Более того, это время, в котором многократно появляются и исчезают биологические виды. Это время гораздо больше, чем длительность путешествия от звезды до звезды даже при нынешних скоростях. Мне кажется, не наше дело, да и не по силам искать здесь выход. Наше дело — передать оптимизм будущим поколениям.

Можно ли измерить красоту?

В наши дни со всей определенностью можно утверждать, что красота поддается объективной оценке. В частности, красоту человеческих лиц можно оценивать с помощью компьютерной программы. Вот как она была создана. Сначала была отобрана большая группа женщин-добровольцев разных возрастов, красоты и этнической принадлежности, лица которых тщательно обмеряли. Другая группа добровольцев по фотографиям выставила каждой из отобранных женщин рейтинг красоты от 1 до 10 баллов в сравнении с общепризнанными красавицами — актрисами, моделями и другими знаменитостями. Затем компьютерная программа по замеренным параметрам сопоставила лица отобранных женщин с лицами красавиц и сравнила полученные результаты с рейтингами. Оказалось, что у красивых лиц больше сходства, чем различий. Таким образом, было установлено соответствие между признаками лиц и рейтингами, то есть фактически выявлено правило оценки красоты. В математической статистике такой подход называется распознаванием образов. Выборка же, на которой устанавливается правило,

106

называется обучающей. Далее, в соответствии с использовавшимся математическим подходом, на контрольной группе были сравнены рейтинги, выставляемые людьми и программой. Результат дал хорошее совпадение. Так «гармония» была поверена «алгеброй». Создатели программы считают, что ее ждет большое будущее в развлекательной и косметической индустрии, в виртуальных мирах и пластической хирургии при планировании операций. Однако они предостерегают потенциальных пользователей и от возможных разочарований в степени своей красоты. Безусловно, компьютер сыграл важную техническую роль в создании метода объективной оценки красоты. Но всетаки дело тут не в возможностях компьютера, а в особых свойствах человеческого сознания, открытых в середине ХХ века американским ученым Осгудом. Он установил, что, если попросить человека выразить свое отношение к какому-то даже очень сложному объекту, тот всегда справляется с этой задачей, поставив отметку на шкале с делениями от «очень хорошего» до «очень плохого». Это и означает, что даже очень сложные субъективно воспринимаемые свойства поддаются измерению. Полученные результаты показывают, что в оценке красоты мы не абсолютно свободны и, не осознавая этого, следуем определенным правилам. Какие правила оценки красоты были установлены при создании программы, мне не удалось выяснить, но одно известно давно. Исследования показывают, что люди подсознательно реагируют на размер зрачков. Чем больше их диаметр, тем красивее кажется человек. Не зря растение, содержащее расширяющий зрачки атропин,

имеет название «белладонна». В переводе это означает «прекрасная женщина». По-русски же оно так и называется — «красавка». Однако следует помнить, что привлекательность лица определяется не столько чертами, сколько его выражением и глазами, которые часто называют зеркалом души. Это свойство людей компьютеры пока еще измерять не умеют.

107

Можно ли определить характер человека по почерку?

Многие убеждены, что можно. В интернете и других источниках можно найти множество историй о замечательном совпадении результатов анализа почерка с реально наблюдаемым характером. А в одном из журналов сообщается, что во Франции и Израиле при приеме на государственную службу изучается почерк кандидата, то есть выполняется графологическая экспертиза. Ее проходят авиадиспетчеры в Великобритании, она применяется также в большом числе компаний в США. Впервые о связи почерка и характера в Европе задумались в начале XVII века. В 1622 году итальянец Камилло Бальдо издал первую книгу, посвященную этой теме. К тому же времени специалисты относят возможность возникновения индивидуального почерка в России благодаря распространению грамотности и скорописи и ослаблению канонических требований к письму.

Создателем графологии и автором термина считается аббат Жак-Ипполит Мишон, живший в XIX веке. В России графологи появляются в конце того же века и в основном занимаются адаптацией для русского письма западноевропейских подходов к анализу почерка. В качестве признаков почерка Мишон ввел его отклонения от прописей, а затем вместе с последователями пытался их интерпретировать, связывая непосредственно с чертами характера. У них не было возможности действовать по иной схеме, так как психология к этому времени еще не была развита и описывать характер с научной точки зрения не умели. В наши дни имеются твердые научные доказательства, что почерк человека индивидуален. Например, проведенные французским врачом Эмилем Малеспином исследования нажима при письме показали, что каждый человек, выводя букву, прижимает перо к бумаге с только ему присущей силой, в результате чего графологи могут составить индивидуальную кривую нажима, и ее невозможно подделать, в отличие от написания самой буквы. Поэтому в некоторых особо серьезных случаях подпись делается на подложках, регистрирующих нажим. А чех Роберт Заудек установил, что индивидуальный характер имеет и скорость исполнения отдельных фрагментов письма — штрихов, закруглений, крючков, точек и запятых. В современной терминологии это можно считать одним из видов уникальных, индивидуальных биометрических признаков человека, наряду с отпечатками пальцев, структурой радужной оболочки глаза, характеристиками голоса и т. д. К настоящему времени психологи научились описывать характер и психологическое состояние человека, разработав соответствующие методы исследования. Однако анализ

109

110

и психологическая интерпретация почерка занимают в составе этих методов вполне скромное место. В то же время на уровне обыденного сознания и жизненного опыта эксперты-графологи способны воспринимать индивидуальное в почерке человека и видеть в нем отражение черт характера приблизительно так, как это понятно по манере двигаться, одеваться, разговаривать. В компьютерный век люди пишут от руки все меньше. Но учтите, что ваша манера стучать по клавиатуре тоже индивидуальна.

Немы ли рыбы?

Никакой тайны в этом нет. С древних времен те люди, чья жизнь была связана с морем, знали, что рыбы и слышат, и издают звуки. В некоторых странах рыболовные бригады имели специального слухача, который опускался под воду, прислушивался, а потом руководил расстановкой сетей. Большинство же людей были уверены, что рыбы немы, отчего даже возникли пословицы. Например, поэт Корней Чуковский написал в сказке о глупом мышонке: «Разевает щука рот, да не слышно, что поет». Наличие слуха у рыб было доказано в 1820 году немецким ученым Эрнстом Вебером. Он показал, что у рыб, не имеющих наружного и среднего уха, их функцию выполняет плавательный пузырь, который, подобно барабанной перепонке уха человека, принимает звуковые колебания, распространяющиеся в воде, и передает их четырем парам слуховых косточек, обнаруженным Вебером же и получившим его имя. Впоследствии выяснилось, что на звук реагируют и особые клетки кожи, и боковая линия. Они обеспечивают ориентацию вблизи источника звука. Научное изучение звуков, издаваемых рыбами, началось в середине ХХ века, когда были изобретены гидрофоны —

112

специальные высокочувствительные устройства, предназначенные для регистрации звуковых волн в воде. Выяснилось, что рыбы в основном «разговаривают» в том же диапазоне частот, что и человек. Однако наше ухо приспособлено к восприятию звуков только в воздухе, а при переходе звука из воды в воздух он ослабляется в несколько тысяч раз. По этой причине большинству людей и не удается слышать звуки рыб. В наиболее совершенном аппарате генерации звуков рыбы используется все тот же плавательный пузырь. Он окружен мышцами, разнообразные напряжения которых воздействуют на него, что и приводит к возникновению звуков. Частотный диапазон таких звуков хорошо соответствует диапазону обыкновенных телефонов. Значит, с помощью пузыря можно передавать довольно сложную информацию. Кроме пузыря, рыбы издают звуки трением зубов, костных пластинок и шипов плавников. Здесь уже слышен более широкий частотный диапазон. Еще звуки сопровождают обыкновенные движения, а также возникают при захвате пищи. Так как техника захвата у рыб разная, то и звук получается разный. Звуки рыб очень многогранны. Они могут быть похожи на барабанный бой, писк, свист, стон, вой, щебет, карканье, скрежет, мычание — словом, все как на Земле. Разные породы рыб могут издавать как разные, так и похожие звуки. Есть обозначение тревоги, брачный призыв, отпугивающий сигнал. Есть звуки, которые рыба издает от боли. Издавна рыбаки пользуются тем, что подманивают рыб на звук, в точности как охотники делают это с дичью. Об этом можно прочитать у Леонида Сабанеева, русского зоолога и натуралиста. Существуют даже электронные рыбьи манки.

Удивительное явление наблюдается на Шри-Ланке и Амазонке: там рыбы умеют петь так, что эти звуки хорошо слышны в воздухе. На Амазонке поет рыба, похожая на сома: пение напоминает колокольный звон. Петь могут сразу много разных особей голосами разных тональностей. Доказано, что некоторые рыбы обладают музыкальным слухом. Например, как говорил известный писатель Игорь Акимушкин, при включении ритмичной музыки пескари начинают пританцовывать и в такт вибрировать плавниками. Карпы же под музыку снуют вверх-вниз. Все-таки мы с вами живем в удивительном мире, который надо ценить и беречь!

113

Откуда берутся айсберги?

Айсберг в переводе означает «ледяная гора», и его размеры вполне оправдывают название. Так, в 1927 году зафиксирован айсберг длиной 170 км. В 1854 году обнаружен айсберг длиной 120 км и высотой 90 м. В течение 10 лет сообщения о нем поступили от 21 судна. В 1904 году в районе Фолклендских островов был обнаружен айсберг высотой 450 м. Айсберги бывают двух типов — столообразные и пирамидальные. Столообразные образуются из прибрежных покровных ледников арктических островов и Антарктики. Такой покров может наползти на поверхность моря и образовать шельфовый прибрежный ледник. От него могут откалываться огромные куски, которые позже и классифицируют как столообразные айсберги. Пирамидальные же образуются изо льдов, сползающих к океану с гор Антарктиды, Гренландии, Новой Земли, Аляски и Шпицбергена. От нависающего над морем льда со страшным грохотом может оторваться гигантская глыба и рухнуть в воду, превратившись в пирамидальный айсберг.

Ежегодно в Арктике образуется около 8000 айсбергов, а в Антарктике — около 30 000. Так как плотность льда мало отличается от плотности воды, большая часть тела айсберга скрыта под водой, а расстояние между центрами тяжести айсберга и вытесненной им воды невелико, поэтому эта глыба довольно легко раскачивается ветром. Так как айсберг громаден, его колебания в воде имеют очень большой период. Описан случай, когда в 1893 году канадское туристическое судно вплотную подошло к айсбергу и вдруг стало подниматься вверх, оказавшись на ледяном уступе качавшейся глыбы. Возникла паника, но айсберг качнулся обратно, и корабль снова оказался на свободе. Удивительно, что мы привыкли считать лед едва ли не образцом кристаллической структуры, а он, как оказалось, текуч. Это примерно такое же удивительное свойство, как способность зеленого ростка раздвинуть слой асфальта, который выдерживает огромный поток быстро мчащихся по нему тысяч железных автомобилей. Получается, что при долговременном воздействии асфальт и лед текучи, а для реакции на быстрый удар тверды, как камень. В научных расчетах таких явлений используется параметр, называемый числом Деборы — по имени библейской пророчицы, сказавшей: «И даже горы текут пред Господом!» Первым построившим научную классификацию льдов был Михаил Ломоносов. Он точно знал, что айсберги могут образовываться только из материковых ледников. Он также знал, что айсберги часто встречаются в южных морях, поэтому утверждал, что на юге есть «матерая» (материковая) Земля. Его предсказание, сделанное

115

116

в 1757 году, блестяще подтвердилось в 1821-м, когда Фаддей Беллинсгаузен и Михаил Лазарев на кораблях «Восток» и «Мирный» обошли вокруг Антарктиды. Относительно недавно американское космическое агентство НАСА опубликовало радарные спутниковые карты Антарктиды, в десять раз подробнее всех предыдущих изображений. Простого взгляда достаточно, чтобы увидеть большие и малые ледяные реки, стекающие с гор этого материка.

Откуда берутся языки?

По оценкам ученых, разговорный язык возник около полумиллиона лет назад. Хотя есть и крайние предположения — от 200 тысяч до миллиона лет. По различным данным, сейчас человечество использует от 2500 до 6000 различных языков. Такая неоднозначность вызвана тем, что сосчитать все множество практически невозможно. Иногда языком могут владеть всего несколько сотен человек, а иногда многие миллионы. Например, во времена Николая Миклухо-Маклая в Австралии на 300 000 аборигенов приходилось примерно 500 языков — по языку на каждые 600 человек. Кроме того, есть неоднозначность в определении, что такое язык и что такое диалект. Иногда носители диалектов одного и того же языка, например нижнесаксонского и баварского диалектов немецкого, плохо понимают друг друга, а носители разных языков, скажем русского и украинского, понимают друг друга довольно легко. Носители тюркских языков также разговаривают друг с другом без переводчика. Тут все дело оказывается в этнической самоидентификации. Иными словами, если люди считают, что они используют язык, а не диалект, приходится с этим соглашаться. Довольно надежным признаком отличия языка от диалекта служит наличие литературы, хотя есть и диалектные литературные произведения, обычно эпические.

118

Само определение «иностранный язык» восходит к представлению «один этнос — один язык». В нынешнее время такое представление несколько устарело. Известны народы, которые используют несколько языков. Например, в Швейцарии четыре языка: немецкий, французский, итальянский, ретороманский. Известны языки, которыми пользуется много народов. Например, сейчас при настройке компьютера применяют 15 версий английского, четыре версии немецкого и две русского языка. Всего на Земле насчитывается более 20 различных языковых семей. Каждая из них восходит к уникальному праязыку. Хотя есть и теория, предполагающая единый источник у всех языков. По мере расселения людей по Земле вследствие приспособления их к ландшафту осваиваемых земель праязык модифицировался и разветвлялся на языки народов. Языки и диалекты непрерывно рождались и исчезали. Эволюция языка — объективный естественный процесс, хотя борьба за его чистоту идет уже несколько тысячелетий. Наблюдаем мы ее и сейчас. Правда, в этой борьбе кажется более естественным обсуждать не чистоту языка, то есть какие слова можно говорить, а какие нельзя, а чистоту помыслов, намерений и дел. А уж потребуются для этого какие-то новые слова или можно будет обойтись известными — другой разговор. По числу говорящих наиболее мощной считается семья индоевропейских языков, к которой относится и русский. Эта «семья» объединяет 2,5 млрд человек. Кстати, индоевропейский праязык реконструирован, и на основе строгих математических методов выявлены время и место его возникновения — 8–10 тысяч лет назад на востоке современной Турции. Вообще, за последний век лингвистика — наука, изучающая языки и закономерности их развития, — добилась огромных

успехов благодаря взаимодействию с другими науками: математикой, филологией, психологией, нейрологией и акустикой. Огромное влияние на междисциплинарное развитие лингвистики оказал русский ученый Роман Якобсон — тот самый «Ромка Якобсон», который упоминается в стихотворении Маяковского «Товарищу Нетте, пароходу и человеку». Итак, новые языки появляются, если его носители попадают в специфические, относительно изолированные условия, например осваивают новый ландшафт. Люди приспосабливают свой язык под эти условия. Кроме того, происходят заимствования у ближайших соседей. Язык постепенно изменяется вплоть до того, что становится самостоятельным и именно так осознается его носителями.

119

Откуда взялись культурные растения? Культурные растения — это виды, формы и сорта растений, возделываемые человеком для получения продуктов питания, сырья для промышленности, кормов для домашних животных, а также в декоративных целях. Считается, что в культуру вовлечено около 2500 видов. Сегодня никто не сомневается, что культурные растения вывел сам человек путем гибридизации и селекции, то есть скрещивания диких растений и последующего отбора потомков с необходимыми свойствами. Исследованием происхождения культурных растений наука занимается примерно два века. В конце XIX века швейцарский ботаник Альфонс Декандоль, сын одного из крупнейших ботаников Огюстена Декандоля, сформулировал идею центров происхождения культурных растений. Он предположил, что культурные растения начали выводиться человеком, жившим в предгорьях, а уж потом по мере освоения паводковых равнинных земель распространились по Земле. В пользу такого предположения говорит то, что условия для создания небольших участков для посева и полива из речушек и ручьев более легкие, чем условия на паводковых равнинных землях. Таким образом, получается, что известные

нам древнейшие центры земледельческой культуры в междуречье Тигра и Евфрата и дельте Нила унаследовали и развили более ранние достижения человека и в этом смысле не могут считаться пионерскими. Через полвека Николай Вавилов осуществил более 50 экспедиций по всему земному шару и доказал существование первичных и вторичных центров происхождения культурных растений. Была собрана их уникальная коллекция, спасенная героическими усилиями сотрудников института растениеводства во время блокады Ленинграда. На всей Земле насчитывается 12 региональных центров происхождения культурных растений, однако все время появляются новые данные, и картину нельзя считать окончательной. Примерно равную обоснованность имеют три концепции происхождения культурных растений. По одной все культурные растения произошли из одного центра. По другой существовало несколько независимых очагов происхождения земледельческих культур. По третьей, диффузной, никаких центров не было вовсе. Некоторые специалисты полагают, что история народов и ландшафтов до того разнообразна, что все три концепции могут быть отчасти верными. Возраст земледелия оказывается достаточно солидным. Первый интерес людей к пшенице и ячменю появился не менее 20 000 лет назад — таким сроком датируются остатки диких пшеницы и ячменя, найденные археологами на стоянках человека на территории современного Израиля. Самым древним находкам культурных пшеницы и ячменя из Иордании 11 000 лет. По оценкам ученых, процесс одомашнивания этих зерновых культур продолжался не менее тысячи лет. Он был вполне осознанным. Несмотря на различие

121

122

природных условий и сельскохозяйственных традиций, разными народами созданы посевные растения с совершенно определенными, важными для хозяйствования признаками: неломким колосом, голозерностью, высокой продуктивностью и коротким периодом цветения и созревания. Генетические исследования показывают, что такая скорость выведения полезных сортов оказалась возможной, потому что для существенного изменения свойств растения нередко достаточно одной мутации. По сравнению с гибридизацией и селекцией современные методы генной инженерии позволяют модифицировать растения быстрее и радикальнее. Именно это и настораживает. На оценку пригодности и безопасности нового продукта и приспособление к нему требуется время, и можно не успеть вовремя отказаться от вредного мутанта. Породы и сорта культурных растений часто рассматриваются как национальное и даже всемирное достояние. В 2006 году под эгидой ООН для сохранения посадочного материала всех сельскохозяйственных растений, существующих в мире, создан Всемирный банк-семенохранилище. На средства Норвегии на острове Шпицберген под землей, в зоне вечной мерзлоты, построено надежное хранилище, в котором каждая страна получила свой отсек.

Отчего выпадают осадки?

Любые осадки — это просто вода, в жидкой или твердой форме. В их образовании важную роль играет газообразная вода — пар. Сначала разберемся с околоземной влагой. Согласно физическим законам, при определенной температуре в воздухе может быть только определенное количество парообразной воды. Если температура не опускается ниже нуля, пар конденсируется на холодных поверхностях и выпадает роса. Поскольку менее теплоемкие предметы остывают быстрее, роса обычно выпадает на траву, листья, паутинки, автомобильные стекла, но не на землю. При температуре ниже нуля возможны два варианта. Если пар сразу переходит в твердую фазу — лед, тогда образуется кристаллический игольчатый иней. Если же замерзают капельки тумана, образуется гранулированный иней. Что касается воды в облаках, то там происходят гораздо более разнообразные события, которые зависят от типа облака и температуры воздуха.

124

Низкие кучево-дождевые облака состоят из капель воды, удерживаемых воздушными потоками. Сталкиваясь, капли соединяются и растут в размере. Они уже не могут удерживаться восходящими потоками и выпадают на землю в виде дождя. Хотя бывает и обратная ситуация: скажем, над жаркими пустынями дожди начинают падать, но не долетают до земли, потому что капли не слишком крупные и успевают испариться. Если же капли успевают замерзнуть, выпадает град. В более высоких облаках капли воды переохлаждены. Циркулируя в потоках воздуха, они также растут и могут выпасть на землю. Если капли во время полета так и останутся переохлажденными, то, достигнув земли, моментально замерзнут, образуя гололед. Если в такое облако попадет самолет, он обледенеет. Если в таком облаке найдутся зародыши кристаллизации, то буквально в течение нескольких десятков минут в облаках сформируется град. Иногда градины весят более килограмма. Снежинки же образуются в облаках тогда, когда на мелкий зародыш кристаллического льда осаждаются молекулы воды из перенасыщенного пара, содержащегося в облаках или испаряющегося с поверхности мелких капель. Рост снежинок подчиняется законам симметрии, так же как и рост кристаллов в растворах. Все снежинки имеют гексагональную симметрию, то есть могут быть вписаны в правильный шестиугольник. Но при этом разнообразие их форм необыкновенно велико. Так, в начале 30-х годов американское бюро погоды издало атлас снежинок с 2500 фотографиями, сделанными фотографом-натуралистом Уилсоном Бентли. В 1661 году была опубликована первая научная работа Иоганна Кеплера об образовании снежинок, в которой знаменитый

астроном на вопрос: «Отчего снег шестиуголен?» — сам отвечает: «Вещь эта мне еще не открыта». Многие ученые и сейчас согласны с ним. Оказывается, снежинки могут образовываться не только из воды. Например, в лаборатории удалось получить искусственные «снежинки» йодоформа. Модельный расчет вулканической активности на спутнике Юпитера — Ио — показал возможность образования снега из диоксида серы при газовых выбросах вулкана. Такие совпадения в природе поражают. Но, пожалуй, привычный нам снег лучше, чем из йодоформа и окиси серы.

125

Отчего дует ветер?

Ветер — это движение воздуха. Причиной движения воздушных масс становится разница давления в разных областях атмосферы, возникающая из-за разницы нагрева, первичным источником которого всегда служит Солнце. Но так как условия движения очень разнообразны, то и разных ветров на Земле много. Существуют ветры глобального масштаба — пассаты. Они возникают оттого, что в экваториальной и тропической зонах солнце нагревает воздух сильнее, чем в умеренной и полярной. Нагретый экваториальный воздух поднимается вверх и устремляется к полюсам. В субтропических широтах он становится достаточно тяжелым, опускается и начинает возвращаться к экватору. Под действием вращения Земли и сил трения воздух отклоняется к западу, поэтому в Северном полушарии пассат дует не с севера, а с северо-востока, а в Южном — с юго-востока. Скорость пассатов мало изменяется и составляет 5–10 м в секунду. Из-за этого встречного движения в экваториальных широтах пассаты ослабевают и поворачивают на восток. Так образуется приэкваториальная штилевая зона, характеризующаяся грозами и ливнями. Ее иногда почему-то называют «конские широты» (районы Мирового океана в пределах 30–35° северной и южной широты. — Прим. ред.).

Кроме глобальных ветров существуют и местные, дующие только в определенных местах земного шара и возникающие при изменении тепловых условий в течение некоторого времени или под влиянием рельефа местности. Например, обычно море днем холоднее суши, а ночью — наоборот. От этого в прибрежной полосе шириной до нескольких десятков километров дует бриз — днем с моря, а ночью с суши. Бризы бывают и на суше. Ночью у поверхности земли есть тяга воздуха с поля к лесу, а на высоте крон деревьев — из леса к полю. Это неплохо знать, растапливая печи и камины. Местный ветер бора образуется там, где горный хребет граничит с теплым морем. В холодный сезон за горами относительно быстро накапливаются массы холодного воздуха, а море еще остается теплым. Поэтому холодные массы, перевалив через хребет, с огромной скоростью устремляются вниз к теплому морю, легко вытесняя теплый воздух. Наиболее известная бора наблюдается в районе Новороссийска. В некоторых горных местностях бора отмечается каждый день, когда при заходе солнца холодный воздух с вершин устремляется в не остывшие еще долины. Существуют и сезонные ветры, называемые муссонами. Летом они дуют с моря на сушу, так как летом суша в среднем нагрета сильнее моря; зимой все наоборот: муссоны дуют с суши на море. Понятно, что в переходные сезоны муссонов не бывает. Движение воздуха редко бывает однородным и устойчивым. При довольно больших скоростях и встрече холодных

127

128

и теплых масс происходит завихривание. На местном уровне это случается при прохождении мощных кучевых облаков, образующих шквалы. При определенных условиях на суше или над морем появляются смерчи. На более масштабном уровне встречи холодных и теплых воздушных масс могут приводить к образованию гигантских вихрей — циклонов и антициклонов диаметром до 2000–3000 км. Полагаю, что смерчи, циклоны и антициклоны заслуживают отдельного рассказа. А пока будем твердо помнить, что ветер дует не оттого, что деревья качаются.

Отчего мячик скачет?

Мяч — одна из самых любимых игрушек человечества. Самые старые мячи найдены в Египте. Им примерно 4000 лет. Они были сделаны из дерева и не могли отскакивать от земли. Мячам американских индейцев около 3500 лет. Они выполнены из каучука, и именно эти игрушки могли отскакивать от твердой поверхности. И у египтян, и у индейцев игры часто носили ритуальный характер. Египтяне играли не за себя, а за представляемых командой богов. У индейцев проигравший приносился в жертву богам. Мяч с давних времен известен во множестве стран и везде имел сходное устройство — кожаная оболочка с упругим внутренним наполнением из тряпок, шерсти и т. п. Надувной мяч изобрели древние греки. По-видимому, он не был прыгучим, но был легким. В Европу же упругие каучуковые мячи завез из Америки Христофор Колумб. В начале XIX века был изобретен современный надувной резиновый мяч. Со временем он улучшался и специализировался для самых разнообразных игр — футбола, волейбола, баскетбола, тенниса.

130

Во всех этих играх очень важен отскок. От чего же зависит, каким он получится? Это очень сложный вопрос с точки зрения механики. Практика подтверждает это необыкновенно большим количеством мячей разного типа, технологий их изготовления, а также всевозможных конструкций покрытий. Поэтому можно дать лишь качественный ответ. Отскок характеризуется длительностью времени и высотой. Например, по этим параметрам теннисные травяные, земляные корты, корты с твердым и ковровым покрытиями отличаются настолько, что ни у кого из игроков не получается одинаково хорошо играть на всех. Чтобы отскок мяча был высоким, необходимо, чтобы мяч не отдавал энергию при ударе о поверхность поля. Для этого он должен быть менее упругим, чем покрытие, и достаточно тяжелым. При этом чем больше отношение массы мяча к его упругости и чем мягче покрытие, тем медленнее отскок. Упругость надувного мяча в основном зависит не от свойств материала оболочки, а от величины давления воздуха внутри него. В футбольном мяче внутреннее давление составляет 1,6–1,7 атмосферы. Для этого мяч подкачивают насосом, а судьи перед игрой проверяют давление манометром. В теннисном мяче внутреннее давление составляет 1,0–1,2 атмосферы. Такое давление в нем создается за счет того, что при изготовлении внутрь помещают таблетки нитрита натрия и хлорида аммония. Когда заготовку нагревают для вулканизации резины, эти вещества разлагаются с выделением азота, и давление внутри мяча повышается. Упругость мяча для настольного тенниса в основном определяется упругостью оболочки, а не давлением воздуха внутри. Такой шарик может плохо отскакивать от тонкого

стола, так как будет возбуждать в нем колебания. По этой причине проектировщики очень внимательно относятся к конструкции стола. Конечно, когда мы смотрим футбол или теннис, вовсе не думаем о том, как отскакивает мяч, а получаем удовольствие от хорошей игры. Правда, когда мяч отскакивает плохо, хорошей игры не получается.

131

Почему вода мокрая?

Говорить про воду, что она мокрая, не совсем корректно. Правильнее говорить, что вода делает мокрым то, что смачивает или пропитывает. При этом бывают такие объекты, которые никак не намокают. Например, если вода попадает на поверхность, покрытую жиром или парафином, смачивания не происходит. Нельзя, скажем, смочить поверхность листа кувшинки или лотоса, хотя они и не покрыты никаким жиром. Как показали исследования, все дело в особой структуре их поверхности, поэтому к ним не липнет даже пыль и они всегда чистые. Сейчас пытаются создать такую автомобильную краску, которая давала бы поверхность с подобными свойствами, и тогда машины всегда будут чистыми. Ну, да я отвлекся. Почему же вода в некоторых случаях смачивает поверхности, а в некоторых нет? Дело, оказывается, во взаимодействии молекул воды, воздуха и твердого вещества. Чтобы легче понять, что может произойти, сначала рассмотрим каплю воды в невесомости, когда взаимодействуют только вода и газ. В этих условиях капля примет форму шара. Дело в том, что среди всех тел одинакового объема наименьшую площадь поверхности имеет шар. Это обеспечивает то, что запас энергии в шарообразной капле оказывается меньшим, чем запас энергии в капле любой

другой формы. А механические системы приходят в устойчивое равновесие именно при минимальной энергии. Воссоздать условия невесомости я не могу, но если возьму тонкую пипетку и попробую сформировать небольшую нетяжелую каплю, то ее поверхность в основном будет окружена воздухом, как и в условиях невесомости, так как место контакта капли и пипетки имеет малую площадь. Капля, как и в невесомости, получится почти круглой. Запас ее энергии минимален. Чтобы изменить форму капли, надо придумать способ дополнительного уменьшения ее энергии. Для этого ее можно разместить на твердой поверхности. Если поверхность жирная, капля так и останется круглой. Значит, взаимодействие воды с жирной поверхностью приведет не к уменьшению, а к увеличению энергии капли. Поэтому капля не сможет растечься и останется шариком. Значит, жирная поверхность, например утиное перо, не намокнет. Если же разместить каплю воды на чистом стекле, она растечется. Это значит, что взаимодействие молекул воды и стекла уменьшает энергию капли по сравнению с тем случаем, когда они взаимодействуют только с молекулами газов воздуха и между собой. Вот, собственно, и все объяснение: дело в молекулярных взаимодействиях. Это объяснение касается не только воды, но и любых других веществ в жидком состоянии. Можно ли еще как-то повлиять на смачивание? Можно. Поскольку взаимодействие между молекулами зависит от температуры, то при нагреве могут произойти такие изменения, что поверхность станет смачиваемой. Например, если мы пытаемся спаять две медные проволочки оловянным припоем, его надо нагреть до высокой температуры.

133

134

Нагретое олово начинает смачивать медную поверхность. Если его остудить, проволочки окажутся крепко спаянными. Иногда со смачиванием приходится бороться. Например, покрывать ботинки кремом, чтобы они не промокали; пропитывать ткани, чтобы изготовить водоотталкивающую одежду. В производстве, например, важно, чтобы расплавленный металл не прилипал к стенкам форм для литья. Замечательно, что вода смачивает нашу посуду и у нас есть возможность мыть ее дочиста. Смачивает она и нашу кожу, поэтому мы можем быть чисто вымытыми, а это так приятно!

Почему днем все хорошо видно?

Вопрос о том, почему днем все хорошо видно, может показаться странным: на то и день, чтобы было светло и все было хорошо видно. А между тем не все так просто. Хорошо видеть предметы можно двояко: либо когда они сами светятся, либо когда от них отражается свет, излучаемый другими источниками. Древние греки называли первый случай коротким огнем, а второй — длинным. И их очень занимало то, как человеку удается видеть. Они даже обсуждали вопрос, не исходят ли из глаз некие невидимые щупальца, которыми обследуются предметы. Сейчас мы знаем, что нам удается видеть благодаря рецепторам в сетчатке глаза, которые приспособлены для восприятия солнечного электромагнитного излучения в определенном диапазоне длин волн — 0,37–0,58 микрометра. Этот диапазон длин волн называется оптическим. Солнечная подсветка позволяет в отраженном свете увидеть все предметы. Казалось бы, больше и думать-то не о чем. Но выясняется, что есть другие живые существа, которые видят плохо даже в том диапазоне, в котором видим мы.

136

Это ночные животные. Их больше устраивает инфракрасный диапазон. Это несколько более длинные электромагнитные волны, чем у оптического диапазона. Но для этих животных картина мира такая же ясная, как и для нас. Они хорошо ориентируются, могут охотиться, обходить препятствия и т. д. Что важно, в этом случае излучение исходит от самих наблюдаемых объектов. Дело в том, что любое тело, имеющее температуру, отличную от абсолютного нуля, испускает электромагнитное излучение. И чем выше температура тела, тем более смещается к волнам с короткой длиной значение длины волны, на которой мощность излучения максимальна. Например, пока кусок железа нагрет не слишком сильно, мы чувствуем исходящее тепло, но не видим излучения. А если нагреть посильнее, то мы сначала увидим красное свечение, а потом и белое. Но если есть животные с инфракрасным зрением, то существуют с такими рецепторами, которые реагируют на инфракрасное тепловое излучение, — почему бы не сделать прибор, предназначенный принимать инфракрасный свет и разглядывать, как излучают тепло разные предметы? И такая аппаратура уже изобретена. На этом принципе основаны военные приборы ночного видения: там все как в телевизоре. Инфракрасный датчик принимает тепловое излучение и преобразует его в электрический сигнал. Затем электрический сигнал преобразуется и поступает на телевизионный экран, формирующий оптическое изображение, которое человек и рассматривает. Вы сможете увидеть любые теплые объекты. Существуют и такие мирные приборы — тепловизоры. Они применяются в медицинской диагностике, чтобы увидеть, какие части тела сильнее нагреты, какие слабее. А при раз-

ных нарушениях обмена карта нагрева получается разная. Это и позволяет ставить диагнозы. Мы также можем смотреть через такой прибор на дом и видеть, где есть щели, откуда уходит тепло и хорошо ли оно удерживается крышей и окнами. Но вернемся к тому, с чего начали. Получается, что днем нам все хорошо видно потому, что как раз в это время солнце освещает весь мир лучами, на восприятие которых рассчитаны рецепторы сетчатки наших глаз. Не могу не отметить, что смотреть на мир своими глазами гораздо приятнее, чем через тепловизор.

137

Почему зимой холодно?

Обычно кажется, что если от огня подальше, то и холоднее. А Земля, обогреваемая Солнцем, обращается вокруг него по практически круговой орбите — или совсем чуть-чуть вытянутой. И тем не менее бывает то холодно, то тепло. Почему? Правильный и строгий ответ я нашел во втором томе «Физической энциклопедии» в статье «Земля»: «Вращение вокруг оси вызывает смену дня и ночи, наклон оси и обращение вокруг Солнца — смену времен года»*. Действительно, со школьных времен мы знаем, что Земля вращается вокруг Солнца по плоской, практически круговой орбите радиусом приблизительно 150 млн километров. Она вращается также вокруг своей оси, проходящей через Северный и Южный полюса и наклоненной по отношению к плоскости орбиты под углом чуть менее 67 градусов. Если ось вращения Земли наклонена по отношению к орбите, то получается, что угол наклона падения лучей *

Физическая энциклопедия. М. : Советская энциклопедия, 1990. Т. 2. С. 78.

на поверхность Земли при движении по орбите меняется. Он становится то ближе к вертикальному, то дальше. Если лучи падают косо, получается, что одно и то же излучение распределяется по большой площади. А если более прямо, этого не происходит. Поэтому просто величина солнечной радиации, попадающей на поверхность, летом больше, а зимой меньше. Наверное, вы обращали внимание, что летом на крыше очень жарко. Это потому, что крыша имеет угол, добавляющийся к широтному углу, и поэтому в российских широтах часто крыша почти перпендикулярна направлению солнечных лучей. Именно поэтому там безумно жарко. Таким образом, получается, что холод и тепло настигают нас только потому, что меняется угол падения солнечных лучей. Если хотите использовать такие лучи для подогрева воды на даче, вы должны ваш бачок поставить под углом, чтобы туда попадало побольше солнца. Мало того, если вы сделаете горку, на которой посадите, например, клубнику, она будет лучше вызревать. Вы и сами знаете, что на солнечном склоне ягоды всегда вкуснее. На Земле есть две параллели, где Солнце раз в году бывает точно над головой. Они называются Северным и Южным тропиками — это примерно широта 23-го градуса, а поскольку наклон оси вращения по отношению к плоскости орбиты составляет 67 градусов, в сумме получается 90 градусов. Именно поэтому на этих широтах бывает такой момент, когда Солнце находится прямо над головой и предметы не отбрасывают тени. Это очень жаркие места. Понижение температуры — объективная причина холода. Но иногда нам бывает холодно и летом, — когда человек

139

140

говорит, что ему холодно, а на самом деле ощущает происходящий теплообмен. Если отдается много тепла — неважно, по каким причинам: например, человек мокрый и на него дует ветер, — то мы ощущаем холод. В итоге получается, что вращение Земли вокруг Солнца при наклонной оси приводит к изменению температуры, но мы воспринимаем холод и тепло по степени теплообмена. Так что зимой холодно потому, что действительно устанавливается низкая температура, которую мы ощущаем благодаря росту теплообмена.

Почему и как люди стареют?

Как ни удивительно, с научной точки зрения проблема старения весьма молода. Пока старых людей на Земле было мало, эта проблема не казалась актуальной. Так, в Европе конца XIX века средняя продолжительность жизни составляла 39 лет, а Россия в 1917 году отметила этот показатель на возрасте 32 года. В нынешнее же время средняя продолжительность жизни в развитых странах превышает 70 лет и постоянно увеличивается число людей, возраст которых преодолел психологически значимую отметку 100 лет. Рекордсменами в этой области считаются Япония и Швейцария. Геронтологи прогнозируют дальнейший рост средней продолжительности жизни. Сейчас люди в возрасте старше 60 лет составляют около 10% населения планеты. Через 50 лет их будет уже 20%, а доля детей до 14 лет снизится с 30 до 20%. Поэтому человечеству необходимо научиться жить в таком возрасте, подобно тому как в течение всего прошлого столетия учились сохранять жизнь и здоровье детей. Исследования обнаружили множество изменений в организме, происходящих при старении. Так, изменения касаются и клеток, и клеточных элементов — органелл, и тканей,

142

и функционирования генетического аппарата, и состояния сенсорных систем. Изменения затрагивают также психику и мышление. Достоверно доказано, что старение всегда связано с повышением предрасположенности к смертельным заболеваниям. При этом разобраться, что выступает причиной, а что следствием, не так легко. По данным, которые мне удалось найти, существует две основные теории старения. Одна говорит о генетической обусловленности этого процесса, объясняя его необходимость тем, что организм, давший потомство, должен освободить место новому, чтобы эволюция генов, обеспечивающая сохранение вида, могла продолжаться, отслеживая постоянные изменения условий существования. В пользу этой теории говорит то, что с увеличением возраста меняется активность 10–15% генов. Часть из них теряет активность, что приводит к нарушению различных важных функций, например: производства эластина, обеспечивающего упругость кожи; производства переносчиков кислорода — эритроцитов и т. д. Часть же генов, наоборот, активируется. Некоторые ученые сделали из этого вывод, что если суметь задержать половое созревание особи, то удастся и увеличить продолжительность ее жизни. Эксперименты на животных подтверждают такую гипотезу. В ее пользу говорят также и сравнительные эволюционные данные. Так, возраст полового созревания и максимальная продолжительность жизни составляют для гиббона 6 и 30 лет, а для шимпанзе — 9 и 48 лет. Статистика подтверждает также, что чем раньше женщина рожает первенца, тем меньше средняя продолжительность ее жизни. Вторая теория говорит о старости как о следствии накопления случайных ошибок в структуре воспроизводимых

организмом молекул, что приводит к повреждению клеток, тканей и т. д. Одним из основных, но не единственным фактором повреждения считаются так называемые свободные радикалы, обладающие высокой химической активностью. Они вступают в реакцию с важными биологическими молекулами, тем самым повреждая их. Современная наука говорит о том, что у человечества достаточно велики шансы на обоих фронтах. Но если на генном уровне мы с вами с собой лично ничего поделать не можем, то за счет правильного образа жизни в состоянии задержать процессы нашего старения и долго сохранять хорошую форму.

143

Почему кошки умываются? Кошки были известны еще в древнем мире. Так, при раскопках Иерихона археологами найдены останки кошек, живших в VI–V тысячелетиях до н. э. Считается, что они тогда еще не были полностью домашними. В Египте они жили с IV века до н. э. и очень высоко ценились. Мумии кошек находят в пирамидах — а кого попало в пирамиды не клали. В Европе кошки известны с I века н. э. Они попали туда через Грецию и Италию и ценились очень высоко. Например, в Британии в XI–XII веках зафиксированы сделки, когда в перечень имущества при продаже фермы включалась кошка. Бывали в Европе и гонения на кошек как на представителей нечистой силы. На территории Руси кошка появилась в начале XI века и быстро заняла важное место в жизни человека; с ней связано много обычаев, поверий и примет. В XIV веке на Руси за похищение кошки полагалось отдать три гривны, в то время как за жеребца всего одну. За собаку, впрочем, тоже требовалось три гривны. Люди всегда обращали внимание, что кошка любит умываться. Она делает это по естественной причине: кошка — чистоплотное животное и вылизывание своей шкурки,

включающее массаж тела, — неотъемлемая часть кошачьего поведения. Иногда кошки даже собираются на нейтральной территории и вылизывают друг друга, скажем голову или шею, то есть места, недоступные для «санитарной обработки» самой кошке. Получается такая социальная акция. Но есть еще несколько причин, по которым кошки умываются. Например, они чувствительны к перемене погоды и беспокоятся накануне, поэтому возникла соответствующая примета. По приметам японцев кошка умывается к дождю. А по русским — это еще и к снегу. В наши дни животные в городах достигли численности, сопоставимой с человеческой. Поэтому, хотим или нет, мы фактически налаживаем социальные отношения с кошками, собаками и между собой по поводу кошек и собак. У людей с домашними питомцами в целом хорошие отношения. Чаще всего их любят и о них заботятся. Есть даже индустрия по производству для них аксессуаров, еды, посуды, одежды. И можно над этим смеяться, но кошки и собаки, живущие в городе с людьми, нуждаются в особой пище и гигиенических процедурах. Однако жизнь с людьми также может служить одной из причин, по которой кошка умывается. Как указывает Маргарет Рейстер из ветеринарной службы США, кошки умываются… от стресса. Стресс может быть вызван разными причинами, например приходом гостей. Отсюда и соответствующая примета, одинаковая, кстати, и в России, и в Японии. Он может быть вызван недовольством и выговором хозяина, испугом, неудачными действиями, каким-то источником напряжения. Поэтому хозяин кошки должен поглядывать, часто ли она умывается, и не только умиляться, но и обязательно разбираться в причине.

145

Почему лед скользкий?

Предметы скользят друг относительно друга тогда, когда трение между их поверхностями мало. Наука, изучающая трение, называется трибологией. Она различает два вида трения: сухое, когда в промежутке между касающимися поверхностями движущихся друг относительно друга тел нет ни жидкости, ни газа; и жидкостное, когда поверхности предметов на значительных участках разделены жидкостью или газом, играющими роль смазки. Смазка сильно уменьшает трение. Во-первых, она устраняет шероховатости трущихся поверхностей. Во-вторых, меняет взаимодействие между молекулами скользящих тел, потому что ее молекулы сами начинают участвовать в сложных физико-химических взаимодействиях. Разнообразие веществ и условий взаимодействия оказывается большим, поэтому для разных целей и в разных условиях приходится пользоваться огромным количеством разнообразных смазок. Теперь понятно, что лед скользит потому, что между ним и скользящей поверхностью — полозом конька или саней, лыжей или подошвой нашей обуви — есть смазка. Но вот откуда она там взялась?

Над этим вопросом наука с переменным успехом бьется уже более 150 лет. Все гипотезы сходились на том, что такой смазкой служит вода. Например, братья Джеймс и Уильям (лорд Кельвин) Томсоны в 1849 году выдвинули гипотезу, что лед плавится от давления на него. Однако количественно она не подтвердилась. В 1939 году Филип Бауден и Теренс Хьюз предположили, что тепло, необходимое для плавления льда, дает сила трения при скольжении. Но эта теория не объясняла, почему же даже стоять бывает скользко. К 50-м годам ХХ века все сдались. Лишь в конце 90-х с помощью рентгеновских лучей, атомно-силовой микроскопии, ядерно-магнитного резонанса и исследования рассеивания льдом протонов было, наконец, доказано, что на поверхности льда, то есть на границе между льдом и воздухом, вплоть до температуры −100 оС имеется слой подвижных молекул воды. При температуре −35 оС толщина ее слоя равна примерно 0,01 микрона, а при температуре −5 оС — 0,1 микрона. В общем, все соглашаются с таким простым объяснением. Молекулы воды, как известно, могут переходить из твердой кристаллической фазы, льда, прямо в газообразную фазу — водяные пары в воздухе. Действительно, это так, иначе бы белье на морозе не сохло! Вследствие этого перехода на границе твердого льда и окружающей атмосферы образуется переходная зона, в которой молекулы еще не совсем свободны, как в газе, но уже и не встроены в жесткую кристаллическую решетку льда. На исследования льда только в США первые десять лет ХХ века израсходовано более 20 млн долларов. Однако полного теоретического объяснения свойств переходной зоны пока нет. Тем не менее управлять этими свойствами

147

148

уже пытаются. Например, именно на этом в значительной степени построен керлинг, где игроки трут специальными щетками лед, чтобы повлиять на движение пущенного камня. А российский физик Виктор Петренко обнаружил, что при действии электрического поля предметы могут быстро примораживаться ко льду. На этом эффекте он создал лыжи с управляемым скольжением. На очереди автомобильные шины, а может быть, и безопасная зимняя обувь.

Почему люди воюют?

Около 15 000 войн разного масштаба произошло на Земле за 5–6 тысяч лет человеческой цивилизации. Время абсолютного мира составило около 300 лет — менее 2%. Так утверждают американские исследователи войн и военных конфликтов Лео и Марион Бресслер. Я не могу судить о том, как они получили такие оценки, но известно, что только Россия после Куликовской битвы более половины времени провела в войнах. До ХХ века войны всегда имели ясное обоснование. Воевали за Елену Прекрасную, гроб Господень, за трон, свободу, земли, скот. Воевали за пленных. Так, южноамериканским индейцам не хватало людей для жертвоприношений их кровавым богам. Вавилонскому царству не хватало квалифицированных работников, и его воины пленили израильтян. Всегда оказывалось, что война кому-то чем-то выгодна. Как говорит русская пословица, кому война, а кому мать родна. Поэтому часто объясняли войну выгодой. Двадцатый век все переменил. Если раньше волей предводителей войну можно было и начать, и прекратить, то в прошлом столетии вооруженные столкновения вышли

150

из-под контроля. В войну втягивались и те, кто никакой выгоды иметь не мог. Парадоксально, но для многих простых людей участие в войне было единственным шансом выжить. Например, можно ли представить советского или немецкого военнообязанного времен Второй мировой, который отказался бы идти в армию? Многие ветераны говорят, что главный итог их войны в том, что они выжили. Глубинные причины, толкающие людей к войне, к сожалению, остаются неясными. Биологи открыли, что войны ведут и ближайшие эволюционные родственники людей. Шимпанзе убивают себе подобных из другой стаи безо всякой очевидной выгоды — не получают ни пищи, ни территории, ни самок. Бедствия, вызываемые войнами, заставили людей сконцентрироваться не на причинах баталий, а на способах их предотвращения и минимизации наносимого ими ущерба. В 1962 году вышла книга американской писательницы Барбары Такман «Августовские пушки». До Карибского кризиса, то есть до возможного начала Третьей мировой войны, оставался примерно месяц. Книга попалась на глаза 45-летнему президенту США Джону Кеннеди. Он был потрясен тем, как из-за недостатка информации люди, управлявшие странами, принимали важнейшие решения не на основе фактов, а на основе соображений и домыслов. Эскалация войны шла помимо их воли. Исторические факты подтверждают, что и Кеннеди, и Хрущев испытывали колоссальное давление со стороны своего окружения. Многие историки склоняются к тому, что именно эта книга повлияла на решение Кеннеди в самый разгар кризиса позвонить напрямую Хрущеву. С тех пор прямые линии связи и регулярные встречи даже потенциальных противников стали нормой, сохраняющей мир.

Другая американская писательница — Лоис Буджолд, указывая на то, что политики и военные не могут предотвратить войны, предложила применить не политический и военный, а техногенный подход. Он состоит в том, что войну рассматривают как предотвратимую катастрофу и вырабатывают процедуры, препятствующие ее возникновению. С Буджолд не так легко спорить, потому что даже военные, прочитавшие ее книги, поражаются точности и глубине стратегического видения. Вероятно, на свете нет ничего более ценного, чем мирная жизнь. К сожалению, как показывают факты, большую часть времени человечество проводит в войнах и не знает истинных причин их возникновения. Обнадеживает, что люди все больше думают о том, как должны строиться отношения между народами, чтобы не возникало войн.

151

Почему мир разноцветный?

Это для людей мир разноцветный. Еще цветное зрение есть у насекомых, раков, осьминогов, кальмаров, рыб, амфибий, дневных и водяных рептилий и у птиц. Многие же животные, например кошки и собаки, цветным зрением не обладают. Чтобы разобраться в этом, потребовалось около 250 лет работы множества ученых, в том числе нескольких гениев. Мы видим либо те предметы, которые светятся сами, либо те, которые отражают свет других источников. Самым главным из них считается Солнце. С 1665 по 1667 год выпускник Тринити-колледжа Кембриджского университета, молодой бакалавр Исаак Ньютон жил в родной деревне Вулсторп, пережидая эпидемию чумы. В это время он сформулировал множество идей, развитие которых впоследствии привело к созданию классической физики. Тогда же Ньютон выполнил опыты по разложению белого солнечного света с помощью стеклянной призмы. Он показал, что луч белого света может быть расщеплен на разноцветные лучи, следующие друг за другом в том же порядке, что и цвета радуги. Казалось бы, объяснение получено — все дело в сложном составе белого цвета, который по-разному отражается от предметов, окрашивая их в разные цвета. Однако Ньютон

провел опыты и по смешиванию цветных лучей и показал, что желтый цвет из радуги совершенно неотличим от смеси зеленого и красного лучей. Получалось, что такое простое объяснение цвета неверно. Больше к вопросу о цвете он не возвращался. Во второй раз все стало казаться понятным в 1802 году, когда Томас Юнг показал, что все цвета могут быть получены путем сложения трех основных — зеленого, красного и фиолетового. Через 50 лет в 1855 году Герман Гельмгольц дал глубокую физиологическую интерпретацию теории Юнга, предположив, что в состав сетчатки входят три типа рецепторов, чувствительных к основным цветам, а цвет объекта определяется тем, какова пропорция возбуждения этих рецепторов. Кстати, идею о том, что в глазу есть «светочувствительные аппараты» трех типов, еще в 1756 году выдвигал Михаил Ломоносов. Теория Юнга–Гельмгольца блестяще подтверждалась на практике. Однако прямое доказательство существования ровно трех типов колбочек с различными пигментами, обеспечивающими повышенную чувствительность к длинам волн видимого диапазона 0,43, 0,53, 0,56 микрона, соответствующим фиолетовому, зеленому и желто-зеленому, а не красному цветам, было получено более чем через 100 лет — лишь в 1959 году. Итак, с физиологической точки зрения все тоже стало ясным. Однако еще Иоганн Гете обращал внимание на психологическую составляющую восприятия цвета. Научное объяснение цветоощущения как психологического феномена было предложено Эвальдом Герингом. Он считал, что в мозгу происходят три параллельных процесса оценки соотношения «желтого и синего», «красного и зеленого» и «черного и белого». За доказательство этого факта американцы

153

154

Давид Хьюбл и Торстен Вайзел (Визел) в 1981 году получили Нобелевскую премию. Таким образом, мир разноцветный потому, что солнечный свет имеет сложный состав, и потому, что в сетчатке имеется три типа рецепторов — колбочек с различной чувствительностью к свету с разной длиной волны, и потому еще, что сложная обработка в мозгу сигналов этих рецепторов приводит к формированию психического феномена под названием цвет.

Почему море соленое?

По этому поводу у разных народов существуют на удивление однотипные сказки про утонувшую соляную мельничку, которая работает на дне моря до сих пор. Наука же довольно хорошо знает общие причины солености морей и океанов. Как известно, в природе существует круговорот воды. Часть этого круговорота — ручьи и реки. Так как вода — хороший растворитель, текущие ручьи и реки вымывают минеральные соли, залегающие в земле. Вымываются они в таких малых количествах, что вода кажется нам на вкус пресной. Однако же это малое количество приносится в море. Под действием солнца вода испаряется, а соль остается в море. Потом испарившаяся пресная вода уносится в виде облаков и вновь выпадает дождями на суше. Так поддерживается жизнь рек и ручьев. И они снова выносят немного растворенных солей в море. Постепенно за множество таких циклов вода в океане становится все более соленой. Почти 80% растворенных в океане солей — хлористый натрий, то есть обыкновенная поваренная соль. Однако морская вода кажется горькой на вкус: это из-за солей магния. Многолетние наблюдения над океаном показывают, что его соленость практически не изменяется. Это означает,

156

что приносимые реками соли на что-то расходуются. Во-первых, их используют морские животные для построения своих раковин и скелетов, которые потом откладываются на морском дне. Во-вторых, из-за перенасыщенности раствора соли выпадают в осадок. Таким образом, происходит медленный перенос минеральных веществ с одних участков земной коры на другие. По подсчетам американского ученого Франка Кларка, каждый год реки приносят в моря около 2 млрд тонн растворенных солей. Между прочим, такова же масса годового выброса парниковых газов земной промышленностью. Значит, она уже может оказывать влияние на планетарные процессы. Подсчеты показывают также, что, если из океанов выпарить всю воду, образуется слой соли толщиной 60 м. Соленость океанов и морей неоднородна и по глубине, и по площади. Она может повышаться в местах интенсивного испарения под действием ветров с пустынь и понижаться в местах обильного выпадения дождей в тропиках. Различия в солености приводят к неоднородному распределению плотности воды, что служит одной из движущих сил в океанских течениях: соленая вода опускается, так как она более плотная, а более пресная вода двигается, чтобы заменить ее. На это движение влияет и неоднородность распределения температуры воды в океане. Эта циркуляция, называемая термохалинной (therme — тепло, hals — соль), жизненно важна для экологии Земли. Она оказывает влияние на глобальный климат с периодами изменений от нескольких сотен до тысяч лет. Неоднородность солености наблюдается и в разных морях. Это связано с тем, что процесс обмена солями, в частности по термохалинному механизму, очень медленный, а реки,

текущие по разным участкам земли, вымывают разные соли, да и испарение воды с поверхности морей происходит по-разному. Любопытно, что лед, полученный из морской воды, оказывается пресным, как и испаренная морская вода. При этом соль вымораживается и образует на поверхности льда узоры. Иногда в толще такого льда образуются пузырьки, заполненные крепким раствором соли.

157

Почему люди зевают?

Если обратиться к медицинской энциклопедии 30–40-летней давности, можно прочитать, что-то похожее на то, что «зевание представляет собой безусловный рефлекторный акт, широко распространенный среди млекопитающих, рептилий и рыб. Оно имеет приспособительное значение, направленное на улучшение снабжения организма кислородом». Современные исследования показывают, что это не так. Нехватка кислорода никак не влияет на то, зевает человек либо животное или нет. Был проделан опыт, когда в комнату с управляемым составом воздуха помещали людей и меняли пропорцию углекислого газа и кислорода. Оказалось, что частота и интенсивность зевков никак не зависели от концентрации кислорода. Энциклопедия оказалась неправа. Наблюдения показывают, что люди зевают, когда им не хватает впечатлений или когда они в состоянии стресса. Могут зевать студенты перед экзаменом, спортсмены перед выходом на старт, артисты и музыканты перед выходом на сцену. Зевок служит для снятия стресса как средство мобилизации. Современная диагностическая техника позволила установить, что человек начинает зевать еще в утробе, с четвертого

месяца. А там о дыхании еще и речь не идет. Но, по-видимому, стрессы и необходимость мобилизовываться бывают и у плода. Казалось бы, теперь ясно, отчего люди зевают, однако у зевка обнаружились и другие свойства и функции. В частности, зевота, так же как и смех, заразительна. Если человек читает про зевоту, слышит о ней или, хуже того, видит, как другие зевают, то сам начинает зевать. Вероятно, и вам сейчас приходится нелегко. Заразительность зевания изучена достоверно. Таким образом, стало понятно, что зевок — это еще и некоторый мимический коммуникационный сигнал членов сообщества животных или людей о том, что ситуация стрессовая и необходимо мобилизоваться. Гипотеза показалась интересной, и тогда был проделан такой опыт. Людей посадили в помещение и стали показывать фильм, в котором герои зевают. Естественно, это действовало на всех участников опыта. Стали следить за каждым из них и подсчитывать частоту зевков. Затем изучили психологические характеристики каждого. Выяснилось, что люди, которые менее заражались зевками, были более равнодушными к окружающим. Таким образом, получается, они продемонстрировали неспособность реагировать на сигналы, подаваемые членами социума. Чтобы разглядеть мимические сигналы, требуется достаточно острое зрение. По одной из теорий именно благодаря остроте зрения многие животные, в частности обезьяны, широко используют мимику при коммуникациях, необходимых для ведения коллективной социальной жизни. Эти важные способности достались и человеку. Как видим, иногда научный подход позволяет иначе взглянуть на привычные явления.

159

Почему мы устаем при ходьбе?

Отчасти мы устаем потому, что наши мышцы во время ходьбы выполняют физическую работу и тратят энергию. От этого в них накапливаются различные продукты обмена, в частности молочная кислота. Эта мышечная усталость очень зависит от нашей походки. Нам легко идти тогда, когда мы двигаем не только ногами, но и руками. С одной стороны, это важно для поддержания равновесия и дыхания, а с другой стороны, так сохранились древние стереотипы, ведь мы, Homo sapiens, стали двуногими прямоходящими из четвероногих. Четвероногим животным, например лошадям, приходится довольно жестко синхронизировать движение конечностей. Возможных способов синхронизации всего три, отчего и основных аллюров у лошади тоже три: рысь, когда синхронно движутся две ноги, расположенные по диагонали; иноходь, когда синхронно выносятся и опускаются то правые, то левые ноги; и галоп, когда попеременно переносятся то передние, то задние ноги. Эта синхронизация, то есть фактически аллюры, прослеживается и в человеческих танцах. Удивительно, но теория такой синхронизации имеет много общего с теорией относительности, поскольку и там и там основные представления базируются на неевклидовой геометрии искривленных пространств, в которых параллельные прямые могут пересекаться.

Другая причина усталости заключается в том, что при прямохождении человек постоянно напрягает медленные статические мышцы спины и шеи, чтобы поддерживать тело и голову. От этого довольно легко устать. Вспомните, как нелегко выдержать долгую музейную экскурсию. Но и это еще не все. При ходьбе тяжесть тела переносится с одной ноги на другую, начиная с пятки. Это называется передним толчком. Он происходит за довольно короткое время, вследствие чего возникают большие ускорения, так как мы довольно тяжелые существа. Вместе с коллегами я измерял с помощью специально разработанного нами датчика — акселерометра — характеристики этого толчка, дошедшего до макушки. Мы были потрясены тем, какой оказалась эта величина — в два раза больше ускорения силы тяжести. Получается, наше тело, позвоночник и хрящевые межпозвонковые диски все время испытывают ударную нагрузку. Она действует и на нервные отростки спинного мозга. От этого человек непроизвольно дополнительно напрягает мышцы спины и шеи, чтобы не только поддерживать тело и голову, но и защищать позвоночник и нервные корешки. Вот эти-то напряжения все вместе и ведут к усталости. Удары при переднем толчке сильно ослабевают при ходьбе по мягкой поверхности, использовании мягкой обуви или хотя бы мягких стелек. Теперь ясно, как не уставать при ходьбе. Во-первых, надо заниматься физкультурой, способствующей выработке правильной походки. Во-вторых, если приходится много ходить, надо подбирать удобную и мягкую обувь. Как видите, это вполне доступные вещи, о которых, вероятно, вы знали и раньше. Просто не нужно забывать.

161

Почему небо голубое?

Это классический детский вопрос, ответ на который известен точно, но его получение было сложным и заняло много времени. Существовала теория, что цвет неба совпадает с цветом воздуха или какого-либо газа, входящего в его состав. Исаак Ньютон первым понял, что если бы это было так, то белые Солнце, Луна и вершины снежных гор тоже виделись бы голубыми, как сквозь цветное стекло. Он доказал, что воздух не имеет цвета. Открыв разложение белого света на цветные составляющие, он успешно объяснил происхождение радуги разложением света на капельках воды. Его попытка похожим образом объяснить голубой цвет неба оказалась ошибочной. В 1869 году англичанин Джон Тиндаль провел эксперимент и продемонстрировал, что если искусственно созданный туман осветить лучом белого света, то сбоку он будет смотреться голубым. Так стало ясно, что все дело в рассеянии света. Вообще-то достаточно было посмотреть и на голубой дымок от горящего конца сигары, сигареты или папиросы. Действительно, с древних времен людям было известно, что луч света распространяется прямолинейно. Однако он всегда виден, если посмотреть на него сбоку. Но обычно луч

так и кажется белым. Объяснение было найдено в 1871 году замечательным физиком лордом Рэлеем (Джон Стретт). Он рассчитал, что если свет рассеивается на крупных частицах, например на пылинках, размер которых существенно больше длины волны любой из составляющих белого света, то он так и остается белым. Например, так и будет, если размер пылинки сопоставим с одним микрометром. А вот если размер окажется гораздо меньше, то голубой и фиолетовый начнут рассеиваться гораздо сильнее красного. Значит, рассеянный свет, окрашивающий небо, будет голубым. Теория прекрасно объясняла, почему солнце на восходе и закате красное: все из-за того, что лучу приходится проходить более толстые слои воздуха, синий цвет рассеивается еще сильнее, а красный попадает в глаз напрямую. Вот только смущало, что небо голубое как раз в тех местах, где пыли нет. На чем же тогда рассеивается свет? Рэлей предположил, что на молекулах воздуха. В 1906 году опыты американского астрофизика Чарльза Эббота по рассеянию света позволили оценить концентрацию молекул в воздухе, и она прекрасно совпала с уже известной из совсем других опытов. Однако радость продолжалась недолго. В 1907 году русский профессор физики Леонид Мандельштам, которому было всего 28 лет, обратил внимание, что теория Рэлея работает, если число молекул в единице объема воздуха достаточно мало´, а в реальной атмосфере это не так. Голубой цвет неба снова стал необъяснимым, пока Мандельштам не понял: все дело в том, что воздух никогда не бывает однородным. Всегда вследствие случайных тепловых движений молекул в очень малых объемах воздуха образуются случайные изменения плотности. Вот поэтому-то и происходит рассеяние, придающее небу голубой цвет. Все хорошо, и можно бы успокоиться. Но эти случайные флуктуации по расчету должны приводить к очень малому,

163

164

трудно измеримому мерцанию неба. Опыт, который позволил бы доказать, что так и должно быть, Мандельштам вместе со своим коллегой Григорием Ландсбергом смог подготовить лишь через 18 лет. Это оказался очень тонкий, добросовестный опыт, в результате которого было открыто совершенно новое явление, получившее название комбинационного рассеяния. Оно на многие годы определило развитие оптики и в конце концов повлияло на открытие лазеров. Но это уже другой разговор. Важно то, что сильный научный результат не только отвечает на поставленные вопросы, но и обязательно рождает новые, еще более трудные и интересные.

Почему негры черные?

Хотя мы и будем обсуждать реальный природный факт, тема эта с точки зрения политкорректности довольно опасная. В цивилизованном мире в нынешнее время некорректно называть чернокожих неграми. Это все равно что называть евреев жидами. В Америке негров называют афроамериканцами или, как и в Европе, чернокожими, черными людьми — black man или black lady, без какого-либо дискриминационного оттенка. Ответ о том, почему у африканцев черная кожа, в действительности очень простой. Он состоит в том, что в их коже в значительном количестве присутствует пигмент меланин. Он возник как защита живого существа от избыточного объема солнечной радиации, которого в Африке значительно больше, чем в северных странах. Во-первых, меланин благодаря черному цвету предохраняет организм от перегрева. Во-вторых, он поглощает вредное ультрафиолетовое излучение, приводящее к возникновению в организме так называемых свободных радикалов, которые настолько активны химически, что могут нанести вред. В-третьих, меланин вступает в реакцию с образовавшимися свободными радикалами и тем самым их обезвреживает. Кстати, черными бывают не только африканцы, но и жители Азии. Скажем,

166

индийцы также смугло-черные и иногда более темные, чем африканцы. Причина та же — меланин. У людей с белой кожей меланин также образуется от загара, но, если солнце перестает действовать, он быстро разрушается, и кожа снова светлеет. Но при этом возникают два удивительных вопроса. Первый: если воздействие солнечной радиации приводит к тому, что меняется биохимия и становится больше меланина, происходит ли еще что-нибудь в организме, стимулируемое солнечным светом? Фотобиология говорит, что происходит. Мы знаем, что под действием солнечного ультрафиолета формируется витамин D, без которого человеку грозит рахит. Но еще множество гормонов синтезируется под воздействием солнечного света. Например, мы легко просыпаемся летом потому, что солнечное излучение приводит к синтезу гормона, способствующего пробуждению. Второй удивительный вопрос заключается в том, что человечество разделилось на расы сравнительно недавно. Это разделение, по разным оценкам, произошло от 5 до 10 тысяч лет назад. Например, на экспозиции палеонтологического музея МГУ, посвященной великому оледенению, я видел материалы о том, что во Владимирской области при раскопках стоянки на реке Сунгирь был найден скелет негроидного подростка. Находили скелеты людей негроидной расы и под Воронежем, и в других районах Европы. Были они темнокожими или светлокожими, сказать трудно. Но поражает, что разделение на белую и черную расы произошло так быстро. Согласно современным генетическим представлениям, все должно быть гораздо медленнее. Пока что наука плохо понимает, как вообще могут происходить

такие быстрые изменения. Конечно, это менее удивительно, чем скорое выведение новых пород собак, но тоже сильно впечатляет. Таким образом, простой вопрос, почему у людей черная кожа, заставляет задуматься о том, как человек возник и развивался и как он меняется сейчас. Для этого требуются усилия многих наук: и фотобиологии, и антропологии, и археологии, и генетики, и др. Кстати, известно про афроамериканцев, что они стали несколько светлее, чем их предки, вывезенные из Африки. Не прошло и двухсот лет.

167

Почему нитки запутываются?

Каждый знает, что нитки часто запутываются, причем совершенно безнадежно! Запутываются лески, цепи, шнурки, шланги, все что угодно. Почему это происходит? Точный ответ на этот вопрос нашли буквально 40 лет назад. Началось все с попыток рассчитать движение полимерных молекул. И здесь оказались очень успешными идеи академика Ильи Лившица. Оказывается, благодаря гибкости отдельные части полимерных нитей совершают практически независимые движения. Эти движения имеют много общего с хаотичным перемещением свободных частиц в газе, хотя есть и разница. И вот при определенных обстоятельствах, а именно в хорошем растворителе, полимерная нитка превращается в клубок. Этими идеями воспользуемся и мы, чтобы посмотреть, как поведет себя наша нитка. Возьмем ее так, словно собираемся вдеть в иголку. Мы увидим, что благодаря упругости, потому что торчит только короткий кончик, угол на одном конце и угол на другом конце кусочка нитки жестко связаны друг с другом. Собственно, поэтому ее и удается вдеть в ушко иголки. Возьмем и немножко удлиним кусок нитки, удерживаемой между пальцами. Видите, что получилось?

Провисание. Углы стали освобождаться от взаимной зависимости. Наконец, существует такая длина, при которой эти углы никак не связаны. Она очень важная физическая характеристика нити. Эта длина называется персистентной, то есть такой, при которой один угол перестает зависеть от другого. А это значит, что фрагменты единой нитки могут принимать случайное положение, в том числе возможно самопересечение нити. На плоскости это не приводит ни к чему: я ее потяну — она распутается. Но если движение происходит в трехмерном пространстве, то при блуждании в конце концов образуется узелок. Закономерно! Просто достаточно подождать некоторое время, и это обязательно произойдет. Таким образом, если нитка лежит в трехмерном пространстве, если у нее конечная гибкость и она начинает случайно изгибаться от разных воздействий, обязательно произойдет самопересечение, кончик войдет в петлю, а когда вы за этот кончик потянете, все запутается. Поражает то, что такого типа ниток много (шнурки от ботинок и лески не в счет) — множество важных высокомолекулярных полимерных веществ, которые тоже представляют собой нитки. И с ними все эти процессы также происходят. К счастью, такие полимеры, как ДНК, в которой зашифрована наследственная информация о строительстве живого организма, свободны от запутывания. Двойная спираль ДНК, к счастью, жесткая, и поэтому с ней такого произойти не может. Таким образом, нитки запутываются согласно закону природы. Если нитка гибкая, достаточно длинная, если она в трехмерном пространстве, то случайные движения ее фрагментов со 100%-ной гарантией приведут к тому, что возникнут самопересечения и все запутается.

169

Почему птицы совершают перелеты? Птицы настолько сильно поражают тем, что умеют летать, что на протяжении всей своей истории человек наблюдает за ними и изучает их. Первое из зафиксированных подробных описаний жизни птиц было составлено великим основоположником многих наук Аристотелем в труде «История животных». Аристотель полагал, что где-то существуют особые теплые местности, куда птицы перелетают, чтобы избежать холодных зим. Свыше полутора тысяч лет не появлялось более подробных описаний, пока в 1247 году не вышла книга, написанная императором Священной Римской империи Фридрихом II, в которой и были заложены основы современных представлений о миграциях птиц. Фридрих II четко различал места линьки и предотлетных скоплений, связывал сроки отлета у разных видов с погодными условиями, впервые отметил разницу между перелетами и кочевками, описал различные формы мигрирующих стай и порядок расположения летящих птиц. В середине XVIII века выдающийся шведский ученый Карл Линней создал авифенологический метод изучения перелетов

птиц, когда наблюдатели в разных частях страны строго фиксировали моменты их появления весной и отлеты осенью. Этот метод применяется и поныне, а сеть наблюдателей, работающих под руководством ученых, очень широка. Например, в интернете я нашел орнитологические отчеты школьников с Дальнего Востока. В 1890 году датский учитель гимназии Мортенсен впервые окольцевал скворцов легкими пластинами из цинка. С 1899 года он уже использовал кольца из легкого металла, надевая их на ноги аистам, уткам, различным морским птицам. И до этого многие ученые пытались метить птиц, но такого эффективного метода предложить не смогли. 1899-й официально признан годом начала кольцевания птиц, а Мортенсен — изобретателем этого метода. Кольцевание позволило выяснить многие особенности птичьих перелетов и их причины. Абсолютными рекордсменами по дальности миграций оказались полярные крачки, которые гнездятся и выводят птенцов в Арктике, улетая на зимовку к берегам Антарктиды. Перелет, который они совершают дважды в год, составляет от 15 000 до 22 000 км и длится примерно три месяца. Один из видов куликов — бурокрылые ржанки — пролетают без остановки 4000 км по маршруту Лабрадор — Южная Америка. Примерно так же летают и ласточки. Выясняется, что массовые миграции у птиц, так же как и у многих видов наземных животных и рыб, выработались в процессе эволюции как «приспособление» к переживанию регулярно возникающих, в том числе и сезонных, ухудшений условий внешней среды. При этом перелетные птицы

171

172

вовсе не стремятся к резкой смене обстановки, а, наоборот, выбирают для зимовок места, экологические условия которых во многом сходны с местами их гнездования, хотя и расположены в другом полушарии. Те же полярные крачки ровно половину жизни тратят на перелеты, ради того чтобы и зимой, в привычных для них условиях полярного дня, ловить мелкую рыбешку в холодных водах северных морей. Много легенд ходит об удивительных способностях птиц ориентироваться в пространстве. Это им удается благодаря отлично, но неизвестно как работающим внутренним часам и умению определять положение солнца или звезд, в зависимости от того, в какое время суток определенный вид птиц совершает перелет. Умение птиц ориентироваться по силовым линиям магнитного поля Земли не находит научного подтверждения. Сезонные и дневные миграции разного масштаба совершают все живущие на Земле, например, мы каждый день ходим на работу.

Почему редки драгоценные камни? Высокая стоимость и редкость драгоценных камней связаны между собой, но обусловлены разными причинами. Редкость всегда объясняется условиями происхождения. Ценность определяется людьми. Российское законодательство считает драгоценными камнями алмазы, изумруды, рубины, топазы, аметисты, бриллианты, сапфиры и александриты, а также природный жемчуг и янтарь. По химическому составу они совсем не уникальны. Большинство природных драгоценных камней всего лишь твердые соли, окислы и иные соединения различных металлов, молекулы которых организованы в упорядоченную структуру (кристаллическую решетку). Так, рубин, сапфир и изумруд — это оксид алюминия. Топаз — силикат алюминия. Гранат — сложный силикат, имеющий в составе алюминий, кальций, магний, железо, марганец и хром. Алмаз же — это чистый углерод, так же как и графит. В природе кристаллы образовывались в течение миллионов лет, в глубине земной коры под давлением в сотни тысяч атмосфер и при температурах до 2000 °С. Это придало им уникальные свойства и красоту, привлекающие людей. Мест, где складывались такие условия, крайне мало, чем и объясняется редкость драгоценных камней.

174

Однако в начале ХХ века монополия природы была нарушена. В 1902 году французский инженер Вернейль синтезировал первый драгоценный камень, идентичный природному, — кристалл рубина весом 6 г. В нынешнее время в лабораториях синтезируют не только рубины, но и алмазы, сапфиры, изумруды и кварц. Синтезируются и камни, которые в природе не встречаются. Когда речь идет о лабораторных условиях, говорить о редкости не приходится. Чем же объясняется драгоценность? Конечно, спросом. Редкая вещь не всегда ценна. В древние времена камни, так же как и золото, часто посвящались богам. Например, в Торе прямо сказано, что золото предназначено для украшения храма. Во многих религиозных традициях рай предстает в необыкновенном сверкании и свечении, земным эквивалентом которого служат самоцветные камни. Это придает им сверхъестественную значимость. Обладание драгоценным камнем переносило часть этой значимости на человека. За это можно было отдать много денег. В наше время ценность камней отчасти дань древней традиции, отчасти выросший из нее престиж, отчасти красота, а отчасти обыкновенная техническая польза. Например, главными потребителями рубинов долгое время были часовщики. Впрочем, их устраивали и более дешевые искусственные рубины. Когда же речь идет о красоте, то для ювелиров и любителей драгоценностей природные самоцветы по-прежнему вне конкуренции. Многие считают, что драгоценные камни наделены способностью влиять на жизнь людей и их здоровье. Научного подтверждения такая точка зрения не имеет. Однако люди все равно любят природные драгоценные камни за их уникальность и красоту.

Почему сахар сладкий?

Ответ на этот вопрос очень похож на ответ о том, почему мир разноцветный. Ощущение вкуса, в том числе и сладкого, — психический феномен. Как же он формируется? Органами вкуса, выполняющими важную для всех живых существ функцию химического анализа, обладают многие животные. У разных существ они расположены в разных местах. Например, у рыб они на всем теле, хотя в основном сосредоточены на усиках ротовой полости. У человека, как и у всех млекопитающих, наибольшая часть вкусовых рецепторов расположена в ротовой полости, хотя они есть и на мягком нёбе, и в гортани, и в верхней части пищевода. Рецепторы реагируют на четыре основных вкуса — сладкий, горький, кислый и соленый. (Не напоминает три рецептора основных цветов?) Открыты также рецепторы вкуса жира, которые есть у крыс, и рецепторы вкуса крови, которые есть и у человека. От сочетания силы возбуждения рецепторов зависит итоговое вкусовое ощущение. Элементарный вкусовой рецептор называется вкусовой почкой и представляет собой объединение нескольких десятков рецепторных клеток. Чтобы клетки могли реагировать

176

на вещество, оно должно поступить к почке в растворенном виде, поэтому сухая пища не может иметь вкуса. Вкусовые почки соединены во вкусовые луковицы. У взрослых людей в каждой луковице примерно 100 почек, а у молодых людей и у детей — примерно 200–250. От нескольких сотен до тысяч луковиц располагается на специальных сосочках языка. Луковица живет примерно 10 дней, потом заменяется новой. Рецепторы распределены на языке неравномерно. На кончике языка сосредоточены рецепторы, реагирующие на сладкое, у корня — на горькое, на задних боковых поверхностях — на кислое. На соленое реагируют кончик и передние боковые части языка. Жесткой связи между вкусом и химическим составом вещества нет. Например, сладкой ощущается не только сахароза, но и спирты, сахарин, соли свинца и поваренная соль в малых концентрациях. Однозначно лишь формирование ощущения кислого вкуса, обусловленного реакцией рецепторов на свободные ионы водорода. Работа рецепторов напрямую зависит от температуры. Слишком горячая еда лишена вкуса. Наиболее вкусной кажется пища температурой 15–35 оС. Ощущение вкуса формируется вместе с ощущением запаха, поэтому при насморке пища воспринимается как безвкусная. В последние годы, подражая природе, ученые начали разрабатывать искусственные рецепторы, в том числе и вкусовые, например электронный язык — дегустатор для контроля изготовления вина. Он ориентирован на восприятие веществ, отвечающих за формирование ощущений сладкого и кислого.

Таким образом, сахар сладкий потому, что под раздражающим действием раствора сахарозы возникает возбуждение в соответствующих вкусовых рецепторах. От них по волокнам вкусового нерва импульсы проводятся во вкусовую зону коры больших полушарий мозга, в результате их обработки и формируется окончательное вкусовое ощущение. Физиологические и психические механизмы формирования вкусового ощущения имеют много общего с механизмами формирования других ощущений.

177

Почему сердце бьется?

Долгое время в соответствии с мнением великого медика Галена считалось, что центром кровообращения служит печень, а сердце проталкивает по сосудам кровь, непрерывно поступающую к нему из кроветворных органов. В 1628 году во Франкфурте была издана книга Уильяма Гарвея, замечательного и разностороннего английского ученого, основоположника современной физиологии и эмбриологии, в которой он доказал, что организм имеет замкнутый цикл кровообращения. Лишь почти через 300 лет датский физиолог Август Крог разобрался, что основная функция кровообращения — доставка тканям кислорода с помощью эритроцитов. Постепенно становилось понятно, что кровь переносит и другие вещества, в частности гормоны, а также лейкоциты и тромбоциты, необходимые для защиты организма. Без кровотока невозможно также регулирование теплообмена. Гарвей объяснял, что по малому и большому кругам кровообращения кровь движется благодаря насосной функции, выполняемой пульсирующим сердцем. У здорового взрослого человека сердечная мышца в покое сокращается приблизительно 75 раз в минуту. При этом в кровеносные

сосуды каждым из двух желудочков выталкивается около 80 мл крови. За сутки сердце совершает примерно 100 000 сокращений, перекачивая чуть менее 10 м3 крови. Это где-то половина производительности обыкновенного садового насоса. По разным оценкам сердце человека совершает работу в 10–15 тысяч килограммометров в сутки, на что расходуется около 100 ккал энергии, то есть 3–5% рациона. Каждое сокращение сердечной мышцы обеспечивается за счет активности специальных электрических клеток, сконцентрированных на площади в несколько квадратных миллиметров в верхней части правого предсердия, в так называемом сино-аурикулярном узле. Всего этих клеток в узле 3–5 тысяч. Каждая из них в автоматическом режиме генерирует последовательность электрических импульсов с определенным периодом. За счет сложного взаимодействия работа клеток синхронизируется, и узел вырабатывает единый ритм. Получившийся единый электрический импульс по специальным нервным проводящим путям быстро и синхронно достигает всех волокон миокарда, возбуждая их одновременное сокращение. Синхронность возбуждения важна потому, что если бы часть волокон не была напряжена, как это бывает, например, при инфаркте миокарда, то расслабленный участок выпятился бы, давление в желудочке не поднялось бы до необходимого уровня, клапаны не смогли бы открыться, кровь не попала бы в сосуды. Клетки сино-аурикулярного узла чувствительны к действию медиаторов, выделяемых нервными окончаниями, а также к действию иных веществ, поступающих через кровь. Это дает организму возможность управлять сердечным ритмом на самых разных промежутках времени — от мгновенного повышения частоты пульса при опасности или волнении до его регулирования в соответствии с фазой

179

180

суточной активности. Сердечный ритм обычно меняется и в такт дыханию — учащается на вдохе и становится медленнее на выдохе. Сердце — главнейшая часть системы кровообращения человека и животных. Природа сделала его удивительно совершенным, и пока человек не может повторить ее достижения. Поэтому лучше сердце беречь и вести здоровый образ жизни.

Почему слоны большие? Должен начать с того, что поставленный вопрос — такой простой, на первый взгляд, — с научной точки зрения довольно некорректен, то есть прямой ответ на него не приблизит нас к сути дела. Так нередко бывает. Но многие научные открытия делались именно в трудных попытках ответить на подобные вопросы. Попробуем и мы. И все-таки слоны действительно большие. Согласно научным данным, средний размер земных млекопитающих составляет чуть более 30 см. По этим меркам и человек — большое существо. Какие выгоды дает большой размер? Во-первых, иначе строится обмен веществ и система питания. Помните, в детских книжках рассказывается, как много по отношению к своему весу должны есть маленькие птички и как мал промежуток времени, в течение которого они могут не есть? Крупное животное свободно от этой зависимости. Так повышается его мобильность. Во-вторых, крупное существо меньше подвергается нападению хищников. В-третьих, растет продолжительность жизни при одновременном уменьшении плодовитости. От этого усиливается

182

забота о потомстве, а также взаимодействие и взаимопомощь между животными. Развивается социальная организация их жизни. В-четвертых, вместе с размером тела растет мозг. Перечисленных преимуществ оказывается достаточно для благополучного выживания. Казалось бы, надо увеличивать и увеличивать размер. Однако механического увеличения размеров животного быть не может. При большом росте сильно усложняются и упрочиваются скелет и суставы, развивается мышечная система, совершенствуется управление движениями. Из-за ограничений, диктуемых законами физики и химии, эти усовершенствования не могут быть беспредельными. При этом все эти конструкции приходится специализировать по отношению к тому образу жизни, который ведет животное. Формируются и ограничения в поведении и образе жизни, а это уже обратная сторона полученных преимуществ. Так в результате отбора согласуются размеры и формы животного вида со способами его выживания в окружающей среде. Самое мелкое существо на Земле — микоплазма — имеет массу 10–13 г, а самое крупное — голубой кит — весит около 100 т (108 г). Разница составляет 21 порядок. Это поистине космическая величина. Она, собственно, и предопределяет богатство форм жизни. Так наука отвечает на вопрос о связи между размерами животного, устройством, работой его организма и способами выживания в окружающей среде. Примерно так и называется одна из классических книг крупнейшего

американского физиолога норвежского происхождения Кнута Шмидта-Нильсена «Размеры животных: почему они так важны?». Житейский же вопрос о том, почему слоны большие, мы задаем потому, что слоны больше нас. Но и мы, оказывается, довольно крупные млекопитающие. И наш размер, так же как и размер слонов, соответствует найденной нами нише выживания.

183

Зачем собакам нужен хозяин?

Убеждение, что собакам нужен хозяин, основано на часто (но не всегда!) наблюдаемой привязанности и преданности собак, а также на том, что сам человек воспринимает себя как хозяина. Но хозяин — это чисто человеческая, социальнопсихологическая категория, и она не может быть автоматически перенесена на собак, поскольку социально-психологическая жизнь собак сильно отличается от человеческой. Точный ответ на этот вопрос дают науки, называемые зоопсихологией и этологией. Основоположником зоопсихологии стал знаменитый русский дрессировщик Владимир Дуров. Он создал совершенно новый метод дрессировки, основанный на развитии способностей и склонностей животного к различным действиям. Для этого Дуров изучал психологию разных животных и способы их поощрения. Потом из этих действий конструировал сценки, которые зрители интерпретировали в своих привычных понятиях и обычно смеялись или умилялись. Со временем Дуров начал читать лекции по зоопсихологии. Этологию же, науку о поведении животных, создал австрийский ученый Конрад Лоренц, лауреат Нобелевской премии 1973 года. Основы этологии Лоренц заложил в работах,

выполненных незадолго до Второй мировой войны. Он продолжал работать над ними и во время службы в армии, и даже в советском плену. Там ему приходилось писать гвоздем, смоченным в растворе марганцовки, на бумаге от цементных мешков. Но самое поразительное, что эти записи ему (в такое-то время!) позволили вывезти из Советского Союза. Вот как Лоренц объясняет все многообразие собачьих характеров, основанных на двух разных источниках преданности. В истории было два периода одомашнивания собак. Древние домашние собаки восходят к шакальим. Их приручение привело к тому, что зависимость щенка от матери, характерная для детства, стала распространяться на всю собачью жизнь. Собака из шакальих воспринимает своего хозяина как родителя. Второй, более поздний период одомашнивания связан с продвижением человека на север. В это время его уже сопровождают зависимые от него домашние собаки. За счет скрещивания в их жилы попадает кровь волчьих. Это многое меняет. В детстве их преданность имеет ту же природу, что и у шакальих, — зависимость от родителя. Когда наступает взросление, эта зависимость проходит, и вот уже время вписаться в стаю. Волки, в отличие от шакалов, не едят падаль, они охотники и вне стаи выжить не могут. Поэтому волк должен либо стать вожаком, либо подчиниться и стать беззаветно преданным вожаку и безоговорочно поддерживать членов стаи, соблюдая, однако, иерархию. Собака с преобладанием волчьей крови воспринимает хозяина либо как вожака (если он сумеет занять такую позицию в переходном возрасте собаки), либо как члена стаи с иерархией выше или ниже собачьей.

185

186

Когда мы решаем завести собаку, должны задуматься, какую роль нам предстоит играть. Сможем ли быть заботливым, терпеливым родителем? Сможем ли стать вожаком? Справимся ли с этой ролью? Какое место в иерархии достанется нашим близким? Таким образом, точный ответ на вопрос, зачем собаке нужен хозяин, таков: ей нужен либо заботливый родитель, либо вожак. В этом случае и человек сможет чувствовать себя хозяином собаки. Если же ему достанется лишь статус члена стаи, то почувствовать себя хозяином вряд ли получится.

Почему спички горят?

Вообще-то, горят не только спички. Мы знаем, что горят и толстые поленья, и тоненькие нитки. Но нитка легко гаснет. Правда, и толстое полено легко гаснет, но причины этому совсем разные. Дело в том, что горение — это химическая реакция соединения вещества (в данном случае — органического) с кислородом. И чтобы реакция началась, нужно, чтобы горючее вещество было подогрето до определенной температуры. Например, бумага загорается при температуре примерно 260 оС. Если мы поджигаем ниточку, она легко гаснет, потому что дуновение ветра уносит тепло и соседний участок не успевает нагреться до температуры воспламенения. Из-за этого реакция горения прекращается. И толстое полено не горит потому, что собственного тепла не хватает для его прогрева, так как отношение площади его поверхности к объему недостаточно велико. И лишь в определенном диапазоне размеров и свойств горючего вещества пламя может непрерывно поддерживаться и распространяться вокруг горючего стержня. Спички были изобретены во Франции в 1805 году. Главной проблемой оказалось подобрать удобную химическую

188

реакцию, при которой выделяется достаточно тепла для воспламенения деревянной палочки. Поначалу головку спички, сделанную из бертолетовой соли и сахара с камедью, предлагалось макать в пузырек с концентрированным раствором серной кислоты. Это было неудобно и опасно. Потом в 1827 году английский аптекарь Джон Уолкер придумал серные спички, которые зажигались о наждачную бумагу, а в 1866 году появились безопасные «шведские» спички, использующие красный фосфор. О пропорциях деревянной палочки никто особенно не задумывался. А между тем процесс горения не так прост. Если мы повернем спичку так, чтобы пламя было внизу, оно будет продвигаться быстрее, чем на спичке пламенем вверх. Это связано с тем, что кислород по-разному поступает в зону горения. Теоретическое исследование процессов горения сделал академик Яков Зельдович во время работы над атомной бомбой. Он был выдающимся и многосторонним ученым, хотя и не имел официального высшего образования. За работы по атомной тематике он получил три звезды Героя Социалистического Труда. Примерно в то же время английские биофизики Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, отслужившие всю войну в армии, работали над изучением распространения нервного импульса в гигантском аксоне кальмара. Они получили очень похожие уравнения. Это открытие в 1963 году было удостоено Нобелевской премии. С физической точки зрения процессы горения и распространения нервного импульса оказались очень близкими: нервный электрический импульс распространяется по нервному

волокну, как огонек по спичке или бикфордову шнуру. Но главное чудо оказалось в том, что работа ансамблей нервных клеток в мозгу также подчиняется похожим, хотя и несколько более сложным уравнениям. Оказалось, что процессы, определяющие переработку информации в мозгу, имеют много общего с процессами горения. Мы задумались о такой простой вещи, как горение спички. Чтобы спичка горела, необходимо соблюдать определенные пропорции между ее диаметром, концентрацией кислорода в окружающей среде, теплотворностью горючего материала и общей теплопроводностью воздуха и материала спички. Но оказалось, что эти сведения важны и для понимания процессов переработки информации в нервной системе и мозге. Так уж удивительно устроен мир, и такая вот неожиданная вещь — наука.

189

Почему спутники не падают на Землю?

Ответ на этот вопрос дают еще в школе. При этом одновременно обычно еще и объясняют, как возникает невесомость. Все это настолько не соответствует интуиции, основанной на опыте земной жизни, что плохо укладывается в голове. И поэтому, когда школьные знания выветриваются (есть даже такой педагогический термин — «остаточные знания»), люди опять недоумевают, почему же спутники не падают на Землю и внутри космического корабля во время полета возникает невесомость. Между прочим, если мы сможем ответить на эти вопросы, то одновременно проясним для себя, почему Луна не падает на Землю, а Земля, в свою очередь, не падает на Солнце, хотя сила притяжения Солнца, действующая на Землю, огромна — примерно 3,6 млрд млрд тонн. Кстати, человека массой 75 кг Солнце притягивает с силой около 50 г. Движение тел с очень высокой точностью подчиняется законам Ньютона. Согласно этим законам два взаимодействующих

тела, на которые не влияют никакие внешние силы, могут находиться в покое друг относительно друга, только если силы их взаимодействия уравновешиваются. Нам удается неподвижно стоять на земной поверхности, потому что сила земного притяжения в точности компенсируется силой давления поверхности Земли на поверхность нашего тела. При этом Земля и наше тело деформируются, благодаря чему мы и ощущаем тяжесть. Если, например, мы станем поднимать какой-то груз, то ощутим его тяжесть через напряжение мышц и деформацию тела, посредством которого груз опирается на землю. Если же такой компенсации сил нет, начинается движение тел друг относительно друга. Это движение всегда имеет переменную скорость, причем может меняться как величина скорости, так и ее направление. Теперь представим, что мы разогнали какое-то тело, направив его движение параллельно поверхности Земли. Если стартовая скорость была меньше 7,9 км/с, то есть меньше так называемой первой космической скорости, то под действием земного притяжения скорость тела начнет изменяться и по величине, и по направлению, и оно обязательно упадет на Землю. Если скорость разгона была больше 11,2 км/с, то есть второй космической скорости, тело улетит и никогда не вернется на Землю. Если же скорость была больше первой, но меньше второй космической скорости, то при движении тела будет меняться только направление скорости, а величина останется постоянной. Как вы понимаете, это возможно, если только тело движется по замкнутому кругу, диаметр которого тем больше, чем ближе скорость ко второй космической. Это и означает, что тело стало искусственным спутником Земли. При определенных условиях движение будет

191

192

происходить не по круговой, а по вытянутой эллиптической траектории. Если тело в районе Земли разогнать в направлении, перпендикулярном к отрезку, соединяющему Землю с Солнцем, до скорости 42 км/с, оно навсегда покинет пределы Солнечной системы. У Земли скорость движения по орбите всего 29 км/с, поэтому она, к счастью, не может ни улететь от Солнца, ни упасть на него и навсегда останется его спутником.

Почему стекло легко бьется?

Стекло изобретено людьми несколько тысяч лет назад. В сознании большинства стекло стало символом хрупкости. Хрупкие предметы отличаются тем, что они, обычно весьма твердые, при сравнительно малом деформировании разлетаются на осколки. Мы все знаем, что одно и то же неорганическое химическое вещество может находиться в трех состояниях: газообразном, жидком и кристаллическом. Каждое из этих состояний характеризуется специфическими признаками. В частности, кристаллы очень упорядочены и имеют такую строгую периодичность расположения атомов, что по положению одного можно с очень высокой точностью определить положение других атомов кристаллической решетки, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга. Это называется наличием дальнего порядка. В жидкости по положению одного атома можно предсказать положение лишь близких к нему атомов. Это называется близким порядком. Стекло же по степени упорядоченности атомов занимает промежуточное положение. Обычно стекло образуется в результате охлаждения довольно вязких расплавов

194

различных веществ, хотя существуют и иные способы его получения. Основной компонент привычного нам стекла — окись кремния, то есть обычный песок. Такое стекло называется силикатным. Стекла могут быть получены на основе самых разных веществ. Например, застывшая вулканическая лава и застывшая смола (янтарь) — это тоже стекла. Всевозможные добавки сильно влияют на свойства стекол. Отчего же обычное стекло такое хрупкое? Причин здесь две. Первая — это ближний порядок. При сильной деформации, особенно при ударах, могут разрываться связи между атомами, то есть образуются микротрещины. При снятии деформации связи могут восстановиться, а вместе с ними — целостность материала. В кристалле это происходит легче, так как если атом нашел себе пару, то из-за высокой периодичности даже его дальние соседи найдут пары. Микротрещина срастется. В стекле же из-за отсутствия дальнего порядка этого не произойдет. Вторая причина — исходное наличие дефектов, зародышей разрушения. Поверхность даже только что изготовленного стекла всегда покрыта множеством микротрещин. При ударе на них концентрируется напряжение, от этого трещины развиваются и увеличиваются в размере вплоть до полного разрушения связей между фрагментами объекта. Например, с помощью стеклореза на поверхности оконного стекла создаются именно такие зародыши, отчего отрезанный кусок легко отламывается. В наши дни научились делать стекла потрясающей прочности, в частности пуленепробиваемые. Для этого различными физико-химическими способами регулируют

состав и порядок расположения атомов, а также борются с зародышевыми микротрещинами. Так как чаще всего они находятся на поверхности стекла, то путем закаливания или химической обработки их удается уничтожить, и стекло становится прочным. Однако в обыденной жизни стекло бьется довольно часто. Хотя это бывает и счастливой приметой, все же будьте осторожны.

195

Почему толкаются в автобусе?

Ответ, который напрашивается сам собой: потому что тесно. Это правда, но не вся. Почему эти толчки, хотя и неприятны, но не задевают нас? Да и сами мы не особенно переживаем, если в тесноте заденем кого-то. Вопросы такого типа сравнительно недавно из житейских перешли в разряд научных. Наука, называемая синергетикой, начала изучать коллективное поведение больших ансамблей таких частиц, состояние которых меняется не только от внешних воздействий, но и в силу их собственной внутренней активности. Эти частицы так и называются — активными. К ним, в частности, относятся нервные клетки. В некоторых случаях так можно рассматривать и человека, и коллектив. Вот, например, в журнале «Автоматика и телемеханика» опубликована научная работа «Заполнение пассажирами пространства в общественном транспорте»*. В ней моделируется «двигательное поведение пассажиров в городском *

Регирер С. А., Шаповалов Д. С. Заполнение пассажирами пространства в общественном транспорте // Автоматика и телемеханика. 2003. № 8. С. 111–121.

общественном транспорте — в салоне автобуса или троллейбуса, в вагоне трамвая, метро или электрички… во время посадки, поездки и высадки». Результатом такого моделирования «могли бы стать предсказания степени заполнения салона или вагона, оценка уровня комфортности, рекомендации относительно конфигурации салона». Работа сложная. Попробуем разобраться в нашем примере сами. Мы увидим, что все дело в представлении человека о величине его индивидуального пространства, в которое не должны проникать посторонние. Вот в пустой автобус входит первый пассажир. Если у него нет клаустрофобии (боязни тесноты) или иных причин, он сядет у окошка. Если второй пассажир незнаком с первым, то он также сядет у окошка, но у другого. Если же он сядет рядом с первым пассажиром, то есть нарушит его индивидуальное пространство, это, скорее всего, будет расценено как вызов. Если же рядом с первым пассажиром сядет его знакомый, то это будет выглядеть вполне естественно. И наоборот, если его знакомый не сядет рядом, это уже будет рассматриваться как вызов. Когда свободные места станут заканчиваться, уже никто не будет обращать внимания на то, кто куда сел. Потом начнется заполнение площадок и прохода. Сначала люди будут держаться поодаль, а по мере заполнения сближаться, касаться и даже толкаться, если надо продвинуться по салону, уже не говоря, если в него надо вбиться через дверь. И никто особо не будет обижаться, потому что по мере роста концентрации людей в салоне изменяется оценка ими величины их индивидуального пространства, в которое не должны вторгаться посторонние. Именно факт такого вторжения или его отсутствия вызывает ответную реакцию.

197

198

В разных культурах представления об индивидуальном пространстве разные. Например, даже незнакомые друг с другом итальянцы часто разговаривают, держа дистанцию всего 30 см, что совершенно немыслимо для России или Америки. Представление об индивидуальном пространстве есть и у водителей автомобилей. Оно сильно влияет на то, как формируются потоки автомобилей на дорогах и как образуются пробки. Об этом как-нибудь в другой раз.

Почему у одних деревьев листья, а у других иголки?

Разница между хвойными и лиственными растениями настолько бросается в глаза, что представляется нам главным различием. Между тем главное различие — в способе размножения. По научной классификации хвойные относят к голосеменным растениям. Иногда их определяют как шишконосные, поскольку их семена часто хранятся в шишках. Перед тем как упасть на землю, зрелые шишки могут довольно долго оставаться на растении. Некоторые огнестойкие сосны хранят семена в закрытых шишках 60–80 лет. В случае если огонь уничтожает родительское дерево, шишки раскрываются. В преобладающем большинстве родов хвойные — вечнозеленые. Листья обычно остаются на растении от 2 до 40 лет, однако существует пять родов, сбрасывающих листья осенью и зимующих голыми. К ним относятся, в частности, лиственница и тис. В нашей зоне с умеренным климатом иных голосеменных, кроме как с иголками и шишками, не встречается. Поэтому мы смело можем считать, что это одно и то же.

200

Ископаемые останки древних хвойных находят в отложениях позднего каменноугольного периода. Их возраст около 300 млн лет. Более современные роды, в том числе и уже вымершие, появляются в ископаемых отложениях возрастом 60–120 млн лет и даже более поздних. В древние времена среди хвойных встречались травянистые виды, не имевшие древесных волокон. Сейчас — только кустарники и деревья. Таким образом, хвойные продолжают свое эволюционное развитие. Деревья, на которых мы обычно видим листья, относятся к цветковым, или покрытосеменным. Предполагается, что самым древним из них около 100 млн лет. Первыми, скорее всего, появились сережчатые — береза, ива, тополь, орех. Параллельно развитию способов размножения шло и развитие листьев. Впервые они появляются у мелколиственных папоротников. Однако они еще не выполняют в достаточном объеме главную функцию листьев — фотосинтез и транспирацию, то есть испарение воды в атмосферу. Первые настоящие листья — это листья некоторых псилофитов, предшественников ископаемых и современных плаунов. Они также еще не совершенны. Иголки хвойных — это тоже листья. Заложенные в них зерна хлорофилла обеспечивают фотосинтез, имеющиеся устьица обеспечивают испарение воды, необходимое для обмена веществ, а восковое покрытие — защиту от ультрафиолетового излучения. Листья цветковых более сложны. На них четко выражена сеть прожилок. Благодаря этому, даже если прожилки повреждаются, питательные вещества и вода всегда находят обходной путь до любой точки листа. Самые совершенные — листья бобовых, так как в них есть механизм ориентирования на солнце, обеспечивающий оптимальный

угол наклона, поэтому и энергии поступает достаточно, и нет повреждений от ультрафиолетового излучения. Изучать историю эволюционного соревнования очень интересно. Однако стоит помнить, что оно не имеет цели, поэтому мы и не можем ответить, почему на елках иголки, а на березах листья. Так получилось. Мы можем лишь разобраться, как именно это произошло.

201

Почему у человека на руках по пять пальцев? В некоторых источниках сказано, что так определил Творец и обсуждать тут нечего. Конечно, это ненаучный ответ. Палеонтологические исследования показывают, что 340–350 млн лет назад на Земле жили животные с самым разным числом пальцев на конечностях. Но избыточное количество пальцев мешало оптимальной ходьбе и бегу. Конечности сухопутных животных начали эволюционировать. При этом одновременно менялась и конструкция стопы, и количество пальцев. Таков научный факт. Природа остановилась на такой конструкции стопы, которой соответствует пять пальцев. Обратите внимание, что в те далекие времена можно было говорить только о стопе, потому что у животных были лишь передние и задние конечности. Только когда примерно миллион лет назад появился Homo erectus — человек прямоходящий, стало возможным говорить о верхних и нижних конечностях. В связи с этим современные теории, которых оказалось на удивление мало, построены на логике соответствия конструкции стопы и количества пальцев. Одна из теорий

дает ответ: на конечностях должно быть 4,7 пальца. Понятно, что это хороший вывод, поскольку его ошибка составляет всего 6%. Таким образом, пять пальцев на руках и ногах достались нам как наследство от далеких предков. Стало быть, встав на ноги, человек начал пользоваться доставшимися ему передними конечностями как верхними. Он перестал использовать их для передвижения, а применял лишь для работы. Именно так труд «сделал из обезьяны человека». Маленькие дети обязательно должны играть мелкими игрушками, так как это развивает мозг. Конечно, кисть сильно изменилась. Главное, что большой палец оказался не отставленным, а противопоставленным, и человек стал держать предметы и инструменты так ловко и целесообразно, как не умеет больше никто. Важность большого пальца подтверждается еще и тем, что его представительство в мозгу очень велико и уступает только языку. При дальнейшем поиске мне не удалось найти иных научных теорий, кроме тех, которые говорят, что разнообразие движений при росте числа конечностей, скажем как у сороконожки, не растет, а падает. Необходимость синхронизации движений неизбежно приводит не к росту, а к ограничению их разнообразия. Так что с пятью пальцами нам просто повезло. Из-за того, что представительство разных пальцев в нервной системе разное, и ловкость их работы разная. Если ловкость всех пальцев соотнести с ловкостью большого пальца, то их эффективное количество оказывается меньше пяти.

203

204

Полагаю, в этом есть здравый смысл, поскольку, когда конструируют роботов, на их верхней конечности бывает и два пальца, обеспечивающих хороший хват, или три, обеспечивающих хорошую манипуляцию удерживаемыми предметами. Тем не менее человеческая кисть, управляемая мозгом, — одно из самых совершенных творений природы, а вся цивилизация построена человеческими руками.

Почему «хороший» ковбой успевает выстрелить первым? Известна такая история про великого датского физика Нильса Бора. Он очень любил возиться со студентами, занимался с ними спортом, альпинизмом и т. д. Однажды они обсуждали вестерны, и аспиранты стали смеяться: вот такая там всегда история, что хороший, положительный герой всегда успевает подстрелить злодея. И поэтому они относились к подобным фильмам свысока, даже с неким пренебрежением. Тогда Нильс Бор немножко подумал и сказал, что сейчас в этой игре всех перестреляет. И когда они попробовали, так и получилось. Как? Объяснение довольно простое. Если вы собираетесь на кого-то напасть, то какой-никакой возникает замысел, и вы сначала думаете, а потом делаете. А пока вы думаете, то демонстрируете, что готовится нападение. Тот же, на кого вы нападаете, не думает, отвечает рефлекторно, очень быстро. В результате сильно экономит время и, пока вы готовитесь, мигом успевает все сделать. Такая реакция называется ориентировочной. Конечно, человек, вынужденный обороняться, все равно должен тренироваться, но дело в том, что он все делает быстро, потому что ему не надо думать.

206

Сейчас мы с вами на опыте попробуем это. Я буду ковбоем, и мне нужен ассистент, который станет на меня нападать: он начнет хлопать в ладоши, а я должен буду успеть вставить револьвер между ладонями. Такая игра, кстати, была показана в фильме «Великолепная семерка». Игра будет проходить в два этапа. В первом случае хлопающий будет говорить «левый» или «правый». Это значит, что я должен вынуть левый пистолет или правый. Поскольку мне придется думать, какой пистолет вынуть, я, по-видимому, не буду успевать. А во втором опыте он просто будет молча хлопать. А я буду вставлять пистолет, уж какой мне понравится. Таким образом, быстро совершаются только такие дела, о которых не надо думать, а сразу делать. Но с этим надо быть очень аккуратным.

Почему человек умеет стоять?

По биологической классификации человек — Homo sapiens — отнесен знаменитым Карлом Линнеем к отряду приматов и входит в подотряд «высшие приматы» вместе с обезьянами и человекообразными обезьянами. От них он отличается четырьмя важнейшими биологическими признаками: умением стоять и ходить прямо, размером и сложностью устройства мозга, формой и расположением зубов, а также биомолекулярным составом, по которому, впрочем, он отличается от шимпанзе всего на 1%. Прямохождение дает человеку колоссальные преимущества в двигательной активности, однако и требует особой организации и управления. Как правило, движения человека, если это нетренированный спортсмен или артист, менее совершенны, чем движения животного, но зато более разнообразны и менее специализированны. Поэтому они могут быть хорошо приспособлены к любым потребностям и нуждам человека. Интересно, что все перемещения животных и человека происходят только за счет вращательных движений костей конечностей в суставах, поскольку их растяжение не может

208

быть большим. Так как костей и суставов, участвующих в формировании движений, у человека заведомо больше сотни, то количество степеней свободы скелета, а следовательно и разнообразие возможных движений и положений, оказывается необычайно большим. Как же сформировать целесообразные движения, включая такое важное, как удержание вертикальной позы? Основы науки о движениях человека заложил физиолог Николай Бернштейн. Он предложил признанную ныне всеми гипотезу, что целесообразное движение формируется за счет ограничения независимости движения отдельных костей скелета, то есть за счет реализуемого числа степеней свободы скелета через мышечное регулирование. Но тогда возникает вопрос: как же формируется и как реализуется программа таких движений? Ответ на этот вопрос нашел другой российский ученый, Виктор Гурфинкель. Он поставил очень простой, но убедительный опыт. Свободно стоявший испытуемый должен был по команде экспериментатора вытянуть руку вперед горизонтально. При этом контролировалась электрическая активность мышц человека. Так вот оказалось, что человек всегда поднимает руку с некоторой задержкой во времени. Однако во время этой паузы по электрической активности мышц обнаруживается наличие их возбуждения. При этом возбуждаются не только мышцы верхней конечности, как можно было бы ожидать, — возбуждение начинается с мышц стопы. Затем оно охватывает икроножную и бедренную мышцы. И уже только потом добирается до дельтообразной мышцы, обеспечивающей подъем плечевой кости. Это значит, что в ожидании нарушения равновесия, вызванного подъемом руки, происходит

приготовление тела к сохранению равновесия за счет мобилизации большой совокупности мышц. Такое приготовление возможно только за счет того, что нервная система человека, включая спинной и головной мозг, хранит внутреннюю модель тела, которая и позволяет заранее, своевременно формировать необходимые мышечные реакции, обеспечивающие, в свою очередь, формирование целесообразного движения, в том числе удержание вертикального положения тела.

209

Разговаривают ли животные?

Когда такой вопрос был сформулирован, то довольно быстро выяснилось, что он чрезвычайно важен для самих людей и для понимания их места в мире. Владение речью, умение думать и переживать считаются важнейшими отличиями человека от всего остального живого мира. Многочисленные исследования подтверждают, что эта граница не так резка. И, как показывает опыт, люди крайне неохотно признают это. Когда начались исследования вопроса, умеют ли животные разговаривать, то оказалось, что лингвисты и этологи, то есть специалисты, изучающие поведение животных, по-разному понимают, что такое язык. Мало того, и сами лингвисты спорят о том, что такое язык, отстаивая непримиримые позиции. Поэтому было непонятно, что же должно уметь делать животное, чтобы люди убедились — оно умеет пользоваться речью. Исключив из рассмотрения животных и птиц, способных к подражанию человеческой речи, ученые пытались обучить разговаривать обезьян. Вообще, попытки научить обезьян разговаривать известны давно. Однако среди млекопитающих лишь у Homo sapiens, то есть у человека, анатомия

рта и гортани обеспечивает полноценную речь, поэтому обезьян в лучшем случае удавалось обучить произносить несколько простых слов. В 1966 году американские психологи Алан и Беатрис Гарднеры взяли на воспитание десятимесячную самку шимпанзе по имени Уошо и попытались обучить ее упрощенной версии языка американских глухонемых — амслену. Через три года Уошо овладела 130 жестами и очень к месту их применяла, часто объединяя в предложения. Она шутила, ругалась и выдумывала новые слова. Слово «открыть» она применяла сначала к дверям дома, шкафа и холодильника, а потом и к коробкам, ящикам, кастрюлям и бутылкам и в конце концов попросила открыть водопроводный кран. Она умела говорить «ты дать мне», «я дать тебе». Служителя, не давшего ей воды, она назвала «грязный Джек». Слово «грязный» она так же, как и позже другие обезьяны, употребляла по отношению ко всему, что не любила. Например, признанный гений — горилла Коко — говорила нелюбимому служителю: «Ты плохой грязный туалет». Посмотрите ролики с Коко в интернете. Она говорит: «Я хорошая горилла Коко. Вы можете помочь мне». Животные очень сообразительны, и поэтому их реакция на слова может быть обусловлена дрессировкой, то есть как на сигнал к ожидаемому действию. Многие ученые придерживались такой скептической точки зрения и сами работали с обезьянами. Но и их исследования подтверждали, что обезьяны умеют реагировать на слова как на символы и умеют делать обобщения. Оказалось, что обезьян можно научить не только языку жеста. Например, знаменитого карликового шимпанзе Канзи обучили пользоваться клавиатурой, при нажатии клавиш

211

212

которой на мониторе появляется условный значок слова. Глядя на экран, Канзи научился беседовать с человеком. Затем значки стали сопровождать звучанием слов. Канзи обучился и этому. Ему можно позвонить по телефону и попросить выполнить задание. Люди до сих пор сомневаются, могут ли обезьяны разговаривать, как человек. Сами же обезьяны считают по-другому. Уошо называла себя человеком, а других шимпанзе — «черными тварями». Человеком считала себя и Вики, которая при сортировке фотографий животных и людей всегда клала свой портрет в стопку «люди». Так что, когда вы слышите вопрос: «Умеют ли животные разговаривать?» — не говорите сразу «нет».

Связаны ли значение и звучание слова?

Многие ученые давно утверждали, что такая связь есть. Полтора века назад философ и языковед Вильгельм фон Гумбольдт учил, что существует очевидная связь между звуком и значением, которая, однако, в редких случаях поддаваясь точному объяснению, обычно остается неясной. Как показывает опыт современной науки, точное объяснение какого-либо явления удается сделать только при использовании количественного подхода, обязательно включающего в себя измерение и вычисление. Оказывается, и связь между звучанием слова и его смыслом поддается измерению. Американский психолог Чарльз Осгуд разработал простой метод количественной оценки эмоциональных реакций человека, который был назван методом семантического дифференциала. Нарисуем отрезок прямой, концам которого сопоставим крайние выражения какого-либо свойства. Например,

214

«красивый — отвратительный», «женственный — мужественный», «грубый — нежный» и т. д. Осгуд обнаружил, что обычно человек способен на таком отрезке отметить точку, близость которой к одному или другому концу отрезка точно характеризует оценку им данного свойства объекта. Врачи применяют его для оценки боли, маркетологи — для оценки реакции покупателей на различные характеристики продукта. Российский филолог Владимир Журавлев применил такой подход к оценке связи звука и смысла слов. Его книга так и называется — «Звук и смысл». Журавлеву удалось выяснить, что послания, заключенные в звучании слов современного русского языка, могут быть оценены с помощью 25 эмоциональных антонимичных сопоставлений: «хороший — плохой», «радостный — печальный», «безопасный — страшный», «простой — сложный» и др. Их полный список можно найти в интернете по ключевым словам «фоносемантический анализ». Проведя исследования с большим количеством людей, Журавлев смог установить, какую подсознательную оценку по какой шкале имеет каждый звук. Сейчас в интернете легко найти подсказку, какое впечатление оставляет, скажем, ваше имя или название вашей компании. Например, Николай — красивый и безопасный, Коля — хороший, а Колян — хороший, добрый и красивый. «Газпром» — мужественный, быстрый, сильный, могучий, грубый, угловатый и злой. «Аэрофлот» — большой, медлительный и пассивный. Анализ стихов и иллюстраций к ним показал, что поэты интуитивно соблюдают фоносемантические правила и что имеются также звукоцветовые соотношения, которые тоже соблюдаются в языке.

Иногда из звуков составляют конструкцию, похожую на слово, но таковым не являющуюся из-за отсутствия значения. Тем не менее с помощью таких конструкций благодаря связи звука и смысла удается создать художественное произведение, несущее мысль и эмоции. Гением звукописи был поэт Велимир Хлебников. У него, например, есть стихотворение «Слово об Эль», в котором продемонстрирована версия возникновения слов, когда звук несет главную нагрузку. Возможно, в воспроизводстве общего гомона русской речи заключен смысл знаменитого стихотворения Алексея Кручёных: Дыр бул щыл убешщур скум вы со бу р л эз Говорят, Владимир Высоцкий умел воспроизводить звучание английского языка, которым не владел. Словообразными звуковыми конструкциями пользуются и клоуны. Вспомните Асисяя: его словозвуки лишены обычного смысла, но как все понятно людям, говорящим на любом языке. Когда мы слышим слова незнакомой речи, значение которых нам непонятно, то ориентируемся лишь на эмоции, которые порождает их звучание. Так может возникнуть предубеждение. Вероятно, один из разумных выходов — это знакомство с чужими языками, и особенно с именами говорящих на них людей, чтобы это предубеждение снималось.

215

Сколько живут деревья?

Сколько времени какое дерево живет, интересно знать многим. Интернет буквально переполнен подобными вопросами. И чаще всего интересует, сколько времени живут плодовые деревья. Даже дети знают, как определить возраст дерева: надо просто сосчитать количество годовых колец на поперечном распиле ствола. Однако собрать данные о рекордном возрасте деревьев каждого вида не так просто. Легче всего распилы увидеть при заготовке деловой древесины. Однако возраст зрелого дерева и предельный возраст — существенно отличающиеся величины. Спиливать же старое дерево никто не решится. У всех народов отношение к старым деревьям почтительное. Например, в США старым секвойям и мамонтовым деревьям — секвойядендронам — даже дают собственные имена. Как же узнать возраст дерева, не спиливая его? Для этого можно воспользоваться так называемым углеродным методом. Вот в чем его смысл. В растущем дереве происходит довольно сложный обмен веществ. В частности, деревья поглощают углекислый газ и извлекают из него углерод

для своего роста. При этом оказывается, что в составе этого углерода есть доля его радиоактивного изотопа 14С, который имеет точно такие же химические свойства, как и обычный углерод, но несколько бóльшую массу ядра. Атомы радиоактивного изотопа образуются из атмосферного азота, когда он поглощает медленные нейтроны, возникающие при бомбардировке земной атмосферы космическими лучами. Так как концентрация азота в атмосфере и интенсивность бомбардировки постоянны по величине, то и доля радиоактивного углерода в атмосфере постоянна. В теле же дерева радиоактивный углерод начинает распадаться, превращаясь в обычный. Поэтому в старых слоях древесины радиоактивного углерода меньше, чем в новых. Распад этот в человеческих масштабах времени идет небыстро. За 5730 лет его концентрация уменьшается в два раза. Тем не менее разницу концентраций в сердцевине дерева и наружных слоях можно достоверно измерить, если аккуратно высверлить пробу. Так можно узнать возраст дерева, не нанося ему ущерба. Похожим образом поступают археологи при изучении деревянных конструкций. Вот каковы оценки предельного возраста различных деревьев, полученные для долгожителей. Дольше всех живут деревья-гиганты. Австралийский эвкалипт живет 8–10 тысяч лет. Сосна остистая, растущая на юго-западе США, и мамонтово дерево — секвойядендрон — живут около 6000 лет. Секвойя, названная так по имени индейского вождя — изобретателя письменности, живет до 4000 лет. Столько же живут баобаб и тис. Можжевельник — до 2000 лет, кедр — до 1500, платан — до 1000.

217

218

Что же касается наших родных деревьев, то тут времена поскромнее, но также весьма внушительные. Дуб — 1000–2000 лет, ель и липа — до 500, вяз — до 400, сосна — до 350. Рябина живет до 200 лет, береза — до 150, тополь и осина — до 100, ива и калина — 50–60 лет. Срок жизни плодовых деревьев, к сожалению, недолог: обычно это несколько десятков лет. Часто деревья не доживают до отпущенного им природой срока. Так что давайте их беречь.

Сколько идей у человечества?

Обычно, когда люди разговаривают о каких-то сложных вещах или проблемах, сетуют: «Да у нас полно идей, но как их воплотить?» А действительно, много ли идей у человечества? Ведь идея — большая ценность. Она определяет русло наших мыслей. Она позволяет сопоставить то, что мы делаем, с тем, что до´лжно делать. Наши житейские представления о том, что такое идея, сильно отличаются от представлений научного характера. Определению и классификации идей много труда посвятил американский философ Мортимер Адлер. Он был великим человеком, долгое время работал главным редактором «Британики». И что поразительно, профессию философа выбрал еще мальчиком. Мортимер много сделал для системы образования, его можно назвать выдающимся педагогом. Его всегда волновало, много ли идей у человечества. При этом под идеей он понимал некую основную мысль, развивая которую можно получить интересующие нас выводы. И для того чтобы это сделать, он работал много лет и даже создал институт. В результате родился так называемый

220

«список Адлера» — перечень основополагающих идей, оперируя которыми человек описывает мир, в котором живет, и начинает в нем ориентироваться. Этот список опубликован в двухтомном указателе «Синтопикон». Таких идей оказалось ровным счетом 102. Он провел тщательную работу, какие идеи еще могли бы на это претендовать, и все их, однако, удалось свести к смыслу тех идей, которые указаны в этом списке. Ангел, Аристократия, Астрономия, Аморальность, Бытие, Бог, Богатство, Бесконечность, Благоразумие, Богословие, Вечность, Время, Всеобщее и Частное, Вселенная, Война и Мир, Воля, Гражданин, Гипотеза, Грех, Демократия, Диалектика, Долг, Добро и Зло, Душа, Добродетель и Порок, Единичность и Множественность, Животное, Желание, Жизнь и Смерть, Знание, Закон, Знак и Символ, Искусство, История, Идея, Индукция, Красота, Конституция, Качество, Количество, Логика, Любовь, Материя, Мужество, Математика, Механика, Медицина, Метафизика, Монархия, Мнение, Мудрость, Необходимость и Случайность, Наказание, Наука, Обычай и Договор, Определение, Образование, Опыт, Олигархия, Оппозиция, Причина, Перемена, Правительство, Привычка, Память и Воображение, Природа, Поэзия, Принцип, Прогресс, Пророчество, Пространство, Правда, Рок, Разум, Рациональность, Религия, Революция, Риторика, Рабство, Случай, Семья, Счастье, Суждение, Справедливость, Свобода, Связь, Труд, То же Самое и Другое, Терпимость, Тирания, Удовольствие и Горе, Форма, Философия, Физика, Честь, Человек, Чувство, Элемент, Эмоция, Эволюция, Язык. Поражает, что человек с детства хотел стать философом и что ему удалось «взвесить» интеллектуальную собственность цивилизации. Этот список очень интересен потому,

что люди неожиданно видят в нем простые знакомые слова и не находят ожидаемых. Список Адлера можно признать высоким образцом науки. Во всяком случае, понятно, что к идеям нельзя относиться поверхностно. Их нужно оценивать на таком уровне, как это делал Адлер. А как же с нашими обычными идеями? Конечно, мы должны их ценить. Так гораздо интереснее жить.

221

Сколько пространства нужно человеку? Во многих странах существуют нормативы и рекомендации относительно того, сколько квадратных метров жилья должно быть у человека. Например, российские архитекторы рекомендуют исходить из нормы его площади на одного человека в 9–12 м2 при высоте потолка 2,5–3 м. В Германии, Дании и Голландии площадь жилой (общей) комнаты для 2–4 человек должна быть около 18–20 м2, а кухни без места для приема пищи — не менее шести. Часто рекомендации касаются и структуры жилья в зависимости от размера семьи и характера занятий ее членов. Существует два мотива для определения того, в каких условиях человек должен жить. Во-первых, есть некий набор функций, выполняемых человеком дома. Он спит, готовит еду, ест, моется, стирает белье, играет с детьми, занимается, пишет, выполняет множество других дел. И для каждого дела должно быть место. Если при переходе к новому делу слишком часто приходится эвакуировать все, что нужно было для предыдущего, это нервирует, поэтому возникают естественные нормативы и рекомендации. Прежде всего, человеку следует подумать, как он собирается жить. Если он занимается дома всего лишь по часу в сутки, то зачем ему кабинет? Зачем выделять специальное место для швейной машинки, если садиться за нее получается не чаще раза

в месяц? В зависимости от профиля занятий и формируют специальное пространство для наиболее частых действий. Это одна сторона дела, сугубо технологическая. Но есть еще и психологическая сторона. Она связана с тем, что и человек, и животное не могут не реагировать на окружающих: чье-то присутствие в вашем личном пространстве само по себе требует постоянной психологической работы, от которой быстро устаешь. Поэтому иногда необходима изоляция. Человеку нужно подумать, привести себя в порядок, просто расслабиться, сбросить с себя маску социальной роли. Некоторым бывает трудно в толпе, вплоть до боязни, которая называется демофобией или охлофобией. Исследования психологов показывают, что, когда вокруг много людей, человек замыкается, избегая тяжелой психологической работы, и его лицо принимает безразличное выражение. Животные также реагируют на то, как часто сталкиваются с сородичами. Это может влиять на рождаемость и миграции. Например, при благоприятных погодных и кормовых условиях популяции норвежских леммингов очень быстро, буквально взрывным образом могут достигать огромной численности. И тогда начинается их массовая миграция. Поскольку лемминги — животные маленькие, то даже незначительные водные препятствия сильно ограничивают их передвижение. Задние напирают на передних и вынуждают их бросаться в воду. Так родилась эта жутковатая легенда о леммингах, подкрепленная постановочными кадрами из фильма «Белая пустошь». И человек, и животные нуждаются в пространстве, где могли бы находиться наедине с собой. И здесь важны не столько квадратные метры, сколько персональная территория, хотя бы временно недоступная другим.

223

Существует ли «женская логика»?

Существование женской логики, по крайней мере в России, а может, и в других странах, принято рассматривать не как вопрос, а, скорее, как утверждение о том, что женщины часто или уж по крайней мере чаще, чем мужчины, бывают нелогичны в своих рассуждениях и поступках. Плюс это или минус? Вот один из самых известных и цитируемых в различных изданиях пример женской логики. «Искала брюки: в одни не влезаю, другие не нравятся. Купила сумочку». Действительно смешно — потому что неожиданно. Нельзя принимать за абсолют то, что женщина пошла в магазин за брюками. Ей и сумочка нужна, и брюки, но брюки нужнее. Увидела, что брюки неподходящие, найдет ли другие или нет — еще неизвестно, а сумка та, что надо. Почему же не купить? Что тут нелогичного? Пожалуй, мы склонны считать нелогичным поведение, мотивы которого нам непонятны. Вот еще один знаменитый пример. Хорошо воспитанный дворянин ухаживал за девушкой и трепетал. Однажды на прогулке она попросила: «Маркиз, пожалуйста, завяжите мне шнурок на ботинке». Он посмотрел и ответил:

«Простите, но шнурок завязан!» «Идиот!» — сказала девушка. И они, оба чрезвычайно расстроенные, расстались. Позже девушка жаловалась: «Я знала, что маркиз идиот, но что до такой степени, не могла и предположить». Что могло быть? Маркиз — робкий, воспитанный человек, и девушка просто хотела поощрить его к более активному ухаживанию, а он, к ее огорчению, не понял. А вот герой актера Андрея Мягкова — хирург Женя Лукашин — в похожей ситуации поступил совершенно иначе и гораздо более естественно. Могло быть и другое. Девушка переживала, что они долго встречаются, а развития отношений нет, и ей было важно продемонстрировать окружающим, что у нее все в порядке. Вероятно, маркизу надо было просто исполнить ее прямую просьбу. Основы современной классической логики сформулировал еще великий Аристотель. Он научил людей, как с помощью формальных правил строить умозаключения на основе постулатов, то есть положений, принимаемых как правильные, на веру, без доказательств. Без такой логики нельзя было бы, например, развивать планирование, юриспруденцию, точные науки, в частности математику. Приблизительно в те же времена, то есть около двух с половиной тысяч лет назад, в Индии и в Китае были разработаны логические формы, отличающиеся от используемых нами аристотелевских логических форм. Возможно, поэтому представителям этих культур не так легко понять друг друга. За прошедшие тысячелетия мир стал более сложным. Появились задачи, с которыми классическая логика не справляется. Например, нет решения у так называемого парадокса парикмахера: «Бреет ли себя парикмахер, которому разрешено

225

226

брить только тех, кто не может брить себя сам?» Наличие этого парадокса заставило пересматривать доказательства многих математических теорем. Современная наука развивает новые неклассические логические системы. Они находят не только научное, но и практическое применение, например при разработке компьютерных программ, поддерживающих принятие решений. Однако специалисты признают, что реальное мышление не сводится исключительно к логике. В процессе решения возникающих задач важными оказываются и логика, и интуиция, и эмоции, и образное видение мира. Так что поступать вопреки формальной логике приходится всем — и мужчинам, и женщинам. Более того, все выдающиеся победы человечество одерживает как раз благодаря отклонению от обычной логики. Компьютеры же этого делать пока не умеют. Наука признает объективную разницу между мужской и женской психологией, которая, безусловно, влияет на способы принятия решений. Однако наука не оперирует терминами «мужская» или «женская» логика, поэтому женская логика, скорее, не слишком обоснованное житейское представление.

Существует ли национальный характер?

Если обратиться к мнению людей, складывается впечатление, что они ясно видят колоссальное разнообразие характеров у представителей одного и того же народа, но в то же время большинство из них твердо убеждены, что национальный характер существует. Например, набрав в поисковике «национальный характер», вы найдете статьи и про вьетнамский, и про корейский, и польский, и литовский, и татарский характер, и, конечно, про загадочную русскую душу. Обычно в качестве доказательств приводятся ссылки на литературу, фольклор, анекдоты, случаи из собственной жизни, наблюдения очевидцев. И возразить тут нечего, да и не хочется. Однако характерных для научного подхода емких и ясных утверждений и доказательств нет. Знаменитый этнолог Лев Гумилев показал в своих работах, что этнос формируется во взаимодействии с другими этносами и вмещающим ландшафтом, то есть природой, в окружении которой люди живут, ведут хозяйственную и культурную деятельность. Разнообразие этих условий с естественной неизбежностью должно порождать и уникальный

228

национальный характер народа. Без него народ просто не образовался бы и не смог бы отделить себя от других народов. И тут никому нельзя отдавать преимущество, потому что есть разрыв в историческом возрасте народов, есть разрыв в условиях жизни. Не понимая условий, в которых сформировались те или иные черты представителей других народов и культур, мы часто не понимаем и неверно воспринимаем и их мотивы, и их поведение. Поэтому возникает межкультурная разница, которую приходится учитывать. Например, в известном деле Сакко и Ванцетти итальянская диаспора с самого начала точно знала имя убийцы, однако никто не сдал эту информацию американскому правосудию. Это, безусловно, такая итальянская черта, которая позволила возникнуть мафиозным структурам. Русские же люди склонны быть снисходительными к мелким нарушителям, а американцы тут же вызовут полицию, если вы просто неправильно припаркуетесь. С научной точки зрения вопрос о существовании национального характера начал изучаться примерно 150 лет назад. Работы группы немецких ученых заложили основы этнопсихологии — особой ветви социальной психологии, изучающей характер, темперамент этноса и его этос — систему психических и нравственных норм поведения и эстетических представлений. По мысли немецких ученых, этнопсихология состоит из двух взаимосвязанных частей: абстрактной, отвечающей на вопрос, из каких именно фундаментальных элементов складывается характер народа, и прагматической, изучающей конкретные народы. Конкретные факты по изучению народов в промышленном и колониальном ХХ веке копились очень быстро, однако на протяжении целого века теоретическая этнопсихология

так и не смогла дать определения национальному характеру и выяснить, что же именно надо изучать, чтобы достоверно понять и полно описать характер народа. Например, я прочитал, что перед началом Второй мировой войны были популярны исследования ментальности, или «гения народа», по его культурной составляющей — литературе, искусству, философии. В частности, этот метод был использован германским военным командованием при подготовке к войне с СССР. Однако образ русских, с которыми пришлось сражаться, сильно отличался от образа, сформированного по «Обломову», «Преступлению и наказанию», чеховским рассказам. Надежду на такое необходимое нам понимание дает сформированный к концу ХХ века подход, основанный на одновременном изучении взаимосвязанных процессов формирования психологической и когнитивной (познавательной) «картины мира» у представителей разных народов. Таким образом, ни обычные люди, ни ученые не сомневаются, что национальный характер существует у каждого народа, но не имеют надежного рецепта по его определению. Придется набраться терпения и просто постараться быть внимательными и непредвзятыми при контактах с представителями других народов.

229

Существуют ли атомы?

Современные люди с детства знакомы с теорией, что весь мир состоит из атомов. При этом сама теория сопровождается оговоркой, что это знали еще древние греки. Между тем древние греки не изучали природу так, как мы сейчас: они не ставили опытов, выводы делали путем размышлений и наблюдений за природой. Поэтому, говоря об атомах, они думали о том, что существует некая первооснова мироздания. Фактически решали философский вопрос. И вплоть до середины XIX века никто не проводил четкого отличия между философским пониманием атомов как некой основы картины мира и реальным атомом, проявляющим себя в конкретной жизни. Хотя, скажем, тот же Михаил Ломоносов и другие говорили про корпускулы и проч. Конечно, это была атомистическая картина мира. Однако в экспериментах атом никак не обнаруживался. И фактически первая демонстрация, что атомы как объекты существуют, связана с успехами химии: когда были открыты химические взаимодействия веществ, то их химические свойства стали объяснять их атомным составом, а атом рассматривать как минимальный носитель химических свойств. Очень важны теории, объясняющие, каким закономерностям подчиняется поведение сред, состоящих

из отдельных частичек. Основоположником такой науки, называемой статистической физикой, был Людвиг Больцман. Альберт Эйнштейн, пользуясь представлениями о частицах, в 1905 году сумел теоретически объяснить броуновское движение. Однако прямое доказательство существования атома как частицы было получено Отто Штерном и Вальтером Герлахом только в 1921 году. Таким образом, люди убедились, что атом действительно существует. Но что дальше? Еще в 1896 году была открыта радиоактивность, а вскоре и атомный распад. С одной стороны, это подтверждает, что атом есть как физический объект, а с другой стороны, говорит, что неделимый атом на самом деле делится. Таким образом, люди узнали, что атом нельзя считать неделимой частицей, потому что есть еще меньшие — элементарные частицы, и даже они были названы таковыми в надежде, что не делятся. А они делятся! И наиболее мелкие частицы, которые сейчас известны, называются кварками. Этих кварков довольно большое разнообразие. Поэтому атом как неделимый объект не существует. Но он существует как объект, определяющий ход химических реакций. Он существует и как объект, определяющий излучение света, потому что это происходит при переходах электронов в возбужденных атомах. Таким образом, атом, в принципе, существует. Этим понятием очень удобно пользоваться, потому что оно многое объясняет. Атом можно обнаружить с помощью туннельного микроскопа. Нанотехнологии манипулируют отдельными атомами. Но как объект, который не делится и считается краеугольной точкой картины мира, он не существует.

231

Трудно ли выучить китайский язык?

Часто, когда сталкиваются с чем-то непонятным, говорят, что это, мол, китайская грамота. Так в России проявляется закрепленный стереотип, что китайский язык выучить очень трудно. Строгих научных данных о том, действительно ли это так, нет. Поэтому разумно обратиться к опыту людей, которые его изучали. По утверждению журналиста-международника Всеволода Овчинникова, никаких особых сложностей в изучении китайского языка по сравнению с другими языками нет. Так же считают и многие другие люди. Опыт действительно показывает, что устной китайской речи можно научиться за несколько месяцев, особенно если делать это прямо в Китае. Для овладения ею, как и любой другой иностранной речью, достаточно знать несколько сотен слов. Но при этом есть и отличия. Первое, с чем приходится сталкиваться, — то, что китайский язык тональный. В тональных языках, распространенных в Юго-Восточной Азии, Африке и Америке, лексическое значение, то есть смысл слова, а иногда, хотя и редко, даже его грамматическая принадлежность (глагол это, или существительное, или иная часть речи) зависят от тонального

звучания. В китайском языке используется пять таких тонов — четыре выраженных и один нейтральный. А вот если мы перейдем к письменной речи, то столкнемся с большими отличиями. Письмо, к которому мы привыкли, называется фонетическим, то есть мы отображаем буквами звучание. Китайский язык пользуется иероглифами. Они более древние, чем шумерские или египетские, просто египетские в Европе стали известны раньше. Назначение иероглифа — передавать идеи и значения. Такое письмо называется идеографическим. Идеографические иероглифы образовались путем стилизации первых иероглифов — пиктограмм, изображающих объект непосредственно, а также за счет объединения стилизованных иероглифов. В процессе развития китайского языка рождаются новые формы известных слов, а также новые понятия, для обозначения которых составляются новые иероглифы. Поскольку идей и понятий много, то и иероглифов получилось тоже много. Наиболее многочисленная группа иероглифов относится к так называемым фоноидеограммам. Они содержат компоненты, указывающие как на смысл иероглифа, так и на его звучание. Таким образом, получилось около 20 тысяч иероглифов. Поэтому даже очень образованные люди пользуются словарями. Китайское государство тщательно регулирует набор иероглифов, использующихся в СМИ, учебниках и т. д. По словам Всеволода Овчинникова, в Китае утвержден список из 1950 иероглифов для употребления в периодической печати. Знание 10 000 слов и 900 иероглифов позволяет читать 90% газет и журналов. Современные китайские книги в 99% случаев обходятся двумя тысячами

233

234

иероглифов. Словарный запас выпускника китайского университета — около 3000 иероглифов, китайского интеллигента — около 5000. Для овладения грамотой китайским детям требуется приблизительно в четыре раза больше времени, чем европейским, использующим фонетическую письменность. Скорее всего, это влияет на их ментальность и способствует воспитанию трудолюбия. Образованных людей в Китае очень уважают. По мнению многих преподавателей, китайский язык не намного сложнее всех остальных языков мира и научиться говорить по-китайски так же реально, как и на любом другом иностранном языке. Конечно, результат зависит от способностей, усердия, учителей и среды, в которой это происходит. Но научиться писать, как следует из опыта китайских детей, действительно непросто.

Кто такие физики и лирики?

Вопрос об отношениях физиков и лириков в ХХ веке сильно волновал людей, по крайней мере в России, и было много дискуссий по этому поводу («Что-то физики в почете, что-то лирики в загоне…» Б. Слуцкий). Кстати говоря, равновесия нет и сейчас. Есть такой перекос: в интеллигентной среде считается дурным тоном не знать литературы, искусства, хотя бы одного иностранного языка. И совершенно нормально — не уметь рассчитать каких-то простых вещей и не знать, например, что такое тангенс. Безусловно, между физиками и лириками есть принципиальная разница. Человек, достигший успеха в гуманитарной области, обязательно создал что-то уникальное. От его деятельности непременно как-то изменился мир. Например, если он написал даже не очень хорошее стихотворение, все равно: был мир без стихотворения — стал со стихотворением. И никто другой написать это стихотворение вместо него не мог. Скажем, не написал бы Лев Толстой «Войну и мир» — не было бы этого романа вообще. И это касается любой гуманитарной деятельности: скульптор ли, музыкант ли — он обязательно меняет, обогащает мир, в котором мы живем.

236

Что касается точных и естественных наук, здесь ситуация совершенно другая. Одна из главных и наиболее старых ее функций — познание окружающего мира. Оно требует от человека значительных способностей, ума, целеустремленности и т. д. Но когда ученый открывает какое-то явление или закон природы, мир не меняется. Человек лишь узнает то, что в мире есть, поэтому, скажем, если гуманитарное произведение признается принадлежащим тому, кто его создал, то закон тяготения Исааку Ньютону не принадлежит. Это, скорее, закон имени Ньютона, ставшего его первооткрывателем, но не создателем. И в этом существенная разница. Если бы не было Ньютона, закон открыл бы кто-то другой. Закон природы объективен, в нем нет индивидуальности. В XVII веке ученые получили такую же возможность влиять на мир, как гуманитарии, но до сих пор плохо ею пользуются. Благодаря Фрэнсису Бэкону появился принцип исследования мира не на умозрительной основе, а на основе эксперимента. Было признано, что для исследования окружающего мира нужно не только наблюдать за ним, как делали ученые ранее, а заниматься естествоиспытанием, ставить опыты. Так научные исследования стали творческой деятельностью. Во-первых, потому что для опытов и наблюдений необходимо создавать инструментарий. И все признают: это — телескоп Галилея, это — микроскоп Левенгука, это — интерферометр Майкельсона, а это — турбодетандер Капицы. Но еще ученые способны совершать творческие акты, демонстрируя добытые знания. Так, чтобы показать действие магнитного поля на электрический ток, я фактически должен предъявить электромотор. А это уже изобретение.

Начиная с этого времени, когда наука стала экспериментальной, она оказалась способна создавать, и эти следы остаются в мире. Благодаря этому она сблизилась с гуманитарной деятельностью. Но все-таки назначение научных изобретений другое, сугубо утилитарное, а художественные произведения предназначены для того, чтобы человек получал удовольствие и совершенствовался морально, эстетически и т. д. И поэтому, конечно, объективная разница есть. Но она не должна влиять на определение, кто лучше, кто хуже. Это просто разные функции.

237

Что такое хорошая жизнь?

Безусловно, у каждого человека свое представление о хорошей, счастливой жизни. Но можно ли найти какие-то объективные критерии и подходы к решению вопроса о том, что такое хорошая жизнь? Оказывается, можно. Существует довольно много подходов к оценке качества жизни. Например, Организация Объединенных Наций для оценки качества жизни использует интегральный показатель, называющийся индексом человеческого развития (до 2013 года — индекс развития человеческого потенциала). Он разработан в 1990 году группой экономистов, которой руководил пакистанец Махбуб уль Хак, и с 1993 года используется ООН в ежегодном отчете по развитию человеческого потенциала. Этот индекс состоит из трех компонентов. Первый из них — продолжительность жизни. Это интегральный показатель, который, безусловно, характеризует и здоровье человека, без чего нельзя быть счастливым и трудно считать жизнь хорошей. И конечно, сама по себе долгая жизнь — это благо, потому что мы за это время можем успеть что-то сделать и чего-то добиться. Например,

в Китае долголетие уже считается благом. Говорят, оно кому попало не достается. Второй компонент показателя характеризует уровень образования, а также его доступность в стране или регионе. На самом деле большинство людей связывают хорошую жизнь с образованием. И третий компонент — уровень жизни, оцениваемый через соотношение внутреннего валового продукта на душу населения и покупательской способности. В 2010 году способ оценки человеческого развития был откорректирован. Для сравнения стран по уровню человеческого развития были добавлены три дополнительных индекса, которые учитывают социально-экономическое неравенство, гендерное неравенство и многомерную бедность, понимаемую как уровень доступности различных жизненных ресурсов и благ. По индексу человеческого развития Россия в последние годы находится в конце шестого десятка списка. Согласно выпущенному в 2014 году отчету ООН за 2013 год, Россия занимает 57-е из 187 мест. Внутри же России, по данным 2011 года, на первом месте Тюменская область, потом Москва, Петербург и Татарстан. Если бы индексы были так велики по всей России, то она могла бы претендовать на место в первой десятке стран. Пока же по величине индекса человеческого развития первое место в мире устойчиво занимает Норвегия. Смущает только то, что в этой стране высокий уровень суицида. К тому же некоторое время назад норвежские мужчины заявили о значительных трудностях, испытываемых в жизни,

239

240

и началась общенациональная дискуссия о том, как облегчить их положение. Специальные исследования показывают, что люди чувствуют себя счастливыми, когда в стране высокий средний уровень доходов, низкий уровень безработицы, значительная экономическая свобода и относительно открытый рынок рабочей силы. В то же время щедрые выплаты по социальным пособиям, низкий уровень неравенства ощущению счастья не способствуют. В определении, данном Всемирной организацией здравоохранения, оценка человеком качества его жизни определяется разницей между его ожиданиями и притязаниями и тем, как он живет реально. Обратим внимание, что эта разница зависит не только от того, как на самом деле живет человек, но и от того, каковы его ожидания. Контролируя их, можно регулировать и качество жизни. Например, Робинзону Крузо его отец внушал, что самая счастливая жизнь — умеренная. Не бедная и не богатая, а именно умеренная, позволяющая человеку управлять самим собой. Возвращаясь к тому, с чего начали, можно сказать, что у каждого свои представления о хорошей жизни. Но мы должны принимать во внимание мнение людей, которые говорят, что у хорошей жизни все-таки есть объективные характеристики, дающие ориентиры движения к ней. Вместе с тем, если мы хотим быть счастливыми, надо уметь ценить то, что у нас есть.

Чем занимается математика?

Один знакомый математик рассказывал, как встретил в торговом центре одноклассницу, с которой не виделся много лет. Она спросила: «Чем занимаешься?» Он сказал, что математикой. «Чем же там можно заниматься? Неужели еще не все перерешали?» — удивилась она. Действительно, люди привыкли думать, что если ты умеешь складывать, вычитать, делить и умножать, то математику знаешь. Конечно, тот, кто получал в институте инженерную или естественно-научную специальность, изучал и интегрирование, и дифференцирование, и еще кое-что. Но даже эта математика уже очень и очень старая. Интегральное исчисление Исаак Ньютон и Готфрид Лейбниц придумали еще в XVIII веке. Такое отставание от уровня развития математики весьма характерно даже для науки и образования. Может быть, единственное исключение составляет теоретическая физика. Между тем плодами математики люди, не зная того, широко пользуются. Более того, они не могут без них обходиться. Например, одного сложения с вычитанием и даже интегрирования с дифференцированием не хватит, чтобы рассчитать, скажем, форму автомобильного кузова или кровли

242

сложного сооружения, корпуса ракеты или самолета. Нужно знать математическую науку о свойствах форм — топологию. Расчеты кристаллов, в том числе и тех, что используются в чипах, которые где только не применяются, основаны на результатах теории групп — абстрактной математической теории симметрий. Обобщение этой теории позволяет строить модели мироздания. Опыт показывает: математика всегда идет впереди остального мира. Она дает такие инструменты для описания и расчета различных объектов, которые вдруг оказываются для нас важными. Математику развивают необычные, поразительные, профессиональные люди. Математическая культура России была заложена более двух веков назад. В ХХ веке Россия дала миру много выдающихся математиков. Но особенно ей повезло в том, что среди них был математический гений — Колмогоров. В различных математических областях он сделал так много, что остается только удивляться. Его влияние, вернее, влияние его идей сказывается через поколения. Его теории участвуют в развитии физики, информатики, лингвистики, статистики, биологии и других наук. Они влияют даже на военное дело. Перед войной он создал абстрактную математическую теорию пучков кривых и с помощью этой теории построил эффективные и быстрые алгоритмы управления наводкой артиллерийских орудий. Разумеется, планшетки для наводки были секретными. Колмогорова очень волновало, как изучают математику в школе, потому что у нее есть еще одна роль — воспитание культуры мысли.

Когда-то я посмотрел программу очень крупной математической конференции и насчитал в ней более 20 различных важных разделов. Это разнообразие обусловлено тем, что математика все время осваивает новые области жизни, поэтому она занимается тем же, чем и всегда: разрабатывает методы количественного описания различных объектов, создает способы вычисления и доказывает их справедливость. Есть у математики и еще одна функция — развивать мышление и фантазию тех, кто ее изучает.

243

Что такое ГЛОНАСС?

Аббревиатура ГЛОНАСС расшифровывается как «глобальная навигационная спутниковая система». Так называется российская спутниковая система навигации. По проекту в нее должны входить 24 спутника, движущихся над поверхностью Земли в трех орбитальных плоскостях на высоте 19 100 км. Это позволит определять координаты любого подвижного или неподвижного объекта на Земле, оборудованного специальными приемниками радиосигналов, поступающих со спутников, и системой обработки данных. ГЛОНАСС — альтернатива американской системе GPSNAVSTAR, что расшифровывается как Navigation Satellite Time and Ranging, Global Positioning System (измерение дальности и времени по навигационному спутнику, глобальная система позиционирования). Системы технически реализованы по-разному, но действуют по совершенно одинаковым принципам геометрии, известным уже более 2000 лет. Согласно этим принципам, положение любой точки на плоскости может быть определено, если известно расстояние от этой точки до двух других точек с известным положением, называемых реперными точками. В случае ГЛОНАСС и GPS речь идет о положении объектов в пространстве,

поэтому необходимо знать расстояние от объекта до трех реперных точек, в качестве которых при каждом измерении координат объекта и выступают три наиболее удобных и подходящих в данный момент спутника. Положения спутников на орбитах рассчитываются и отслеживаются очень точно с помощью наземных реперных объектов и специальных сверхточных и дорогих атомных часов. Каждый из спутников посылает специальные кодированные радиосигналы, распространяющиеся со скоростью света. Измерив время прохождения сигнала от спутника до приемника, можно определить пройденное расстояние, то есть расстояние от каждого спутника до объекта. К сожалению, из-за дороговизны и громоздкости в пользовательские приемники нельзя встроить атомные часы, и поэтому невозможно точно синхронизировать моменты излучения и приема сигнала. Выход — в использовании дополнительного кодированного сигнала с четвертого спутника, на котором также есть атомные часы. ГЛОНАСС и GPS работают в двух режимах: более точном — для военных целей и менее точном (несколько десятков метров) — для гражданских. Обе системы начали развиваться приблизительно одновременно — в конце 70-х — начале 80-х годов ХХ века. Очевидно, что из соображений национальной безопасности каждая из этих стран должна иметь собственную систему навигации, и Россия не может обойтись без ГЛОНАСС. GPS опережает ГЛОНАСС в сфере гражданских применений. В США решение о предоставлении сигнала гражданским службам было принято в 1983 году после гибели самолета компании Korean Airline, сбитого над территорией СССР. В России такое решение принято лишь в начале 2000-х годов.

245

246

Из-за отставания в четверть века шансы ГЛОНАСС на значительный коммерческий успех представляются низкими. К тому же, согласно общим законам технологического развития, к обеим этим технологиям неумолимо приближается смена. Скорее всего, это будут навигационные системы, определяющие координаты объектов с помощью сетей радиотелескопов. В этих системах реперными точками будут звезды.

Что такое глупость?

Вопрос о том, что такое глупость, волнует человечество давно. И очень много людей, в том числе высокоинтеллектуальных, пытались разобраться в этом, и высказано много афоризмов, и пословиц, и идей. Под глупостью понимают обычно ограниченность интеллекта, несообразительность, бестолковость. Мне же хотелось обратить внимание на то, что слова «глупость» и «глупый» довольно распространены в нашем обиходе, когда мы говорим о других людях. Но при этом мы совершаем ошибку, потому что часто глупым кажется поведение, мотивов которого мы не понимаем. При этом очевидные для нас мотивы и исходные посылки могут оказаться совсем не очевидными для других, и поэтому их поведение нам может показаться глупым. Например, когда мы с братом жены Игорем наклеивали обои, то моя маленькая дочь, ныне профессор математики, так описывала наши действия: «Игорь газету красит, а папа стенку гладит». Представьте, что могли подумать люди. С другой стороны, понятно, что уровень интеллекта у людей разный, и действительно, бывают люди глупые. Обычно это те, кто не умеет оценивать обстоятельства,

248

чтобы выработать правильные действия в ответ на эти обстоятельства. Еще с библейских времен мудрецы рекомендовали не пытаться переубеждать глупцов. В частности, царь Соломон говорил: «Не отвечай глупому по глупости его, чтобы и тебе не сделаться подобным ему». Еще он говорил о признаках глупца: не любит знание, верит всякому слову, повторяет чужую глупость, раздражителен, гневлив. Нередко глупость связана с болезнью или неразвитостью мозга. Но факт заключается еще и в том, что все люди имеют разный жизненный опыт и поэтому в каких-то сферах могут вести себя чрезвычайно умно, а в каких-то обстоятельствах, которых не понимают, не анализируют движущих мотивов, они ведут себя глупо. Поэтому глупость — это скорее не диагноз, а характеристика той ситуации, в которой человек действует и принимает решение. И мне кажется, важно это понимать, потому что тогда мы будем более адекватно оценивать людей. Во всяком случае, сможем предостерегать себя и не говорить, например, так: «Этот человек глупый!» Он все равно не поверит. Гораздо более умно говорить: «Мне кажется, этот поступок глупый» или «Так поступают глупые люди». Не вешать ярлыков — умнее. И еще: очень часто поведение человека, которое кажется глупым, в действительности приводит к открытиям. Например, Антони ван Левенгук делал микроскопы. Это было его любительское занятие, а на жизнь он зарабатывал торговлей мануфактурой. Ему нравилось все время разглядывать воду через свои приборы. Все недоумевали: что можно увидеть в воде, кроме воды? А он обнаружил там микробов. В другом случае одного парижского акушера обвиняли в шарлатанстве, потому что он прокаливал на огне свой медицинский инструмент. Его ненавидели все конкуренты, потому что у него плохих исходов при родах было меньше,

а поведение казалось странным и глупым. На самом деле он интуитивно открыл антисептику. И конечно, встает вопрос, могут ли люди стать умнее. Разумеется, ум зависит от того, в каком состоянии ваш мозг. Например, с возрастом человек может утрачивать часть способностей. Безусловно, мозг можно тренировать. Но самое главное, если вы выработаете манеру некатегоричного отношения к людям и вещам и постараетесь быть более объективными, — это автоматически повысит ваш умственный потенциал. Вернее, так: вы автоматически будете вести себя более умно.

249

Что такое группа крови?

Группы крови были открыты в 1900 году австрийцем Карлом Ландштейнером. К этому времени была уже достаточно распространенной процедура переливания крови. Например, в Англии она официально применялась с начала XIX века. Нередко переливание крови спасало людей, но намного чаще давало осложнения и даже смертельные исходы. Причину такой несовместимости выяснил Ландштейнер, проведя тщательные опыты по соединению жидкой части крови, называемой сывороткой, взятой у одних людей, с эритроцитами, выделенными из крови других людей. Кстати, функция эритроцитов в крови — перенос кислорода — тогда еще не была известна. Выяснилось, что в некоторых случаях эритроциты слипаются, образуя сгустки, а в некоторых нет. Так было установлено, что у людей существуют четыре разных типа крови. Первую группу обозначают латинской буквой O или римской цифрой I, вторую — буквой А (II), третью группу — буквой В (III), а четвертую — буквами АВ (IV). Кровь первой группы можно переливать любым реципиентам, а обладателям четвертой группы можно переливать любую кровь. Для второй и третьей групп пригодна только кровь той же группы или,

как уже было сказано, первой группы. Первая группа крови встречается примерно у каждого второго, вторая — у каждого третьего, третья — у каждого шестого, а четвертая — лишь у каждого двадцатого. В своей статье на эту тему Ландштейнер выразил надежду, что его наблюдение, «возможно, пригодится человечеству». В 1930 году при вручении Нобелевской премии он сказал, что «система групп крови АВО не венец исследований, а только начало. В дальнейшем количество таких систем будет расти…» Через десять лет он сам и подтвердил эту идею, открыв у макак вида резус новый фактор совместимости крови, который назвал резусфактором (Rh). В настоящее время показано, что несовместимость крови вызывается работой иммунной системы, защищающей организм от чужеродных элементов — вирусов, бактерий, чужеродных тканей, химических веществ и др. Выделено уже более 250 факторов совместимости, сведенных в 25 различных систем. Основные факторы совместимости крови — АВО и резусфактор — генетически обусловленные, врожденные. Особую проблему представляет собой резус-конфликтная беременность, когда мать резус-отрицательная, а младенец резус-положительный. При отделении плаценты во время родов в кровоток матери попадает небольшое количество крови плода. Его может оказаться достаточно для выработки у матери антирезус-антител, которые подвергнут опаснейшей атаке резус-положительные эритроциты будущих плодов. К счастью, сейчас уже найдены эффективные способы борьбы с этим конфликтом.

251

252

Исследования показали крайнюю неоднородность географического и национального распределения свойств совместимости крови. Например, у японцев и эскимосов резусотрицательная кровь встречается менее чем в 1% случаев, у русских и норвежцев — примерно в 15%, а у арабов и басков — в 30% и более. Американские индейцы почти поголовно имеют первую группу крови, африканские бушмены — в двух случаях из трех, а русские — лишь в одном из трех. Наличие такого огромного количества факторов несовместимости и усиливающаяся миграция людей заставляют ученых и врачей предельно тщательно и осторожно относиться к использованию донорской крови для лечения, разрабатывать новые способы подготовки и переливания крови. Наиболее радикальные предложения призывают вообще отказаться от донорской крови и перейти на использование искусственного носителя кислорода, который никак бы не взаимодействовал с иммунной системой человека. Такой носитель — искусственная кровь — уже создан и успешно испытан в нескольких странах, включая Россию. В наши дни многие уверены, что для людей с разными группами крови существует оптимальная диета. Научного подтверждения такой подход не имеет. А вот твердо знать свою группу крови и резус-фактор полезно каждому.

Что такое знаки?

Почему люди из разных стран, говорящие на самых разных языках, легко понимают дорожные знаки и всевозможные указатели, с которыми сталкиваются в аэропортах, на вокзалах, выставках и в других местах? Еще несколько десятилетий назад, когда техногенный мир, построенный людьми, был гораздо проще, такого большого количества знаков, дающих разные подсказки и указания, было гораздо меньше. Например, запрет на курение. Раньше везде, где не положено курить, в рамочках было написано «не курить». Сейчас же мы видим круг с дымящейся сигаретой, и она зачеркнута. Если на таком же знаке изображен мобильный телефон, мы отлично понимаем, что это место, где нельзя говорить по телефону. В начале 70-х годов ХХ века Министерство транспорта США заказало 50 идеограмм, предназначенных облегчать людям ориентирование в аэропортах. Неожиданно эти знаки стали широко использоваться в других местах и странах. Чтобы понять, почему так получилось, надо вспомнить, как человек учился отделять от себя информацию для передачи ее другим людям.

254

Сначала люди изобрели пиктографическое письмо. В нем непосредственно изображали объекты, о которых идет речь, и эти изображения, называемые иконическими, пересылали друг другу. Рассматривая последовательность изображений примерно так, как сейчас рассматривают комиксы, адресат догадывался, о чем ему пишут. По мере развития письменности возникло идеографическое письмо. В нем каждый знак изображает только главный, легко схватываемый опознаваемый признак какого-то объекта, его идею. Например, у египтян идея воды изображалась волной, у китайцев — потоком, а у ацтеков — емкостью с водой: квадратиком, закрашенным голубой краской. Эти иероглифы и есть прародители тех знаков, использующихся в аэропортах, на дорогах и в других местах. Постепенно, однако, появились и более абстрактные знаки — символы. Об их значении нельзя догадаться. Их можно понять, только если известна общая договоренность или, как принято говорить в науке о теории знаков (семиотике), конвенция. Например, буквы, цифры и знаки математических операций, которыми мы пользуемся, — это символы. Когда мы в школе учимся письму и чтению, то есть шифровке и дешифровке информации, а также счету, мы фактически осваиваем конвенцию. Символами также считаются гербы и флаги. Семиотику создал великий американский ученый Чарльз Сандерс Пирс. Ее практическая значимость осознается только сейчас. За последние несколько веков человек создал настолько сложный техногенный мир, что требуются специальные усилия, чтобы понять его законы. Эти усилия вполне сопоставимы с теми, которые человек потратил и тратит на понимание природы. Пиктограммы, знаки и символы

были изобретены для освоения природного мира. Как мы видим по успеху идеограмм, разработанных по заказу Министерства транспорта США, эта проблема актуальна и для техногенного мира. Особенно остро она стоит в области информационных технологий, которые еще не умеют получать, упаковывать и передавать информацию так, как это умеет делать человек, пользуясь изображениями, знаками и символами.

255

Что такое инстинкт?

При всей разнице взглядов на то, что такое инстинкт, бо´льшая часть специалистов опирается на концепции, близкие к предложенной Чарльзом Дарвином в классической работе «Происхождение человека», которая была опубликована в 1871 году. Дарвин определял инстинкт как внутреннее побуждение животного стремиться к определенной цели. Именно цель, а не уникальные особенности действия определяет инстинкт. Действительно, в стремлении к пище и безопасности, в поиске партнера животное может действовать весьма разнообразно. Он считал также, что инстинкты не всегда эгоистичны и направлены на избегание боли и поиск удовольствия. По Дарвину, инстинкты — это простая наследственная сила. Перечень инстинктов велик — от материнского до охотничьего. Но более всего людей волнуют любовь, смерть и агрессия. Основатель психоанализа Зигмунд Фрейд, так же как и Дарвин, не считал, что инстинкты направлены на поиск удовольствия и избегание боли. Фрейд полагал, что в человеке противостоят инстинкты тяги к жизни и к смерти. Он считал, что либидо, то есть восходящее к тяге к жизни любовное влечение, переключает инстинкт смерти

на внешние объекты — предметы и людей, что и порождает агрессию. Поразительно, но инстинкт смерти обнаружен. Он совершенно не проявляется у людей вплоть до самого преклонного возраста. Он не то же самое, что усталость от жизни тяжелобольных людей, которые смерть однозначно предпочитают выздоровлению. Но здоровые и не потерявшие разум люди, преодолевшие столетний рубеж, обычно говорят, что насытились жизнью, полностью удовлетворены ею и хотели бы умереть. Так умерли счастливые библейские патриархи Авраам (175 лет), Исаак (180 лет) и Иаков (147 лет). Основатель современной науки о поведении животных (этологии) Конрад Лоренц считал, что инстинктивные действия человека и животных обусловливаются сугубо внутренними эндогенными причинами и никак не связаны внешними событиями, хотя и нуждаются во внешнем поводе для своего выхода. Он считал, что, если накопившемуся в организме возбуждению вовремя не дать выхода, в дальнейшем это приведет к неадекватной реакции. Например, голубь-самец может начать ухаживать за резиновой голубкой. Лоренц считал, что и агрессия копится в человеке независимо от позитивных или негативных обстоятельств. У животных агрессия исчезает, если объект нападения демонстрирует покорность. У человека этого не происходит, и его агрессии надо давать регулярный выход. Агрессия важна для жизни человека, потому что может быть сублимирована, то есть переключена на творческую созидательную деятельность, в которой человек стремится к первенству. Выход агрессии, как у спортсменов, так и у болельщиков на спортивных состязаниях, общепризнан. В безвыходных ситуациях Лоренц предлагает разбить вдребезги какой-нибудь недорогой предмет. Видимо, скамейки на стадионах ломают как раз неудовлетворенные болельщики.

257

Что такое нанотехнологии?

Nános — это по-гречески «карлик». Один нанометр — миллиардная часть метра. Нанотехнологиями называют методы создания объектов с характерными размерами менее 100 нанометров, то есть менее одной десятимиллионной метра, или одной десятитысячной миллиметра. Безусловно, это прорыв, поскольку технологическое развитие человек начинал с метровых технологий — такой характерный размер имеют первые орудия труда. Затем человек двинулся сразу в две стороны — и увеличения, и уменьшения масштабов создаваемых им объектов. С одной стороны, он строил довольно большие сооружения. Пожалуй, это можно назвать гектометровыми или километровыми технологиями, так как самые большие постройки имеют размеры в несколько сотен метров. Например, Останкинская башня в высоту достигает 540 м. С другой стороны, человек стал делать и миниатюрные предметы и с прецизионной точностью обрабатывать материалы. Если характеризовать современную точность, то получается, что в наши дни человек уверенно работает в области микрометровых технологий. Один микрометр — это одна миллионная часть метра, или 1000 нанометров. Таким образом, когда говорят о нанотехнологиях, речь идет

о дополнительном, более чем десятикратном уменьшении размеров изготовляемых объектов. Казалось бы, ну и что? Подумаешь, в десять раз. Не впервой. Однако такой масштаб ответственности человечество примеряет впервые. Есть ли в природе объекты таких малых размеров? Есть! Весь живой мир на Земле создан на основе нанотехнологий. Все живое, как известно, состоит из клеток, характерный размер которых составляет 10 микрометров, то есть 10 000 нанометров. Внутри клетки имеется множество важных для ее работы органоидов, сложнейших по устройству и функциям структур, которые как раз и имеют такие размеры — от десятков до сотен нанометров, в масштабах которых собирается работать нанотехнология. Речь, следовательно, идет о создании чего-то сопоставимого с жизнью на Земле, созданной природой. В принципе, задача построения таких миниатюрных систем — аналогов машин и механизмов — решена. С помощью техники атомно-силовой микроскопии можно сконструировать, буквально сложить из отдельных атомов, как из кирпичиков, любую заданную систему с любыми свойствами, необходимыми для решения самых разных задач — от лечения людей до освоения космоса. Такое конструирование не будет очень простым, так как физические и химические закономерности в наноструктурных объектах принципиально отличаются от закономерностей, поведения отдельного атома или среды, состоящей из большого числа атомов. Эти особенности изучаются, и нет сомнений, что методы создания наноструктурных механизмов будут совершенствоваться. Далее возникает проблема массового производства таких объектов, которая решена природой, умеющей размножать

259

260

клетки делением, и не решена человеком, но есть теоретические предположения. Это значит, что рано или поздно человечество научится производить наноустройства в необходимых количествах. Однако самое главное, что по предлагаемым способам тиражирования такие наносистемы могут стать способными к самостоятельному развитию, как развивалась жизнь на Земле, и нет гарантий, что мы сможем управлять этим новым эквивалентом жизни, или, если хотите, новой альтернативной жизнью. Польза некоторых из уже реализованных наноустройств, в частности широко известных нанотрубок, очевидна. И у человечества достаточно времени, чтобы подумать, где следует остановиться.

Что такое наследственность?

Наследственность — это присущее всем живым организмам свойство передавать в ряду поколений от родителей детям сходство форм, физиологических особенностей, обмена веществ и характера индивидуального развития. Только благодаря биологической наследственности оказывается возможным воспроизведение форм жизни из поколения в поколение. Это принципиально отличает характер развития живого мира от неживого. Генетическая информация хранится в дезоксирибонуклеиновой кислоте — ДНК. Она записана с помощью кода, представляющего собой чередование всего четырех нуклеотидов — аденина, гуанина, тимина и цитозина. Этого алфавита из четырех букв оказывается достаточно, чтобы написать детальную инструкцию, как должен создаваться и развиваться будущий организм. Ген можно рассматривать приблизительно как параграф инструкции, описывающей важную деталь будущего организма. В целом же для человека такая инструкция записана в 23 парах хромосом, входящих в состав ядра клетки. При этом в каждой паре передана одна хромосома от отца и одна от матери.

262

Хромосомная наследственность подчиняется довольно строгим математическим закономерностям, часть из которых была открыта Грегором Менделем. Проявление признаков, заложенных в генотипе, может зависеть от условий среды. Так, скажем, цвета глаз или группы крови это не касается, а вот рост и вес тела сильно зависят от условий развития. Однако в клетке есть и ДНК, входящая не в состав ядра, а в другие органеллы. Она обеспечивает неядерный механизм наследственности, который подчиняется иным закономерностям. Неядерная наследственность в основном передается по материнской линии. Иногда термин «наследственность» применяют к передаче некоторых инфекций. Такую наследственность называют инфекционной. В тех редких случаях, когда инфекционные агенты взаимодействуют с клетками хозяина вплоть до вторжения в его генетический аппарат, отделить инфекционную наследственность от нормальной биологической практически невозможно. Иногда термин «наследственность» применяют к передаче навыков, образования и традиций. Простейшим примером социальной наследственности служат условные рефлексы. Они не наследуются непосредственно, а заново вырабатываются каждым поколением. Однако роль биологической наследственности в скорости закрепления условных рефлексов и особенностей поведения бесспорна, поэтому в социальную наследственность входит компонент биологической. Важность социальной наследственности трудно переоценить. По современным представлениям Homo sapiens,

уступавшие в физическом развитии неандертальцам, выиграли у них эволюционное соревнование благодаря развитой речи, обеспечившей передачу информации о жизненном опыте предыдущих поколений. В закономерностях передачи генетической и социальной информации много общего. Например, в борьбе с придуманными хакерами компьютерными вирусами используются те же принципы, что и в борьбе с биологическими вирусами.

263

Что такое озоновая дыра?

Для многих людей термин «озоновая дыра» — символ глобальной экологической катастрофы. Чтобы понять, что это такое, обратимся к истории. Когда в 1785 году при пропускании электрической искры через кислород голландский физик и ботаник Мартин ван Марум обнаружил новый газ озон, пахнущий грозой, никто и не думал, что без него жизнь на Земле невозможна. Озон образуется в результате присоединения к молекуле кислорода третьего атома кислорода при воздействии электрического разряда, а также под действием ультрафиолетового излучения. Озон живет около получаса. При его распаде снова образуются молекулы кислорода и отдельные его атомы. Эти атомы способны окислить все элементы, кроме золота и металлов платиновой группы, поэтому озон убивает любые бактерии, оказываясь прекрасным дезинфицирующим средством. С конца XIX века он используется в медицине. Однако озон и очень ядовит. Его предельно допустимая концентрация в воздухе составляет 1 мг/м3. Чем же так важен озон для земной жизни? Дело в том, что в солнечном излучении содержится мощная ультрафиолетовая

составляющая, губительная для белков. В диапазоне длин волн меньше 200 нанометров она хорошо поглощается кислородом. А вот в опасном для жизни диапазоне 200–320 нанометров такого поглощения у кислорода нет. Другой основной компонент атмосферы — азот — в этом отношении совершенно нейтрален. В стратосфере на высотах от 12 до 50 км Солнце само образует и постоянно поддерживает озоновый слой, защищающий наземную жизнь. Он был обнаружен в 1913 году французскими учеными Шарлем Фабри и Анри Буиссоном при проведении спектроскопических исследований. Из-за высокой химической активности озона, наличия потоков веществ в атмосфере и изменений солнечной активности поведение озонового слоя очень сложное. Наблюдения за его толщиной и концентрацией важны и ведутся постоянно. В 1985 году британские ученые впервые сообщили, что обнаружили над Антарктидой большое падение концентрации озона в области диаметром 1000 км, что и было названо озоновой дырой. Концентрация озона над Антарктидой уменьшается каждый год в августе и восстанавливается в декабре или январе. Над Арктикой это происходит в менее обширной области. За годы наблюдений было обнаружено и заметное уменьшение концентрации озона во всем слое. Это открытие привлекло к нему внимание. Ученые склоняются к тому, что падение общей концентрации озона действительно связано с деятельностью человека. Основной аргумент состоит в том, что озон химически очень активен и вступает в реакцию практически с любыми веществами, в частности с бромом и хлором из фреоновых выбросов, которые особо сильно влияют на концентрацию озона в средних и приполярных широтах. Найдены и другие механизмы разрушения озонового слоя — антропогенные

265

266

факторы. Что касается собственно дыр, то влияние на них человека оценивается более сдержанно. К сохранению озонового слоя мировое сообщество относится очень серьезно. В 1987 году подписан Монреальский протокол об ограничении озоноразрушающих выбросов, а в 1991 году его требования усилены. В 1994 году Генеральная ассамблея ООН объявила дату подписания Монреальского протокола — 16 сентября — ежегодным Днем защиты озонового слоя Земли.

Что такое полярное сияние?

Мы с вами уже обсуждали, что внутри Солнца идет реакция слияния ядер водорода, при которой образуются ядра гелия. При этом излучаются электромагнитные волны, в частности тот видимый и невидимый свет, благодаря которому на Земле есть жизнь. Одновременно Солнце покидает огромное количество заряженных частиц — протонов и электронов. Их поток называется солнечным ветром. Термоядерная реакция слияния водородных ядер не идет спокойно и равномерно. Время от времени происходят мощнейшие взрывы, перед которыми весь человеческий ядерный потенциал — ничто. Во время таких вспышек Солнца поток нейтронов и электронов резко возрастает. В зависимости от скорости вылета через сутки-двое поток частиц достигает Земли и попадает в ее магнитное поле. Конфигурация силовых линий магнитного поля Земли такова, что под его действием солнечные протоны и электроны, несмотря на огромную скорость их движения, не могут достичь плотных нижних слоев атмосферы в экваториальных широтах. Однако в приполярных областях такое проникновение оказывается возможным,

268

в том числе и для частиц, отдрейфовавших вдоль силовых линий с экватора. Так как энергия протонов и электронов велика, они ионизируют и возбуждают атомы и молекулы атмосферы, начинающие излучать свет, который можно наблюдать в южных и северных приполярных областях. Основные газы атмосферы, как известно, азот и кислород. Возбужденные атомы кислорода излучают в зеленой и красной областях видимого спектра, а молекулы азота дают инфракрасные и ультрафиолетовые волны. Так в приполярных широтах и возникают завораживающие картины сияний. Кстати, точно так же объясняются полярные сияния на Юпитере, обнаруженные 27 ноября 1998 года с помощью ультрафиолетового спектрографа знаменитого космического телескопа «Хаббл». Полярные сияния лишь одно из проявлений солнечных вспышек. Мощнейшие электрические токи, вызванные сложным движением заряженных частиц, создают магнитные поля, и происходит то, что называют магнитной бурей. Особенно сильно возмущается верхний атмосферный слой — ионосфера. Это сильно влияет на жизнь на Земле. Изменяется погода, у людей обостряются заболевания. Атмосферные токи нарушают радиосвязь, выводят из строя электрические приборы. Словом, у людей достаточно оснований считать полярное сияние грозной приметой, что они и делают с древних времен. Полярные сияния плохо поддаются предсказанию, но поддаются пониманию. В научном эксперименте удалось создать искусственное полярное сияние. Для этого в 1985 году был запущен специальный спутник, на котором находился ускоритель электронов. Он выбросил быстрые

электроны в расчетной точке у экватора, а специальные наблюдательные станции в сопряженных точках Южного и Северного полушарий Земли, расположенных по одному меридиану на французском острове Кергелен в Индийском океане и в поселке Согра Архангелькой области, зафиксировали вспышку излучения. Увидеть искусственное полярное сияние воочию, к сожалению, не удалось из-за облачности. Иногда полярные вспышки бывают так сильны, что их сияние распространяется до средних широт. Может быть, повезет и нам?

269

Что такое пустота?

С бытовой точки зрения проблемы в определении пустоты нет. Мы всегда с легкостью видим, пусто ли помещение, пуста ли посуда. Пустое место — это где ничего нет. Мало того, его нередко понимали как место, где нет ничего важного, существенного. Например, старцы-пустынники жили в пустынях, где всего-навсего не было людей. С этой точки зрения вся Земля была пустой, пока на ней не появились люди. В науке же с пустотой не так просто. Аристотель определял пустоту как пространство, не занятое предметами и веществом. При этом он четко отделял вещество от пустоты. Главнейший из основоположников атомистического учения Демокрит утверждал, что и внутри тел есть пустота, поскольку многие тела сжимаемы. Современная наука это подтверждает. Она признает, что все вещества состоят из атомов. Однако она знает и то, что промежутки между атомами могут быть весьма велики. Мало того, сам атом в основном состоит из пустоты. Судите сами. Его размер приблизительно равен 10–8 см. Хотя это и маленькая величина, ядро атома и того меньше — около 10–13 см. То есть сам атом по объему больше своего ядра в миллион миллиардов раз — практически он состоит из пустоты.

Для обозначения такой пустоты, то есть отсутствия атомов, в современной науке используется понятие вакуума. Однако наука оперирует и другими объектами, в частности полями — гравитационным и электромагнитным. Эти поля существуют и в вакууме. Они обладают энергией, которая может передаваться в пространстве. Например, именно так мы получаем энергию от Солнца. Благодаря такой энергии мы видим окружающий мир, так как свет — это электромагнитное поле. Вакуум, следовательно, можно считать носителем энергии. Таким образом, вакуум и пустота не одно и то же. Современная наука знает и другие объекты — элементарные частицы, из которых, в частности, образуются атомы. Элементарные частицы живут сложной жизнью, могут претерпевать превращения, сопровождаемые генерацией полей. Например, частица и античастица при взаимодействии друг с другом аннигилируют — исчезают, образуя излучение. Непустое пространство превращается в вакуум. Одновременное возникновение в пространстве частицы и античастицы тоже не запрещено, но требуется энергия для их возникновения. Поэтому в вакууме могут появиться частицы. Сами элементарные частицы в действительности вовсе не элементарны, так как состоят из кварков, жизнь которых сложна и не изучена полностью. Известно, однако, что она тесно переплетена с жизнью Вселенной, символизирующей для нас пространство. Таким образом, пустота — это скорее философское понятие, поскольку пространства, в котором совсем ничего бы не было, то есть не было бы наблюдаемых объектов, не обнаружено.

271

Что такое смерч?

Смерч — одно из самых впечатляющих явлений природы. Возникший смерч виден невооруженным глазом и представляет собой крутящийся вихрь, соединяющий поверхность суши или моря с низкой грозово-дождевой тучей. Давление внутри вихря меньше, чем в окружающей среде, и поэтому он с жутким шумом и грохотом затягивает внутрь себя все, что попадается на его пути, и в зависимости от своей силы или вскоре выбрасывает, или переносит на многие километры. Низкое давление внутри вихря может привести к тому, что попавшие внутрь герметизированные предметы — закупоренные банки, шины, замкнутые помещения — со взрывом лопаются. Описаний разрушительных действий смерча предостаточно. Несмотря на сложность всего, что связано со смерчем, причина его возникновения довольно проста и легко объяснима. Подобное явление мы можем видеть каждый день, когда выпускаем воду из наполненной ванны. Внутри нее образуется вихрь, воронка которого на поверхности воды, а ножка пронизывает всю ее толщу и уходит в отверстие на дне ванны. Когда на пространство над нагретой земной или водной поверхностью наползает грозово-дождевое облако, возникает

неустойчивая неравновесная ситуация. Теплый воздух стремится подняться, ему препятствует слой холодного воздуха, принесенного тучей. В силу неустойчивости в холодном слое образуется брешь, и туда устремляется теплый воздух из нижних нагретых слоев. Видно, как из дождевой тучи, которую называют материнской, начинает вырастать хобот. Скорость всасываемого воздуха так велика, что его струя закручивается. Через некоторое время хобот вытягивается до земной или водной поверхности, в точности как воронка в ванне. Иногда брешей в материнском облаке образуется сразу несколько, и тогда возникает сразу несколько смерчей. Мощь смерча бывает такова, что внутри происходят сложные электрические, химические и акустические явления. Количественно изучать смерчи весьма сложно, потому что они разрушают любую попадающую внутрь аппаратуру. Однако оценки скорости движения вращающегося воздуха известны — от 10–20 м/с, когда происходят лишь слабые разрушения (падают трубы, заборы, деревья), до 100–150 м/с. Такие скорости сопоставимы со скоростью распространения звука в воздухе, что приводит к качественно иным физическим явлениям в вихре и, как правило, к полному разрушению всего, что встречается на пути. Диаметр воронки смерча может достигать 500 м. Такой же будет и полоса разрушений от смерча. Высота смерча может вырасти до 10 км и более. Смерч может жить от нескольких минут до нескольких часов и преодолевать расстояния от единиц до сотен километров. В течение года на земном шаре возникает 1000–1500 смерчей, больше половины из них — в США. Там их принято называть торнадо.

273

274

Безусловно, смерч — одно из явлений, заставляющих уважать природу и ее мощь. Есть упоение в бою, И бездны мрачной на краю, И в разъяренном океане, Средь грозных волн и бурной тьмы, И в аравийском урагане, И в дуновении Чумы. А. С. Пушкин. Пир во время чумы

Что такое страх?

Страх — одна из главных наших эмоций. Чувство страха возникает условно-рефлекторно, помимо воли. Он может проявляться в форме волнения, беспокойства, опасений, тревоги, собственно страха, испуга и, наконец, ужаса. У испуганного человека искажается лицо, движения становятся суетливыми или, наоборот, заторможенными. Происходит изменение силы и частоты сердцебиений, меняются характер дыхания и выделение желудочного сока, потеют ладони. Из-за изменения кровообращения люди бледнеют или краснеют. Естественный страх необходим человеку. В нем эмоционально закодирована информация о возможной опасности, что позволяет избежать встречи с ней. Естественные страхи человека могут быть инстинктивными, как и у животных, или социально обусловленными. Один из крупнейших психологов и нейрофизиологов ХХ века Дональд Хебб изучал возникновение страха у шимпанзе. Он показывал им различные тестовые объекты, например: гипсовые слепки головы шимпанзе и человека, манекен ребенка человека и детеныша шимпанзе, находящегося

276

под анестезией. До возраста четырех месяцев у обезьян не возникало никаких признаков страха. После этого страх вызывали лишь знакомые объекты в незнакомом виде. Шимпанзе приходили в ужас от вида моделей отдельных частей тела человека. Пугали их и анестезированные шимпанзе, так как вид тела не подкреплялся характерными звуками и движениями. Такой же Хебб считал природу страха человека перед мертвыми телами. Вообще, недостаток чувственной информации, или сенсорный голод, называемый также сенсорной депривацией, сильно влияет на возникновение страха. Известно множество опытов, когда добровольцев с помощью различных способов изолировали от звуков, света, прикосновений, запахов, перепадов температур и т. д. Подопытным становилось не просто скучно, как можно было бы ожидать, — они теряли чувство времени, ориентацию в пространстве, не могли решить даже очень простые задачи, у них начинались галлюцинации. В тех опытах, где поток сенсорных стимулов был особенно мал, даже самые крепкие добровольцы в страхе просили прекратить опыт буквально через несколько часов, а менее крепкие не выдерживали и часа. Сенсорный голод может быть причиной страха и в обыденной жизни. Он может возникать от пребывания в замкнутых пространствах, например в тюремных камерах, в малых коллективах, а также при заболеваниях органов чувств. Последние исследования близнецов и двойняшек показывают, что на возникновение страха влияет генетическая предрасположенность. Кроме инстинктивных природных страхов бывают и социально обусловленные. Самый главный из них — страх ответственности, страх перед любой неудачей. Буквально за несколько месяцев он может привести к гипертонии,

атеросклерозу, язве желудка, инфарктам и инсультам. Он унес больше человеческих жизней, чем все войны на Земле. Кроме естественных инстинктивных и социальных страхов существуют страхи, вызываемые заболеваниями. Они называются фобиями. Для их преодоления необходимо лечиться. Важнейшее же свойство естественного страха в том, что он может быть осознан. И это главный способ победить его. Мы победим страх, как только трезво осознаем его причину.

277

Что такое турбулентность?

Обычно понятие турбулентности связывают с бурным, беспорядочным движением жидкости или газа. Турбулентность легко наблюдать даже при течении воды из открытого до упора крана. Ее мы наблюдаем, когда видим два белых следа, образующихся из-за срыва вихрей с крыльев быстро летящего самолета. Казалось бы, какое нам дело до всего этого? Ну конечно, с прагматической точки зрения важно изучать такие турбулентные явления, как циклоны и антициклоны, а также морские течения: они определяют погоду на Земле. Знание законов турбулентности нужно для проектирования самолетов и морских кораблей. Но это еще не повод всем задуматься об этом явлении. Однако в наши дни представление о турбулентности стало одним из важнейших в понимании устройства мироздания. Совсем не знать об этом — словно не знать, что Земля круглая. Классическая физика изучала турбулентность в жидкостях и газах и недолюбливала ее, поскольку та никак не поддавалась расчетам. В начале ХХ века великим французским математиком Анри Пуанкаре были созданы математические методы, применение и развитие которых позволило

сформировать современные представления о турбулентности. Первое потрясение состояло в том, что она встречается гораздо чаще, чем привыкли думать. Она была обнаружена в плазме при попытках термоядерного синтеза. Турбулентной, то есть хаотической, оказалась практически вся активность Солнца, проявляющаяся в пятнах, вспышках, протуберанцах и т. п. Турбулентными оказались космические магнитные поля и движение космической материи. Хаотическими оказались многие явления и в микромире, и в химических и биологических системах, и, похоже, в социальных. Хаос был найден даже в сердечной мышце — это ее фибрилляции. Второе потрясение было связано с тем, что при всей видимой случайности в турбулентности был обнаружен внутренний порядок, когда соседние молекулы движутся согласованно. В каком-то смысле оказалось, что плавное ламинарное течение упорядочено гораздо меньше. В нем каждая молекула хаотически движется сама по себе, не согласуя движения с соседями. Это заставило ученых более внимательно отнестись к исследованию хаоса, что привело к третьему потрясению. Оказалось, что хаос, связанный с турбулентным движением, выступает в качестве основы для самопроизвольного возникновения макроскопического порядка. Это явление получило название самоорганизации. Первым на опыте такую спонтанную самоорганизацию обнаружил химик Борис Белоусов. Им была открыта химическая реакция, в которой концентрации реагирующих веществ периодически, то есть упорядоченно, колебались

279

280

во времени, образуя волны. Теоретическое объяснение этому явлению дал бельгийско-американский ученый русского происхождения Илья Пригожин. Теория турбулентности и хаоса позволила объяснить огромное число природных и техногенных явлений. Однако, как и полагается крупному научному достижению, решив одни важные вопросы, эта теория проявила гораздо больше новых. Стало понятно, что мы живем не в статичном, а в самоорганизующемся, меняющемся мире, и эти изменения предстоит предугадывать.

Что такое холестерин?

В сознании людей холестерин прочно ассоциируется с болезнью века — атеросклерозом, от которого «один шаг до инфаркта и инсульта». В борьбе с холестерином люди не жалеют денег. Одного только препарата Zocor, известного и в России, компания Merck & Co, Inc. продает более чем на 5,5 млрд долларов в год. В 1769 году французский химик Пулетье де ла Саль выделил из желчных камней плотное белое вещество — «жировоск», обладающее свойствами жиров. Так был открыт холестерин. Название, образованное от греческих слов «холе» — желчь, «стерин» — жирный, в 1815 году ему дал Мишель Шеврёль. В чистом виде холестерин представляет собой кристаллообразное вещество без запаха и вкуса. В 1859 году было выяснено, что он принадлежит к классу спиртов. Его химическая формула C27H45OH. Правила введения химических терминов обязывают иметь в названии вещества суффикс -ол, поэтому в 1900 году холестерин был переименован в холестерол. Жизнь человека невозможна без холестерина. Он основной компонент клеточных оболочек (фосфорно-липидных мембран). Кроме того, он необходим для синтеза желчных кислот, без которых невозможно пищеварение, и для синтеза

282

витамина D, без которого страдает развитие скелета, а по последним данным, еще и провоцируются онкологические заболевания. Необходим он и для синтеза так называемых кортикостероидных гормонов, регулирующих углеводный и водно-солевой обмен. Он входит и в состав половых гормонов, сильно влияет на состояние контактов клеток мозга друг с другом, а также на работу иммунной системы. Холестерин определяет и синтез серотонина, предохраняющего людей от депрессии. Словом, он настолько важен, что бороться с ним, вернее, за его оптимальное содержание надо очень аккуратно. По некоторым данным, в человеческом организме содержится приблизительно 350 г холестерина. С пищей человек получает около 20% необходимого, а остальные 80% вырабатывается самим организмом, в основном печенью. Холестерин нерастворим в воде. В организме он переносится кровотоком в соединении с особыми белками — липопротеинами. Именно по их содержанию в крови врачи и судят о рисках атеросклероза, то есть образования атеросклеротических бляшек в кровеносных сосудах. При этом оказывается, что бляшки образуются только из липопротеинов малой молекулярной массы, а липопротеины высокой плотности в этом отношении совершенно безопасны. Поэтому важно не столько то, каков у вас уровень липопротеинов в крови, сколько пропорциональное содержание опасных легких и безопасных тяжелых липопротеинов. Критично, если этот показатель меньше пяти единиц. Существует устойчивое представление, что главное в управлении концентрацией холестерина в крови — диета. Оно ошибочно. Например, у индийцев, потребляющих

вегетарианскую пищу, уровень холестерина примерно в полтора раза выше, чем у эскимосов, питающихся исключительно рыбой и мясом. Во Франции, где доминирует богатая холестерином белково-жировая диета, смертность мужчин от сердечно-сосудистых заболеваний в два раза ниже, чем в США — стране с наиболее мощной борьбой за правильный уровень холестерола. Таким образом, использования продуктов без жиров и холестерина далеко не достаточно для профилактики атеросклероза. Кроме разумной диеты нужно придерживаться и других правил здорового образа жизни — не курить, не объедаться, не злоупотреблять алкоголем, компенсировать сидячий образ жизни и нервные стрессы физическими нагрузками. Возможно, что и без соблюдения этих правил вы могли бы миновать заболевание атеросклерозом. Однако всегда лучше иметь гарантию.

283

Что такое циклоны и антициклоны?

Мы уже обсуждали, что неоднородно нагретый воздух обязательно приходит в движение, создавая ветер. По той же причине образуются циклоны и антициклоны. Солнечное излучение сравнительно легко проходит сквозь атмосферу и нагревает земную поверхность. Нагретая поверхность, в свою очередь, подобно истопленной печи, начинает излучать несколько более длинные электромагнитные волны, которые поглощаются нижними слоями атмосферы и слегка нагревают их. Естественно, что в экваториальной зоне нагрев оказывается бóльшим, чем в приполярной. Нагретые потоки поднимаются вверх, и, таким образом, в экваториальной зоне создается запас потенциальной энергии. На высоте 10–12 км потоки воздуха устремляются к полюсам, а в нижних слоях начинается встречное компенсирующее движение воздуха — пассатные ветры. Особенность равномерных атмосферных потоков в том, что они очень неустойчивы. Например, совокупность таких факторов, как вращение Земли, неровность рельефа, неоднородность переотражения солнечного излучения сушей, морской поверхностью или льдами может привести к нарушению регулярной структуры потока и образованию вихрей

диаметром от 500 до 3000 км и высотой до нескольких километров. Это и есть циклоны и антициклоны. Такие масштабы называются синоптическими. Синоптические вихри переносят тепло и пар в атмосфере, что приводит к снижению контраста температур в экваториальных и полярных широтах и оказывает сильное влияние на формирование климата. Циклоны и антициклоны были открыты в середине XIX века, когда на множестве метеорологических станций начались регулярные наблюдения за погодой. Эти вихри образуются преимущественно во внетропических широтах и обычно живут несколько дней. В центре циклонного вихря давление примерно на 2–4% ниже, чем на периферии. В Северном полушарии воздушные массы в циклоне вращаются против часовой стрелки, а в Южном — по часовой. Так как массы воздуха движутся к области пониженного давления, в центре циклона формируются восходящие потоки, которые при расширении охлаждаются и охлаждают свободную атмосферу, вызывая образование облачности и осадков. В центре антициклона давление может на 7% превышать периферийное, и поэтому потоки воздуха движутся к периферии. От этого в центральной зоне возникает вертикальное нисходящее движение воздушных масс. Свободная атмосфера медленно нагревается, и облака не образуются, а погода оказывается ясной. В 1970 году советской экспедицией под руководством академика Леонида Бреховских были открыты синоптические вихревые движения воды в океане. Основным источником

285

286

энергии этих вихрей, имеющих диаметр около 100 км и живущих по нескольку месяцев, служит ветровое напряжение, хотя существуют и другие механизмы нарушения устойчивого течения воды в океане. В последнее время благодаря использованию точных спутниковых навигационных систем появились данные о том, что в области тектонических разломов в СуматроНовозеландском районе замечено крайне медленное вихреобразное движение земной коры, возраст которого превышает миллион лет. Как видим, окружающие нас стихии живут довольно сложной жизнью, но подчиняются сходным закономерностям. Мы же редко задумываемся об этом, больше реагируя на погоду.

Что такое цунами?

Из-за того что на Земле улучшились коммуникации, мы стали гораздо чаще слышать о цунами. В переводе с японского цунами означает «волна в гавани». Чем же она отличается от привычных волн, пусть даже и штормовых? Главное отличие в том, что цунами при распространении переносит огромное количество воды, а обыкновенные волны этого не делают. Простые волны связаны с колебанием поверхности воды около ее равновесного состояния. Например, если вы забросите удочку, то поплавок будет плавать и качаться на волнах, но переносится он только ветром. Это и означает, что поверхностные волны не переносят вещество. Волны, переносящие большие объемы воды, в 1834 году открыл шотландский физик и инженер Джон Рассел. Готовясь к переводу барж на паровую тягу, он изучал движение барж, влекомых лошадьми, по каналу от Эдинбурга до Глазго. В узком канале баржа, как поршень, гнала перед собой воду. Когда лошади вдруг стали, некоторое время наблюдалось бурное движение воды, а потом позади судна образовался гладкий, округлый водяной холм и понесся по каналу. Рассел погнался за ним верхом. Так была открыта волна

288

нового типа — солитон. Многочисленным наблюдениям Рассела не очень-то поверили. Когда через 60 лет, ничего не зная о Расселе, нидерландский профессор Дидерик Кортевег и его ученик Густав де Фриз построили теоретическое описание движения таких волн, все, включая самих авторов, посчитали работу незначительной. Будущее показало, что подобные волны встречаются не только на воде, но и во многих других средах — в плазме, оптических волокнах, решетках кристаллов. Солитоны стали важным объектом физики. Их изучение позволило разобраться и в том, как образуется и распространяется цунами. Цунами образуется при быстром вытеснении больших объемов воды. Например, при землетрясении подъем суши вызывает образование холма воды на поверхности океана, и это возмущение начинает распространяться подобно солитону Рассела. Хотя холм и невысок, но площадь огромная, поэтому и воды переносится много. Добегая до берега, она неумолимо заполняет его всевозможные ниши и заливы. Если под водой произойдет провал суши, образуется впадина. Поэтому вода сначала отойдет от берега, а потом обрушится на него с неистовой силой. Так энергия не самого сильного из известных цунами 2004 года была в два раза больше, чем энергия всех боевых снарядов, взорванных во Второй мировой войне. Вытеснение воды может происходить также при оползнях, падении крупных метеоритов, извержении подводных вулканов, подводных ядерных взрывах. В 1597 году оползень крутого берега Волги в Нижнем Новгороде привел к образованию волны цунами, выбросившей деревянные суда на 40 м вглубь берега. Оползень льда

и грунта в июле 1958 года в бухте Литуйя на Аляске вызвал цунами высотой 500 м. Цунами после извержения вулкана Кракатау в 1883 году несколько раз обошло Землю и достигло каждой бухты на Земле. Цунами — грозное явление природы, но человеку по силам его предсказать. На основании теории, учитывающей особенности рельефа морского дна, сделаны прогнозные оценки цунами при разных землетрясениях в самых разных географических районах. Поэтому самое главное сейчас — это построение надежной системы оповещения.

289

Что такое черная дыра?

Термин «черная дыра» впервые употребил американский физик Джон Уилер в статье «Наша Вселенная: известное и неизвестное», опубликованной в 1968 году. Это название он дал особым космическим объектам, гравитационное притяжение которых так велико, что они способны удержать внутри себя электромагнитное излучение, включая видимый свет. История черных дыр насчитывает более двух веков. 27 ноября 1783 года английский геофизик и астроном Джон Мичелл представил на заседании Лондонского королевского общества свои расчеты, сделанные на основе ньютоновой механики. Они показывали, что если бы звезда, имеющая массу, равную массе Солнца, имела радиус 3 км, то даже луч света не мог бы покинуть ее поверхность. Поэтому она не была бы видима. В 1796 году такую же идею, но на другом примере высказал французский математик и астроном Пьер Лаплас. Так родилась концепция «ньютоновской» черной дыры. Однако примеры Мичелла и Лапласа были далеки от наблюдаемой реальности, и идея о черных дырах была забыта.

Через сто с лишним лет, в 1916 году, немецкий астроном Карл Шварцшильд сделал расчеты, основанные на только что созданной Альбертом Эйнштейном релятивистской теории гравитации. Более известное название этой науки — общая теория относительности. Получилось, что вокруг любой точечной массы существует область пространства, из которой свет не может выйти наружу. По современным теоретическим представлениям существует четыре механизма рождения черных дыр. Первый — это гравитационное сжатие, или коллапс, угасающих звезд. При этом из оболочки звезды образуется либо яркая вспышка сверхновой, либо расширяющаяся планетарная туманность. Второй механизм — сжатие под действием сил тяготения центральной части галактик. Считается, что в центре многих спиральных и эллиптических галактик находятся довольно массивные черные дыры. В центре же нашей Галактики — черная дыра Стрелец A. Ее масса в 3,7 раза больше массы Солнца. Третий вид черных дыр, которые могли сохраниться до сих пор, образовался во время Большого взрыва, когда создалась наша Вселенная. И наконец, возможно возникновение черных дыр в ядерных реакциях высоких энергий. Эти дыры называются квантовыми. Они живут очень короткое время. В принципе, такие ядерные реакции можно проводить в лаборатории, но для этого нужно создать более мощные ускорители. Работа над этим уже ведется.

291

292

Существуют курьезы, связанные с черными дырами. Они не выпускают свет из себя, но могут отклонять направление его распространения. Существуют данные, что некоторые звезды мы видим лишь потому, что их излучение, которое не должно было попасть на Землю, отклоняют невидимые объекты и оно распространяется криволинейно. В связи с этим наука интенсивно изучает так называемые гравитационные линзы. По рефракции света невидимые черные дыры могут быть обнаружены. Исследования черных дыр произвели настоящую революцию в научных представлениях об устройстве вещества, пространства, времени и Вселенной. Эти изменения гораздо более серьезны, чем изменение взглядов людей, когда те поняли, что живут не на плоской, а на шарообразной Земле. Нам с вами черные дыры не грозят. Нет такой силы, которая могла бы сжать Землю до диаметра 18 мм, чтобы из ее вещества образовалась черная дыра.

Максимально полезные книги от издательства «Манн, Иванов и Фербер»

Заходите в гости: http://www.mann-ivanov-ferber.ru/ Наш блог: http://blog.mann-ivanov-ferber.ru/ Мы в Facebook: http://www.facebook.com/mifbooks Мы ВКонтакте: http://vk.com/mifbooks Предложите нам книгу: http://www.mann-ivanov-ferber.ru/ about/predlojite-nam-knigu/ Ищем правильных коллег: http://www.mann-ivanov-ferber.ru/ about/job/

Научно-популярное издание

Антонец Владимир

ПРОСТЫЕ ВОПРОСЫ Книга, похожая на энциклопедию

Главный редактор Артем Степанов Ответственный редактор Ксения Вострухина Литературный редактор Елизавета Цыганкова Арт-директор Алексей Богомолов Дизайн обложки Сергей Хозин Верстка Надежда Кудрякова Корректоры Надежда Петрив, Юлия Молокова