Сандерс, Элла Фрэнсис

Вкус Солнца. Маленькие чудеса необъятной Вселенной / Элла Фрэнсис Сандерс; пер. с англ. Е. Гаевской; науч. ред. А. Бондарев. — Москва: Манн, Иванов и Фербер, 2021.

ISBN 978-5-00169-652-0

Слово «тепло» на самом деле относится к тепловой энергии — виду энергии, которая возникает в результате движения частиц, атомов, ионов и молекул, образующих газы, жидкости и твердые вещества воспринимаемого нами мира. Оконная рама, айсберг, ваш стакан воды, будь он наполовину пуст или полон, — абсолютно все содержит тепловую энергию.

Частицы похожи на людей, оказавшихся в толпе: они постоянно соприкасаются друг с другом, борясь за пространство, двигая локтем тут и эффектно падая там. Именно эти постоянные столкновения составляют основу «кинетической теории», которая возникла в конце XIX века благодаря изысканиям небольшой группы в меру гениальных физиков.

Если температура объекта падает, кинетическая энергия его частиц сокращается. И наоборот, с повышением температуры увеличивается кинетическая энергия. Нагревание и охлаждение всех объектов — это на самом деле просто передача тепла, и поэтому температура всего лишь индикатор способности одного предмета передавать тепло другому: от меня к вам, от кофе к ложке, отсюда туда.

Причину, по которой тепло переходит от горячих объектов к холодным, а не наоборот, кратко объяснил австрийский ученый Людвиг Больцман, опубликовавший по этой теме серию работ в 1870-х годах. Как ни странно, это всего лишь вопрос вероятности, элементарного шанса. Больцман осознал, что изменения температуры происходят не вследствие некоего абсолютного и непреклонного закона, а потому, что статистически более вероятно, что быстро движущиеся атомы горячего вещества столкнутся с более медленными, более холодными атомами холодного вещества. Когда происходит достаточное количество столкновений, тепловая энергия распределяется равномернее. По мере того как это происходит, температуры двух соприкасающихся объектов начинают выравниваться, пока не будет достигнуто состояние теплового равновесия, при котором температуры одинаковы, а обмен энергии прекращается.

Тепло — явление решительно нерешительное. Обычно оно не остается там, где вы его оставили: повернитесь к нему спиной всего на пять минут, и вы обнаружите, что оно уже куда-то переместилось.

Возможно, нам стоит развесить портреты атомов в больших музеях с кондиционерами и белыми стенами и всматриваться в них в тихом изумлении. Мы будем ходить по этим галереям атомов и указывать: «Посмотрите! Немыслимо, что благодаря этим крошечным, невзрачным штучкам существует все вокруг».

В начале 1960-х аномально гениальный американский физик Ричард Фейнман в ходе одной из лекций сказал так: «Если в некоем катаклизме будут утрачены все научные знания и мы сможем передать следующему поколению существ лишь одно предложение, какое утверждение будет содержать максимальный объем информации при наименьшем количестве слов? Я полагаю, это будет атомная гипотеза (или атомный факт, как вам больше нравится) о том, что все объекты состоят из атомов — маленьких частиц, которые пребывают в постоянном движении, притягиваясь, когда они находятся на небольшом расстоянии друг от друга, и отталкиваясь, когда это расстояние сокращается до минимума. Вы увидите, что в одном этом предложении содержится огромное количество информации о мире, если призвать на помощь воображение и мышление».

Атомы играют решающую роль в нашем понимании Вселенной. И хотя представление о том, что мир состоит из мельчайших частиц, существует уже более 2500 лет, лишь в последние двести лет стало действительно невозможно думать, что все устроено как-то иначе. Теперь мы можем не только увидеть атомы, используя чудовищно мощные микроскопы, но и даже манипулировать ими. Мы научились, пусть и немного, перемещать составные части Вселенной.

Такая красивая (и до недавнего времени невидимая) концепция о значении и неизбежной природе атомов помещает всех на удовлетворительно ровное игровое поле. Ваши хорошие и плохие решения, ваш размах крыльев, ваша целостность как личности — все это возможно благодаря 7 миллиардам миллиардов миллиардов ваших атомов, каждый из которых состоит (грубо говоря) из расположенного в середине положительного ядра и отрицательного электронного облака вокруг него. Это облако как бы танцует из стороны в сторону, попеременно очаровывая другие атомы и отталкивая их (квантовая механика — это по-настоящему сложная магия). Без атомов здесь ничего не было бы: ни этой книги у вас в руках, ни ручки, которая сегодня утром протекла у вас в кармане, ни этих зданий, которые кому угодно могут внушить страх высоты, — совсем ничего. Если бы не атомы, не было бы ни массы, ни молекул, ни материи, ни меня, ни вас.

Этот момент стоит прояснить.

Солнечные системы — обычное явление. В нашей системе есть одна звезда, которую мы называем Солнцем, и она окружена планетами и всем остальным, что так или иначе вращается вокруг нее (хотя и не случайно, потому что в космосе не бывает случайностей). К этим остальным объектам относятся луны, астероиды, камни и много-много пыли.

Наша Солнечная система находится внутри галактики, которую мы называем Млечный Путь. Она представляет собой невероятно большую систему звезд, изолированную от других подобных систем обширными областями пространства. В Млечном Пути, ширина которого составляет около 110 тысяч световых лет, наше Солнце — это лишь одна из 100–400 миллиардов звезд, у большинства из которых есть собственные планеты. Подобно человеческому эго, галактики бывают разных размеров, и, хотя у нас довольно просторно, есть и другие, намного более крупные, например галактика Андромеды (наша соседка).

Термин «Вселенная» относится ко всем галактикам, которые мы когда-либо наблюдали и будем наблюдать, — это совокупность всех известных и неизвестных объектов и чудес в космосе. Еще в 1920-х годах астрономы полагали, что Млечный Путь содержит все звезды во Вселенной, — сейчас эта мысль кажется очаровательной, поскольку на самом деле звезд бесчисленное множество миллиардов.

Дело в том, что мы видим космос лишь до определенных границ. Хотя современные телескопы позволяют нам изучать в мельчайших деталях миллиарды отдаленных галактик и явлений, есть вещи, до которых нам никогда не дотянуться, — это одно из последствий жизни в постоянно расширяющейся Вселенной.

В сентябре 2014 года астрономы поняли, что группа галактик, частью которых является Млечный Путь, в сто раз больше по массе и объему, чем считалось ранее: 500 миллионов световых лет от одного ее края до другого. Галактики имеют тенденцию объединяться в группы, или скопления. Более крупные и плотные группы мы называем сверхскоплениями. Оказалось, мы живем в одном из таких сверхскоплений, и астрономы назвали этот регион Ланиакея, что на гавайском означает «неизмеримые небеса».

И если этот факт не приводит вас в восхищение, то я не знаю, что на вас подействует.

Мы жаждем знать, кто мы и как мы появились. Наверняка мы люди, которыми сами себя считаем. Но они — это совсем не обязательно мы.

Рассуждая с позиции генетики, все мы, люди, очень похожи: 99,9% нашей ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) совпадают с ДНК любого другого человека. И если это кажется удивительным, просто представьте: наша ДНК лишь на 1,3% отличается от ДНК шимпанзе. А еще наши гены на 90% совпадают с генами кошки, на 80% — с генами коровы, примерно на 60% — с генами цыплят и плодовых мушек и даже на 50% — с бананом. Это одновременно впечатляюще и бессмысленно, поскольку у всего сущего на Земле имеется определенный процент генетического совпадения.

Термином «геном» обозначается полный набор ДНК, и ваш геном содержит инструкции для развития и формирования всего, чем вы были, чем являетесь сейчас и чем когда-либо будете. Каждая молекула ДНК состоит из двух закрученных в спираль нитей — кажется, что они замерли в неловком танце, когда обе стороны боятся, что окажутся непозволительно близко друг к другу. Каждая нить состоит из пар оснований. Человеческий геном содержит около 3 миллиардов пар оснований, при этом только 0,1% из них отличаются у разных людей. Сложно поверить, но этой крошечной разницы хватает, чтобы отразить все различия у всех людей, которые когда-либо жили на планете.

Изучая прошлое с точки зрения генетики, мы можем определить «ближайшего общего предка» (англ. MRCA — most recent common ancestor) — ближайшего по времени представителя вида, от которого произошли напрямую все другие организмы. Если проанализировать людей в одной только Европе, то их общий предок жил от 400 до 600 лет назад. Общий предок всех людей, кто сейчас живет на Земле, по некоторым подсчетам, жил около 3000 лет назад.

Можно заглянуть еще дальше в прошлое и приблизительно определить матрилинейного (по женской линии) и патрилинейного (по мужской линии) общего предка. Предка женского пола называют «митохондриальной Евой», и она была определена по данным митохондриальной ДНК. Этот тип ДНК почти исключительно характерен для стороны матери и практически не меняется в ходе появления новых поколений. Считается, что митохондриальная Ева жила около 200 тысяч лет назад. Мужской предок известен как «Y-хромосомный Адам». Его след был определен по Y-хромосоме, которая передается между мужчинами и не подвержена рекомбинации. Считается, что Y-хромосомный Адам жил в период от 237 тысяч до 581 тысячи лет назад.

Пока неясно, какой смысл черпают в этом генеалоги. До сих пор существуют противоречивые теории о распространении человеческого вида на планете: то ли митохондриальная Ева и ее потомки произошли из Африки и вытеснили все другие типы людей («африканская» теория), то ли мы заселяли земной шар параллельно, распространяясь по разным регионам. Это непростой вопрос, поскольку создание карты человечества с опорой на понятие митохондриальной ДНК еще не завершено, а методы датирования окаменелостей, которые используют для установления временных рамок человека, не отличаются системностью. Похоже, точнее всего это сформулировал генетический антрополог Джон Хокс, который сказал, что «нас ждет масштабная реорганизация науки о происхождении человека».

Если наши незаметные различия — это большое откровение, то наше сходство — тем более: вашей ДНК все равно, что написано у вас в паспорте. Ее интересует лишь медленное и упорядоченное биологическое развитие. Мы до сих пор делим территории, устанавливаем границы и горячимся на тему культурных различий — все это с позиции генетики кажется странным, устаревшим и решительно нецивилизованным.

Ясно, что мы еще не до конца разобрались, как нам жить.

Трудно вообразить, как велики расстояния между звездами. Измеряя эти космические дистанции, астрономы используют такие параметры, как расширение Вселенной, цвет звезд (видимый цвет позволяет судить об их температуре поверхности и возрасте) и различные степени яркости. Но чаще всего астрономы используют то, что называется параллаксом.

Параллакс — это просто воспринимаемое различие в положении объекта, когда кажется, что объект изменил свое местоположение только потому, что мы изменили свое. Например, если держать карандаш перед лицом и смотреть на него то левым, то правым глазом, нам покажется, что карандаш смещается.

Особое движение и изменение положения звезд по сравнению с их фоном и отдаленными объектами называется звездным параллаксом. Это один из самых старых способов измерить расстояние в космосе. Астрономы отмечают положение звезды, а через шесть месяцев возвращаются к ней, чтобы измерить ее смещение (этот метод включает в себя множество треугольников).

Термин «параллакс» зашифрован в слове «парсек» — единице измерения, эквивалентной 3,26 светового года (или 31 триллиону километров). Это один из оптимальных способов измерения расстояний в космосе, но из-за величины дистанций даже парсеки приходится использовать кратно, когда речь идет об объектах за пределами Млечного Пути. Для объектов, которые расположены относительно близко к нашей Галактике, можно использовать килопарсеки. Для большинства других галактик применяются мегапарсеки, а для совсем удаленных галактик и большинства квазаров (подробнее в разделе «Самые светлые объекты в наблюдаемой Вселенной») — гигапарсеки (1 миллиард парсеков). Край видимой Вселенной — так называемый «горизонт частиц» — находится на расстоянии более 14 гигапарсеков, или более 45 миллиардов световых лет.

Точность земных телескопов ограниченна: они позволяют наблюдать звезды на расстоянии до 100 парсеков, поскольку атмосфера Земли влияет на четкость изображения. Хорошо, что космические телескопы не имеют таких ограничений и измеряют расстояния до объектов и между ними гораздо точнее, чем мы со своими приземленными наблюдениями.

Точные (или «прямые») расстояния измеряются в астрономических единицах, или AU, которые равны расстоянию между Землей и нашим Солнцем. Этот метод можно применить только к объектам, которые находятся не далее чем 1000 парсеков от нас. Все остальные расстояния рассчитываются при помощи комплекса методов, поскольку все методы связаны между собой и влияют друг на друга, — в совокупности это называется лестницей космического расстояния (или внегалактической шкалой расстояний).

Короче говоря, это заставляет человека чувствовать себя точно, измеримо и неимоверно крошечным.

Несмотря на то что наши представления о нем продолжают меняться и развиваться, время по-прежнему остается одним из самых сложных для определения свойств нашей Вселенной, поскольку оно может быть и относительным, и мнимым, и реальным. На некотором фундаментальном уровне его вообще нет — по крайней мере, в том виде, в котором его представляем мы с вами. В обычной жизни многое из того, что мы называем временем, на самом деле является воспоминаниями или ожиданием будущего.

Представители древних цивилизаций измеряли время при помощи таких явлений, как ежегодный выход Нила из берегов или тени разной длины, отбрасываемые солнечными часами. Современное понимание основано на общей теории относительности Эйнштейна, в которой время является лишь координатой и не всегда течет с одинаковой скоростью. Время — это не просто линия, оно существует в поле пространства-времени в четырех измерениях.

Время не симметрично — скорее, ему присущи асимметрия и одностороннее направление. В 1927 году британский астроном Артур Эддингтон придумал понятие «ось времени». Он осознал, что, если бы время было симметричным, мир стал бы совершенно бессмысленным. Такая бессмысленность не сразу очевидна. Например, если воспроизвести в обратном порядке видеозапись планет, вращающихся вокруг Солнца, нам будет сложно отличить ее от оригинального видео. На записи все будет соответствовать законам физики. Но если воспроизвести задом наперед видео, на котором книга падает на пол, будет казаться, что книга падает вверх, а это абсурд. Мы помним прошлое, но мы не можем помнить будущее.

Термин «ось времени» (в термодинамике ее также называют стрелой времени) имеет прямое отношение ко второму закону термодинамики — одному из четырех законов, открытых в XIX веке, определяющих отношения между теплом, работой, энергией и температурой. Этот закон гласит, что энтропия может только увеличиваться в замкнутой системе, где замкнутая система — это наша Вселенная, а энтропия — мера хаоса. С течением времени энтропия увеличивается, и, хотя мы не можем измерить время с помощью энтропии, мы знаем, что энергия во Вселенной медленно, но верно движется к окончательному хаосу. Вещи не становятся аккуратнее, и мы не можем вернуться ко вчерашнему дню. Так второй закон термодинамики случайным образом определяет направление во времени.

Есть другие оси времени, которые различаются по своей связанности друг с другом: космологическая, которая указывает направление расширения Вселенной; излучающая стрела времени, включающая расширяющиеся наружу волны источника; казуальная стрела, связанная с причиной, предшествующей следствию, и квантовая стрела, которая сообщает о симметрии времени и связана со знаменитым уравнением Шрёдингера (при этом никто не знает, как эта стрела связана с остальными). Есть и психологическая стрела: мы воспринимаем время как движение от известного прошлого к неизвестному будущему.

В культурном отношении организация времени бывает разной, и это прямо влияет на наш опыт. В одних языках прошлое «располагается» позади человека, а будущее — впереди, но в других языках, наоборот, прошлое располагается впереди, а будущее — позади. Возможно, причина в том, что прошлое можно увидеть, а чтобы мы видели объект, он должен быть перед нами. В некоторых языках время воспринимается как пройденное расстояние, в других — как растущий объем (длинный день, полный день). В английском мы размышляем о времени в линейных терминах, слева направо. Носители китайского языка используют слова «над» и «под», когда говорят о времени. В греческом языке время может быть большим и маленьким. Мы так легко ошибаемся и принимаем слово за объект или явление, которые оно обозначает.

Но это не страшно, потому что, когда мы восхищенно разглядываем ночное небо, мы смотрим прямо в прошлое. Свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду, но расстояние так велико, что он прибудет в пункт назначения, только когда мы уже предадимся ностальгии. Верхняя часть вашего тела стареет быстрее, чем ноги, потому что с увеличением гравитации время замедляется. Гора стареет быстрее, чем дно океана. И будь вы внизу или слева, на северо-востоке или позади меня, и как бы вы ни называли день, который наступит после завтрашнего, — я уверена: когда мы договоримся встретиться между порядком и хаосом, вы придете вовремя.

В нашей Солнечной системе полно взаимного притяжения. Называйте это как хотите: удачным моментом, гравитацией, любовной историей, которая никогда не случится (в основном это гравитация).

Что касается Луны, ее интересует только Земля. Земля притягивает Луну, когда она вращается вокруг нас, воздействуя на нее центростремительной гравитационной силой, которая идеально уравновешивается тем, что Луна притягивает нас при помощи центробежной силы, действующей в противоположном направлении. Луна, затерянная в собственном мире, движется со скоростью 3683 километра в час. Объекты в космосе, если им не мешать, предпочитают продолжать движение в том же направлении, спасибо за беспокойство (это явление называется инерцией).

Именно эта игра на законах физики (скорость Луны, равное притяжение в двух направлениях) гарантирует, что Луна никогда не покинет нас (хотя она постепенно отдаляется от нас со скоростью 3,8 сантиметра в год). Эти магические на вид силы действуют, потому что все, что имеет массу (планеты, звезды), создает кривую в пространстве-времени вокруг себя. Поскольку Земля больше, кривизна в пространстве-времени, которую она создает, достаточно велика, чтобы воздействовать на Луну и «приказывать» ей двигаться по орбите вокруг нас. Я полагаю, что Луна не против, потому что она не может глаз от нас отвести.

Все живые организмы можно объединить в группы на основе простых общих характеристик. Дальше эти группы можно делить на более конкретные подгруппы. Этот процесс называется таксономией (от греческих корней taxis — «класс» и nomia — «метод»). В основе современной классификации всех живых существ лежит Systema Naturae, составленная шведским ботаником Карлом Линнеем в 1735 году. Мы по-прежнему называем ее классификацией Линнея, хотя со временем система сильно изменилась: от первоначальной идеи ученого о «минеральной» группе быстро отказались.

Сегодня мы классифицируем каждый организм на разных уровнях: домен, царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид (вид — наименьшая и наиболее точная категория). Мы, например, принадлежим к классу млекопитающих, отряду приматов и семейству гоминидов. Эта классификация ведет к отдельным научным названиям из двух частей, которые даны каждому живому существу, — к «биномиальной номенклатуре», в которой указываются род и видовые группы. Эти названия всегда указывают курсивом, причем первое слово пишется с заглавной буквы, а второе — со строчной. В нашем случае это Homo sapiens.

Метод классификации Линнея основан на сходстве между вещами, а не на филогении или эволюционных отношениях, хотя есть и другие системы, например кладистика, основанные на генетике и чертах, которые можно проследить до ближайшего общего предка (см. «Митохондриальная Ева»). Такие системы включают в себя более традиционную таксономию, но их главная цель — реконструировать эволюционную историю. Любопытно, что классификация как новых, так и старых видов часто приводит к спорам между учеными, в ходе которых они жонглируют названиями на латыни, потому что многие виды прячутся между строк, не подпадая под четкие критерии определений настолько, чтобы их можно было однозначно отнести к той или иной группе.

Оставим споры в стороне. Ясно, что у нас есть врожденное и почти безумное стремление давать объектам названия. Нам нужно найти для них слова, чтобы до конца понять их. Чтобы обрести частичный или полный контроль, нам нужно «затем», прежде чем мы сможем иметь «сейчас». Но еще наименование объектов способствует общению, превращает знакомое в видавшее виды, а также помогает нам сохранять какое-то подобие здравомыслия. Мы по своей природе социальны, нас привлекает порядок и то, что экономит нам время.

Краткая терминология, с помощью которой мы описываем известный нам мир, освобождает больше места для мечтаний.

После того как стало очевидно, что простое разделение всего живого на царства животных и растений не отражает бесконечное разнообразие жизни, биологи взялись за дело и выделили еще несколько подгрупп, которые включают в себя все живые организмы.

Самая высокая категория в классификации — домен, который делит живые существа на бактерии, археи или эукариоты, но до 1990-х годов именно категория царств была наиболее распространенным способом классификации организмов. Однако и до и после этой даты наблюдалось немало путаницы и разногласий в отношении сходства, происхождения видов и прочего, так что мы до сих пор не разобрались до конца (см. обзор классификации).

В 1998 году, после долгих метаний, английский биолог Томас Кавалье-Смит опубликовал новую версию модели шести царств, в которую до 2015 года последовательно вносились изменения. Однако, по-видимому, сейчас мы остановились на следующих семи царствах: бактерии, археи, простейшие, хромисты, растения, грибы и животные.

Люди, конечно, относятся к последнему царству — царству животных. Слово «животное» (animal) происходит от латинского animalis, что означает «существо, способное дышать, иметь душу, живое». В биологическом контексте к животным относятся все существа: саранча, сороки, ящерицы, люди. Но когда мы используем этот термин в повседневной жизни, то часто вырезаем себя из этой картины и называем животными всех, кроме нас: например, других млекопитающих или только тех, у кого есть позвоночник (хотя на долю позвоночных приходится лишь 5% видов животных).

Нам нравится указывать на различия. Мы отличаемся от одноклеточных бактерий, потому что у нас клеток много. У наших клеток нет жестких стенок, поэтому мы непохожи на растения, водоросли и грибы, у которых они есть. Мы не можем производить собственную пищу, так что нам приходится ее потреблять, прямо или косвенно питаться другими живыми существами. Мы способны передвигаться без посторонней помощи, практически в любом направлении, нам не нужно опасаться хищников. Можно подумать, что такие различия, безусловно, делают нас чрезвычайно особенными и жутко важными. Но это не так.

Теория движения Луны веками сводила с ума астрономов. Исаак Ньютон сказал, что это единственная проблема, которая приносила ему сильные головные боли. У орбиты Луны есть много нерегулярных элементов. Ее эксцентричные движения, известные как «возмущения», добавляют людям немало забот — при этом мы до сих пор не знаем точно, откуда она взялась. История исследований Луны насчитывает две тысячи лет, и сегодня мы можем сделать карту движения Луны с высоким уровнем точности.

Наша луна — пятая по величине в Солнечной системе, но существует много других лун: у Марса есть две луны, у Юпитера — по меньшей мере семьдесят девять. Но наша такая дружелюбная, такая близкая и начинается с заглавной буквы: это Луна (хотя бы потому, что раньше никто не знал о других лунах, пока Галилей в 1610 году не обнаружил четыре луны вокруг Юпитера).

У Луны огромное влияние. Из-за нее у Земли невероятно устойчивый климат (по крайней мере, на фоне большей части космоса). Она стабилизирует вращение нашей планеты, не говоря уже о том, что без нее эволюция могла бы сложиться совсем по-другому. Например, если бы Земля жила сама по себе без лунных приливов, не существовало бы столь драматичных колебаний вдоль береговых линий — изменений, которые, вероятно, подтолкнули к эволюции самые первые биомолекулы.

И даже если Луна постепенно удаляется, совокупный эффект лунных приливов на протяжении миллионов лет означает, что в настоящее время у нас есть синхронное вращение — движение, похожее на танец двух партнеров. Луна вращается с той же скоростью, с которой она движется вокруг Земли (она фактически захвачена нашей планетой), поэтому мы постоянно видим одну и ту же ее сторону.

Нас успокаивает, что она всегда на месте, как и звезды. Звезды не видны в течение дня, потому что небо слишком яркое, а вот Луна иногда может казаться днем даже ярче, чем ночью. Как радостно, что у нас есть кто-то, с кем можно вместе разбираться в этих вселенских задачках или потанцевать, кто понемногу удлиняет наши дни и замедляет нас.

Глядя на кораллы, это трудно представить, но на самом деле они не растения, а животные. При этом они почти полностью зависят от фотосинтеза (см. «Вкус Солнца»): в их клеточных оболочках живут микроскопические водоросли, которые таким образом обеспечивают кораллам 90% энергии. Именно по этой причине рифы лучше всего развиваются на мелководье, где вода теплее, ярче и получает больше солнца.

Коралловые рифы занимают менее 1% океанского дна, но являются одной из самых разнообразных экосистем в мире и оказывают огромное влияние как на окружающую воду, так и на окружающую сушу. Помимо прочего, они защищают береговые линии от тропических штормов и связанной с ними эрозии, создают благоприятную среду для существования тысяч других видов. Они используются и в медицинских исследованиях, при разработке методов лечения таких заболеваний, как рак или болезнь Альцгеймера.

Рифам приходится поддерживать неустойчивое равновесие, тогда как наша вездесущая деятельность на планете приводит к большим потерям. Кораллы растут невероятно медленно — от 2 миллиметров до 10 сантиметров в год, и они восстанавливаются слишком медленно, чтобы выживать на фоне повышения температуры и кислотности океана, разрушительных методов рыбной ловли, загрязнения окружающей среды и недобросовестного туризма. Мы потеряли примерно половину наших коралловых рифов за последние тридцать лет. Когда условия в воде становятся невыносимыми для кораллов, они реагируют на перегрев, вытесняя из своих клеток живительные водоросли, а затем приобретают грустный белый оттенок. Обесцвечивание кораллов необязательно приводит к их гибели, но на их восстановление уйдут долгие годы. И даже если они поправятся, их репродуктивная функция, вероятно, окажется безвозвратно нарушена.

Но мы можем сделать многое, чтобы замедлить темпы уничтожения и принять меры для восстановления коралловых рифов. В 2017 году ученые занимались сводничеством в районе Большого Барьерного рифа: они собирали личинки кораллов и выращивали миллионы кораллов в резервуарах, а затем возвращали их на дно океана в защитных подводных сетях, где многие из них продолжили успешно развиваться. Похожий проект был реализован на Филиппинах, где методы рыбного промысла с использованием взрывчатых веществ повредили огромные районы кораллового рифа. Эти меры чрезвычайно важны, поскольку мы просто не можем позволить себе полностью потерять такую экосистему.

Это именно та проблема, о которой стоит беспокоиться и ради которой стоит действовать. Конечно, вместе с остальными проблемами, которые тоже требуют вашего внимания.

Много путаницы возникает, когда речь заходит о терминах, которые ученые используют для объяснения и организации явлений. Они часто употребляют слова, которыми мы пользуемся в обычной жизни, но вкладывают в них совсем другое значение. Например, для большинства людей, далеких от науки, слово «теория» означает предположение, догадку, какое-то смутное ощущение. В мире науки «теория» — это утвержденное объяснение, научная теория, которую вряд ли можно сильно изменить за счет новых доказательств и которая не раз подтверждалась в ходе наблюдений или экспериментов.

Удачные примеры научных теорий — теория Большого взрыва, теория эволюции Дарвина, теория относительности Эйнштейна, теория всего. Как правило, эти теории невозможно изложить в одном предложении или в виде короткого аккуратного уравнения, но они действительно представляют (нередко с удивительной ясностью) фундаментальные идеи о том, как работает природа.

Другое распространенное заблуждение состоит в том, что после достаточного количества исследований, собранных доказательств и проверки временем теории превращаются в законы. Это совсем не так, причем научные законы и научные теории вообще не заменяют друг друга. Закон в науке — это описание наблюдаемого явления, однако он не объясняет, почему оно существует. Именно научная теория делает попытку дать наиболее логичное объяснение явлению. Проще говоря, законы предсказывают, что происходит во Вселенной, а теории предполагают почему.

Стоит заметить, что гипотезы — это не грубые догадки и не «выстрелы наугад». Когда ученые формулируют гипотезы, они опираются на существующие научные знания, предыдущий опыт, наблюдения и логику. Гипотезы — это предполагаемые объяснения для довольно узкого перечня событий, в то время как теории шире по характеру и состоят из одной или нескольких гипотез, каждая из которых прошла строгую и неоднократную проверку.

Хотя полностью опровергнуть научную теорию весьма сложно, опровержение даже небольших фрагментов может обладать чрезвычайной ценностью, поскольку это часто приводит к новейшим открытиям, которые ранее были немыслимы. Поскольку каждая новая трансформация теории ведет к увеличению знаний и аналитического потенциала по сравнению с предыдущей, наше понимание явлений со временем становится более точным и детальным.

Именно это и есть наука — флуктуации, процесс реконфигурации наблюдаемых истин, то, что бросает вызов нашим самым глубоким предположениям и вызывает восхитительный хаос при помощи здравого смысла.

В прошлом много шума наделало высказывание о том, что бактерии превосходят по численности остальные клетки тела человека примерно в десять раз. На самом деле это соотношение, вероятно, гораздо менее драматично и составляет один к одному, то есть на одну часть вас приходится одна часть бактерий. Однако многие факторы могут влиять на это соотношение, например вес тела и чувствительность иммунной системы. По некоторым расчетам, число клеток в вашем теле составляет от 15 до 724 триллионов, а количество одноклеточных бактерий — от 30 до 400 триллионов. Возможно, более примечателен тот факт, что ученые до сих пор не уверены в точности этих цифр. Ваше тело — это страна чудес для микробов.

Бактерии — одна из самых ранних форм жизни. Мысль, что мы покрыты ими с головы до пят, одновременно забавная и пугающая (особенно тревожно становится, когда вы видите их изображения под микроскопом), но подавляющее большинство бактерий приносят человеку огромную пользу: они предотвращают распространение вредных бактерий, контролируют состояние среды на коже и играют решающую роль в развитии и поддержании иммунной системы. Это звучит прекрасно, и так оно и есть.

Возможно, величайшим достижением бактерий является кишечник. В нашем теле этот орган содержит наибольшее количество видов бактерий — невероятно сложное сообщество микроорганизмов, известное как желудочно-кишечная микробиота, или кишечная флора. Отношения между человеком и его кишечной флорой не только взаимовыгодны, но и очень интересны: лишь в последние годы ученые начали понимать, что между кишечником и мозгом существуют сложные и важные взаимоотношения.

Эти два органа связаны обширной сетью нейронов (нервных клеток), химических веществ и гормонов и в совокупности называются «энтеральной нервной системой». Она поддерживает связь с центральной нервной системой, связывающей головной и спинной мозг, но может действовать и независимо от нее. Похоже, бактерии у вас в кишечнике способны не только разобраться с вашим завтраком, но и повлиять на ваше восприятие мира и поведение. Большинство нейронов, участвующих в связи кишечника и мозга, отправляют информацию в мозг, а не получают ее. Странно и удивительно думать, что ваш кишечник, возможно, оказывает больше влияния на ваше настроение, чем что-либо еще, — и в короткой, и в долгой перспективе.

Похоже, наш язык начал подозревать это раньше, чем наука: мы говорим «нутром чую» или называем что-то «тошнотворным». Интересно посмотреть, что бы произошло, если бы мы какое-то время прислушивались к нашим бактериям, а не к мозгу.

Научный язык не предназначен для человеческого слуха, он не слишком-то мелодичен. Ему не хватает эмоций и свободы выражения, он избегает местоимений первого лица единственного числа и строго придерживается формальных, хорошо проверенных правил — и боже упаси использовать восклицательный знак. Язык науки точен и не обладает двусмысленностью.

Тем не менее научный язык упорно остается недоступным для большинства далеких от науки людей — не только по указанным выше причинам, но и потому, что он помещает знакомые слова в совершенно иной контекст. Кроме того, он использует новый вокабуляр, с которым человеку в обычной жизни не приходится сталкиваться.

Во многих отношениях язык — одна из самых больших нерешенных проблем науки, поскольку в наши дни обсуждение и публикация исследований почти полностью происходят на английском языке. Носители языка, как правило, ошибочно полагают, что вся важная информация в любом случае будет на английском языке, а люди, не владеющие английским с рождения, не решаются публиковать результаты на родном языке: вдруг их работу обойдут вниманием или случайно продублируют. Из-за этого мы пропускаем новые важные исследования, опубликованные на других языках, особенно в таких областях, как биоразнообразие и экология, где большая часть работы проводится в дальних странах.

У этой проблемы давняя история. С XV по XVII век ученые обычно использовали родной язык для обсуждения идей, а затем публиковали свои работы на латыни, что разумно казалось нейтральной основой. Но постепенно латынь утратила свою роль в науке: первые выводы Галилея относительно Юпитера и его лун были опубликованы на латыни, но более поздние работы — уже на итальянском языке. Поздние исследования Ньютона сначала выходили на английском языке, а более ранние его идеи излагались на латыни. К началу XIX века лишь три языка составляли основу коммуникации и письменных исследований: немецкий, английский и французский. Теперь, спустя много веков борьбы за внимание, английский определенно стал языком науки.

Этот подход «универсального языка» прежде всего означает, что другие языки рискуют утратить присущие им уникальные способы передачи идей, поскольку они стараются идти в ногу с постоянно развивающейся и меняющейся научной лексикой. Когда мысли, открытия и эволюцию загоняют в такие тесные рамки, особенных результатов ждать не приходится и каждый начинает звучать так же, как и все остальные.

Все объекты, включая вас и меня, излучают радиацию, и, хотя многих людей эти слова испугают, вопрос состоит только в том, сколько и какого типа. Излучение — это на самом деле всего лишь энергия в форме волн или частиц, проходящих через пространство или материалы.

Какая-то доля путаницы и беспокойства, вероятно, связана с тем фактом, что слово «излучение» используется как для электромагнитного, так и для ядерного излучения, каждое из которых может быть естественным или искусственным. Большинство видов электромагнитной энергии в основном безвредно.

Вы сталкиваетесь с 15 тысячами частиц излучения в секунду, что составляет 500 миллиардов в год, но почти все эти частицы происходят из природных источников. Вполне вероятно, что вы постоянно потребляете небольшое количество радиации. Например, калий-40 — природный изотоп калия — является крупнейшим источником радиоактивности у животных, включая человека. Бананы и бразильские орехи — два распространенных объекта, содержащих сравнительно высокий уровень калия-40. Но нужно съесть шестьсот бананов, чтобы получить количество радиации, равное воздействию одного рентгеновского снимка (при этом средний американец ежегодно получает эквивалент тридцати шести рентгеновских снимков из одних только природных источников).

Не стоит также беспокоиться о радиоволнах, которые окружают нас повсюду: одна свеча испускает больше излучения, чем ваш мобильный телефон, поэтому можете и дальше спокойно вести длительные междугородние телефонные переговоры.

По большей части излучение, испускаемое людьми, является инфракрасным. Этот тип теплового излучения, часть электромагнитного спектра, не приносит никакого вреда — по сути, это просто тепло. Логично предположить, что более теплые объекты испускают больше инфракрасного излучения, чем более холодные, в зависимости от температуры поверхности, площади и характеристик объекта. Чтобы успокоиться, можно вспомнить, что все сущее на Земле постоянно плещется в своего рода радиоактивной ванне — и это просто-напросто недоступно нашему восприятию.

Умеренно активный человек за 80 лет жизни суммарно пройдет вдоль окружности Земли пять раз. Длина экватора нашей планеты составляет около 40 тысяч километров, поэтому дистанция, которую за свою жизнь преодолеет этот человек, превысит 200 тысяч километров. Такие факты то увеличивают, то сокращают расстояния на планете, на освоение которой у людей ушло более 85 тысяч лет.

Мы тысячи лет знали, что Земля круглая, причем греки поняли это задолго до первого кругосветного путешествия, но именно Исаак Ньютон первым предположил, что наша планета не идеально круглая. Ее форма — сплюснутый сфероид, то есть сфера с небольшим сжатием либо сплющиванием на полюсах. В случае Земли причиной стала скорость вращения, которая составляет примерно 1674 километра в час — от этого у любого закружится голова.

По правде говоря, Земля и не идеальный сплющенный сфероид, потому что ее масса распределена неравномерно: в более концентрированных областях массы, таких как самые тяжелые горные цепи, гравитационное притяжение сильнее. Эти аномалии незначительно изменяются в течение долгих периодов времени из-за появления и исчезновения гор и долин, жесткого падения случайных метеоритов на поверхность, притяжения Луны и Солнца, колебания массы океанов и атмосферы. Вся поверхность Земли фактически пытается сгладить это нерегулярное распределение, стабилизировать процесс — это называется «блужданием истинных полюсов».

Сегодня, чтобы тщательно отслеживать форму Земли, ученые пользуются тысячами приемников GPS на ее поверхности, которые позволяют обнаружить незначительные изменения высоты и положения. Они также запускают на спутниках лазеры видимого диапазона и изучают внегалактические радиоволны с помощью радиотелескопов. Это звучит очень увлекательно, и, похоже, это меньшее, что мы могли бы сделать, — приглядывать за объектами.

Люди — это просто ходячие формы энергии, пиры атомов и их электронных облаков (см. «Танец в пустоте»). Именно из-за танцующих электронов объекты кажутся твердыми и осязаемыми. Электронные облака в вас и во всем остальном взаимодействуют — а именно отказываются иметь дело друг с другом.

Все электроны не могут находиться в одном и том же энергетическом состоянии: сложное сочетание квантовой механики и электромагнитной силы держит электроны вместе, но на расстоянии друг от друга. Это означает, что на атомном уровне вы никогда ничего не касаетесь. Неразличимые действия в невероятно мелком масштабе оставляют крошечный, соразмерный атомам промежуток между объектами: вашими руками и книгой, каждой из страниц книги, вашими ногами и полом. Вы просто держитесь за вводящую в заблуждение коллекцию материи. То же самое происходит, когда вы что-то режете: нож или ножницы фактически не соприкасаются с материалом, а просто отталкивают атомы с пути.

Электромагнитная сила, удерживающая электроны вместе, примерно в 10³⁶ раз сильнее, чем гравитационное поле Земли (то есть в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 раз больше). Внутри атома электроны держатся сами по себе и полны решимости никогда не соприкасаться друг с другом, хоть им на самом деле не все равно: даже не глядя, они знают, где находятся все остальные электроны, но напускают на себя безразличный вид и остаются в стороне.

Все, что мы чувствуем, держась за руки, — наши электронные облака и электромагнитное поле. Осязание — это лишь антипатия объектов, намного меньших и гораздо более важных, чем мы с вами.

Количество осадков в различных местах на планете сильно варьируется, так что мы всегда можем поговорить о погоде. Наибольшее среднее количество осадков выпадает в индийской деревне Маусинрам в холмах Кхаси. Самое сухое (и темное) место на Земле — это хребет в Антарктике: воздух там в сто раз суше, чем в Сахаре.

Когда Солнце нагревает воду на поверхности Земли, она испаряется, поднимается в воздух и превращается в капли водяного пара. Достигая определенной высоты, пар охлаждается и конденсируется вокруг частиц в воздухе, превращаясь в облака (подробнее об этом в разделе «Облака разобьют ваше сердце»). Теплый воздух может содержать больше водяного пара, чем более холодный, но когда воздух любой температуры не может удерживать больше влаги, то он насыщается и теоретически обладает относительной влажностью 100%. Термин «влажность» относится к количеству водяного пара, присутствующего в воздухе.

Дождь может добраться до вас двумя способами: в процессе столкновения и слияния и в процессе Бержерона. В первом случае дождь образуется в облаках, которые находятся значительно ниже холодных верхних слоев атмосферы. Более крупные капли этих теплых облаков сталкиваются со своими маленькими соседями и сливаются с ними. Спустя примерно миллион капель это объединение становится достаточно тяжелым, чтобы выпасть на землю в виде дождя, не испарившись на пути вниз.

В верхних, гораздо более холодных слоях атмосферы дождь образуется иначе. Процесс Бержерона лежит в основе большинства осадков, с которыми мы сталкиваемся. В воздухе чистая вода не замерзает до тех пор, пока температура не достигнет –40°C, и поэтому «переохлажденные» капли воды окружают кристаллы льда, которые увеличиваются в размерах до тех пор, пока не образуется снежный кристалл. Набрав достаточно тяжести, такая капля падает, увеличиваясь в размерах по дороге. Если температура на всем пути ниже нуля, то капля выпадет в виде снега, но на пути вниз нередко встречается теплый воздух, и тогда капля тает и выпадет в виде дождя.

Вот самые известные и удивительные источники дождя: высокослоистые облака (легкие осадки), слоистые облака (морось), слоисто-дождевые (главный источник дождя) и кучево-дождевые облака (виновники сильных ливней и гроз).

Независимо от того, помните ли вы их имена и является ли облако еле видимым перышком или страшным серым гигантом, дождь, который они направляют в нашу сторону, приносит с собой некоторые очень специфические ароматы.

За минуты до бури некоторые люди способны почуять озон — форму кислорода, названную от греческого слова ozein («ощущать запах»). Он образуется, когда молния разрывает молекулы кислорода. Большинство из нас замечают этот чистый, чуть похожий на хлор запах только после дождя, особенно после сильной грозы. И хотя мы легко отличаем озон, человеческий нос гораздо более чувствителен к запаху геосмина — побочного продукта метаболизма бактерий в почве. Этот землистый, влажный запах заставляет человека ощутить себя таким чистым, как будто его протащили сквозь облако. Именно геосмин и масла, выделяемые некоторыми растениями после дождя, создают запах, который люди чаще всего ассоциируют с влажной погодой. В 1964 году два австралийских исследователя — Изабель Джой Беар и Ричард Томас — придумали термин «петрикор», пытаясь определить источник запаха дождя. «Петрикор» составлен из греческих слов petra («камень») и ichor (кровь богов в греческой мифологии). Это приятный запах, который возникает после дождя в период засухи или просто когда дождь падает на сухую почву.

Периодическая система, пожалуй, самый важный справочник в химии. Это тщательно организованная таблица всех элементов, найденных во Вселенной. Известных элементов в настоящее время 118, из них около 90 встречаются в природе, а остальные созданы искусственно или получены синтетическим методом (человеком созданы элементы с атомным номером выше 92). Все они размещены в таблице в порядке возрастания атомных номеров, которые обозначают число протонов в ядре. Водород — первый элемент, поскольку в его ядре содержится один протон, а элемент с наибольшим числом протонов в настоящее время — оганесон.

Составленная из строк-периодов и столбцов-групп, периодическая таблица включает в себя семь периодов и восемнадцать групп, причем элементы в одной группе имеют схожие свойства или характеристики. Этот повторяющийся паттерн в отношении их свойств называется «периодическим законом», а свойства пока не открытых элементов можно предсказать с помощью таблицы. Названия последних четырех элементов в таблице были утверждены в конце 2016 года. По традиции, открытый элемент называют в честь мифологического персонажа, минерала, места, свойства элемента, иногда ученого. Оганесон — один из этих четырех элементов, и его назвали в честь профессора Юрия Оганесяна, одного из ведущих исследователей сверхтяжелых элементов. Остальные три элемента — нихоний (от слова nihon — одного из названий Японии на японском языке), а также московий и теннессин (в честь сотрудничества с учеными в Москве и Теннесси).

Считается, что периодическую таблицу в 1869 году создал русский химик Дмитрий Менделеев. Ранее существовали и другие версии, но его вариант стал первым, одобренным учеными, и до сих пор таблицу иногда называют таблицей Менделеева. В его оригинальной таблице было только шестьдесят три элемента, но он корректно предсказал существование и свойства многих других. Таблица удивительным образом упорядочена: она помогает химикам понять и спрогнозировать, как тот или иной элемент будет взаимодействовать с другими элементами, в какие типы химических реакций он сможет вступать.

Это наше элементарное существование в целом, методично и тщательно изложенное в виде букв и крошечных чисел — чисел невидимых объектов.

Термин Eigengrau происходит от немецких слов eigen («собственный») и grau («серый»). Примерно в 1860 году его ввел немецкий психолог Густав Фехнер для описания неорганизованных движений серого, которые наши глаза видят в полной темноте, — того не совсем черного фона, который наблюдается в отсутствие света. Цвет Eigengrau кажется немного светлее черного, потому что для наших глаз очень важен контраст: ночное небо выглядит черным только тогда, когда звезды создают контраст.

Хотя этот термин считается устаревшим и редко встречается в научных работах, это прекрасный пример фосфена — движущихся форм и странных визуальных ощущений, которые наши глаза видят в темноте или когда мы их закрываем. Считается, что эти формы возникают из-за электрических зарядов, создаваемых сетчаткой глаза, когда она находится в «состоянии покоя», то есть не поглощает или не обрабатывает много света или информации, что происходит, когда наши глаза открыты и включен свет. Фосфены входят в группу «энтоптических явлений» — визуальных эффектов, создаваемых самим глазом.

Однако большинство оптических явлений, которые мы наблюдаем, — это результат взаимодействия света и вещества. Например, это беседа Солнца или Луны и атмосферы — пыли, воды, облаков, частиц чего-либо. Эти оптические явления составляют непостижимый список красот, в который входят такие явления, как иризация облаков (когда цвета облаков напоминают переливы нефти в воде), паргелий («ложные солнца» — яркие светлые пятна, которые могут появляться по обе стороны от солнца), «свечение Альп» (красноватое горизонтальное свечение, видимое на горизонте напротив низкого солнца, особенно в горах), а также противосияние (солнечный свет, рассеянный межпланетной пылью).

Хотя многие из этих явлений можно увидеть невооруженным глазом, некоторые требуют точного научного измерения и наблюдения. Один из известных примеров — преломление света звезды рядом с Солнцем во время солнечного затмения, что демонстрирует искривление самого пространства.

Иметь сердце — это не всегда романтично, как могут предположить некоторые. Кстати, у многих животных вовсе нет ни его, ни системы кровообращения. А есть и такие, для которых одного сердца мало. У головоногих моллюсков, таких как осьминоги, кальмары и каракатицы, имеется по три сердца: главное системное сердце и два жаберных сердца, которые доставляют кровь к жабрам с обеих сторон тела. А в состав их крови входит медь, то есть они буквально голубых кровей. Ходят слухи, что у дождевых червей пять сердец, но это вопрос терминологии: у них либо пять сердец, либо ни одного — так как это пять псевдосердец, окружающих пищевод.

На этом странности сердца не заканчиваются. Рыба зебровидная перцина способна заново вырастить свое сердце: даже если повреждено целых 20%, ее сердце полностью восстановится за пару месяцев. Ей невдомек, что такое разбитое сердце. На севере древесная лягушка Rana sylvatica выживает при экстремально низкой температуре, потому что ее метаболизм замедляется до точки, где большая часть воды в организме тоже замерзает. Ее сердце перестает биться — и находится в таком состоянии дни и недели подряд. Многие животные во время зимней спячки довольно сильно замедляют собственное сердцебиение, но у этой лягушки сердце останавливается и перезапускается без ущерба.

У некоторых людей тоже больше одного сердца: при заболевании сердца (кардиомиопатии) врачи могут прикрепить новое, здоровое сердце к больному органу, образуя «совмещенное сердце»: новый орган возьмет на себя большую часть рабочей нагрузки.

В IV веке греческий философ Аристотель решил, что мы обладаем пятью чувствами. Эта мысль оказалась настолько устойчивой, что многие до сих пор считают наши пять чувств единственными. Похоже, в последующие столетия философы упускали из виду фундаментальные аспекты человеческого опыта, поскольку сегодня ученые и неврологи полагают, что у нас намного больше пяти чувств (хотя их классификация является предметом вежливых дебатов и пока нет общего мнения, какие чувства стоит отметить отдельно от традиционной пятерки, а какие — нет). По разным подсчетам, у нас от двадцати двух до тридцати трех чувств, и они гармонично работают вместе — неудивительно, что мы смешали их.

Помимо традиционных пяти чувств (зрение, слух, обоняние, вкус и осязание) еще несколько обретают всё большую известность. Например, крайне важным является чувство равновесия, а также связанная с ним проприоцепция, позволяющая даже с закрытыми глазами знать, где находятся все ваши конечности. Без проприоцепции нам всегда приходилось бы смотреть на свои ступни, чтобы понимать, где они находятся, когда поднимаются и снова опускаются. Существует и термоцепция, которая позволяет нам поддерживать постоянную температуру тела. Терморецепторы на поверхности кожи и в мозге обеспечивают нас информацией о том, когда среда становится слишком горячей или слишком холодной.

Восприятие времени — хроноцепция — также, возможно, является чувством, хотя никто точно не знает, как она работает, и она встречается не у всех жизненных форм. Поскольку хроноцепция различается у разных людей и на нее влияют внешние факторы, можно предположить, что у нас нет встроенных внутренних часов — скорее, мы ощущаем время и его прохождение.

Научные термины для традиционных пяти чувств делают даже повседневные движения вполне обоснованными и продуманными: офтальмоцепция (зрение), аудиоцепция (слух), густацепция (вкус), ольфакоцепция (обоняние) и тактицепция (осязание). Интересно отметить, что на наши ощущения от пищи влияет не только вкус, но и запах. Когда наши 10 тысяч (или сколько их там) вкусовых рецепторов вступают в контакт с пищей, они выбирают между пятью основными вкусами: сладость, горечь, кислота, соленость и умами («мясной» вкус). Одновременно в носу работают 400 типов обонятельных рецепторов, способных различать более одного триллиона ароматов. Еще более удивительны кончики пальцев, каждый из которых имеет две тысячи осязательных рецепторов: они могут обнаружить объект высотой до трех микрон (ширина человеческого волоса составляет от пятидесяти до ста микрон).

Непростая задача — разобраться, где в пространстве и времени находятся наши тела и умы. Так что наша способность различать медленный аромат некоторых вещей и слабый вкус других — большая ценность.

На нашей планете более трех триллионов деревьев — примерно по четыреста на человека. Вероятно, на Земле больше деревьев, чем звезд в Млечном Пути. Большая часть суши находится в Северном полушарии, и деревья разумно следуют этому примеру: большинство лесов умеренного климатического пояса произрастают в Канаде, Сибири и Скандинавии.

Поскольку жизнь деревьев зависит от сезона, в течение года поток углекислого газа и кислорода меняется довольно значительно, а общий эффект, который деревья оказывают на наш воздух, приводит в изумление. Когда они впитывают воздух, то поглощают углекислый газ и, благодаря солнечному свету, накапливают его, а кислород выпускают обратно в атмосферу.

У одного зрелого дуба может быть до полумиллиона листьев, каждый из которых покрыт крошечными структурами — «устьицами», которые очень похожи на легкие. Именно через устьица проходит углекислый газ, а кислород выходит наружу. На одном квадратном миллиметре листа находится от ста до тысячи устьиц, и все они одинаково заняты своим вкладом в обширную систему дыхания Земли.

Зимой, оставшись без листьев и, следовательно, практически без дыхательных аппаратов, деревья ведут себя относительно тихо, а в воздухе слоняется углекислый газ: некуда пойти, нечего делать, никто не зовет его в гости. Но в июне бесчисленные миллионы свежевыращенных зеленых листьев возвращаются к своему занятию и в прямом смысле очищают воздух от углекислого газа, что особенно заметно при наблюдении за более северными лесами. Эта уборка длится до ноября. Затем ситуация меняется, и цикл продолжается (и так снова и снова).

Хотя деревья не единственные контролеры углекислого газа (океаны и животные тоже вносят свой вклад), они оказывают заметное влияние на здоровье планеты. Но им сложно угнаться за количеством углекислого газа, которое мы выбрасываем в окружающую среду: тысячи лет назад деревьев было в два раза больше, и, следовательно, сегодня сажать деревья важнее, чем когда-либо.

В природе два предмета, которые движутся или колеблются с одинаковой скоростью, постепенно начинают двигаться с одинаковой скоростью или интервалом (если они достаточно близки друг к другу). Чтобы двигаться вместе, требуется меньше энергии, чем для движения по отдельности или в противофазе, — эту прекрасную встроенную лень физики называют «захватом ритма». Синхронизация очень широко распространена во Вселенной — от крошечного субатомного уровня до самых пустых уголков пространства-времени. По всей видимости, эта предельная тенденция к спонтанному и причудливому порядку противодействует силе энтропии (см. «Хоть кто-то знает, который час?»). Примеры ее можно увидеть везде: птицы в больших стаях; рыбы, плавающие группами, чтобы уклониться от хищников; приливные ритмы, марши электронов, даже вы сами.

Естественный кардиостимулятор у вас в сердце, называемый синоатриальным узлом, состоит из 10 тысяч отдельных клеток, каждая из которых имеет собственные электрические ритмы, которые управляют сердцебиением, но они должны работать в унисон, чтобы вы могли действовать. В каждом из ваших органов клетки тоже синхронизированы. Кроме того, все ваши органы действуют согласованно, хотя их функции сильно различаются. Что еще? Существует также синхронизация между вашим телом и окружающим миром в форме биологических циркадных часов.

Не только ваши часы соблюдают синхронность: в 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс заметил, что находящиеся в непосредственной близости маятники двух часов колеблются согласованно, даже если они начинали с весьма разных интервалов. Между тем в Юго-Восточной Азии самцы светлячков на берегах рек тысячами вспыхивают в унисон, создавая удивительное световое зрелище, которое первые путешественники с Запада долгое время считали иллюзией.

Появляется все больше исследований «межличностной синхронизации», описывающих механизмы, с помощью которых люди могут синхронизироваться с другими людьми, и их назначение. С 1800-х годов нам известно, что существует тесная связь между дыханием и частотой сердечных сокращений: речь идет о захвате ритма, или «дыхательной синусовой аритмии». Теперь все больше ученых пытаются зафиксировать это в исследованиях. В одном исследовании датских ученых было доказано, что, если поместить двух незнакомцев в комнату для выполнения задачи, которая требует доверия, их сердца начнут биться синхронно. В шведских исследованиях отмечалось, как пульс певцов в хоре одинаково ускоряется и замедляется во время выступления. А одно из американских исследований показало, что сердцебиение пар синхронизируется, даже когда они сидят в нескольких футах друг от друга, не разговаривают и не касаются друг друга.

Во многих отношениях синхронность как область науки все еще находится на этапе зарождения, но математики и физики пытаются понять и точно определить, как этот спонтанный и, казалось бы, легкий процесс возникает из хаоса во всем своем великолепии.

Долгое время считалось, что наше Солнце может не соответствовать правилам, которым подчиняются другие звезды солнечного типа, но оказалось, что мы похожи на остальных.

Все звезды, независимо от дистанции между ними и разницы в размерах, имеют собственное магнитное поле. Как мы теперь знаем, в жизни нашего Солнца наблюдаются циклы длиной одиннадцать лет: за это время меняются солнечные пятна, уровни излучения и количество вещества, которое звезда разбрызгивает в пространстве. В жизни Солнца чередуются магнитный хаос и продолжительные периоды магнитного покоя.

И хотя мы любим его и терпеливо ждем восемь минут, пока его свет не достигнет планеты, наше Солнце — лишь одно из множества миллиардов. Типичный желтый карлик, которого греки назвали helios, а римляне — sol, вот мы и оказались в Солнечной системе. Любую звезду можно назвать солнцем, если рядом с ней движется планета или если это центр целой планетной системы, похожей на нашу. Мы не такая уж и редкость: ученые знают много «многосолнечных» планет, которые вращаются вокруг двух или трех солнц. К счастью, в пространстве-времени нет места зависти.

Как мы уже говорили (см. «Движение планет»), все вращается вокруг центра масс, и Солнце не думает о нас, вращаясь со своими соседями вокруг центра Млечного Пути. Время, необходимое для одного такого оборота, называется галактическим, или космическим, годом. И хотя Солнце мчится со скоростью 828 тысяч километров в час, нам приходится ждать примерно 230 миллионов земных лет, чтобы одно вращение завершилось.

По существу элементы — это типы атомов с одинаковым зарядом ядер. Во Вселенной их распространенность оценивают по тому, как часто они встречаются по сравнению с другими элементами в среде. Из этих элементов состоит лишь небольшая часть Вселенной — барионная материя. Все остальное — это непосредственно ненаблюдаемые темная энергия и темная материя, природу которых еще предстоит до конца понять.

На 98% барионная материя состоит из водорода и гелия, которые были произведены в первые минуты Большого взрыва 13,8 миллиарда лет назад. Все остальное составляет оставшиеся 2%, и эти другие элементы формируются, когда космические лучи падают на уже существующие тяжелые элементы, такие как ртуть и свинец, разделяя их на множество более легких, например литий и бериллий (этот процесс называется «ядерное расщепление»).

В земной коре наиболее часто встречаются десять элементов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, магний, калий, титан и фосфор. Но есть много других, которые, хоть и существуют в меньших количествах, очень важны для жизни на Земле. Например, без бора не было бы клеточных стенок, не существовало бы ни одного растения. Лишь в 1928 году люди выяснили, что для существования нам необходима медь: этот элемент участвует во всех процессах — от пигментации кожи до восстановления соединительной ткани. Даже самые обильные элементы поражают воображение: древние звезды — причина, по которой у нас на Земле есть кислород, а ДНК закручена в спираль в основном из-за водородных связей.

Ученые по-прежнему открывают новые элементы и создают их синтетическими методами (например, сталкивая разные атомы друг с другом на абсурдной скорости), но никто не знает, насколько может растянуться периодическая таблица (см. «Периодически»). Одни ученые считают, что у нее нет предела, а другие полагают, что граница все же есть — после определенной точки атомы просто не могут стать тяжелее.

Слава создателю за все, что мы неспособны видеть и, скорее всего, никогда не увидим.

Научные идеи намного более надежны и гораздо более вероятны, чем любые другие идеи. Они основаны на доказательствах, прошли экспертную оценку, были подвергнуты тщательному и длительному тестированию. Тем не менее они не застрахованы от песка времени и неизбежности, которую приносит возросшее понимание.

Не все, во что мы сегодня верим и что принимаем за истину, останется истиной навсегда. В некоторых областях знания могут устареть совсем скоро: данные можно опровергнуть или получить дополнительную информацию, которая поможет нам понимать окружающий мир лучше и точнее.

Хотя путь науки медленно, но верно ведет к истине, мы живем в такое время, когда знания и толкования часто меняются быстрее, чем мы сами. Этим изменениям посвящена наукометрия — это наука о науке, которая изучает рост и развитие самого знания с течением времени.

Факты опровергаются с предсказуемой скоростью, и процесс их крушения можно описать математической кривой — так называемым «периодом полураспада фактов». Как и в случае с радиоактивным периодом полураспада некоторых нестабильных атомов, невозможно точно знать, когда истекает срок действия факта, но, посмотрев комплексно на знания в определенном секторе, можно выявить период полураспада. Период полураспада фактов — это измерение, показывающее, через сколько времени половина объема знаний устареет и перестанет соответствовать действительности, при этом нельзя предсказать, какой части знаний уготована эта участь. Например, в медицине период полураспада знаний составляет сорок пять лет, а в математике этот период намного длиннее — в этой науке идеи опровергаются редко.

Американский писатель Айзек Азимов прекрасно описал это явление: «Люди ошибались, полагая, что Земля плоская. Люди ошибались, полагая, что Земля сферическая. Но если вы считаете, что мнение о сферической Земле так же неправильно, как мнение о плоской Земле, то ваши представления более ошибочны, чем то и другое, вместе взятое».

Все это не стоит наших терзаний: и росту, и разрушению знаний присущи такие же формы и закономерности, как и всему остальному.

#mifdetstvo

#mifdetstvo

#mifdetstvo

Шеф-редактор Светлана Мотылькова

Ответственный редактор Валерия Важнова

Арт-директор Алексей Богомолов

Верстка Ольга Булатова

Корректоры Евлалия Мазаник, Елена Гурьева