Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

В экспериментах с пещерами, о которых я упоминал выше, была предпринята попытка синхронизировать биологические часы человека с различной продолжительностью суток, продолжительность светлого и темного времени суток удлинялась или сокращалась, а для большего психологического эффекта подопытным людям выдавались наручные часы, которые шли замедленно — со скоростью 26 часов «в сутки» вместо обычных 24. Выяснилось, что физиологические ритмы некоторых из подопытных людей синхронизировались с продолжительностью суток в пределах от 22 до 27 часов, но и только. Аналогичные опыты проводились на растениях и людях, и почти во всех случаях было обнаружено, что их биологические часы можно заставить ускорить или замедлить свой ход, но лишь немного. Что же касается значительных отклонений от 24-часового ритма, то они невозможны.

— А почему? — озадаченно спросил мистер Томпкинс.

— По-видимому, в ходе эволюции выработался тип биологических часов, ход которых приспособлен к суточному вращению Земли, поскольку оно задает естественный период времени. Но в случае необходимости эволюция создала и биологические часы, идущие по лунному, а не по солнечному времени. Замечательный пример лунных ритмов хорошо известен жителям Калифорнии. Речь идет о небольшой рыбке, которая называется грунион. Чтобы избежать врагов, поедающих икру груниона, эта рыбка откладывает икринки на песчаных берегах, заливаемых водой во время самых высоких приливов, и те остаются во влажное песке до следующих высоких приливов через 2 недели. Тогда, едва вода покроет икринки, молодь груниона проклевывается из них за считанные секунды и устремляется в море. Чтобы подобная операция была успешной, сроки ее проведения должны быть очень точно скоординированы с приливами. В течение одного лунного месяца происходят два «высоких» прилива — в полнолуние и в новолуние, и мальки вылупляются из икринок только тогда. Если бы икринки были отложены в другое время, то их бы смыло в море до окончания двухнедельного периода, необходимого для выведения мальков.

— Теперь я вижу, что между астрономией и биологией существует некая связь, — глубокомысленно заметил мистер Томпкинс. — А я всегда думал, что между ними нет ничего общего.

— Какая-то связь между астрономией и биологией непременно должна существовать, — возразил зоолог, — ведь биологические объекты обитают на астрономическом теле — планете Земля. И биологи в целом кое-чему научились у астрономов, но астрономы мало что почерпнули у биологов, если говорить об астрономии как науке. Иногда характер отношения между астрономией и биологией изменяется на противоположный. Например, очень важной проблемой для астрономии и физики был вопрос о том, всегда ли гравитационная постоянная сохраняет свое значение или она изменяется со временем, возможно, из-за расширения Вселенной. Если гравитационная постоянная изменяется со временем, то это означает, что два тела могут притягивать друг друга в один момент времени сильнее, чем в другой. Разумеется, нам достоверно известно, что за последние несколько веков гравитационная постоянная не претерпела сколько-нибудь ощутимых изменений, но может она подвержена более медленным изменениям, требующим миллионы или миллиарды лет? Один из физиков заметил, что если бы гравитационная постоянная со временем убывала, то 2 миллиарда лет назад из-за более сильного притяжения со стороны Солнца — Земля находилась бы ближе к нашему светилу, а само Солнце было бы горячее, так как под действием самогравитации оно было бы более сжатым, и, следовательно, более плотным. Температура поверхности Земли была бы сравнима с температурой кипящей воды, и жизнь на Земле была бы невозможной. Но с другой стороны, ископаемые убедительно свидетельствуют о том, что 2 миллиарда лет назад на Земле уже существовали такие примитивные формы жизни, как водоросли, поэтому температура поверхности Земли не могла быть столь высокой, и мало вероятно, чтобы в последние 2 миллиарда лет гравитационная постоянная убывала (если она вообще когда-нибудь убывала). Если бы гравитационная постоянная возрастала со временем, то земные океаны в раннюю геологическую эпоху представляли бы сплошные массивы льда, и жизнь не могла бы зародиться и эволюционировать в них. Биология может оказаться полезной для астрономии при решении еще одной проблемы — проблемы скорости суточного вращения Земли. Известный астроном сэр Джордж Дарвин ...

— Простите, но вы, должно быть, оговорились, — прервал зоолога мистер Томпкинс тоном, в котором явственно звучали нотки превосходства. — Дарвина звали Чарлзом, и он был не астрономом, а биологом, работавшим над проблемами эволюции.

— Но я имею в виду сына Чарлза Дарвина. Кстати сказать, его великий отец так никогда и не был возведен в рыцарское достоинство и поэтому не именовался сэр Чарлз. Что же касается сэра Джорджа, то по его расчетам выходило, что Луна замедляет суточное вращение Земли. Дело в том, что Луна вызывает приливы на Земле, а те из-за трения должны, как показал своими вычислениями сэр Джордж, замедлять вращение Земли вокруг своей оси примерно на 2 секунды за каждые 100 000 лет. Вследствие закона сохранения углового момента такое замедление приводит к тому, что Луна постепенно удаляется от Земли.

Сравнение наблюдений солнечных затмений, произведенные древними астрономами 2 000 лет назад, с наблюдениями, произведенными современными астрономами, доказывают, что предсказанное сэром Джорджем замедление действительно происходит. Но миллионы лет назад возмущения воды и суши на Земле были совсем другими, чем сейчас, поэтому существовавшие в древности приливные эффекты с трудом поддаются вычислениям. — Было бы очень интересно узнать, какова была скорость суточного вращения Земли 2 000 лет назад, и сравнить ее с нашими вычислениями.

И недавно появилась возможность произвести такое сравнение.

Как вам, должно быть, известно, существуют такие животные —коралловые полипы, или кораллы, состоящие в родстве с медузами и морскими анемонами, или актиниями. Кораллы окружают себя известковой оболочкой и образуют обширные колонии, называемые коралловыми рифами. Как показали недавние исследования, кораллы откладывают известь в свой наружный «скелет» не непрерывно, а в определенном суточном ритме. Если вы отполируете разрез куска кораллового рифа, то увидите на срезе кольца, напоминающие годичные кольца на срезе ствола дерева, но у кораллов каждое кольцо соответствует не одному году, а одним суткам. Кроме того, в ширине полос на срезе коралла нетрудно заметить периодические изменения, соответствующие лунным месяцам и году. Кораллы — очень древние обитатели Земли, поэтому, изучая срезы самых старых ископаемых кораллов, мы получаем возможность определить, сколько дней насчитывалось тогда в году.