Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса

Не так давно человечество открыло для себя микромир – явление иного, непривычного для нас пространственного масштаба, – и у ученых появилось новое и чрезвычайно обширное поле деятельности. Размеры человеческого тела и структур, входящих в его состав, неизменны: человек представляет собой очень сложную систему, но она занимает пространство, величина которого не меняется со временем. Размеры кроватей, столов, стульев, а также количество потребляемой нами пищи практически не меняются, поскольку каждый из нас существует в этом , своем теле. Но когда мы учимся обращаться с микромиром и соответствующим образом сужаем свое поле зрения, мы учимся также строить фабрики, очень сложные, но такие крошечные, что их невозможно рассмотреть невооруженным глазом. Работая с теми или иными объектами микромира, то есть переходя в другую пространственную шкалу, мы вынуждены переходить в другую временн у ю шкалу, так как в микромире процессы протекают гораздо быстрее, чем в привычном для нас макромире. В микромире ежесекундно могут выполняться миллиарды процессов. Компьютер – не более чем электронный суммирующий автомат, составленный из огромного множества микроскопических компонентов. Современные компьютеры кажутся нам довольно компактными, но по сравнению с атомами, из которых они состоят, они выглядят колоссальными архитектурными феноменами, выполняющими невероятно сложные функции. Пользуясь компьютером и наблюдая за его работой, мы нередко забываем о том, что вся эта «магия» происходит в других, непривычных для нас временн ы х и пространственных масштабах. Уже сейчас эти компактные фабрики, состоящие из огромного множества микроскопических суммирующих автоматов, становятся важными инструментами управления миром. В дальнейшем они еще глубже интегрируются в нашу цивилизацию. Более многочисленная цивилизация требует более эффективных решений, более быстрого их принятия и более быстрого потока информации для координации работы крошечных шестеренок этой системы. Это становится возможным при переходе к пока еще непривычным нам масштабам.

Сегодня среда обитания и деятельности человека ограничена нашей планетой и ближним космосом, но человечество уже давно засматривается на далекие звезды. Сегодня, впервые за всю историю человеческой цивилизации, мы можем взглянуть на Землю с высоты нескольких сотен километров. Искусственные спутники вращаются вокруг нее, собирая метеорологическую информацию, обеспечивая связь и трансляцию телевизионных сигналов. С орбит, по которым они вращаются, хорошо видны следы деятельности человеческой цивилизации: яркие огни ночных мегаполисов, теплый воздух вокруг городов, расположенных в суровых климатических условиях, изменение цвета земной поверхности в сельскохозяйственных регионах. Вокруг Земли вращается также обитаемый искусственный спутник – Международная космическая станция, совершающая каждые девяносто две минуты один полный оборот. Да, человеческая цивилизация уже шагнула в космос. На борту МКС могут одновременно находиться до десяти человек. Эти люди имеют возможность видеть нашу планету такой, какой ее никогда не увидит подавляющее большинство землян. Вряд ли люди, побывавшие на борту МКС, смогут донести до остальных жителей планеты все богатство впечатлений от ее вида, открывающегося из иллюминатора. Впрочем, нужно отдать им должное: они пытаются.

Выше орбит, по которым вращаются искусственные спутники Земли, и далеко за границами магнитного щита, защищающего ее от космических лучей, следы нашей цивилизации отсутствуют. Там, в дальнем космосе, нет понятия «верх» и «низ». Там из-за отсутствия гравитационного воздействия на маятник не смогли бы работать маятниковые часы. Простота всего, что там есть, означает, что там все происходит или чрезвычайно быстро по человеческим меркам или, наоборот, чрезвычайно медленно. Быстрые ядерные реакции делают Солнце колоссальным источником энергии, но за миллиарды лет оно меняется крайне медленно. Крошечные атомы взаимодействуют между собой, но результатами этого взаимодействия становятся объекты величиной с планету или даже Солнечную систему. Наша неоднородная, сложная цивилизация в нашем неоднородном, сложном мире находится примерно в середине пространственных и временн ы х шкал.

Мы – исключение во Вселенной.

Люди смотрят в космос. Возможно, оттуда, из невообразимой космической дали, на нас устремлен встречный взгляд, тоже выискивающий следы разумной цивилизации. Свет по-прежнему остается нашим главным средством связи с объектами, расположенными в дальнем космосе, а молекулярные изменения, происходящие в результате попадания света далеких звезд на сетчатку нашего глаза, связывают нас со Вселенной. Вот мы, прекрасный, сложный, разумный слой, тонкое покрытие на маленькой каменистой планете, обитающее на границе между космосом и Землей. Вот мы, продукт наших трех взаимосвязанных систем жизнеобеспечения, сформированных физическими законами Вселенной.

Вот я, стоящая у своего дома, глядящая в небо, где собираются облака и скрывают от моих глаз звезды. Вот я, современный человек с чашкой в руках, изготовленной из минералов, скрытых в недрах Земли, размышляющий о сложности мироздания. Меня окружают разнообразные системы и структуры, которые я могу потрогать. Я заглядываю в чашку с чаем, который помешиваю ложечкой, и вижу жидкость, закручивающуюся в спираль. Прекратив помешивать чай, я выжидаю несколько секунд, снова заглядываю в чашку и вижу совершенно иную картину. На поверхности жидкости появилось яркое, прекрасное и очаровательное изображение – отражение неба у меня над головой. Прямо здесь, в своей чашке, я могу наблюдать бурю!

Интересная особенность, связанная с написанием раздела «Благодарности», заключается в том, что люди, заслуживающие благодарности, как таковые делятся на две категории, взаимосвязанные между собой. К одной относятся те, которые оказывали конкретную помощь в написании книги. К другой – непосредственные участники изложенных историй; все эти люди сделали мою жизнь разнообразнее и насыщеннее интересными событиями, были моими надежными спутниками, сопровождали в увлекательных поездках и подсказывали, в чем еще мы могли бы поучаствовать. Я испытываю чувство огромной благодарности к тем и другим.

Моими партнерами по исследованиям были Даллас Кэмпбелл, Ники Черска, Ирена Черски, Льюис Дартнелл, Тамсин Эдвардс, Кэмпбелл Стори и собака по кличке Инка. Доброжелательные сотрудники Green Britain Centre (Зеленого центра Британии, на одной из ветротурбин которого мне удалось побывать) были чрезвычайно гостеприимны и с огромным терпением отвечали на все мои вопросы. Доктор Джефф Уиллмотт и профессор Кейт Ноукис оказали мне неоценимую помощь, проконсультировав по темам микрофлюидных устройств и заболеваний, передаваемых воздушно-капельным путем соответственно. Элли Николсон, Фил Эктор и Фил Рид любезно согласились вычитать отдельные части книги и высказали ценные замечания по поводу прочитанного. Мэтт Келли заслуживает огромной благодарности за ценные советы относительно плана книги и многих ее глав; а его собственный писательский опыт, которым он щедро делился со мной, оказался как нельзя кстати. Дружба и неизменная поддержка Мэтта в ходе реализации проекта значили для меня очень многое. Том Уэллс подтолкнул меня к написанию этой книги и на протяжении всей работы над ней служил для меня чем-то наподобие резонатора и подопытного кролика. Джем Стэнсфилд, Алом Шаха, Гайя Винс, Алок Джа, Адам Резерфорд и многие другие фантастические люди, с которыми мне посчастливилось подружиться в научном мире, стали для меня неиссякаемым источником вдохновения и юмора.