Терри Пратчетт - Наука Плоского Мира
Сосредотачиваясь на законах, наука вынуждена решать задачу пугающей сложности. Она должна объяснить как огненные шары и камни Там Наверху, подчиняясь только простым законам типа «большие предметы притягивают маленькие предметы и, хотя маленькие предметы тоже притягивают большие, сила притяжения слишком мала, чтобы мы ее заметили» могут породить то, что существует Здесь Внизу. Ведь Здесь Внизу мы наблюдаем по большей части отсутствие строгого подчинения каким-либо законам. Сегодня ты идешь на охоту и ловишь дюжину газелей, а завтра лев ловит тебя. Здесь внизу самый очевидный закон состоит в том, что «никаких законов нет» за исключение, пожалуй, который, выражаясь научным языком, гласит «Excreta Occurs» («чего только не бывает», букв. «дерьмо случается»). Гарвардский закон о поведении животных утверждает: «Экспериментальные животные в тщательно контролируемых лабораторных условиях делают все, что им взбредет в голову». Впрочем, это относится не только к животным: каждый гольфист знает, что даже такая простая вещь, как твердый упругий шарик, покрытый узором маленьких точек, никогда не ведет себя так, как должен. А уж про погоду и говорить не стоит…
К настоящему времени наука разделилась на два больших направления: науки о жизни, которые занимаются изучением живых существ, и физические науки, которые занимаются все остальным. Исторически «разделение» — самое подходящее слово, поскольку научные методы, используемые в этих областях, похожи примерно так же, как кусок мела похож на кусок сыра. В самом деле, мел — это горная порода и, следовательно, является предметом изучения геологии, в то время как сыр, образованный в результате жизнедеятельности бактерий в жидкости, произведенной железами коровы, относится к области биологии. Оба направления являются вполне научными и одинаково серьезно относятся к эксперименту как способу проверки теорий. Однако исторически сложившиеся подходы к организации мышления в них совершенно различны.
По крайней мере, так было раньше.
По мере того, как мы входим в третье тысячелетие, все больше аспектов науки становятся общими для различных дисциплин. Мел, к примеру, это — не просто горная порода, он состоит из останков раковин и скелетов множества мельчайших обитателей океана. А в процессе производства сыра химические реакции и сенсорные технологии играют не меньшую роль, чем биология травы и коров.
Изначальной причиной такого жесткого разделения было представление о том, что живое и неживое кардинально отличаются друг от друга. Неживое имеет простое устройство и следует математическим закономерностям, в то время как живое обладает сложной организацией и никаким очевидным правилам не подчиняется. Как уже было сказано, Здесь Внизу все совсем не так, как Там Наверху.
Однако чем лучше мы осознаем следствия, вытекающие из математических закономерностей, тем более гибкой начинает нам казаться Вселенная, основанная на соблюдении законов. И наоборот, чем лучше мы понимаем биологию, тем большее значение приобретают физические аспекты: ведь жизнь не является каким-то особым видом материи и тоже должна подчиняться физическим законам. Разрыв, который раньше казалось огромной непреодолимой пропастью между биологическими и физическими науками, сокращается настолько быстро, что становится не более, чем тонкой линией, нарисованной на песке научной пустыни.
Однако если мы собираемся переступить через эту линию, нам придется пересмотреть образ нашего мышления. Слишком велик соблазн вернуться к старым и более неуместным привычкам. Чтобы проиллюстрировать эту мысль и заодно обозначить общую тему этой книги, давайте посмотрим, как инженерные проблемы путешествия на Луну связаны с устройством живых существ.
Главное препятствие, отделяющее человека от Луны, — это вовсе не расстояние, а сила притяжения. В принципе за тридцать лет до Луны можно было бы дойти пешком при наличии дороги, воздуха и всех остальных вещей, необходимых опытному путешественнику, если бы не то обстоятельство, что большую часть пути вам пришлось бы двигаться вверх. Для того, чтобы поднять человека с поверхности планеты в нейтральную точку, где притяжение Земли и Луны уравновешивают друг друга, необходимо затратить энергию. Физика позволяет рассчитать вполне определенный минимум энергии, который определяется разницей между «потенциальной энергией» массы в нейтральной точке и ее «потенциальной энергией» на поверхности. Закон Сохранения Энергии утверждает, что как бы вы не старались, вам не удастся обойтись меньшим количеством энергии.
С физикой не поспоришь.
Именно поэтому исследование космоса обходится так дорого. Для того, чтобы просто доставить человека в космос с помощью ракеты, требуется немало топлива, но нужно еще топливо, чтобы поднять саму ракету…, и топливо, чтобы поднять само топливо, и… Так что мы, по всей видимости, застряли на дне гравитационного колодца Земли, и билет в космос дешевым быть не может.
Или может?
В разные времена аналогичные расчеты пытались применить к живым существам и получали при этом странные результаты. Например, было «доказано», что кенгуру не способны прыгать, пчелы не могут летать, а птицы не в состоянии получать из своей пищи достаточно энергии, чтобы эту самую пищу вообще найти. Было даже «доказано», что жизнь вообще невозможна, потому что живые системы с течением времени становятся более упорядоченными, в то время как с точки зрения физики любая система должна со временем становиться более хаотичной. Биологи из этого почерпнули, главным образом, глубокий скептицизм относительно связи между биологией и физикой, а также приятное чувство превосходства, поскольку жизнь — все-таки гораздо более интересный объект изучения, чем физика.
Однако правильный вывод состоит в другом: нужно отдавать себе отчет в том, какие предположения мы молчаливо принимаем на веру, выполняя подобные расчеты. Взять, к примеру, кенгуру. Можно рассчитать, сколько энергии кенгуру затрачивает на прыжок, посчитать количество прыжков в течение дня и вывести отсюда минимальную потребность в энергии. Во время прыжка кенгуру отталкивается от земли, поднимается в воздух и приземляется обратно, так что вычисления в сущности такие же, как и для космической ракеты. Проделайте все расчеты, и вы убедитесь, что ежедневные потребности кенгуру в 10 раз превышают то, количество энергии, которое животное способно получить из своей пищи. Вывод: кенгуру не в состоянии прыгать. Раз они не могут прыгать, значит, они не способны найти себе пропитание, так что все они уже давно умерли от голода.
Вот только Австралия буквально кишит кенгуру, которые, к своему счастью, с физикой не знакомы.
Где мы допустили ошибку? Приведенные расчеты предполагают, что кенгуру устроены так же, как мешок с картошкой. Поэтому вместо энергии тысячи прыжков, которые, предположим, кенгуру совершает в течение дня, мы получаем энергию, которую необходимо затратить на тысячу подъемов и спусков мешка с картошкой. Если же посмотреть на замедленную съемку движений кенгуру в малонаселенных районах Австралии, сразу становится понятно: кенгуру совсем не похожи на мешки с картошкой. Прыгая, кенгуру движется как большая резиновая пружина. Когда ноги поднимаются вверх, голова и хвост опускаются вниз, сохраняя энергию в мышцах. Затем, когда ноги касаются земли, сохраненная энергия используется для очередного прыжка. В итоге на один прыжок тратится очень мало энергии, поскольку большая ее часть накапливается и возвращается обратно.
Вот вам тест на ассоциации. «Мешок картошки» относится к «кенгуру», как «ракета» относится к чему? Один из возможных ответов — это космический лифт. В 1945 октябрьский номер журнала «Wireless World» представил изобретенную писателем-фантастом Артуром Ч. Кларком концепцию геостационарной орбиты, благодаря которой работают практически все современные коммуникационные спутники. Спутник, находясь на высоте 22 000 миль (35 000 км) вращается вокруг Земли, сохраняя при этом синхронизацию с ее собственным вращением. С поверхности Земли такой спутник выглядеть неподвижным, поэтому его удобно использовать для организации связи: достаточно направить спутниковую тарелку в фиксированную точку, и вы получаете стабильный и разумный сигнал, ну, или, по крайней мере, MTV.
Почти тридцать лет спустя, Кларк популяризировал еще одну идею, обладающую намного большим технологическим потенциалом. Представьте: вы выводите на геостационарную орбиту спутник и спускаете с него кабель до самой поверхности. Такой кабель должен быть невероятно прочным: пока что мы не обладаем подобной технологий, но углеродные нанотрубки, разрабатываемые в лабораториях, весьма близки к цели. Если удастся решить технические вопросы, мы сможем построить лифт высотой 22 000 миль. Стоимость этого проекта будет просто колоссальной, но зато поднимать грузы в космос можно будет, просто потянув за кабель сверху.
