Простые вопросы. Книга, похожая на энциклопедию Антонец Владимир

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 похожа 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 XX 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 научно-исследовательском 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 XX 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 аток 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 праиндоевропейцев, и они расселились по всему евро-азиатскому 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 XX 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 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 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 примерно в три раза, а температура на Земле повысится где-то на 100 градусов. Все океаны испарятся, и жизнь станет невозможной. Таким образом, жизнь на Земле, зародившаяся примерно 3 млрд лет назад, использовала 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, называется обуающей. 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 все-таки дело тут не в возможностях компьютера, а в особых свойствах человеческого сознания, открытых в середине XX 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.

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 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 XX века, когда были изобретены гидрофоны — 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!

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 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.

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.

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 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.

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.

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 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.

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.

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.