Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля Норт Райан
Ну а теперь, когда мы установили основания написания чисел, можно привести грустный факт: изобретение всего остального, со всеми элементами, которые мы принимаем как должное, потребовало у человечества примерно 40 тысячелетий. Большая часть этого времени ушла на то, чтобы придумать дроби, вещь настолько фундаментальную, что в школе ее довольно рано проходят дети.
Поэтому следующая таблица (табл. 5), в которой изложены элементы вашей численной системы, на самом деле является наиболее времясберегающей таблицей в истории.
Таблица 5. Homo sapiens sapiens, виду, который считает себя таким умным, что поместил слово «разумный» в собственное название дважды, да еще и на латыни, понадобилось 40 тысяч лет, чтобы заполнить эту таблицу
Видите все эти идеи?
Мы свели их в одну таблицу, на которую вы потратили несколько минут, и это максимум. Вы можете представить их другим за один вечер, сэкономив тысячи и тысячи лет, которые человечество растратило, даже не зная, что такое «ноль». И не благодарите. Всегда пожалуйста.
Что до других вещей, которые вы можете проделать с системой чисел, все это на ваше усмотрение. Существует большое количество полезных математических формул, для их разработки человечеству потребовалось много времени, и некоторые из них разбросаны по нашему руководству, но вот вам самый глубокий и темный секрет математики: вы можете построить основания математики так, как вам будет угодно.
Это может прозвучать для вас удивительным образом, но математика на самом деле базируется на положениях, которые мы не можем доказать, а лишь принимаем как истинные. Мы называем их аксиомами и рассматриваем как надежные предположения, но в конечном счете они опираются только на веру, а не на рациональные доказательства.
Среди аксиом есть идеи вроде того, что 2 + 1 дает тот же результат, что 1 + 2, и если a равно b, а b равно с, то а равно с.
Эти предположения полезны, поскольку они соответствуют реальности – а конструирование математики, основываясь на положениях, которые соответствуют реальности, выглядит достаточно практичным – и ничто не может остановить вас от выдумывания различных математических систем. И пусть мы настойчиво рекомендуем формировать систему вычислений, исходя в первую очередь из практики, может быть достаточно занятным разобраться, как будет работать умножение во вселенной, где a + b не будет являться эквивалентом b + a[7].
Экскурс в сторону: Почему бы вам не разделить на ноль?Всем известно[8], что на ноль делить нельзя.
Причина не в том, что при попытке осуществления такой операции возникает черная дыра, а в том, это обнажает противоречие, лежащее в центре нашей математической системы.
Возьмем число (для простоты 1) и будем делить его на все более и более малые числа, которые будут приближаться к нулю, но никогда не достигнут его. Ноль отмечает то место, где заканчиваются отрицательные числа и начинаются положительные. Если мы пытаемся добраться до него с положительной стороны, то увидим, что 1 разделить на 1 будет 1, 1 разделить на 0,1 будет 10, а 1 разделить на 0,001 будет 1000.
Чем меньше число, на которое мы делим, тем больше получаем в результате.
Следовательно, 1 разделить на 0 будет равняться бесконечности.
Но существует проблема, если мы пытаемся добраться до нуля с противоположной стороны, точно так же деля число (ту же единицу) на все более и более маленькие отрицательные числа, подходя все ближе и ближе к цели. Тут мы видим, что 1 делить на –1 даст –1, 1 на –0,1 даст –10 и 1, разделенное на –0,001, даст –1000.
То есть чем меньше число, на которое мы делим, тем ближе мы к отрицательной бесконечности, и по этой логике 1/0 должно равняться отрицательной бесконечности. Только одно число не может одновременно равняться и бесконечности и отрицательной бесконечности. Это фактически две максимально неравные величины, которые могут существовать.
Таким образом, мы приходим к противоречию.
И именно это противоречие заставляет нас сказать: «Вы не можете делить на ноль, поскольку ответ не имеет смысла и никто не знает пока, как с этим справиться».
Теперь, когда вы придума ли клевые цифры и основания математики, чтобы с этими цифрами управляться, вы получили доступ к немалому количеству возможностей. Числа позволяют вам описывать мир вокруг, используя количественные характеристики, а это служит основанием для много чего, от книг рецептов и бухгалтерского учета до науки.
Материальные ресурсы, такие как овцы и деревья, и абстрактные ресурсы вроде денег, популярности или даже самого времени управляются, понимаются и соотносятся друг с другом именно с помощью чисел. Еще более универсально они работают как облегчающий сортировку набор ярлыков: страница 123 в книге почти наверняка будет между страницами 122 и 124, и если вы в целом представляете, сколько всего в книге страниц, то можете уверенно прикинуть, где именно находится данная страница. Контекст, создаваемый упорядоченными наборами чисел, окажется очень полезным для людей из вашей цивилизации, когда однажды в будущем они решат пронумеровать часы в сутках, дни в неделе, дома вдоль улицы или этажи в одном из них. Числа можно использовать, чтобы отмечать температуру, частоту радиоволн, витамины и, может быть, если ваша цивилизация окажется крайне везучей, силу нестабильных мостов Эйнштейна – Розена, соединяющих далеко отстоящие друг от друга участки пространства-времени.
3.4
Научный метод
Даже примитивный научный подход является колоссальным шагом вперед.
B Люди, создающие машины времени, обычно относятся к науке с любовью, поскольку большей частью они ученые-профессионалы или по меньшей мере любители с хорошими намерениями, у которых нет представления о том, какие именно силы они собираются спустить с цепи, вплоть до того момента, когда куча их двойников из будущего является к ним с предупреждениями.
Но важно помнить, что даже наука имеет свои ограничения, она не оракул и не обладатель абсолютной истины.
Фактически наука всего лишь:
1) дает временные знания;
2) условна;
3) и все, что у нас есть на данный момент.
Сначала плохие новости: даже научный метод может выдавать ошибочные знания. А теперь хорошие новости: научный метод все еще является нашей лучшей технологией для того, чтобы получать, проверять и уточнять корректные знания, поскольку он позволяет нам постепенно делать ошибочные знания все более и более корректными.
Обычно уточнение проявляется в создании все более и более аккуратных теорий: классическая физика приходит к теории относительности, затем к квантовой физике, за той следует метаквантовая ультрафизика. Но иногда хороший результат появляется, если отбросить в сторону целую могучую теорию.
Например, в 1700-х н. э. мы думали, что вещи горят, поскольку в них содержится флогистон, невидимая и неощутимая субстанция, которую, само собой, нельзя увидеть, пощупать или дистиллировать, но которая требуется для процесса горения. Объекты, где флогистона много – подобно дереву, – горели быстро, ну а те, где флогистона содержалось меньше, горели похуже, ну а пепел – уже почти полностью дефлогистоненный – вообще не горел.
Эта теория даже объясняла, почему вещи становятся легче в процессе горения: флогистон испарялся в атмосферу. Также теория предсказывала, что спичка, помещенная в запечатанный стеклянный сосуд, в конечном счете прекратит гореть: воздух в сосуде абсорбирует весь флогистон, какой только возможно, и на этом процесс завершится. Действительно, спички в запечатанном сосуде гасли, так что все выглядело замечательно.
Сделано! Спасибо, наука! Теперь мы знаем, что такое огонь на самом деле!
Флогистонная теория начала разваливаться после новых экспериментов, когда появились результаты, не имеющие с ее точки зрения смысла. Да, само собой, дерево становится легче, если его сжечь (остающийся пепел очевидно весит меньше, чем дрова), но некоторые металлы (вроде магния) на самом деле становятся тяжелее в процессе горения. И вот мы столкнулись с проблемой: результаты не соответствуют теории.
Срочно требуется больше науки!
Некоторые ученые попытались пересмотреть теорию флогистона, чтобы она соответствовала результатам: может быть, флогистон иногда обладает негативной массой, так что чем меньше его находится в каком-нибудь объекте, тем больше тот должен весить? Но это оказалось слишком большой натяжкой, особенно с учетом того, что материя с негативной массой выглядела чем-то совершенно новым, изобретенным специально для того, чтобы устранить проблему.
Другие ученые попытались разобраться во всем более консервативными методами, и кислородная теория окисления стала результатом именно этого подхода: идея того, что огонь – вовсе не флогистон, покидающий материю, а скорее химическая реакция между материей и кислородом, такая, что производит одновременно и тепло, и свет. Эта теория также предсказала, что спичка в запечатанном стеклянном сосуде постепенно затухнет, но по иной причине: кислород внутри сосуда закончится, и горение, нуждающееся в кислороде, прекратится.
Это более аккуратная теория горения, которой мы пользуемся до сих пор, но и она может оказаться ошибочной.
Или, точнее, мы можем добиться еще большей корректности.
Ниже представлена схема того, как получать знания, используя научный метод (рис. 8).
Как пример: может быть, вы заметили (шаг 1), что ваша кукуруза растет не очень хорошо в этом году. Поэтому (шаг 2) вы можете спросить: «Эй, что за фигня, братва, какого фига моя кукуруза не растет хорошо в этом году?» Вы можете предположить, что засуха негативно повлияла на рост кукурузы (3), и решить (4) создавать для растений контролируемые условия, давая каждому из них разное количество воды, но при этом – равное количество всего остального, что только можно придумать (удобрения, солнечный свет и т. д.). После воплощения этого плана в жизнь (5) вы можете сделать заключение (6), какое именно количество воды необходимо для того, чтобы выращивать наилучшую кукурузу. Затем вы даете знать об этом (7) всем вашим фермерам, а когда ваша кукуруза все равно не растет так, как вам хочется, вы можете затеять исследование (8) на тему, что еще нужно кукурузе, кроме хорошего полива[9].
Рис. 8. Научный метод, представленный в виде клевой штуковины, похожей на модель атома
Чем большим количеством способов проверена гипотеза, тем более вероятно, что она окажется верной, но ничто не дает стопроцентной гарантии. Лучший вариант, на который вы можете надеяться, используя научный метод, – теория, удовлетворяющая фактам, известным вам на настоящий момент. Наука дает вам объяснения, но вы никогда не сможете сказать с абсолютной надежностью, что это объяснение корректно.
Именно потому ученые и говорят о теории гравитации (даже несмотря на то что гравитация сама по себе очевидно существует и может заставить вас упасть с лестницы), теориях изменения климата (даже если очевидно то, что окружающая среда совсем не та, с которой имели дело наши родители) или теории путешествия во времени (даже если вы явственным образом застряли в прошлом согласно обстоятельствам, в которых не действует никакая форма страхования).
Заметьте, что научный метод требует постоянно открытого ума и готовности – в любой момент – отбросить теорию, которая больше не соответствует фактам. Это не так легко, и многие ученые на подобном сломались, сам Эйнштейн[10] ненавидел то, что его собственная теория относительности не сочеталась с его любимой идеей о стабильной и неизменной вселенной, и многие годы потратил напрасно, пытаясь совместить одно с другим. Но если вы преуспеете в использовании научного метода, то окажетесь вознаграждены, поскольку получите воспроизводимое знание: любой, желающий его проверить, может проделать те же амые эксперименты.
Ученых часто воспринимают как суперзадроченных ботаников, но философские основания науки на самом деле столь же анархичны, как панк-рок: никогда не уважать авторитет, никогда не принимать ничьи слова на веру и самостоятельно проверять все вещи, которые вы собираетесь подтвердить или опровергнуть (рис. 9).
Рис. 9. Типичный ученый
3.5
Излишек калорий: конец охоты и собирательства и начало цивилизации
Охота и собирательство – лучшие способы провести жизнь.
B С самого начала, с возникновения наших доисторических предков, и даже после появления анатомически современного человека 200 тысяч лет назад, люди тратили большую часть времени, полностью погрузившись в легендарный стиль жизни «Охота и собирательство». А это, как вы можете предположить, такая ситуация, когда охотники охотятся, а собиратели собирают. Вы выживаете от плодов земных по мере ваших сил и двигаетесь туда, где есть еда, оставляя позади участки с истощенными ресурсами.
У такого стиля жизни есть много преимуществ: ваша диета разнообразна (а разнообразная диета означает полноценное питание), вы посещаете множество интересных мест, едите то, что там находится, и переживаете множество разного опыта. Но это значит, что не еда приходит к вам, а вы должны приходить к ней, что затратно.
Затратность проявляется несколькими способами: на то, чтобы найти еду, нужно тратить калории; и это может стоить вам жизни, поскольку есть вероятность, что, съев нечто новое, вы столкнетесь с ядом, или вас ранят или убьют те самые животные, которых вы пытаетесь изловить. Плюс вы постоянно вступаете с контакт с новыми бактериями и паразитами по мере того, как движетесь за вашим нестабильным рационом.
Но самая большая «статья затрат» – как раз постоянное движение: когда вы никогда не знаете, сколько именно времени проведете в конкретном месте, вы не создаете постоянной и удобной инфраструктуры. С собой вы берете только самое необходимое, не запасаете ресурсы в расчете на долгосрочную перспективу, поскольку ее просто нет.
И почти 200 тысяч лет, почти весь срок существования человечества, этим занимались все без исключения. Охоться, собирай, возможно, строй некие временные поселения и двигайся дальше, едва дела пойдут плохо или кто-то увидит вкусное на вид стадо животных за соседним холмом.
И только около 10 600 до н. э. кто-то задумался, что, может быть, не обязательно принимать планету такой, какой мы застали ее, едва эволюционировав, а стоит немножко изменить ее, чтобы она лучше подходила для нас. Эта идея воплотилась, во-первых, в изобретении сельского хозяйства (процесс выращивания и ухаживания применительно к растениям и животным, размещенным в удобном месте в качестве надежного запаса пищи) и одомашнивания (процесс, с помощью которого эти растения и животные, однажды помещенные в удобном месте, постепенно трансформируются в более полезные человеку собственные версии)[11].
Нет причины, по которой эта идея не могла прийти к нам раньше, за исключением того, что мы либо не думали в нужном направлении, либо были слишком ленивы, чтобы воплощать ее.
Человечество потратило почти 200 тысячелетий без подобного изобретения, но оно уже есть в ваших руках, поскольку вы только что о нем прочитали. Посмотрите на себя! Отличная работа!
Как только вы начнете заниматься фермерством и одомашниванием животных, вы мигом перейдете в новую фазу существования человечества, в ту, где один человек на постоянной основе может производить больше еды, чем нужно ему самому для выживания. Люди функционируют на энергии еды – калориях, – и вы только что создали их излишек.
Фактически ухоженное поле производит в 10–100 раз больше калорий, чем участок, равный по площади, но эксплуатируемый с помощью охоты и собирательства. Добавляя новые поля и новых работников, вы увеличиваете эту груду дополнительной еды.
Именно на излишке калорий – а значит, на сельском хозяйстве – строится цивилизация.
Как?
Ну, изобилие еды очевидно позволяет вам прокормить больше людей, а еще оно позволяет им не беспокоиться постоянно о том, что они будут есть в следующий раз, давая время беспокоиться о других, более продуктивных вещах: почему звезды двигаются по небу или отчего предметы падают вместо того, чтобы летать?
Сельское хозяйство, кроме того, формализует идею экономики в вашей цивилизации, поскольку фермеры могут регулярно обмениваться продуктами друг с другом. А вместе с экономикой приходит специализация: каждый человек вместо того, чтобы делать все, что нужно для выживания (или разделения функций между членами семьи), сосредотачивается на том, что он умеет лучше других. У охотника и собирателя просто нет времени для того, чтобы придумать интегральное исчисление, но у профессора или философа, того, кто может понять такие вещи и посвятить себя им, это время есть.
Специализация позволяет людям вашей цивилизации продвинуться дальше в любом направлении исследований, чем можно было до ее возникновения. Например, даст шанс возникнуть докторам, всю жизнь отдающим борьбе с болезнями, библиотекарям, что потратят десятилетия на то, чтобы собирать знания, сохранить их и сделать доступными, и писателям, которые сразу после выпуска из школы ухватятся за первую же попавшуюся работу и потратят самые продуктивные годы на создание корпоративных ремонтных инструкций для прокатных машин времени (тех самых инструкций, которые начальство определенно никогда не прочитает[12]), получая за это такие смешные деньги, что их даже не хватает на то, чтобы вернуться в прошлое и исправить эту ужасную, ужасную ошибку[13].
Специализция идет рука об руку с развитием цивилизации, поскольку ваш (и любой цивилизации) величайший ресурс кроется не в земле, энергии или даже технологии. Это человеческие мозги, ваши и тех, кто вас окружает, именно они станут креативными, творческими машинами, которые двинут вашу цивилизацию вперед.
Именно специализация, поддержанная избытком калорий, позволяет этим мозгам реализовать весь их потенциал.
К сожалению, преимущества, которые мы только что описали, идут рука об руку с несколькими серьезными проблемами. Понятно, мы верим в то, что недостатки не перевешивают выгоду, но вы должны быть в курсе следующих Предельно Гнусных Признаков Сельского Хозяйства:
• когда дикой пищи в изобилии, то сельское хозяйство требует намного больше труда, чем охота и собирательство. Что именно предлагает сельское хозяйство – обещание более надежного источника пропитания, а посредством одомашнивания – и более удобного источника тоже;
• сельское хозяйство требует технологий хранения пищи, поскольку весь смысл в том, чтобы произвести больше, чем вы можете съесть сразу же. Это опять же требует дополнительной работы, но благодаря разделу 10.1.4 вы по меньшей мере обладаете преимуществом точно знать, что именно делать;
• сельское хозяйство создает первое неравенство доходов, поскольку не все могут быть одинаково эффективными фермерами и не на всех хватит пригодной для этого земли. Фермеры обладают большей частью запасов еды (в начале) и большей частью того, чем можно торговать, ведь всякий, кто не хочет превратиться в скелет, должен регулярно питаться. Вы только что создали богатых и бедных людей, по крайней мере потенциал для появления тех и других;
• сельское хозяйство невозможно без инфраструктуры (изгороди и так далее), что значит – вы теряете мобильность. Ваша цивилизация только что превратилась в гигантскую и неподвижную цель. И хотя этот текст не включает очевидные инструкции по изготовлению оружия, мы уверены, что, если возникнет нужда, вы сможете адаптировать некоторые из упомянутых здесь технологий для военных целей;
• животные переносят болезни и могут передавать их людям. Что еще хуже, некоторые из наших смертельных болезней совершенно не беспокоят животных. Около 60 процентов всех человеческих заболеваний происходят от контактов с животными, включая таких чемпионов всех времен, как сибирская язва, лихорадка Эбола, чума, сальмонеллез, бешенство и стригущий лишай. Мы поймем вас, если после ознакомления с данным списком вы решите вернуться к охоте и собирательству, но мы обещаем, что цивилизация в конечном счете стоит того. Просто не удивляйтесь, если люди начнут болеть, и, может быть, почитайте раздел 14 до того, как все зайдет слишком далеко.
В свете этих недостатков мы не без удовольствия воспользуемся возможностью напомнить вам, что сельское хозяйство дает излишек калорий, что приводит к специализации, а та к инновациям вроде яблочных пирогов, машин времени и ультрасовременных портативных музыкальных плееров для широкого потребительского рынка. Если вы хорошо поработаете, то всего этого добьетесь; если ограничитесь охотой и собирательством – то никогда, а так и будете есть жуков, которых найдете под камнями. Желаем удачи в принятии решения.
4
Единицы измерения произвольны, но здесь содержится все для того, чтобы изобрести с нуля стандартную систему, использованную в этой книге
Можете ли вы, пока находитесь в ловушке прошлого, на самом деле заново изобрести систему измерений? Мы бы не стали… исключать такую возможность.
Все единицы измерения совершенно произвольны, но большая часть[14] человечества согласится с тем, что вы должны сделать свою систему по меньшей мере практичной, положив в ее основу предсказуемые, интуитивно комбинируемые и легкие для воспроизведения элементы. Соответственно, в этом руководстве мы используем метрическую систему мер (которая основана на десятеричном исчислении) и стоградусную температурную шкалу, что гарантирует: вы сможете воссоздать эту систему, в какой бы эпохе вы ни оказались.
Все, что вам нужно, – наша книга и немного воды.
Стоградусная температурная шкала Цельсия определяется так: за 0 °C берется точка замерзания воды, а за 100 °C – точка ее кипения. Поэтому соорудить шкалу легче легкого: просто отметьте эти две точки на своем термометре (см. раздел 10.7.2), разделите отрезок между ними на сто равных частей, и все, дело сделано[15].
«Конкурирующая» шкала Фаренгейта опирается на 0 градусов, которые соответствуют чудной кашице изо льда, воды и соли, которую мистер Фаренгейт по-быстрому сляпал не пойми зачем. Эту шкалу мы больше не будем вспоминать, разве что упомянем, что при 32 оF вода замерзает, а при 212 она кипит… и вы определенно сможете сделать что-то получше.
Если вы предпочитаете использовать шкалу без отрицательных чисел, вы можете изобрести систему Кельвина, где 0 равняется –273,15 °C, самой низкой возможной температуре во вселенной. Вода замерзает при 273,2 К и кипит при 373,2 К, так что это тоже стоградусная шкала.
Теперь у вас есть все, чтобы разобраться с температурой.
Систему весов мы строим вокруг килограмма, который на 2019 н. э. все еще привязан к реальным прототипам килограмма: физической массе куска платины в специальном хранилище, чтобы люди могли показывать на него пальцем и говорить: «Килограмм – то, сколько весит этот вот слиток». Существует каноническая копия – хранится во Франции – и дюжина дубликатов, размещенных по всему миру для удобства и для безопасности: в конце концов, вы же не хотите, чтобы кто-нибудь присвоил единственный килограмм посредством драматического, тщательно спланированного ограбления?
Есть несколько недостатков у этой идеи, даже если отринуть несомненно привлекательную идею «украсть килограмм».
Запасные килограммы время от времени возвращают во Францию, чтобы убедиться, что их вес не изменился, и вот ведь незадача… он меняется. Различные образцы килограмма, что хранятся по всему миру, – даже взятые из первоначального набора из сорока штук в 1884 н. э. – стали весить немного по-разному, постепенно меняя свои характеристики, и пока мы не изобрели путешествия во времени, мы даже не знали почему.
На самом деле все еще хуже: сравнительные измерения показывают, что по весу все прототипы килограмма отличаются один от другого, и это может означать, что все они набирают или теряют массу, просто в случае с некоторыми этот процесс идет быстрее. Поскольку же килограмм является центральной единицей измерения в метрической системе и на нем основаны единицы силы (ньютоны), давления (паскали), энергии (джоули), а также характеристики электрического тока (ватты, амперы и вольты), даже не упоминая миллиарды других единиц, производных от вышеперечисленных, можно легко представить, что даже крошечное изменение значения официального килограмма мигом переопределит (метрическую) тонну других единиц в совершенно разных областях измерений.
СОВЕТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЦИВИЛИЗАТОРА:
Существуют серьезные недостатки в том, что в качестве основания для построения современной науки и системы измерений выбран старый кусок металла, который хранится в специальной емкости во Франции.
К счастью для вас, этот кусок металла появится только спустя очень, очень долгое время после вас, и еще вы сейчас узнаете, что этот прототип должен был равняться просто весу 1000 кубических сантиметров воды при температуре в 4 °C. У вас есть вода и имеется средство измерения температуры, так что вам нужно только узнать, насколько велик сантиметр, после чего вы с легкостью воспроизведете килограмм.
Но перед тем как мы займемся этим, заглянем в область терминологии.
Вся метрическая система основана на числе «десять», и количество десяток, на которые нужно умножить или разделить исходную единицу, определяется префиксами. Табл. 6 содержит самые популярные из них, от меньшего к большему.
Таблиц 6. Реальная мегатаблица
Сантиметр – это одна сотая метра, и вы знаете это, поскольку видите приставку «санти». Схожим образом слово «километр» говорит вам, что эта штука в тысячу раз длиннее, чем метр: 1000 метров. Мы обычно сокращаем префиксы, пишем «см» и «км».
Осталось только понять, какой длины сам метр.
История метра началась в 1793 н. э., когда он был определен как «одна десятимиллионная от расстояния между экватором и северным полюсом». В 1799 н. э. определение изменили, привязав к материальному прототипу (как и в случае с килограммом), и снова переопределили в 1960 н. э., задействовав длину волны одного изотопа криптона, и переопределили еще раз в 1983 н. э. как точное расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1299792458 секунды.
Учитывая ваши текущие обстоятельства, вы наверняка заметили, что все эти определения выглядят все более и более бесполезными. К счастью, мы тоже это заметили и поэтому просто напечатали линейку длиной в 10 см в этом разделе (рис. 10) и еще одну, может быть, более удобную, на суперобложке[16], так что вам не придется суетиться. Используя ее как основу, вы можете изготовить метр-шаблон, который будет чертовски близок к оригинальному.
Так что теперь у вас есть стандартные единицы измерения для длины, веса и температуры. Единственный первичный параметр, который вам еще необходимо измерять, – время, и он базируется на секунде. Современное определение секунды выглядит на редкость смехотворным «время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133», но вы интуитивно знаете, чему именно она равна – это одна секунда, и все, что вам нужно, это удобный эталон.
Экскурс в сторону: Лекала для ручных измеренийЛинейка в 10 см
Рис. 10. Линейка. С этой маленькой штучки начинается большая система измерений
Чтобы изобрести и измерять углы, просто разделите любой круг на 360 частей, именуемых «градусами». Это может быть чуточку нудным делом, поэтому мы рекомендуем вам использовать этот транспортир (рис. 11).
Рис. 11. Транспортир для половины круга, но вы можете пустить в ход два таких, чтобы покрыть все 360 градусов
Чтобы изготовить прибор, способный отмерить секунду без помощи цезия-133, вам нужно будет сконструировать простой гармонический изолятор, и этот процесс на жаргоне, не относящемся к починке машин времени, обычно описывают как «привязать камень к веревке». Камень, свободно качающийся на веревке, именуется маятником, и вышло так, что секунда – то время, что требуется любому маятнику на Земле, вне зависимости от веса, чтобы качнуться в одну сторону, если длина веревки 99,4 см.
Это клевое свойство маятников – им всегда требуется одно количество времени на один взмах вне зависимости от того, как далеко вы оттягиваете вес перед тем, как отпустить – делает наш эксперимент очень легким.
Данный факт открыл парень по имени Галилео Галилей в 1602 н. э., но вам придется его просто принять.
Теперь он ваш.
Как мы видели, все другие единицы могут быть выведены из набора исходных. Учитывая наличие мер длины и веса, мы легко получим единицу объема, а именно литр. Обычно его определяют как кубическую область, каждая грань которой равна 10 сантиметрам – и этот самый куб, наполненный водой, будет весить в точности 1 килограмм.
Для звука вы захотите измерить частоту, которая есть просто число колебаний в секунду. «Герц» (Гц сокращенно) – один полный цикл в секунду, так что частота в 20 Гц означает 20 колебаний в секунду. Для физики количество силы, необходимое для того, чтобы ускорить 1 килограмм массы до скорости 1 метр в секунду, будет именоваться ньютоном, количество энергии, затраченное, чтобы перенести этот объект на 1 метр, называется джоулем, а ватт – просто один джоуль в секунду.
Эти единицы могут выглядеть абстрактными, но они сильно пригодятся вам в дальнейшем, когда дело дойдет до более сложных технологий.
Так что маленькая линейка, изображенная чуть выше, открывает дверь не только в мир длины, но и объема, массы, силы, энергии и даже самого времени. Если вы используете страницы нашего руководства в качестве туалетной бумаги (а вы не должны, почему бы вам делать такое, поищите что-нибудь еще), то сохраните страницу с линейкой напоследок[17].
5
Теперь мы стали фермерами, Пожирателями Миров
Как выдающимся образом выделиться на собственном поле!
Как бы было замечательно, будь у вас машины, работающие на воде и свете и превращающие грязь во вкусную еду и всякие веселые химические соединения. Еще прекраснее бы все обстояло, если бы эти машины сами себя воспроизводили, улучшали и – самое важное – ни одна из них не захотела убить вас!
Хорошие новости: такие машины существуют.
Они называются «растения», и они станут одним из важнейших ресурсов вашей новой цивилизации. Подумайте о них как о «бесплатной технологии»: машины, которые вы можете использовать, пусть даже случайно, для того чтобы превращать несъедобную почву вокруг, скучный свет с неба и банальную воду, что льется сверху, в разные виды полезных материалов, лекарства, химические вещества и продукты питания, в которых ваша цивилизация нуждается.
Если бы у нас еще не было растений, то мы бы решили, что это просто магия. Однако они всюду и эволюционировали намного раньше нас, так что чаще всего мы находим их банальными.
Людям потребовалось почти 200 тысяч лет, чтобы понять: мы можем делать с растениями много больше, чем просто собирать их и есть, когда мы голодны. Мы можем даже одомашнивать их, выращивая в защищенной от напастей среде, выбирая для продолжения рода экземпляры, обладающие теми характеристиками, которые нам интересны, и не обладающие теми, что нам не нравятся.
Этот процесс, кстати, называется «селекция», и вы только что изобрели его.
Селекция
Вот все, что вам нужно делать.
1. Найти некое растение (или животное, все работает с ними точно так же), обладающее исключительными свойствами, которые вам нравятся. Может быть, оно производит больше зерен вкусной и питательной кукурузы, чем другие растения, или дольше хранится, или лучше противостоит болезням и засухе, или даже… все это вместе.
2. Сажать семена именно от этого растения и не сажать семена других, более убогих (если вы работаете с животными, позволять размножаться только избранным).
3. Повторить.
Делая это сезон за сезоном, вы получите злаки с более ярко выраженными полезными свойствами. Ниже приведены три примера того, что люди смогли сделать, используя исключительно могучую силу селекции (табл. 7).
Таблица 7. Еда: путь от отстоя к крутизне
И все это было выведено до того, как мы узнали, что такое «генетика», до того, как мы научились управляться с эволюцией растений и животных осознанно, и даже до того, как мы поняли, что селекция может приносить плоды (во всех смыслах) на протяжении жизни даже одного человека.
Но вы-то все это уже знаете. Вы впереди планеты всей!
Само собой, существуют негативные стороны того, чтобы сажать одно и то же раз за разом. Ну а мы решили не делать это для вас сюрпризом, способным привести к голоду, от которого умерло бесчисленное количество людей, и поэтому сообщили все открытым текстом.
Постоянная высадка одного и того же растения на том же участке почвы убьет вашу почву (медленно), а затем вас (быстро). К счастью, вы сможете решить эту проблему с помощью технологии, именуемой «севооборотом» или «ротацией культур».
И что это за фигня такая, спросите вы, предвкушая развлечение.
И мы более чем счастливы будем вам ответить.
Севооборот
Нужно держать в уме три невероятно важных факта, касающихся растений.
1. Растения используют энергию солнца, чтобы вырасти большими и вкусными.
2. Химическое вещество, которое они используют, чтобы преобразовывать солнечную энергию, именуется хлорофиллом.
3. Азот является основой хлорофилла.
Будет сильным упрощением назвать азот «волшебной едой для растений», но не чрезмерным. Это самое важное питательное вещество для растений по всему миру, и причиной того, что Венерина мухоловка и саррацения эволюционировали в по-настоящему насекомоядных хищников, стало их желание извлекать азот из всякой летающей и жужжащей мелочи.
Хорошие новости: если вы в достаточной степени живы, чтобы это читать, то атмосфера Земли полна азота. Плохие новости: растения не могут брать азот из воздуха. Вместо этого они добывают его из почвы.
И если они будут раз за разом забирать его, количество азота станет уменьшаться… и вы столкнетесь с очень серьезными проблемами.
Мы рады подробно описать вам, с какими именно.
1. С учетом того, что количество азота в почве, как и других питательных веществ, будет сокращаться, ваши посадки станут расти все хуже и хуже, пока совсем не зачахнут.
2. Вредители и болезни, привлеченные теми растениями, которые вы постоянно сажаете, будут процветать, поскольку вы обеспечиваете им постоянное жилье и питание.
3. Не меняя высаживаемую культуру, вы увеличиваете риск голода в том случае, если случится неурожай.
4. Злаки с поверхностной корневой системой не держат почву, и та будет понемногу эродировать.
5. Злаки с глубокой корневой системой оставляют меньше биомассы в почве после жатвы и тем самым возвращают в нее меньшее количество питательных веществ.
6. Ваша ферма с одной-единственной культурой будет представлять собой унылое зрелище, и вам придется есть на ужин одно и то же каждый вечер.
Чтобы избежать этих проблем, вам нужно давать почве возможность для восстановления. Если вы не в экстремальных условиях, то это делается просто: вспашите поле, но ничего на нем не сажайте целый год (на сельскохозяйственном языке это называется «оставлять под паром») и позволяйте там пастись своим домашним животным. Вспахивание убивает сорняки, а навоз и моча скота полны азота, и это поможет восстановить плодородие почвы[18]. Итак, прекрасно, ваша почва в полном ажуре. Если, конечно, вас не смущает перспектива ничего не есть целый год.
И если в этот момент вы подумали, что можете легко улучшить систему, обрабатывая только половину своих полей каждый год, оставляя вторую половину «отдыхать», то примите наши поздравления: вы только что изобрели севооборот, а точнее говоря, двухпольный севооборот.
Он выглядит следующим образом (табл. 8).
Таблица 8. Двухпольный севооборот: в него вовлечены растения и навоз
При этой системе 50 процентов ваших полей исключены из выращивания пищи, но зато она простая, надежная и позволяет вам есть каждый год. Но если вы хотите больше разнообразия и/или не желаете слышать жалобы по поводу того, что можно было бы и продуктивнее использовать землю, вы можете изобрести трехпольный севооборот.
Он работает следующим образом (табл. 9).
Таблица 9. Трехпольный севооборот. Теперь вы сажаете два раза в год и работаете в два раза больше! Что за мир!
Теперь вы сажаете и жнете дважды в год, и это требует либо дополнительного труда, либо лучших плугов (исторически отвальный плуг позволил решить задачу: смотрите раздел 10.2.3), но это позволяет вам использовать землю с эффективностью 66 процентов. Но если эксплуатировать поля дважды перед жатвой, не приведет ли это к тому, что почва будет истощаться?
Ответ связан с теми бобовыми, которые вы сажаете.
Для бобовых характерны сухие плоды, заключенные в оболочку или стручок: нут, обычный горох, соевые бобы, обычные бобы, люцерна, клевер, чечевица и арахис. Мы перечислили их все прямо сейчас, потому что вы определенно захотите использовать одного из этих плохих парней!
Почему?
Помимо того что все эти штуки вкусны, бобовые входят в число немногочисленных растений, которые могут быть хозяином определенной бактерии (именуемой ризобия, или клубеньковая бактерия, хотя вы, само собой, можете назвать ее как вам захочется), обитающей в корнях. Эта бактерия делает нечто чрезвычайно ценное, на что ни одно растение на Земле не способно само.
Она возвращает азот обратно в почву.
Более точно выражаясь: когда ризобия заражает растение, она действует как единый симбиотический организм, забирая часть углерода, который растение производит в процессе фотосинтеза, и в ответ превращает газообразный азот (N2) в ту его форму, которую растения могут использовать (NH3, или аммиак) и которая хранится в корнях в виде гранул. Когда вы жнете эти растения, оставляя корни в земле, то и азот, и ризобия возвращаются в почву, ожидая следующей посадки.
Бобовые – или, скорее, бактерия, заражающая их, – тот самый «клей», который держит вместе весь трехпольный севооборот. Цивилизации существуют до тех пор, пока составляющие их люди сыты, и трехпольная система позволяет вам повысить производство пищи, увеличивая тем самым максимальный возможный размер самой цивилизации и, следовательно, число находящихся в распоряжении человеческих мозгов. Это также значит, что все, что вы делаете, от мельчайших побед до величайших достижений, зависит от кучки невидимых одноклеточных микроорганизмов, живущих в грязи.
Если они погибнут, то погибнет и ваша цивилизация.
СОВЕТ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ЦИВИЛИЗАТОРА:
Не забудьте посадить бобовые!
Но можем ли мы добиться большей эффективности, обнаглеть еще сильнее и изобрести четырехпольный севооборот, подняв тем самым показатель до 75 процентов… или можем ли мы мечтать о 100 %? Потребовались сотни лет, чтобы человечество хотя бы набралось храбрости, чтобы задуматься о такой возможности, но вы можете смело спорить на свой излишек калорий (табл. 10).
Ведь вам это по силам.
Таблица 10. И в конечном счете система, при которой земля не пропадает зря. Прогресс!
При такой системе севооборота одинаковую поддержку получает и земля, и ее хозяин. Пшеница – для людей, ячмень и репа могут пригодиться как людям, так и живности, репа хорошо хранится зимой, и ею можно кормить скот, любые бобовые хороши, но клевер лучше остальных[19]. В дополнение ко всему животные могут пастись на полях во время фазы репы или клевера, и это помогает контролировать сорняки. Дополнительно каждое поле получает три года передышки, прежде чем на нем появляется та же культура, так что вредители благополучно вымирают от голода.
Если в вашем регионе нет всех этих растений, то вы можете заменять что-то другими, по крайней мере до тех пор, пока запасы азота в почве возобновляются[20]. Сохраняйте при этом осторожность: если не давать полю отдыхать, ему может грозить избыточное вспахивание, источник проблем (см. раздел 10.2.3).
Вы можете ощутить, что все это дело выглядит достаточно мудреным и люди молодцы, что до него додумались. Но на самом деле все вышло не так лестно для нас: наука, разобравшаяся с азотом и всем прочим, возникла позже, а вместо этого мы учились на собственных попытках и ошибках на протяжении многих тысячелетий, и даже простейшая двухпольная система появилась не раньше 6000 до н. э., а четырехпольная вошла в оборот только в XVIII веке н. э.
Итого: больше 20 тысяч лет для того, чтобы изобрести нормальное сельское хозяйство!
И все обстоит даже хуже: симбиоз между ризобией и бобовыми, который делает возможным продвинутую систему севооборота, возник в результате эволюции около 65 млн лет назад. Это так давно, что даже динозавры имели шанс изобрести наиболее сложную систему ротации культур, если бы они только были достаточно умны, или хотя бы попытались, или не были ужасным образом истреблены астероидами[21].
Помимо азота растениям также нужны кальций и фосфор.
Фосфор можно получать из костей, а кальций из зубов, так что обработка скелетов животных выглядит неплохой идеей. Вы можете перемолоть их и вскипятить, чтобы получить костную муку, самый удобный способ для того, чтобы засеять костями поле, а устроив реакцию костяной муки с серной кислотой (см. приложение С), вы получите фосфат, который растения усваивают куда легче и который поэтому является лучшим удобрением.
И теперь, когда вы знаете все о селекции и севообороте, вы (или люди из вашей цивилизации, если вы сами не склонны к сельскому хозяйству) готовы к эффективной работе. Само собой, в зависимости от того, где и когда вы оказались, вам будут доступны различные животные и растения, и эти детали описаны в последующих двух разделах.
Большая часть биомассы Земли бесполезна для человека: она либо неусвояемая, либо ядовитая, либо опасная, либо ее сбор и приготовление занимают слишком много времени, либо она содержит слишком мало питательных веществ, чтобы с ней имело смысл возиться. Но не отчаивайтесь: небольшое количество видов животных и растений на этой планете на самом деле очень полезно для нас, они обеспечивают нас едой, материалами для одежды и жилищ и даже лекарствами.
Скрестим пальцы, чтобы рядом с вами оказался кто-то из них!
6
Что будут есть другие люди, если я попал в эпоху, когда они уже эволюционировали, но до того, как оказалось изобретено сельское хозяйство, и как я могу сказать, не ядовта ли эта штуковина, поскольку я клянусь, древние люди иногда едят на самом деле идиотские фиговины?
Отличные новости: один раз можно съесть все что угодно!
Мы не так много знаем о фруктах и овощах той эпохи (от 200 тысяч до н. э. до 10,5 тысячи до н. э.), поскольку большая часть временных исследований этого периода оказалась нацелена на решение более интересных проблем, вроде: «Как митохондриальная Ева – мы даже без машин времени знаем, что она жила между 99 и 148 тысячами лет назад и является общим женским предком всех живущих сегодня людей – выглядела?»
На тот случай, если вам интересно, – она выглядела сногсшибательно.
Ее мужской эквивалент, Y-хромосомный Адам, общий мужской предок всех людей, тоже был тот еще жук.
Но, возвращаясь к овощам и фруктам, давайте изложим все, что нам известно:
• 780 тысяч лет до н. э.: фиги, оливы и груши употреблялись в пищу, и это еще до возникновения анатомически современного человека;
• 40 тысяч лет до н. э.: финики, бобовые и ячмень присоединились к компании;
• 30 тысяч лет до н. э.: яблоки, апельсины и дикие ягоды вошли в «потребительскую корзину»;
• 10 500 до н. э.: изобретено сельское хозяйство, а также селекция животных и растений.
К счастью для вас, съедобные фрукты и овощи можно найти в любую эпоху существования человека, поскольку, если бы таковых не было, человек просто бы вымер и мы бы не протянули достаточно долго, чтобы изобрести FC3000тм. Плохие новости заключаются в том, что эти растения, зелень и овощи отличаются от своих потомков, с которыми мы хорошо знакомы.
И они определенно будут хуже.
Как мы уже видели, селекция улучшила характеристики растений (с человеческой точки зрения: большие урожаи, большие плоды, стойкость к засухе и т. д.), и это означает, что чем дальше в прошлое вы отправляетесь, тем худшего качества фрукты и овощи вам встретятся. Меньшие урожаи, хуже вкус, сложнее очищать и готовить – все эти вещи ожидают вас в будущем, под которым мы, само собой, подразумеваем далекое прошлое.
Вспомните далеких предков кукурузы, персика и арбуза, которых мы описали в предыдущем разделе.
Ниже показано, как они выглядели до и после того, как люди занялись селекцией (рис. 12).
Рис. 12. Приготовьтесь к разочаровывающим салатам
Если вы вдруг захотите отведать фруктового салата из арбуза и персика (с… кукурузой в качестве украшения?), вам придется собственноручно заниматься селекцией. Достойного внимания початка кукурузы вы не найдете до 900 н. э., и это печально, поскольку единственное зернышко современной кукурузы содержит больше питательных веществ, чем целое растение ее предка. Вы не встретите оранжевой моркови до 1600 н. э., каждое авокадо, что вы съели в своей жизни, происходит от единственного семечка, найденного при таинственных обстоятельствах в 1926 году[22], а красный грейпфрут, с которым вы так хорошо знакомы, не существовал до экспериментов с радиацией, проводившихся правительством в 1950-х[23].
Тем не менее вы можете найти преимущество в том, что знаете, чего именно можно добиться от этих растений с помощью селекции. Ведь вы помните, каковы их потомки, и понимаете, что ваша цель достижима, реальна, а усилия вполне стоят того.
Но прежде чем приняться за дело, вы должны собрать нужных вам животных и растения, и для того, чтобы есть, и для собственного сельскохозяйственного мероприятия. В процессе вы наверняка столкнетесь с потенциальной едой, с которой и вы, и люди той эпохи не будут знакомы.
Как можно определить, съедобна ли она?
Читать бесплатно другие книги:
