«От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем»

От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем (fb2) - От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем 4716K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Татьяна Зарубина

От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем

Автор идеи Антон Захаров

Составитель Татьяна Зарубина

Иллюстрации Нины Кузьминой

Макет Владимира Мачинского

Издание осуществлено при поддержке Политехнического музея

© Н. Кузьмина, иллюстрации, 2017

© ФГБУК Политехнический музей, идея и вопросы, 2014-2016

© ООО «Издательство «Розовый жираф», художественное оформление, 2017

© ООО «Издательство «Розовый жираф» и авторы, текст, 2016-2017

* * *

Дорогие читатели!

Книжку, которую вы держите в руках, придумали и сделали совместно издательство «Розовый жираф» и Политехнический музей в Москве – один из старейших научных музеев мира. Политех – это необычный музей: он не только хранит коллекцию уникальных экспонатов, рассказывающих об истории и будущем науки и техники, но и проводит множество образовательных научных программ, особенно интересных для детей. Мы думаем, что многие из друзей «Розового жирафа» бывали на Фестивале Политеха, учились в Университете детей или участвовали в увлекательных экспериментах в наших Научных лабораториях. На всех наших встречах вы задаете нам немало вопросов – иногда простых, а иногда таких сложных, что на них не может с ходу ответить даже ученый. И мы решили, что было бы здорово собрать эти вопросы и ответы на них под обложкой одной книги.

Вы, конечно, заметили, что на этой обложке не указано имя автора. Дело в том, что авторов у книги очень-очень много. Некоторые из тех, кто отвечал на ваши вопросы, – это известные ученые, гордость российской и мировой науки, другие еще молоды и со временем определят лицо науки будущего. Многие авторы работают в Политехническом музее. Всех их объединяет одно: они не просто ученые, а ученые-просветители, популяризаторы науки. Просветители – это люди, обладающие очень редкой сверхспособностью: они умеют рассказывать о самых сложных научных проблемах так увлекательно и таким простым языком, что становится интересно и понятно не только детям, но даже некоторым взрослым.

Но самые главные авторы этой книги – это вы, наши дорогие читатели: слушатели Детского лектория, студенты Университета детей, экспериментаторы Научных лабораторий. Именно вы задавали на лекциях и занятиях вопросы, над которыми ученым пришлось изрядно поломать голову. Но в этом нет ничего страшного, а совсем наоборот: ведь ломать голову – любимейшее занятие настоящего ученого. Так что все мы получили большое удовольствие, отвечая на ваши вопросы.

Итак, приходите к нам в Политехнический музей, задавайте свои простые, трудные, смешные и загадочные вопросы – а мы будем ломать голову и отвечать на них. И это поможет двигать вперед науку, уточнять и расширять наши знания о человеке и о мире, который окружает нас.

А кто-нибудь из вас со временем тоже станет большим ученым и сам сможет ответить на трудные вопросы, которые задают дети. Ведь такие вопросы никогда не кончаются!

Давайте учиться вместе!

Ваш Политехнический музей

Часть I Земля: Планета и жизнь

№ 1. Почему Земля круглая?

Наша планета круглая, точнее, имеет шарообразную форму, потому что она массивная. Все планеты Солнечной системы имеют форму, близкую к шарообразной. А вот небольшие тела, такие как астероиды или спутники планет, могут быть совсем некруглыми. Например, Деймос, спутник Марса, в 4 миллиарда раз легче Земли и вовсе не похож на шар.

Почему же массивная планета становится шарообразной?

Как известно, все тела притягиваются друг к другу. Причем чем больше масса тела, тем сильнее оно притягивает другие тела. Например, Земля притягивает нас к себе, не давая улететь в открытый космос. Это явление называется гравитацией. Именно благодаря гравитации из газопылевого облака образовались планеты. Сначала появились зародыши планет – «планетозимали», которые притягивали к себе газ и пыль и таким образом росли. Чем больше они росли, тем массивнее становились и тем сильнее сжимались. Любое сжимающееся тело нагревается. Молодая планета нагревается очень сильно – настолько, что плавится, то есть переходит в жидкое состояние.

В свою очередь жидкость легко принимает форму шара: она стекает с гор и заполняет впадины.

Все планеты Солнечной системы, даже самая маленькая, Меркурий, проходили через стадию расплавленного шара.

А вот астероиды и небольшие спутники – нет, и поэтому их форма может сильно отличаться от шара.

Сейчас Земля остыла. Но все равно она не совсем твердая. Внутри находится горячая мантия, до сих пор продолжается горообразование. Может ли на Земле вырасти гора настолько высокая, что заметно изменит форму нашей планеты? Оказывается, нет. Слишком высокая гора просто разрушится под собственной тяжестью. Причем чем больше планета, тем… ниже самая высокая гора! Например, наш земной Эверест чуть ниже 10 км, а на Марсе есть потухший вулкан Олимп высотой больше 20 км. На Земле такая гора просто раздавила бы сама себя.

Но Марс меньше Земли, и сила тяжести там ниже. То есть чем массивнее планета, тем ближе ее форма к идеальному шару.

И все же Земля не совсем шар. Наша планета слегка сплюснута с полюсов.

Расстояние между полюсами примерно на 40 км меньше диаметра экватора. Так получилось потому, что Земля вращается и центробежная сила (та самая, которая пытается отбросить нас в сторону, когда мы катаемся на карусели) растягивает ее по экватору. Правда, 40 километров в сравнении с размером Земли – это очень мало. Если уменьшить Землю до размера баскетбольного мяча, то такой мяч надо было бы сжать меньше чем на миллиметр.

Ольга Возякова, астроном

№ 2. Почему континенты разъехались?

Надо сказать, что всерьез обсуждать этот вопрос ученые начали не так уж давно – в 1912 году. Поводом послужила гипотеза о дрейфе континентов, выдвинутая немецким геофизиком Альфредом Вегенером. Коротко суть ее можно изложить так: жил-был единый праматерик Пангея, окруженный великим праокеаном Панталассой, а потом на рубеже палеозоя и мезозоя как началось! Пангея разорвалась на Лавразию и Гондвану, и они двинулись в разные стороны, продолжая дробиться по пути.

Для своего времени идея о том, что материки могут перемещаться, казалась дикой ересью. Научная общественность яростно отрицала саму возможность дрейфа, а уж для проработки вопроса о его причинах не было ни повода, ни данных.

Но за последние 50 лет глобальная тектоника плит, то есть их движение, стала общепринятой очевидностью. Эксперты мирно обсуждают гипотезу, что до Пангеи материки, вполне возможно, существовали по отдельности. А еще на 700 миллионов лет раньше опять вместе – как еще более древний суперконтинент Родиния.

Установлено, что раскол Пангеи сопровождался расширением гигантских рифтовых зон (разломов земной коры), в которые проникли воды Мирового океана и сформировали между Гондваной и Лавразией древний океан Тетис. В тектоническом отношении Тетис был устроен как современные океаны: в середине его располагалась сеть хребтов, активно извергавших базальты. Базальты, остывая, формировали новую океаническую кору, которая, как лента эскалатора, выезжала из-под земли и понемногу раздвигала блоки старой материковой коры по краям океана.

В зонах встречи новой плиты со старой боковое давление не только оттесняет континенты, но и заталкивает океаническую кору вниз, под материковую. Опять на переплавку. В таких провальных местах возникают глубоководные желоба (самый глубокий и известный – так называемая Марианская впадина). И здесь же, по соседству, – мощное восходящее движение подпертых снизу континентальных окраин, горообразование, вулканизм, землетрясения.

Космическая геодезия с помощью спутников подтверждает, что континенты расползаются со средней скоростью один-два сантиметра в год. Примерно в таком же темпе поднимаются и молодые горные хребты в зонах стыка. Скорее всего, эти могучие движения порождаются медленными перемещениями находящегося под земной корой вещества мантии. Но почему оно реализуется именно через Срединные океанические хребты, почему там извергаются обязательно базальты и, главное, почему вся эта кухня до поры до времени бездействовала, а в мезозое вдруг включилась – на эти вопросы исчерпывающего ответа пока нет.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 3. Как получается вулкан?

Классический вулкан – это коническая гора с жерлом, которое обычно называют кратером, что по-гречески значит «чаша». Из кратера извергаются раскаленные вулканические породы, которые накапливаются вокруг, со временем формируя правильный конус. Так получились самые известные древние и современные вулканы: Везувий, Этна, Килиманджаро, Ключевская сопка, Фудзияма, Казбек, Эльбрус (у него два жерла и два конуса).

Бывают и другие вулканы, трещинного или щитового типа, когда лава извергается не из одного вертикального канала, а вдоль длинных трещин в земной поверхности и растекается по обширной территории. В итоге из вулканических пород получается не гора, а плоское вулканическое плато площадью в сотни и даже тысячи квадратных километров. Такие явления наблюдаются в современной Исландии, а в глубокой древности они сформировали плато Декан в Индостане и огромную Восточно-Сибирскую платформу.

Классические вулканы («огнедышащие горы») известны шире, потому что расположены в обитаемой зоне, привлекают внимание своей необычностью и их извержения часто оставляют трагический след в истории человечества. Взрыв средиземноморского вулкана Санторин на острове Тира за 1660 лет до н. э. уничтожил сам остров и отозвался землетрясением, огненным дождем из вулканического пепла и волной цунами на соседнем острове Крит. Многие считают, что именно он уничтожил древнюю Минойскую цивилизацию и лег в основу легенды про Атлантиду – древний континент, провалившийся на морское дно. Вулкан Везувий в 79 году н. э. погубил знаменитые Помпеи и Геркуланум. Взрыв вулкана Кракатау в 1883 году уничтожил несколько островов в Зондском проливе и стоил жизни 40 тысячам островитян. Кроме этого, как полагают некоторые климатологи, рассеянная в атмосфере вулканическая пыль в течение 2-3 лет после извержения затрудняла солнечному свету путь к земной поверхности, что отозвалось ухудшением климата. Вулкан Мон-Пелье на Малых Антильских островах в 1902 году засыпал раскаленным пеплом и сжег городок Сен-Пьер с 28 тысячами жителей…

Однако менее выразительные плоские вулканические структуры в истории Земли сыграли, пожалуй, более существенную роль.

Различия между вулканами этих двух видов предопределены составом лавы, которая поднимается к поверхности из первичных вулканических очагов, лежащих на глубине в несколько километров. Базальтовая лава по химическому составу ближе к основаниям («база» по-латыни и есть «основа»). Она более текучая, поэтому легче изливается и не закупоривает каналы извержения. Противоположная по составу «кислая» лава содержит больше соединений кремния с кислородом и по химическому составу ближе к гранитам. (Кислород потому и называется кислородом, что при соединении с другими элементами их окисляет, то есть рождает кислоты.) «Кислая» лава жесткая и неподатливая, она загромождает вулканические каналы. Поэтому такие извержения чаще сопровождаются мощными взрывами и вулканическими бомбардировками, а их продукты накапливаются у места извержения.

Современная геология связывает вулканизм с глобальной тектоникой плит. Новые «океанические» плиты рождаются в Срединных океанических хребтах, глубоко под водой. Они сложены основными, базальтовыми лавами. Медленно расползаясь в стороны от места рождения, они сталкиваются с «континентальными» плитами, где преобладают породы кислого (гранитного) состава. В месте стыка плит идет активное горообразование, в земной коре накапливаются огромные напряжения, часть породы выдавливается вниз (где она расплавляется), а часть – вверх (где она извергается на поверхность в виде лавы). Для людей это выглядит как землетрясения и вулканизм.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 4. Где на самом деле у Земли низ, а где верх?

Представим себе, что мы проснулись в комнате, у которой стены, пол и потолок выкрашены в один цвет. Как понять, где верх, а где низ? Возьмем какой-нибудь предмет, например железную гайку, и уроним ее. Куда гайка упадет, там и низ. Но где верх, а где низ, мы можем узнать и без груза. У человека и других животных есть специальное устройство – вестибулярный аппарат. И гайка, и вестибулярный аппарат чувствуют, куда направлена сила земного притяжения. А сила земного притяжения направлена к центру Земли.

У белого медведя, который стоит на льдине на Северном полюсе, внизу под лапами находится Южный полюс. А у пингвина на Южном полюсе под ногами Северный. То есть если бы Земля была прозрачной, то оба, и медведь и пингвин, смотрели бы друг на друга сверху вниз.

Помните, как у Льюиса Кэрролла Алиса попала в Страну чудес? Она упала в глубокий колодец, а пока падала, размышляла о том, что будет, если пролететь Землю насквозь.

Если бы удалось прорыть колодец сквозь всю Землю, можно было бы быстро путешествовать в любую точку земного шара. Заглянув в такой колодец, мы увидели бы небо. А прыгнув туда, примерно через 40 минут оказались бы на противоположной стороне Земли. Как же удивятся наши антиподы, когда мы вылетим из колодца вверх ногами!

К сожалению, сквозной колодец, или, как его называют ученые, гравитационный лифт, сделать пока невозможно. До сих пор самый глубокий колодец, выкопанный людьми, – Кольская сверхглубокая скважина – чуть больше 12 километров в глубину. А до центра Земли – более 6000!

Итак, у Земли нет ни верха, ни низа.

Но верха и низа нет даже у глобуса или карты. Мы привыкли видеть на карте север вверху. Хотя это всего лишь условность. В Австралии, расположенной в южном полушарии, любят рисовать карту мира наоборот – южным полюсом вверх. Для нас это непривычно, но ничего неправильного в этом нет.

А что же в космосе? В космосе нет ни верха, ни низа, ни севера, ни юга. Космонавты, находясь на орбите в невесомости, могут видеть в иллюминаторе Землю над головой или под ногами. В невесомости наш вестибулярный аппарат не работает, предметы никуда не падают и понятия верха и низа исчезают. На космической станции можно работать и на полу, и на потолке. Вот только спать в невесомости поначалу тяжело – голову положить на подушку не получается.

Ольга Возякова, астроном

№ 5. Как и почему зародилась жизнь? Почему произошла эволюция?

Эволюция – это изменение живых существ в результате конкуренции с другими живыми существами. Если не эволюционировать, то твое место рано или поздно займет кто-то более приспособленный (тот, кто эволюционировал, в отличие от тебя). Поэтому можно сказать, что жизнь без эволюции почти невозможна. Эволюция должна была появиться вместе с жизнью. Однако никто точно не знает, как зародилась жизнь. Некоторые ученые думают, что жизнь могла всегда существовать в космосе и попала на нашу планету с метеоритами. Другие считают, что жизнь зародилась на Земле – через некоторое время после формирования нашей планеты, когда покрывавший ее океан достаточно остыл. Точно мы знаем только, что жизнь зародилась в воде.

Основное свойство живой материи – способность к воспроизведению, то есть к сохранению информации. Когда мы говорим о жизни, то важная для нас информация – это то, как устроено живое существо. Все живое состоит из клеток, которые, в свою очередь, сделаны из белков, но проблема в том, что белки обычно не могут воспроизводить сами себя. Им нужна информация о клетке, то есть о всех белках, из которых она сделана. Такая информация содержится в нуклеиновых кислотах, которые, в отличие от белков, способны к самовоспроизведению. Самая известная нуклеиновая кислота – это ДНК (сокращение от «дезоксирибонукле́иновая кислота»), но очень важную роль в клетке также играет другая кислота, называемая РНК (рибонуклеиновая кислота).

ДНК и РНК различаются своим химическим составом, но в целом довольно похожи. ДНК может воспроизводить себя только с помощью специальных белков и РНК, поэтому она не могла существовать самостоятельно. Зато у РНК есть замечательное свойство – она может копировать себя сама. Поэтому считается, что когда-то вся жизнь на Земле могла быть представлена только цепочками РНК, которые сами себя копировали, используя химические вещества, растворенные в окружающей воде. Такой гипотетический (то есть предполагаемый) эпизод в истории формирования жизни называют «мир РНК».

Уже в мире РНК могла быть конкуренция: некоторые молекулы РНК воспроизводили себя быстрее других и таким образом не оставляли ресурсов для других кислот. В результате «выживали» только те РНК, которые могли быстро и эффективно себя копировать, а другие исчезали, потому что не оставляли потомков. И это уже была эволюция.

Со временем в результате конкуренции между собой некоторые РНК научились копировать себя еще быстрее – для этого они стали использовать белки. Эти белки сохранились во всех современных клетках, они и сейчас помогают копировать нуклеиновые кислоты.

Из белков и жиров со временем могла получиться оболочка, которая бы защищала РНК от разрушительного воздействия окружающей среды. Такие РНК, завернутые в оболочку, получали преимущество, потому что гораздо лучше выживали, чем свободно плавающие. И их уже можно назвать протоклеткой.

Потом РНК научились создавать ДНК, которая в современном мире сохраняет почти всю информацию об устройстве клетки. С появлением ДНК закончился так называемый мир РНК и началась современная эволюция, где живые существа соревнуются между собой, сохраняя информацию в ДНК.

Однако такая последовательность событий – всего лишь гипотеза, хотя и весьма вероятная.

Никита Зеленков, зоолог

№ 6. Почему звуковая волна может уничтожить, хотя ее не видно?

Начну со встречного вопроса: «А что вы хотели увидеть?» Звуковая волна – это движущийся набор чередующихся уплотнений и разрежений воздуха. Воздух практически абсолютно прозрачен, то есть почти не рассеивает свет, а пропускает его. Напомню, что мы видим предметы тогда, когда рассеянный (отраженный) ими свет попадает нам в глаз. То есть звуковую волну нельзя увидеть потому, что ее возникновение и распространение практически не вызывают изменений в процессе прохождения света через воздух. Просто воздух мы ведь не видим. А вот насчет уничтожить – это без проблем. Звуковая волна движется в обычных условиях со скоростью более 300 м/с (быстрее авиалайнера), и если уплотнения воздуха в ней достаточно велики, то велика и энергия, которую волна обрушивает на встретившееся препятствие. Отсюда и разрушения.

Григорий Крученицкий, физик

№ 7. Почему на Земле есть люди?

Человек – это результат процесса, который длился миллионы лет. Условия на Земле менялись так, что человек мог появиться. И он появился. Сначала на нашей планете стала возможна жизнь, и зародилась она в воде. Первые бактерии при дыхании выдыхали кислород, а не углекислый газ, как мы. И вот 800 миллионов лет назад они уже надышали его столько, что получилась кислородная атмосфера. В этих новых условиях появились крупные многоклеточные существа. Некоторые из них были похожи на сегодняшних рыб, и постепенно из них получились рыбы.

400 миллионов лет назад, в девонском периоде, стало очень жарко и появились наземные растения. За ними из воды вышли пауки и насекомые, а за ними – рыбы, ставшие амфибиями.

В конце следующего, карбонового периода амфибии научились не высыхать, а из икры появилось несохнущее (в скорлупе или кожистой оболочке) яйцо: так возникли рептилии. Среди них были зверообразные.

Следующий период – пермский, он был очень холодным и сухим. Зверообразные рептилии приспособились к такому климату, став теплокровными и покрывшись шерстью, и в следующем, триасовом периоде они превратились в млекопитающих.

В юрском периоде они перестали откладывать яйца и начали рожать детенышей. В конце мелового периода динозавры, которые им мешали, вымерли и млекопитающие стали очень разнообразными. Среди них появились древолазящие – плезиадаписы, наши предки. Они прыгали по ветвям и ели в основном насекомых. Сначала они были преимущественно ночными.

Примерно 40 миллионов лет назад они стали дневными и фруктоядными, это уже первые обезьяны. Около 20 миллионов лет назад некоторые обезьяны увеличились в размерах, из-за этого у них исчез хвост, который стал не нужен, и так возникли человекообразные обезьяны.

7 миллионов лет назад из-за исчезновения африканских лесов часть их вымерла, а часть приспособилась к жизни в саванне, встав на две ноги. Это были австралопитеки. 2,5 миллиона лет назад они стали есть много мяса и делать каменные орудия – и это уже первые люди. Примерно 1,8 миллиона лет назад они вышли из Африки. А 50 тысяч лет назад они уже были почти неотличимы от нас – это наш вид, «человек разумный».

На Земле есть люди, потому что живые существа постоянно приспосабливались к меняющимся условиям. И сами менялись так, что это привело к появлению людей.

Станислав Дробышевский, антрополог

№ 8. Сколько человек умерло?

Все знают: столько, сколько родилось за все время существования человечества, за исключением ныне живущих. Но сколько же родилось? Вопрос, не имеющий достоверного ответа. Система учета смертей и рождений, регулярного проведения переписей населения возникла совсем недавно, а распространилась по миру – по меркам человеческой истории – вчера. Да и то сейчас в некоторых странах такого учета нет, а в ряде других он охватывает не все население. Тем не менее демографы ООН, ведающие подсчетом населения Земли, сделали свои оценки по всем странам мира с 1950 года. Так что человечество с приемлемой точностью знает свою численность за последние 65 лет. Чем глубже в прошлое, тем менее надежны данные и тем их меньше.

Сведений о числе рождений нет, но их можно вывести, зная численность населения. Усилиями биоархеологов, историков, демографов оценки-догадки о численности населения Земли добираются к началу неолита, но неопределенность велика. Так, на 10 000 год до н. э. минимальная оценка (1 миллион человек) меньше максимальной в 10 раз, на 5000 год до н. э. – в 4 раза (то есть от 5 до 20 миллионов). И все же в настоящее время сложился общий взгляд на динамику численности мирового населения.

Другая проблема: от появления какого «человека» считать. Homo habilis (человек умелый) появился около 2,5 миллионов лет назад, наш вид, Homo sapiens, – 50-100 тысяч лет назад. Среди ученых по этому поводу согласия нет. Наш соотечественник, знаменитый ученый и просветитель Сергей Петрович Капица, отвечая на этот вопрос, счел нужным рассматривать период в 4,5 миллиона лет, и получилось, что к 2005 году на Земле прожило и умерло 90 миллиардов человек. Он использовал математическую модель роста численности населения Земли, теоретически обосновав ее.

Другие известные нам подходы основаны на догадках и упрощениях, но тоже взятых из научного опыта. Например, по мнению крупнейшего современного демографа и социолога Карла Хауба, к 2011 году, помимо 7 миллиардов ныне живущих, на Земле побывало еще 100 миллиардов человек, из них 47 миллиардов – в последние 2000 лет. Хауб взял общепринятые оценки численности населения, самая далекая из которых относится к 8000 году до н. э. (5 миллионов человек), а возникновение Homo sapiens отнес к 50 000 году до н. э. Далее он предположил, что в тот момент на Земле было два человека (Адам и Ева?) и численность людей в каждый следующий период росла с постоянной скоростью. Так Хауб получил численность людей в каждом году. Теперь число рождений можно оценить, задав общий коэффициент рождаемости, то есть частоту рождений на 1000 живущих в данном году. Для периода от Адама и Евы и до XIII века Карл Хауб установил этот показатель равным 80 на 1000, для 1200-1750 годов – 60. О дальнейшей динамике – после 1750 года – демография имеет довольно точное представление. Но как Карл Хауб вывел значения коэффициента рождаемости для далекого прошлого? Из догадок-оценок.

Дело в том, что мы знаем, насколько высокими были рождаемость и смертность еще недавно, и знаем, что в прошлом они были еще выше. Скажем, Хауб исходил из того, что до XIII века величина ожидаемой продолжительности жизни при рождении была ниже 13 лет.

И все же не стоит относиться к этим вычислениям чересчур серьезно. Потому что все полученные результаты округляются, и к тому же неизвестно, сколько все-таки было людей в самом начале. Да и сам автор предостерегает: при полном отсутствии надежной информации в достатистическую эру расчеты неизбежно носят полунаучный характер. Впрочем, польза от них несомненна: они иллюстрируют необычный и крайне важный момент в развитии человечества – его стремительный рост. Если в 1750 году за спиной каждого живущего (по выражению Артура Кларка, автора романа «2001: Космическая одиссея») стояло по призраков, то в 1950 году – 40, а сейчас – менее 15.

Сергей Васин, демограф

№ 9. Какое время на Южном полюсе?

Время на планете Земля – явление в значительной мере условное. В том смысле, что люди уславливаются, как его измерять. Вроде понятно: солнце встало – значит, утро. Село – значит, вечер. Но почему в сутках именно 24 часа? Ведь время оборота планеты вокруг оси можно было бы разделить не на 24, а, скажем, на 20 или 10 равных интервалов. Ничего, кроме условностей и привычек, от этого не изменилось бы. Однако весь мир делит сутки на 24 интервала, а год – на 12 месяцев, ничуть не переживая, что это отголосок древней двенадцатиричной системы счета. Раньше люди предпочитали оперировать не десятками, а дюжинами и круглой цифрой считалось не 10, а 12. Две дюжины – 24. Тогда это было естественным. А почему в часе 60 минут? С точки зрения современного счета удобнее было бы иметь 50, при том что каждая «минута» была бы немного длиннее. Но календари и система отсчета времени создавались древними звездочетами, которые были воспитаны на шестидесятиричной системе (60 – это 5 дюжин, возможно по числу пальцев на руке). Эта система была известна еще в древнем Шумере, оттуда перешла к Вавилону, затем к древним грекам и после них к арабам. И лишь в Средние века Европа начала постепенный переход к близкой нам десятичной системе.

Однако с календарем, часами и геометрией все осталось по-прежнему: перестраивать себе дороже. Окружность мы делим на 360 градусов, часовой циферблат – на 60 минут. Так пошло с первых солнечных часов (тень от стержня падает на дугу, и по мере смещения Солнца, точнее по мере вращения Земли, она ползет по дуге, отсчитывая нанесенные на ней деления. Деления, понятно, наносились древними мудрецами исходя из привычной системы счета).

Столь же условно и понятие часовых поясов. Время само по себе течет ровно, но где-то на карте нужно провести договорную границу, при переходе через которую происходит скачок – в одном часовом поясе новый год уже наступил, а в соседнем еще и вечера, праздник начнется через час. Для удобства границы поясов подтягивают к межгосударственным или внутренним административным границам, поэтому они выглядят весьма замысловато. Перелетая на самолете из пояса в пояс или из страны в страну, путешественники первым делом переводят часы на местное время. Впрочем, можно и не переводить и жить по своему прежнему времени, особенно если надо часто связываться с теми, кто остался дома. Но тогда, если вы перелетели из Москвы, допустим, в Австралию, у вас на часах будет разгар рабочего дня, когда аборигены уже давно спят.

На Южном (впрочем, как и на Северном) полюсе условность исчисления времени особенно очевидна. С одной стороны, оно тянется точно так же, как в других точках планеты. Через пять часов после завтрака захочется пообедать, а еще через пять часов – поужинать. Потом уже и спать пора. С другой стороны, полюс – эта та точка, в которой суточный оборот Земли не отражается в положении Солнца на небе: сама ось, вокруг которой крутится планета, при вращении не смещается. Установленные здесь солнечные часы будут круглые сутки показывать одно и то же время.

Поэтому обитатели полярных станций условились отсчитывать часы в сутках так, как им удобнее. Некоторые станции живут по национальному времени. На американской антарктической станции Амундсен – Скотт, расположенной строго на полюсе, действует условное время Новой Зеландии, потому что оттуда на станцию летают авиарейсы. Это удобно для общения с Большой землей, но создает проблемы с соседями: когда у полярников с американского континента рабочий день, полярники из Азии давно спят, хотя между станциями может быть всего несколько километров.

Впрочем, в последние годы абсолютное большинство антарктических станций живет в режиме Гринвичского нулевого меридиана: когда в Лондоне время вечернего чая («файф-о-клок»), на часах полярников тоже 5 часов вечера.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 10. Как устроены зыбучие пески?

Следует признать, что зыбучие пески чаще встречаются на страницах английских приключенческих и детективных романов XIX века (и, соответственно, в головах их читателей), чем в действительности. В них авторы трагически топят второстепенных героев (главные герои, конечно, выживают, иначе придется обрывать роман). Преступники прячут в песках тела жертв, а также (в сундучках на цепочке) драгоценности.

Коварство этого природного явления объясняется довольно просто: эти пески выглядят совершенно обыкновенно, а на самом деле в них каждая песчинка окружена микроскопической водяной пленкой и взаимодействует с соседями не так плотно, как в обычном мокром песке. Как это получается? Там, где подпорные грунтовые воды выходят на поверхность земли, они иногда не формируют одного локального источника или родника, а тихо высачиваются на значительной площади. Под небольшим давлением воды снизу песчинки пребывают как бы в плавающем состоянии. До механического вмешательства пески находятся в квазиравновесном состоянии, но любая дополнительная нагрузка это равновесие нарушает и песок на удивление легко проваливается, поглощая упавший на поверхность предмет.

Собственно, похожим образом устроены и низинные болота, сложенные полужидкими торфяниками в зонах выхода грунтовых вод и тоже обладающие неприятным свойством засасывать несчастную жертву. Торфяники распространены значительно шире и потому не столь романтичны.

Поняв суть явления, несложно понять, как с ним бороться. Прежде всего – не паниковать! Зыбучий песок – это всего лишь очень тяжелая и густая жидкость. Двигаться в ней невозможно, но и утонуть тоже – ее плотность значительно выше плотности человеческого тела. А вот выбиться из сил, переохладиться от ледяных грунтовых вод и задохнуться от давления на грудную клетку – это за милую душу.

Самое правильное решение – не рваться впустую, а лечь плашмя в эту мерзкую смесь воды с грунтом, пошире раскинуть руки и, очень медленно вытащив провалившиеся ноги, плыть (или ползти, что в данном случае почти одно и то же) к берегу.

Зыбучие пески опаснее для животных, чем для людей (если, конечно, человек не теряет голову и не начинает вести себя как животное). Человек может плоско «плыть» по грязи, а корова, лось или олень – нет. Если зверя засосало под брюхо, делать ногами плавательные движения он уже точно не сможет – грунт не вода, держит невероятно плотно. Так они и гибнут, бедняги.

Что же касается трупов, якобы погруженных в зыбучие пески, то такое возможно лишь при наличии двухпудовой гири (без нее мертвое тело будет плавать на поверхности) и толщине влагонасыщенного грунта не менее чем в 2 метра. В противном случае гиря нащупает равновесие при встрече с относительно более плотными слоями внизу и покойник станет над поверхностью торчком, издалека приветствуя местного констебля или Шерлока Холмса с доктором Ватсоном.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 11. Что такое Бермудский треугольник?

Географически Бермудский треугольник – это кусок Атлантического океана к северу от Кубы, ограниченный выдуманными границами, напоминающими равносторонний треугольник между Пуэрто-Рико, Флоридой и Бермудскими островами.

С таким же успехом к трем углам можно было бы пририсовать четвертый (скажем, город Вашингтон) и назвать новую фигуру Саргассовой трапецией – потому что в нее входит загадочное Саргассово море.

Саргассово море, пересекающееся с Бермудским треугольником, служит местом действия страшных сказок не менее двух столетий. Оно и правда странное: воды крупных океанических течений сливаются вокруг него в хоровод, а в центре преобладают штиль и тишина. Этот обширный аквариум без берегов с тихой, теплой и очень прозрачной водой облюбовали гигантские колонии водорослей, которые толстыми подушками украшают морскую поверхность. Для парусников это весьма опасно: углубившись в такую цветущую лужайку при редком попутном ветре, там легко увязнуть на несколько недель в тщетной надежде, что ветер вернется. При ограниченных запасах воды экипажи парусников, попавшие в водорослевый плен, имели серьезные шансы остаться там навсегда. Едва заметное круговое движение поверхностных вод потихоньку доставляло все, что держится на плаву, к центру (в наше время это приводит к возникновению плавучих островов из пластикового мусора, собранного течениями со всей Атлантики). Поэтому не исключено, что страшные легенды о плавучих кладбищах кораблей не лишены основания. Стоило паруснику по пути к Центральной Америке отклониться на 200-300 миль к северу от попутного пассатного течения, и тихий зеленый ад открывал ему свои объятия.

Дурная репутация места получила подтверждение в декабре 1945 года, когда пять американских бомбардировщиков типа «Эвенджер» вылетели в тренировочный полет с базы во Флориде и бесследно исчезли. Пропал и один из посланных на их поиски гидросамолетов «Мартин Маринер». Несчастье объяснялось неудачным наложением человеческих ошибок на возникшие технические проблемы, как это обычно и бывает в современных техногенных катастрофах. У флагмана отказало навигационное оборудование, а командир был плохо знаком с местностью. Он решил, что звено находится южнее Флориды, в то время как они были севернее. В результате вместо того, чтобы взять курс на базу, ориентируясь по солнцу, звено двинулось прочь от нее. Оставшись без горючего, пилоты попытались посадить «Эвенджеры» на воду, что закончилось трагически. Экипаж посланного на помощь гидроплана в экстремальных условиях, видимо, неоправданно перегрузил двигатель, имевший, по мнению экспертов, конструктивный изъян, и «Мартин Маринер» взорвался в воздухе.

Но широкой публике, конечно, гораздо больше понравились мистические объяснения произошедшего: дыра в пространстве-времени, происки инопланетных цивилизаций или поднявшихся на поверхность обитателей Атлантиды. В США мода на «треугольник» миновала в середине 70-х годов прошлого века. В России о нем заговорили несколько позже, но сегодня интерес к этой теме тоже иссяк.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 12. Почему нельзя убежать от шаровой молнии?

Потому что это может стоить вам жизни. Но давайте разберемся, что это за явление.

«Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскаленные угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…» – это документальное описание загадочных и таинственных шаров из летописи 106 года до н. э. Имеется также письменное свидетельство наблюдения шаровой молнии в Англии в 1638 году, когда в церковь влетела двухметровая шаровая молния, которая убила и ранила многих прихожан, а зданию нанесла серьезные повреждения.

Первым человеком, который серьезно отнесся к рассказам очевидцев шаровой молнии, был французский физик и естествоиспытатель Доминик Франсуа Араго. В своем труде он описал 30 случаев наблюдения этого редкого природного явления. Его работа была во многом революционна для XIX века. До нее ни один ученый не воспринимал рассказы о шаровых молниях всерьез. Даже англичанин Уильям Томсон (больше известный как лорд Кельвин) до конца своей жизни был уверен, что это явление – простой обман зрения. В XX веке физики уже оставили скепсис по поводу шаровых молний. Их изучением занимались такие признанные ученые, как академик Петр Леонидович Капица. На сегодня случаи наблюдения шаровой молнии исчисляются многими десятками тысяч. Совсем недавно, в 2014 году, известный научный журнал опубликовал статью китайских ученых, которым удалось, используя самые современные приборы, не только зафиксировать на кинопленке подробную картину поведения молнии, но еще и выполнить измерения ее физических свойств, что, по сути дела, явилось первым научным наблюдением шаровой молнии.

Что же сегодня известно про шаровую молнию? Возникает шаровая молния в основном во время грозы, но известны случаи ее появления и в солнечную погоду. Появляется она обычно в единственном экземпляре и нередко самым неожиданным образом: спускается с туч, возникает в воздухе, выплывает из-за столба или дерева. Для нее не составляет труда проникнуть в закрытое пространство: есть свидетельства ее появления из розеток, телевизора и даже в кабинах пилотов. Существовать огненный шар способен довольно длительное время, а при перемещении неожиданно менять направление. Он может на несколько минут повиснуть в воздухе, после чего резко, на скорости от 8 до 10 м/с, уйти в сторону. Что касается температуры плазменного шара, то, по подсчетам ученых, она должна составлять от 100 до 1000 градусов Цельсия, но очутившиеся поблизости огненного шара люди жара от него не чувствуют. При этом если он неожиданно взрывается, вся находящаяся неподалеку жидкость испаряется, а стекло и металл плавятся.

Как вести себя, если рядом с вами возникла шаровая молния? Что бы ни было причиной возникновения удивительного плазменного шара, нужно учитывать, что столкновение с ним чрезвычайно опасно: если переполненный электричеством шар дотронется до живого существа, он вполне может убить, а если взорвется – разнести все вокруг. Если вам когда-нибудь доведется встретиться на улице с огненным шаром, главное правило – сохранять спокойствие. Шаровая молния очень чувствительна к любым перемещениям воздуха. Если начать от нее бежать, то вы, увлекая за собой воздух, создадите ветер и молния сразу же последует за вами как привязанная. Поэтому никаких резких движений, и постарайтесь, не спуская с нее глаз, аккуратно свернуть с пути следования молнии и держаться от нее подальше. Если шаровая молния оказалась в помещении, нужно без суеты подойти к окну, открыть форточку: вслед за движением воздуха молния, скорее всего, вылетит наружу.

Сергей Кротов, физик

№ 13. Почему гремит гром?

У греков – Зевс, у римлян – Юпитер, а у славян – Перун. Все они – громовержцы, властители мира, главные боги, отвечавшие за мироустройство в религиях древности. Молнии и раскаты грома много веков вызывали только мистический страх и благоговение. Но постепенно человек выяснил, что такое гроза на самом деле.

Гроза – это атмосферное явление, то есть такое, которое происходит в воздушной оболочке, окружающей Землю. Помимо смеси различных газов, необходимых всему живому, ее важным компонентом является вода. Покрывающие Землю водные массивы постоянно испаряются под воздействием солнечных лучей. Теплые водяные пары вместе с нагретым воздухом устремляются вверх. Чем выше водяной пар поднимается, тем сильнее он остывает, ведь чем дальше от Земли, тем ниже температура атмосферы. Помимо воды и газов в деле образования грома участвует пыль. Мельчайшие частички пыли, содержащиеся в атмосфере, становятся центрами конденсации (оседания) остывшего пара – на них образуются капельки воды и льдинки. То есть в нижней части грозовой тучи всегда будет большая масса влажного, более теплого воздуха, а наверху – громадное количество водяных кристалликов. Интенсивно сталкиваясь между собой в грозовой туче, льдинки электризуются: более крупные заряжаются отрицательно и оседают в туче, а более мелкие, заряжаясь положительно, уносятся кверху восходящими массами влажного воздуха. Таким образом, между верхней и нижней кромками тучи-облака появляется электрическое напряжение, которое может достигать сотен миллионов вольт. При таких напряжениях атмосфера не выдерживает, облако пробивается («трескается»), а распавшиеся на ионы молекулы воздуха создают пути для возникновения самопроизвольных электрических разрядов – молний, то есть токов, долетающих и до Земли.

В результате стремительного иглообразного движения электрических зарядов в атмосфере в местах их прохождения резко поднимается температура (до 30 000 градусов). Как это происходит? Электрические заряды «расталкивают» на своем пути молекулы воздуха, и от этого выделяется огромное тепло. Кратковременное и обильное выделение тепла приводит к резкому нарастанию давления в каналах переноса зарядов и «разбеганию» воздуха в стороны. После окончания разрядов давление мгновенно уменьшается и воздух стремительно возвращается назад. Эта кратковременная «встряска» воздуха и представляет собой гром.

Есть один известный эксперимент по созданию молнии и грома «на столе». Оказывается, что при разматывании ленты скотча, если это делать рывками, можно наблюдать вспышки света, сопровождаемые воздушными щелчками. Суть дела в том, что две стороны бывшего тесного контакта ленты скотча оказываются заряженными противоположными электрическими зарядами. В местах нарушаемого контакта образуются искры – те же молнии, сопровождаемые нагревом воздуха и появлением звуковых эффектов – воздушных щелчков. Чем не гром? Попробуйте повторить! Кстати, «эффект скотча», сопровождаемый свечением, был открыт еще в 1953 году и до сих пор привлекает внимание серьезных ученых… Кто бы мог подумать!

Сергей Кротов, физик

№ 14. Откуда берется ветер?

Примерно оттуда же, откуда движение воздуха в велосипедном насосе. Когда вы накачиваете шину, воздух сжимается поршнем. На поршень давит внешняя сила мышц или электрического моторчика. Дальше понятно: в трубе давление растет, воздух стремится выйти туда, где оно ниже. Осталось выяснить, почему в одних частях атмосферы давление бывает выше, а в других – ниже, что и приводит к перетеканию воздушных масс, которое мы воспринимаем как ветер.

Перепад (градиент) атмосферного давления может быть резким, тогда на контакте воздушных масс воздух закручивается в тугие воронки, ветер разгоняется до свиста и получается буря, тайфун или ураган. А может быть постепенным – тогда мы ощущаем ласковый ветерок.

Про перепады атмосферного давления и его причины люди узнали, когда овладели инструментальными методами наблюдения. Вот прибрежный бриз – ветер, меняющий направление дважды в сутки уже многие тысячи лет. Рано утром он тянет с суши в сторону моря, а вечером, наоборот, с моря в сторону суши. Но связь между бризом, давлением воздуха и температурным режимом стала понятна только 200-250 лет назад, с появлением термометра и барометра. Море греется и охлаждается медленно; суша быстрее; воздух еще быстрее суши. Ночью и под утро, когда солнца нет, земля остывает на несколько градусов и охлаждает лежащие на ней воздушные слои. А море остается теплым – и воздух над ним тоже. Холодный воздух чуть-чуть плотнее и тяжелее теплого – давление немного выше. Этого достаточно, чтобы утренний бриз стекал с суши в сторону моря, вытесняя вверх более теплые, легкие и разжиженные морские воздушные массы.

К вечеру все наоборот: солнце быстро нагрело сушу и воздух над ней. А морская вода осталась прохладной. Теперь уже морской воздух тяжелей и плотней сухопутного – и вечерний ветер дует в противоположную сторону, с моря на сушу.

Разница в температуре и плотности воздушных масс – основная причина всех ветров на Земле. Но проявляется она очень по-разному в зависимости от сочетания местных условий – географической широты, морских течений, наличия гор, ледников и масштабов погодных явлений: мощный циклон, пришедший в прибрежную зону, легко сотрет картину чередования бризов.

В Антарктиде и Гренландии над огромными ледниковыми щитами толщиной в 2 километра воздух, бывает, выстуживается до нескольких десятков градусов, а неподалеку находится открытая вода океана, температура которой не опускается ниже нуля. Из-за резкого перепада температуры и давления с ледникового панциря к океану стекают очень холодные и тяжелые воздушные массы, которые на выходе к морю разгоняются до ста и более километров в час: человек на ногах не устоит. Это так называемые «стоковые», или катабатические, ветра.

В России такого нет. Но зимой, когда на материк заходит выстуженный над Арктикой плотный воздух, при столкновении с умеренными воздушными массами тоже бывают атмосферные приключения. «Мороз и солнце, день чудесный!.. Вечор, ты помнишь, вьюга злилась, на мутном небе мгла носилась… а нынче посмотри в окно.» Пушкин дает точное до деталей описание природного явления, которое позже стало называться «холодный фронт второго рода». Быстрое наступление тяжелого арктического воздуха, атмосферные завихрения на контакте с прежней сравнительно теплой и пасмурной воздушной массой («мгла носилась.»), ее вытеснение – и наутро уже высокое давление, мороз, ясное небо, ковры свежего снега. и тишина: атмосферный фронт и связанная с ним буря ушли куда-то дальше.

Самое время растопить дома печку и прокатиться на санках по морозцу.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 15. Почему морская вода соленая?

Начнем с того, что не только морская. В иных озерах засушливой зоны концентрация солей выше, чем в Мировом океане. Самый известный пример – Мертвое море (на самом деле озеро), в которое впадает река Иордан. Его вода содержит до 300 граммов соли на литр – это уже крутой рассол. У нас в стране известны соленые озера Баскунчак и Эльтон в Прикаспийской низменности. Очень соленая вода в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря (которое на самом деле тоже озеро).

Соленые озера подсказывают ответ и про морскую воду. Во-первых, они расположены в жарком климате; во-вторых, не имеют стока – вся стекающая в них вода испаряется; в-третьих, этот процесс продолжается десятки и сотни тысяч лет. А Мировой океан существует гораздо дольше – сотни миллионов лет – и тоже не имеет стока: ему просто некуда течь. Впадающие реки приносят ему до 50 тысяч кубических километров воды в год. Она считается пресной, потому что содержит совсем немного растворенных солей. Но все-таки содержит! Объем океана почти стабилен, значит, он испаряет примерно столько же кубокилометров воды, сколько получает с суши – около 50 тысяч в год. Вода испаряется, а соль остается. И так ежегодно миллионы лет подряд. Если подумать, то вода морей и океанов просто не может не быть соленой.

Тогда вопрос выворачивается наизнанку: как так выходит, что соленость морей со временем не растет, а остается примерно одинаковой? Океан умеет избавляться от лишней соли тремя способами. Значительную часть солей кальция, магния и кремния из морской воды изымают живые микроорганизмы: они строят из них свои маленькие скелеты и панцири, а после гибели оседают на дно и превращаются в слои осадочных пород – известняки, доломиты, диатомиты. Кроме того, от других солей океан избавляется, химически осаждая их или выпаривая в мелководных лагунах. Так работает окруженный пустыней залив Кара-Богаз-Гол – большая горячая сковородка, с которой ежегодно испаряется около 10 кубокилометров каспийской воды и остается до 150 миллионов тонн соли.

И, наконец, избавиться от лишней соли Мировому океану помогает тектоника, которая местами поднимает морское дно, превращая его в сушу. Море отступает туда, где земная кора опускается, а на материке остаются слои морских отложений. Среди них встречаются залежи каменной соли, наследие пересохших древних морей – эвапориты. Атмосферные осадки и связанные с ними грунтовые воды принимаются размывать и понемногу растворять новую земную твердь, перенося продукты разрушения под горку – в бессточные континентальные впадины или в Мировой океан.

Морская вода не только соленая, но и горькая, потому что природные воды по пути к морю растворяют самые разные минералы. Их накопление и выпадение в осадок зависят от концентрации и температуры воды. Когда в начале XVIII века Петр I направил экспедицию князя Бековича-Черкасского исследовать восточные берега Каспия и она впервые вошла в Кара-Богаз-Гол, моряки были удивлены тяжестью вод, которые били в борта с необычной силой. На судне был странноватый кок, который решил искупаться и обнаружил, что его буквально «выталкивает» из воды. Кок, в котором открылась тяга к экспериментам, также заметил, что из воды в изобилии выпаривается соль, и вздумал посолить ею пищу для всей команды. Результат был плачевен – в заливе преобладают растворы сульфатов натрия и магния, известные под названием «английская соль», а также «мирабилит», или «глауберова соль». Все эти соединения обладают выраженным слабительным действием.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 16. Как растет кристалл?

С кристаллизацией мы сталкиваемся постоянно. Это и замерзание воды в речке или морозильнике, и образование града и снежинок в облаках, и засахаривание варенья, меда и сгущенки, и появление накипи, и затвердевание паяльного сплава.

Кристалл – это огромная совокупность одинаковых атомов, ионов или молекул, которые во всех трех измерениях расположены в строго определенном порядке. Обычно кристаллами называют твердые тела, образующиеся в природных или лабораторных условиях в виде многогранников (например, широко известные кварц, кальцит и его прозрачная разновидность исландский шпат, корунд, изумруд, топаз и многие другие).

В отличие от живых организмов и растений, которые растут за счет деления клеток, кристаллизация происходит на поверхности: частицы присоединяются к плоской грани кристалла подобно кирпичам, которые кладет каменщик на строящуюся стену, вплотную подгоняя один к другому и заполняя поочередно ряд за рядом и слой за слоем. Точнее, так растет модельный, то есть идеализированный, не существующий в природе кристалл. Его называют «идеальным», поскольку он лишен каких-либо несовершенств или дефектов, обязательно присутствующих во всех природных или полученных в лабораториях реальных кристаллах. А ведь именно эти несовершенства зачастую облегчают присоединение новых частиц, воздействуя тем самым на скорость роста кристаллов. В 1948 году английский кристаллограф Ф. Франк предположил, что реальные кристаллы, в отличие от идеальных, не всегда растут параллельными слоями с последовательным заполнением частицами каждого такого слоя – иногда они растут винтовой лестницей, или спиралью. При росте такой кристалл «накручивается» как бы сам на себя, продвигая вперед одну и ту же ступеньку – незарастающий ряд/слой, торец которого получил название «излом». В этом случае всегда присутствует удобная «посадочная площадка» для каждой новой частицы, и со временем эта ступенька с открытым изломом не исчезает. Именно так в настоящее время объясняется и экспериментально подтверждается механизм роста большинства реальных кристаллов с привычной нам многогранной формой.

Что же происходит в случае избыточного содержания кристаллообразующих частиц в среде – растворе, расплаве, паре? Такая среда не в состоянии удерживать все частицы, и их избыток начинает осаждаться в произвольном месте растущего кристалла. Оказывается, дело здесь не только в каких-то особых свойствах его поверхности, но и в пересыщенном состоянии кристаллизационной среды. Это наиболее ярко проявляется в случаях, когда концентрация кристаллизуемого вещества в ней достаточно велика. В итоге кристалл приобретает не привычную нам (ограненную), а так называемую вынужденную форму роста, которая образуется главным образом под влиянием внешних факторов.

Такие известные минералы, как оливин, топаз, кварц, полевые шпаты, апатит, формируются по тому же принципу, осаждаясь из кристаллообразующей среды, только уже в условиях геологических процессов, например при остывании магмы. Если магматический очаг располагается на большой глубине и она остывает очень медленно, то кристаллы вырастают достаточно крупными и четко ограненными. Если же это происходит быстро, например при вулканических извержениях лавы на поверхность Земли, то она затвердевает с образованием мельчайших кристалликов минералов и даже стекол.

Николай Леонюк и Елизавета Копорулина, кристаллографы

Часть II Природа: Животные и растения

№ 17. Откуда взялся первый динозавр?

Ученые считают, что динозавры произошли от так называемых текодонтов (ячеистозубых). Название этих рептилий объясняется особым расположением зубов, находившихся в челюсти в специальных углублениях. Эти существа, внешне больше всего похожие на современных крокодилов, успешно пережили великое пермское вымирание, когда катастрофы смели с лица Земли 90 % всей жизни. При этом исчезли и гигантские ящеры, которые в то время населяли планету. Предки же динозавров в те времена были мелкие и лучше пережили эту катастрофу. Они смогли воспользоваться ситуацией и заняли освободившееся место. Динозавры быстро стали очень разнообразными, освоили все экологические ниши и скоро оказались весьма многочисленной группой живых существ. Это произошло примерно 240 миллионов лет назад, в начале мезозойской эры. Судя по всему, первые динозавры были мелкими двуногими хищниками.

При переходе от текодонтов к динозаврам эта очень успешная группа рептилий получила два приобретения: во-первых, колени, которые смотрели вперед, а не в стороны, благодаря чему динозавры быстро смогли встать на задние ноги и научились бегать. А во-вторых, вертикализированные челюсти, в которых мышца тянет нижнюю челюсть строго вверх (а не наискосок, как было раньше). Укус этой усовершенствованной челюсти стал намного мощнее и позволил динозаврам стать чемпионами по захвату и переработке пищи.

Илья Колмановский, зоолог

№ 18. Почему динозавры вымерли?

Почему вымерли динозавры, никто не знает наверняка, но по этому поводу есть несколько точек зрения. Все они сходятся на том, что к концу мелового периода (последнего периода мезозойской эры) динозавры как группа уже довольно плохо себя чувствовали. С одной стороны, они были чрезвычайно крупными животными, а это значит, что им нужно было очень много еды; планета уже с трудом могла их прокормить. С другой стороны, им было трудно оберегать свое потомство: детеныши из-за естественных пределов размера яйца рождались очень мелкими и, вероятно, легко делались жертвами активных ночных млекопитающих. Большинство детенышей погибало, и динозавры очень медленно воспроизводились. Плюс ко всему в этот момент, видимо, произошло столкновение Земли с метеоритом, в атмосферу поднялось большое количество пыли, стало темнее, и в результате средняя температура на планете могла понизиться сразу на несколько градусов. Изменение температуры плохо отразилось на растительности, которой питались травоядные динозавры. Если бы они не были такими огромными, то смогли бы приспособиться и начать питаться другими растениями, но большой размер автоматически означает очень высокую специализацию, то есть негибкость в том, что можно есть. Уменьшение количества травоядных динозавров в свою очередь ударило и по хищным – им тоже стало не хватать еды.

Илья Колмановский, зоолог

№ 19. Как появилось первое дерево?

Существуют разные теории появления растений на Земле, но большинство из них сходится на том, что появились они из воды, от предков, общих с водорослями. Соответственно и сами были похожи на эти самые водоросли. Попав в воздушную среду, они очень долго адаптировались и в итоге начали занимать вертикальное пространство, то есть расти вверх. Первыми растениями были хвощи и плауны, среди которых встречались и 100-метровые гиганты – первые «деревья». Но они не были настоящими деревьями в нашем с вами понимании: у них не было древесины, вторичной ткани. Растения долго экспериментировали с древоподобными жизненными формами, из которых до нас дошли пальмовидные древовидные папоротники. Но ведь у них нет настоящей древесины! Весь ствол состоит из черешков листьев. Затем климат на планете поменялся, стало прохладнее, и растения поняли, что такой огромный ствол нуждается в большей защите от испарения влаги, от ветров и других внешних воздействий. Именно это и привело к появлению в стволе камбия, нового слоя постоянно делящихся клеток, которые внутрь откладывают древесину, а наружу луб – внутренний слой коры.

Ольга Яценко, ботаник

№ 20. Почему стволы деревьев круглые?

Если посмотреть на спил дерева, то мы увидим круги – годичные кольца. Ближе к краю спила мы обнаружим кору, а под ней – луб. Затем идет слой камбия, расположенный в стволах деревьев между лубом и древесиной. Клетки камбия делятся, равномерно откладывая наружу клетки, которые станут лубом, а внутрь – клетки, которые станут древесиной. Если по какой-то причине работа клеток нарушается, то ствол может приобрести самые разнообразные выпуклости, ребра и другие «дополнения» к его ровным очертаниям.

Но работа камбия – это только косвенная причина круглой формы ствола. Основная причина – законы физики, действующие на нашей планете. Они повлияли на растения таким образом, что цилиндр оказался самой удачной формой для расположения продолговатых объектов в трехмерном пространстве. Круглому стволу легче противостоять воздействию ветра – за счет более обтекаемой формы. Его сложнее сломать, и он более устойчив к изгибам и наклонам.

Ольга Яценко, ботаник

№ 21. Как из маленькой клетки появилась рыба?

Процесс, при котором из одной маленькой клетки появляется большой взрослый организм (ученые называют это онтогенез), – удивительный и очень сложный.

Начинается он с того, что рыба-самка мечет икру, а рыба-самец выпускает в воду сперматозоиды. Икринка – это одна клетка, она большая и содержит много питательных веществ, сперматозоид – это тоже всего одна клетка, совсем маленькая, с хвостиком, и она может плавать. И в той, и в другой клетке содержатся инструкции для построения новой особи. При встрече икринка и сперматозоид сливаются в одну новую клетку (этот процесс называется оплодотворением).

После этого клетка, ставшая уже зародышем, начинает делиться: из одной клетки получаются две клетки поменьше. Потом каждая из новых клеток также делится на две и так далее. В самом начале при делении клетки не увеличиваются в размерах, чтобы делиться очень быстро: примерно каждые 15 минут. Когда клеток становится достаточно много, группы клеток начинают двигаться друг относительно друга: наползать, подворачиваться, вдавливаться внутрь. Так у зародыша появляются кишечник, мозг, сердце, мышцы. При этом одни клетки выделяют сигнальные химические вещества, как бы спрашивая: «Давай я буду позвоночником, а ты тогда спинным мозгом?» Другие клетки чувствуют эти вещества и в ответ действительно начинают превращаться в клетки спинного мозга.

Зародыш развивается внутри плотной оболочки икринки и не может питаться. Откуда же клетки берут еду и энергию? Из запасов питательных веществ, изначально имевшихся в икринке. Скопление этих веществ в клетке называют желтком, он занимает большую ее часть и постепенно расходуется в течение всего времени развития зародыша. Поскольку развивающаяся рыбка все-таки дышит и удаляет часть ненужных веществ, масса вышедшей из икринки рыбки будет меньше массы той одной клетки, из которой рыбка развилась.

У аквариумной рыбки данио рерио всего через 24 часа после оплодотворения уже есть голова, хвост и даже глаза. А на второй день она уже движется внутри оболочки икринки. Для сравнения: будущая мышка через 24 часа после оплодотворения состоит только из двух клеточек.

После выхода из икринки рыбка начинает самостоятельно питаться, расти, пока не вырастет в большую взрослую рыбу.

Евгения Зотова, молекулярный генетик

№ 22. Что возникло раньше: яйцо или курица?

Хотя этот вопрос кажется заковыристым, для биолога ответ на него очевиден. Конечно, яйцо. Первые яйца возникли намного раньше, чем первые курицы. Ведь, во-первых, курицы – это не самые первые птицы в истории, а во-вторых, не только птицы откладывают яйца. Сейчас уже хорошо известно, что современные птицы являются прямыми потомками динозавров, от которых они отделились не меньше 150 миллионов лет назад. И уже к этому моменту яйца современного птичьего типа существовали. А первые яйца, покрытые твердой кальциевой оболочкой, возникли еще раньше, около 300 миллионов лет назад. Курицы, понятное дело, появились сильно-сильно позже.

Но намного интереснее вопрос, зачем появились первые яйца. И здесь надо разобраться, что мы называем яйцом. Если понимать яйца в чисто биологическом смысле, то яйца с тонкой и мягкой оболочкой существовали в воде у самых древних многоклеточных животных. Такие яйца еще называют икринками. Икринки могут существовать только в воде. Но небиологи, говоря про яйца, все-таки обычно имеют в виду яйца типа куриных, с достаточно твердой оболочкой, зародыш внутри которых может развиваться на суше. Такие яйца в биологии называют амниотическими. Впервые в эволюции они возникли у пресмыкающихся, к которым относятся ящерицы, змеи, крокодилы и черепахи. У пресмыкающихся вокруг тонкой оболочки яйца морских животных появилась дополнительная оболочка из органического вещества, которая не пропускала воду. А значит, яйцо с такой оболочкой можно было оставить не только в воде, но и на суше, где в то время хищников, способных съесть яйца, практически не водилось. Это оказалось огромным преимуществом, и животные с такими новыми амниотическими яйцами смогли освоить всю сушу, а не только прибрежные районы, как амфибии до них. Постепенно животные научились покрывать яйца сверху твердыми веществами, содержащими кальций, и таким образом возникли те яйца, которые сегодня мы встречаем у куриц и других птиц. Динозавры, например, уже откладывали именно такие яйца задолго до птиц.

Но если вы читали внимательно, то у вас должен был возникнуть еще один вопрос: а когда же и почему появились яйца у морских животных? Перефразируя оригинальный вопрос, что было раньше, рыба или икринки? На этот вопрос ответ тоже существует, но это совсем другая история.

Антон Захаров, физиолог

№ 23. Улитка рождается с раковиной?

Короткий ответ на этот вопрос звучит так – смотря какая улитка. Ведь улитки, или брюхоногие, – очень многочисленный класс. В нем около 110 тысяч видов. И рождаются они по-разному. Впрочем, жизнь любой улитки начинается с яйца.

В зависимости от вида яйца могут попадать сразу в воду, а могут быть спрятаны в яйцевые капсулы, скопления которых называют кладкой. У самых простых улиток из яйца выходит личинка, которая называется трохофора. Трохофора плавает в толще воды и совсем не похожа на взрослого моллюска. Раковины у трохофоры нет. Вскоре у трохофоры появляется складка с длинными ресничками – парус и она превращается в следующую стадию – парусник, или велигер. У велигера образуется раковинная железа и впоследствии личиночная раковина. Сначала она очень тонкая и прозрачная, но со временем начинает накапливать известь и становится тяжелой, велигер оседает на дно и превращается во взрослое животное. По мере роста моллюска растет и раковина, нарастая кольцами в сторону устья (отверстия, из которого взрослая улитка высовывает голову с щупальцами и брюшко, представляющее собой мускулистую ногу).

Но свободноплавающая трохофора есть не у всех брюхоногих – у многих эта стадия проходит в яйце, а из яйца выходит уже велигер; тогда можно говорить о том, что такие улитки рождаются с раковинной железой и личиночной раковиной. Кроме того, существуют брюхоногие, у которых все стадии развития – и трохофора, и велигер – проходят в яйце и новорожденные моллюски сразу похожи на взрослых особей и ведут схожий образ жизни. Они рождаются с настоящей маленькой раковиной, это обычно наземные и некоторые пресноводные улитки. У некоторых видов яйца могут все время развития находиться в теле моллюска, таких улиток называют живородящие.

Александра Тертицкая, зоолог

№ 24. Почему стрекозы не могут быть большими?

Считается, что стрекозы, как и остальные насекомые, не могут быть большими из-за особенностей устройства их дыхательной и кровеносной систем. Насекомые дышат с помощью трахей – специальных трубочек, которые соединяют окружающую среду со всеми внутренностями. Эти трубочки пронизывают все тело насекомых и доставляют кислород к каждому органу. Специальные мышцы загоняют воздух в трахеи, однако чем глубже трахея погружена в тело, тем меньше свежего воздуха в нее попадает, поэтому если бы стрекоза была большая, то ее внутренние органы не смогли бы дышать. Еще одна причина, ограничивающая размер насекомых, заключается в устройстве их кровеносной системы. У насекомых кровеносные сосуды открываются внутри тела и кровь пассивно течет в тканях – такая кровеносная система называется незамкнутой. Незамкнутая кровеносная система хорошо работает при маленьких размерах животного, чем больше размер тела, тем сложнее доставить кровь к удаленным органам. А без кровоснабжения ни один орган функционировать не сможет – ведь кровь доставляет питательные вещества и забирает продукты жизнедеятельности, накопившиеся в клетках.

Никита Зеленков, зоолог

№ 25. У кого больше всего глаз?

Глаз – один из органов чувств животных, который способен воспринимать свет и обеспечивает функцию зрения, то есть дает животным возможность видеть то, что происходит вокруг них. Однако глаза бывают очень по-разному устроены, и считать их тоже можно по-разному.

Самые простые глаза, способные различать только свет и темноту, а также интенсивность освещения, называют глазки́ – это просто скопление пигментного вещества (у одноклеточных) или одна светочувствительная клетка (у простых многоклеточных животных); такие клетки могут быть рассеяны по телу животного или собраны в глазные пятна, которые называются стигмы.

У некоторых беспозвоночных животных бывает много таких светочувствительных клеток, выполняющих роль глаза. Например, у пиявок их количество может достигать сотни. Морской гребешок и некоторые другие двустворчатые моллюски также имеют около сотни глаз. Они расположены по внешнему краю раковины, чтобы моллюск мог чувствовать внешнюю среду и следить за хищниками.

Змеехвостки (или офиуры) – морские обитатели, принадлежащие к типу иглокожих и родственные морским звездам и ежам, – славятся тем, что очень чутко реагируют даже на небольшие изменения интенсивности света, хотя у них нет сложных специализированных глаз. Ученые выяснили, что их наружный скелет построен из огромного количества (до 100 000!) микроскопических, похожих на бусинки линз, состоящих из твердого вещества – кальцита. Эти линзы размером всего около 0,05 миллиметра одновременно фокусируют свет и передают зрительные сигналы. А все вместе представляют собой один большой орган зрения. Ученые, проводившие исследования, сравнивают его с цифровой камерой, составляющей картинку из множества пикселей. Однако микроскопические линзы змеехвосток далеко превосходят по своим оптическим свойствам изобретения человека, они способны фокусировать лучи света по крайней мере в 10 раз лучше, чем современные микролинзы, изготовленные в лаборатории, и могут стать образцом для разработчиков оптических волокон и компьютеров.

У более высокоорганизованных животных глаза устроены сложнее, например фасеточные глаза у членистоногих, ракообразных и насекомых. Фасеточные глаза – это множество собранных вместе простых глаз, каждый со своей отдельной линзочкой, которая фокусирует свет на окончание нервного волокна. Обладатели таких глаз видят каждым отдельным простым глазом небольшой кусочек того, что их окружает, а в мозгу животного все изображения складываются вместе в общую картинку, составленную из множества отдельных кусочков.

В фасеточном глазу может быть собрано от 100 до 30 000 простых глаз, так что можно сказать, что у некоторых насекомых, например у стрекозы, около 30 000 глаз.

Александра Тертицкая, зоолог

№ 26. Почему деревья растут?

Деревья – это живые существа, растения. Основной задачей любого живого существа с биологической точки зрения является размножение. Для того чтобы жить и размножаться (плодоносить), растениям нужен свет. Поэтому в растительном мире все борются за место под солнцем. Посмотрим, например, на лес. Растения пытаются занять наиболее удобное положение, чтобы получить достаточное количество солнечного света и произвести достаточное количество питательных веществ. И каждое растение решает эту задачу по-своему: одни вырабатывают способность жить в затененных условиях, другие учатся забираться повыше, а третьи отрастили себе высоченный ствол и широко раскинули ветви. Можно сказать, что деревья выиграли у всех остальных растений в лесу.

Кроме конкуренции за свет есть и еще один важный фактор. Дерево получает энергию для жизни в процессе фотосинтеза, а фотосинтезировать могут только молодые ткани: зеленые ветви и листья. Чтобы молодые ткани появлялись, дерево вынуждено постоянно расти.

И все же, дорастая до определенной высоты, деревья останавливаются, чтобы не разрушиться под собственным весом, чтобы доставлять воду, без которой невозможен процесс фотосинтеза, в верхние отделы, чтобы не утратить устойчивость и не сломаться от ветра. Какова высота, на которой дерево остановит свой рост, зависит от места его обитания.

Ольга Яценко, ботаник

№ 27. Почему трава зеленая?

Мы видим предметы благодаря их способности отражать свет. От того, какую часть спектра предмет отражает, зависит, каким мы его увидим – красным, синим, зеленым…

Стебли травы, которые мы видим зелеными, по существу являются листьями. А в листьях идет важнейший для жизни растений процесс – фотосинтез. Это процесс, в ходе которого растения благодаря энергии света поглощают углекислый газ: он вместе с водой и минеральными солями служит им пищей. В качестве побочного продукта растения при этом выделяют кислород. Во время фотосинтеза хлоропласты, содержащиеся в клетках листьев, поглощают частичку света из инфракрасной части светового спектра, а отражают соответственно сине-зеленый свет. Вот листья и выглядят зелеными.

Интересно, что хлоропласты могут перемещаться в толще листа, двигаясь от поверхности внутрь него и наоборот в зависимости от интенсивности освещения.

Если на лист попадет слишком много солнечных лучей, то растение распределит хлоропласты так, чтобы их было меньше с этой стороны, а если на лист упадет тень, то хлоропласты появятся в этом месте в большем количестве для более эффективного поглощения солнечного света.

Ольга Яценко, ботаник

№ 28. Почему воробей прыгает, а не ходит?

Воробей прыгает, потому что он по-другому не умеет. Когда-то давно его предки приспособились жить в густых кронах деревьев или кустарников, где веточки расположены достаточно близко (так что между ними не обязательно летать), но все же слишком далеко, чтобы между ними можно было бы перешагивать; оказалось, что на таком расстоянии удобнее всего с ветки на ветку прыгать. Перемещение с помощью прыжков требует специального устройства тела: у прыгающих животных обычно особенным образом устроены кости тазового пояса и задних конечностей, мускулы тоже развиты по-другому. Животному, приспособленному к прыжкам, перемещаться другим образом обычно бывает очень неудобно – прыгать им гораздо легче, чем ходить (как нам легче ходить, чем прыгать). Поэтому когда воробей спускается с веток деревьев на землю, он продолжает прыгать, как будто он среди веточек деревьев.

Никита Зеленков, зоолог

№ 29. Почему пони маленькие?

Рост – это сложный признак, за который отвечает множество разных генов: одни контролируют рост костей, другие – связок и мышц, третьи увязывают эти процессы с воздействием разных гормонов и так далее. И хотя нельзя выделить какой-то один ген, который делал бы животное высоким или, наоборот, низким, ученые уже знают, какие варианты тех или иных генов связаны с высоким или низким ростом. Другими словами, носители вариантов X, Y, Z, скорее всего, будут высокими, а обладатели вариантов x, y, z – низкими. Сочетание X, y, Z даст нам существо среднего роста. Рост зависит от генов очень сильно: по разным оценкам, генетический вклад составляет от 60 до 80 %. Другими словами, если животное несет много «низких» вариантов генов, оно почти наверняка не вырастет гигантом, хотя полноценное питание и может «накинуть» пару сантиметров.

Пони отличаются от лошадей именно тем, что несут в своих клетках «низкие» варианты генов, которые участвуют в процессе роста. Во всем остальном это вполне обычные лошади. Если скрестить пони и «полноразмерную» лошадь, у них родятся жеребята, рост которых будет выше, чем у пони, но ниже, чем у лошади. Генетическая «избирательность» пони возникла не случайно. Когда-то давно предки современных маленьких лошадок переселились из теплых земель далеко на север, где холодно и мало еды. Крупным животным в таких суровых условиях трудно было прокормиться и согреться. Иногда у высоких животных рождались жеребята чуть меньшего размера: они случайно получали от обоих родителей «низкие» варианты генов. Таким лошадкам было проще найти еду и не замерзнуть, поэтому они с большей вероятностью доживали до взрослого возраста и рожали собственных жеребят, которые были еще более миниатюрными. Постепенно на севере не осталось потомков высоких лошадей: они проиграли пони битву за выживание.

Ирина Якутенко, биолог

№ 30. Почему болгарский перец полый?

Совсем пустыми стали только современные сорта перца – те, которые люди вывели специально практически бессеменными для удобства чистки. Если разрезать плод поперек, то мы увидим там перегородки и некоторое количество семян, большее или меньшее в зависимости от близости к ножке плода и сорта. Рядом с ножкой семян будет больше. У дикого предка этого растения на всех перегородках должны быть семена и они должны заполнять все пространство плода. Кстати, латинское название болгарского перца – Capsicum annuum, от латинского capsa – вместилище, футляр, ящик.

Ольга Яценко, ботаник

№ 31. Почему не все птицы улетают в теплые края?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сперва понять, почему многие птицы все же улетают в теплые края. Зачем они отправляются в длительное и порою очень опасное путешествие, если можно спокойно остаться в родном лесу?

Ответ прост: многие птицы не могут пережить суровую зиму, но не потому, что холодно (хотя это тоже важно, особенно в Сибири), а потому, что им попросту нечего есть. Почти все насекомоядные птицы улетают на юг, ведь зимой насекомых не найдешь. Но некоторые, например синицы, научились и зимой находить насекомых, спрятавшихся в трещинах в коре деревьев. Кроме того, летом и осенью они специально запасают насекомых, чтобы зимой было что есть. Впрочем, даже для синиц зима – очень опасный и голодный период жизни, во время которого примерно половина из них гибнет.

На зиму остаются и сойки. Чтобы выжить, они запасают желуди. Обычно сойки (как и синицы) не помнят, где они спрятали еду, и просто кочуют по лесу в поисках чьей-нибудь заначки.

Лучше всех приспособлены к зимовке тетеревиные птицы: в холодное время года они переходят на питание веточками деревьев. Такого корма в наших лесах очень много, поэтому рябчикам или белым куропаткам не нужно тратить много времени на его поиски: наевшись веточек, они зарываются в снег и там отдыхают (иногда целый день!), спасаясь от холода и переваривая пищу. Но так питаться в наших широтах могут только тетеревиные – благодаря особенному устройству пищеварительной системы.

Некоторые хищные птицы, например ястребы, тоже могут позволить себе никуда не улетать, они охотятся на зимующих собратьев – ворон, галок, голубей, дроздов. А вот хищники, питающиеся грызунами (например, сокол-пустельга), улетают – ведь зимой грызуна из-под снега достать не так-то просто. Это могут разве что лисы.

Многие птицы не улетают зимой далеко, а перекочевывают в более южные регионы, где климат помягче и еды побольше. А тем, что остаются, мы можем помочь выжить, подкармливая их.

Никита Зеленков, зоолог

№ 32. Зачем носорогу рог?

Рог носорога – это оружие для защиты и нападения, а также турнирное оружие, которым пользуются самцы в борьбе за самок. У некоторых носорогов бывает один рог, а у некоторых – два (передний и задний). У самок тоже есть рог, с его помощью они защищают территорию, чтобы им досталось побольше еды для детенышей. Но у самцов рог больше и исходно возник именно как турнирное оружие. Хотя носороги дерутся за самку, эти турниры довольно ритуализованы и обычно не кровавы. Носороги стараются не причинять большого вреда сопернику и больше давить психологически. Иначе даже выигравший может получить несовместимое с жизнью ранение.

Интересно, что просто разглядывая рог невооруженным глазом, легко заметить его продольную исчерченность, по которой видно, что он произошел от волос. Ученые считают, что в череде поколений на носу у носорогов отрастал все более и более жесткий пучок волос, который постепенно превратился в рог.

А еще, к сожалению, рога носорогов – главная причина их истребления, поскольку многие люди приписывают им чудодейственные целебные свойства.

Илья Колмановский, зоолог

№ 33. Почему слоны боятся мышей?

Слоны не боятся мышей. Это миф. Чтобы это проверить, даже проводили несколько экспериментов, которые подтвердили, что слоны мышей не боятся, но стараются не наступать на них. Слоны вообще никого не боятся, у них нет естественных врагов, единственный их враг – это человек. Взрослые слоны практически неуязвимы, и на них никто не нападает. Львы и крокодилы могут напасть на маленьких слонят, но для этого их приходится отбивать от стада.

Ринат Джумагалиев, кипер слонов

№ 34. Почему кролик как заяц?

Сходство зайцев и кроликов не случайно, ведь они ближайшие родственники и произошли от общего предка. Если не происходит катастрофических изменений в окружающей среде, то животные обычно не сильно меняются в процессе эволюции. Из поколения в поколение зайцы и кролики рождают детенышей, которые похожи на своих родителей. Способность животных воспроизводить себе подобных очень важна, ведь она позволяет сохранить приспособления, приобретенные в процессе эволюции. Например, зайцы и кролики хорошо приспособлены к тому, чтобы прыгать, отталкиваясь задними лапами. А ученым сходство между животными позволяет понять, кто кому родственнее. Нетрудно догадаться, что кролик и заяц – более близкие родственники, чем кролик и слон.

(Ответ лингвиста)

Никита Зеленков, зоолог

№ 35. Есть ли у дельфинов уши?

У дельфинов нет ушных раковин, но уши у них есть. Они выглядят как маленькие дырочки на голове. Слух у дельфинов удивительно тонкий, и он позволяет им воспринимать ультразвуковые песни.

Водные животные, как правило, не очень полагаются на зрение, поскольку вода не слишком прозрачна. Основную информацию об окружающем мире они получают с помощью слуха. Звук в воде распространяется очень хорошо, поэтому у них нет необходимости в том, чтобы ловить звуковые волны внешним радаром (именно для этого нам нужна ушная раковина). А вот среднее и внутреннее ухо, которые позволяют анализировать звук, у дельфинов есть, и их возможности во много раз превосходят возможности человеческого уха: они слышат звуки гораздо более высокие, чем человек (в 8 раз), и гораздо менее мощные (в 10 или даже 30 раз!). Именно уши приносят дельфину основные сведения об окружающем мире. Для ориентации в пространстве дельфины используют эхолокацию: они издают короткие ультразвуковые щелчки, которые, отражаясь от окружающих предметов, возвращаются обратно. Так дельфины получают точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале, что позволяет создать картину окружающего мира не хуже или даже лучше, чем с помощью зрения.

Илья Колмановский, зоолог

№ 36. Какой был первый человек?

Примерно 7 миллионов лет назад в Африке появились первые двуногие существа – австралопитеки. 2,5 миллиона лет назад они научились делать каменные орудия труда и охотиться; это и были первые люди, обычно их называют «люди умелые».

На современных людей они были не очень похожи, у них были маленькие головы, большие челюсти и зубы, не было подбородка, рост их был чуть выше метра. Люди продолжали меняться. «Человек работающий» первым вышел из Африки, по росту он уже был близок к современному человеку. «Человек прямоходящий» расселился по югу Евразии до Индонезии, его мозг весил уже килограмм (у нас – 1350 граммов). «Человек гейдельбергский» научился жить в умеренном климате, его мозг был уже почти как у нас, хотя лицо еще сильно отличалось: над глазами были мощные валики, подбородка по-прежнему не было. Примерно 350 тысяч лет назад люди стали активно использовать огонь. Наконец, 50 тысяч лет назад они уже почти не отличались от нас. Это кроманьонцы, первые «люди разумные».

Люди нашего вида расселились по всей планете, 10 тысяч лет назад научились выращивать растения и разводить животных, а 5 тысяч лет назад создали цивилизации.

Станислав Дробышевский, антрополог

Часть III Человек: Тело и мозг

№ 37. Почему у меня есть веснушки, а у брата нет?

Веснушки, как и многие другие особенности нашей внешности, – это признак, который определяется генетически. Если у человека есть «нужный» ген, то стоит ему немного побыть на солнце, как на лице, а иногда еще и на руках и спине проступают рыже-коричневые пятнышки. «Веснушчатый» ген называется MCiR, или ген меланокортинового рецептора I-го типа. В зависимости от того, как он работает, человек будет лучше или хуже загорать. Загар – это вещество под названием меланин, которое вырабатывают некоторые клетки кожи, так что веснушки – это маленькие кляксы загара.

Загар, то есть меланин, возник не для красоты: это вещество поглощает вредные для живых организмов ультрафиолетовые лучи, не давая им проникать в глубокие слои кожи. Чем больше меланина, тем темнее будут кожа и волосы. Давным-давно, на заре своей истории люди жили в Африке, где очень яркое солнце, поэтому их клетки вырабатывали очень много меланина и все наши предки были темнокожими. Но когда люди начали осваивать более холодные земли, ситуация изменилась. Их коже больше не нужна была такая сильная защита; наоборот, чтобы в ней мог вырабатываться витамин D, нужно было «разрешить» солнечным лучам проникать вглубь (да, вот такой парадокс: много солнца людям вредно, но некоторое его количество совершенно необходимо). В результате ген MCiR начал меняться и у северных народов возникло несколько, условно говоря, менее активных его вариантов. А в качестве побочного эффекта появились веснушки.

Кожа людей с «северными» вариантами MCiR вырабатывает более светлый меланин – он придает загоревшим участкам тела не коричневый, а красноватый оттенок. И веснушки – это места, где под воздействием солнца скапливается очень много такого светлого меланина (ученые называют его феомеланин). Почему некоторые клетки на лице и теле носителей «северных» вариантов MCiR вдруг начинают сверхактивно производить феомеланин, ученые пока не знают, но совершенно точно, что у обладателей «африканского» варианта этого гена веснушек не бывает. И, кстати, носителям «северных» вариантов стоит поменьше загорать и всегда использовать солнцезащитные средства: кожа таких людей хуже защищает себя от ультрафиолета, а значит, сильно возрастает риск спровоцированных солнцем раковых заболеваний.

А вот теперь наконец мы готовы ответить на вопрос, почему у одного брата (или сестры) веснушки появляются, а у другого (или другой) – нет. Причина в том, что наши клетки несут по две копии каждого гена: одну мы получаем от папы, а вторую – от мамы. У них, в свою очередь, тоже есть по две копии всех генов, поэтому детям могут достаться самые разные сочетания. Например, у одного брата окажутся два «северных» варианта MCiR, а у второго – два «африканских». Тогда первый брат каждую весну будет рыжеть, а второй – покрываться ровным загаром.

Ирина Якутенко, биолог

№ 38. Почему глубокий вдох заглушает боль?

Боль – наш помощник, она указывает на то, что в организме что-то не в порядке. Поэтому просто так заглушать боль нельзя, нужно как можно скорее выяснить и устранить ее причину.

Но иногда причина очевидна и мы даже заранее знаем, что будет больно. Например, если назначили укол или собираются вправить вывих. Очень часто медсестра или врач говорят: «Вдохните поглубже». Глубокий вдох помогает уменьшить ощущение боли. Почему? Тут есть два объяснения. Во-первых, не надо исключать психологический эффект: концентрируя свое внимание даже на таком простом действии, как глубокий вздох, мы отвлекаем наш мозг от боли. Во-вторых, боль – это стресс, а во время острого стресса организм включает специальные адаптационные механизмы: ускорение сердечного и дыхательного ритмов, повышение артериального давления, увеличение притока крови к мышцам и мозгу. Все эти механизмы требуют большей затраты энергии, а значит, большего количества кислорода, который мы и получаем, делая глубокий вздох.

Елена Себенцова, физиолог

№ 39. Откуда взялся нос?

Первые живые существа с костным скелетом и, соответственно, с носом – это рыбы. Но рыбы не дышат воздухом и нос им был нужен только для обоняния. Ноздри у них ведут в тупик и не соединяются с глоткой. А вот пришедшие за ними предки первых амфибий уже должны были дышать и в воде, и над водой. Заглатывать воздух через рот им было неудобно, потому что когда они выныривали на поверхность, чтобы вдохнуть воздух, вода заливалась им через уголки рта. Поэтому их носовые полости соединились с глоткой, чтобы можно было вдыхать через носовые отверстия, ведь они расположены выше рта и вода туда не заливается. Когда позже появились млекопитающие, они были маленькими, жили в лесной подстилке и вели ночной образ жизни, так как в это время – в мезозое – крупными были динозавры. Из-за жизни в темноте у млекопитающих испортилось зрение, зато развилось мощное обоняние. Нос стал расти. Когда вымерли динозавры, среди млекопитающих появились приматы. Они прыгали по деревьям и полагались в основном на зрение. Потребность в обонянии уменьшилась, оно стало ухудшаться. Уменьшился и сам нос – стал практически таким, как у человека.

У современных людей нос бывает разный. В тропиках через него хорошо отдавать лишнее тепло, поэтому он широкий, короткий, с большими ноздрями. А на севере нос должен согревать холодный воздух, поэтому он узкий и длинный.

Станислав Дробышевский, антрополог

№ 40. Почему человек не может жить в воде?

Все живые существа на планете не сразу появились в том виде, в каком мы их знаем. Животные и растения эволюционируют, то есть изменяются, чтобы приспособиться к окружающей среде. А приспосабливаться им нужно постоянно: то глобальное потепление случится, то ледниковый период, то вымрут или размножатся другие существа – конкуренты за ресурсы или, наоборот, те, что становятся едой, и так далее. Человек – это очень сильно изменившаяся обезьяна; точнее, у нас и у современных обезьян был общий предок, но одни его потомки эволюционировали в шимпанзе и орангутанов, а другие – в людей. Этот общий предок, в свою очередь, был давним потомком небольших млекопитающих, которые заполонили Землю после гибели динозавров. А абсолютное большинство млекопитающих, как ныне живущих, так и вымерших, обитают на суше.

И это неспроста. Млекопитающие – потомки существ, которые в поисках лучшей жизни решили выбраться из воды на твердую землю. Эти существа – земноводные, или амфибии, и они покинули океаны примерно 385 миллионов лет назад. Некоторые млекопитающие, например киты и дельфины (точнее, их предки), позже решили вернуться в моря – вероятнее всего потому, что на суше их вытесняли более шустрые конкуренты. Но предки людей смогли найти удобную для себя нишу на земле, поэтому им не было нужды отращивать жабры и плавники. А вырастить сложные – или даже не очень сложные – органы просто так, «на всякий случай», живые существа не могут себе позволить: лишние органы отнимают ресурсы, а это снижает шансы на выживание.

Ирина Якутенко, биолог

№ 41. Почему человек держится на воде?

Потому что наше тело практически такое же плотное, как вода. Оно может быть немного плотнее, чем вода, и тогда, чтобы держаться на плаву, нам надо прикладывать некоторые усилия. Тело может быть и менее плотным, чем вода, тогда мы держимся на воде автоматически. Физический закон, связывающий плотность среды и объекта, который в этой среде находится, с его плавучестью, называется закон Архимеда. Плотность тела у разных людей, а значит, и плавучесть тоже различаются. Зависит это от нескольких вещей.

Во-первых, у разных тканей нашего организма разная плотность. Кости намного плотнее воды, они тонут. Кровь, мышечная ткань и большинство внутренних органов почти такой же плотности, что и вода. А вот жировая ткань менее плотная, чем вода, поэтому она не тонет. От соотношения разных типов тканей в организме и зависит плавучесть человека. Поскольку более-менее заметно у людей отличается только количество жировой ткани, то общее правило простое. Женщины в среднем легче держатся на воде, чем мужчины, потому что у женщин в среднем немного больше жировой ткани. Ну и, конечно, полные люди легче держатся на воде, чем худые.

Во-вторых, важен объем легких и наличие в них воздуха.

У среднестатистического взрослого человека объем легких примерно 2,5-3 литра. У ребенка, естественно, меньше. А у некоторых людей, тех, кто, например, профессионально занимается плаванием или игрой на духовых музыкальных инструментах, объем легких может достигать 7-8 литров и даже больше. Естественно, они будут лучше держаться на воде, потому что воздух намного менее плотный, чем вода, а значит, у людей с большими легкими плотность тела меньше.

Ну и, в-третьих, конечно, многое зависит от самой воды.

В разных водоемах плотность воды тоже разная. Соленая вода плотнее пресной, поэтому в реках и озерах держаться на воде тяжелее, чем в море. Хотя разные моря тоже отличаются друг от друга по плотности. В самом соленом водоеме на Земле, Мертвом море, соли так много, что держаться на воде там может кто угодно, а вот чтобы нырнуть, требуются уже немаленькие усилия.

Чтобы лучше представить себе, как плавучесть тела меняется от плотности воды, проведите дома простейший эксперимент. Возьмите стакан воды, сырое яйцо и много поваренной соли. Опустите яйцо в воду и убедитесь в том, что оно утонуло. А теперь начинайте сыпать в стакан соль и размешивать ее. В какой-то момент вы заметите, что яйцо всплыло. Это значит, что вода стала настолько плотной, что ее плотность превысила плотность яйца и оно теперь может плавать.

Антон Захаров, физиолог

№ 42. Почему мы дышим кислородом, а не водородом?

Самое главное в дыхании – химические реакции. Мы вдыхаем, чтобы использовать газ в химических реакциях, дающих нам энергию. Это реакции окисления, поэтому газ так и называется: кислород. А с водородом такие реакции не получаются. При этом есть бактерии, которые живут, используя не кислород, а другие вещества, например серу, и для них кислород – яд.

Станислав Дробышевский, антрополог

№ 43. Могут ли люди настолько захламить воздух, что мутируют и научатся летать?

Мутации изменяют «буквы», которыми написаны «слова» нашей ДНК, то есть гены. Обычные слова – те, которые в книгах, – имеют физическую природу: нанесены чернилами на бумагу. Точно так же и гены: составляющие их «буквы» – это химические соединения, то есть определенные сочетания атомов. Когда происходит мутация, одни атомы заменяются на другие и «буква» генетического алфавита превращается в другую. Представьте, что в книге у буквы «о» в слове «корт» стерлась часть контура – в результате получилось слово «ксрт», которое не значит ничего. Очень часто мутации тоже превращают генетические слова в бессмыслицу: то есть гены с мутацией или не работают вообще, или работают неправильно.

Чтобы одни атомы в генетических «буквах» поменялись на другие, воздействие должно быть достаточно сильным. Например, ультрафиолетовое или рентгеновское излучение может повредить «буквы» в генах, а вот инфракрасное, то есть тепловое, – уже нет. Поэтому долго лежать на солнце без защиты или подходить к источнику рентгеновского излучения очень опасно: человек ничего не чувствует, а в это время высокоэнергетические лучи буквально разрывают его ДНК в клочья. Вызывать мутации могут и некоторые химические вещества. Например, соединения под названием интеркаляторы благодаря своей структуре вклиниваются между «буквами» ДНК и раздвигают их. Когда клетка, в которую попал интеркалятор, делится, ферменты, помогающие ей это сделать, вставляют в брешь лишнюю «букву». Другие вещества «притворяются», что они нормальные генетические «буквы», и простодушные ферменты используют их при синтезе новых молекул ДНК. В результате получаются слова вроде «х&ост» – внешне похоже на правильное, но смысла не несет.

Если большое количество подобных соединений окажется в воде или воздухе, у людей, которые живут в такой загрязненной местности, действительно станут чаще появляться мутации. Но для того, чтобы изменить физиологию, одних мутаций недостаточно: необходимо, чтобы условия окружающей среды способствовали выживанию людей с конкретными мутациями. Случайная мутация часто портит ген, и ее носитель оказывается менее приспособлен: например, у него развивается какое-то заболевание и он не может завести детей. А значит, мутация не передается дальше в цепочке поколений. Но если условия на Земле резко изменятся – скажем, в атмосфере станет очень много углекислого газа, – то у людей, у которых случайно будут мутации, помогающие дышать таким воздухом, будет больше шансов выжить и оставить потомство. Ученые называют то, что мы сейчас описали, давлением отбора. Без него новые признаки, тем более такие сложные, как умение летать, не образуются.

Ирина Якутенко, биолог

№ 44. Почему у людей нет сверх способностей?

Для начала нужно решить, что следует понимать под сверхспособностью. Относится ли сюда прыжок в высоту более чем на два метра с разбега, но без использования шестов и иных приспособлений? Этим умением не обладает подавляющее большинство людей, но оно зафиксировано у ряда спортсменов. Современный рекорд держит Хавьер Сотомайор, прыгнувший на 2,45 метра.

Или рассмотрим сверхпамять. Сколько книг знает наизусть обычный человек? Скорее всего, ни одной («Курочка Ряба» и «Репка» не в счет). А вот американец Ким Пик, ставший прототипом главного героя в фильме «Человек дождя», к концу своей жизни хранил в памяти содержание 12 тысяч произведений. Рожденный с необычным пороком нервной системы, он мог сказать, что именно написано на каждой странице любой из ранее прочитанных им книг. Таких людей, сочетающих выдающиеся способности в одной или нескольких областях знаний с отклонениями в развитии, называют савантами.

Бывают и более экзотичные способности, например у синестетов. Синестезия – это нейрологическая особенность, при которой раздражение в одной сенсорной или когнитивной системе ведет к автоматическому, непроизвольному отклику в другой. Например, некоторые люди видят цифры окрашенными в разные цвета. Доказать наличие такой способности совсем не сложно: обычному человеку потребуется довольно много времени, чтобы найти цифру семь, спрятанную на фоне большого количества единиц. Если бы семерка была окрашена, увидеть ее можно было бы моментально. Именно это и происходит с синестетами. Они мгновенно находят спрятанную цифру. Эксперименты показывают, что некоторые синестеты могут видеть цвет музыки и даже лиц людей, в зависимости от вызываемых ими эмоций.

Таким образом, в широком смысле слова сверхспособности у людей бывают. Они могут быть как врожденными, так и полученными в процессе длительных тренировок. Супергероями мы можем назвать ученых и спортсменов, иллюзионистов и музыкантов, художников и певцов.

Но есть другое значение сверхспособности – мистическое, фантастическое, паранормальное. Например, сюда относят левитацию – способность парить в воздухе. Телекинез – способность перемещать предметы на расстоянии силой мысли. Пирокинез – способность поджигать предметы взглядом. Невидимость. Телепатию – способность читать мысли. Телепортацию. Рентгеновское зрение. Ясновидение. Список подобных способностей может занять целую книгу.

Одни паранормальные навыки считаются свойственными конкретному человеку, другие – группам посвященных в некоторое мистическое знание. В отличие от сверхспособностей спортсменов, савантов или синестетов, такие сверхспособности не имеют научных подтверждений. В США, России и в других странах различные фонды предлагают крупное вознаграждение за демонстрацию паранормального в ходе аккуратно поставленного научного эксперимента. Но до сих пор ни один соискатель не ушел домой с заветным призом.

Александр Панчин, биолог

№ 45. Как появляется привычка?

Привычки – это то, что мы делаем автоматически. Бывают привычки вредные – грызть ногти, ковырять в носу. Бывают полезные – смотреть на дорогу перед тем, как переходить, уступать старшим место в транспорте.

Привычки формируются благодаря специальному механизму, который психологи называют «оперантное научение». Суть этого механизма очень проста. На всякое действие организм получает «обратную связь», своего рода ответ – к чему это действие привело. Ученые называют такой ответ «подкреплением». Существует два вида «подкрепления»: отрицательное и положительное. Если результат действий хороший (например, похвалила мама), то мы стараемся продолжать делать так же, а если плохой (папа запретил играть в компьютер на неделю), стараемся свое поведение изменить.

Оперантное научение лежит в основе дрессуры – именно так в цирке медведей учат кататься на велосипеде, а львов – не закрывать пасть, пока в ней находится голова дрессировщика. В качестве положительного подкрепления выступает чаще всего еда, например кусочек сахара, в качестве отрицательного – хлыст.

Положительная и отрицательная обратная связь приводит к активации специальных центров подкрепления в нашем мозге. Центр положительного подкрепления называется прилежащее ядро, отрицательного – амигдала. Информация от этих центров попадает в поясную извилину, которая взвешивает, чего больше, хорошего или плохого, и отправляет ответ в префронтальную кору мозга – отдел, в котором принимаются решения о том, что делать.

Чем чаще повторяется определенный тип подкрепления, тем проще становится путь к префронтальной коре (она находится прямо у нас во лбу). И в какой-то момент префронтальная кора решает, что все и так ясно, решения больше принимать не нужно. Процесс потихоньку становится автоматическим.

Как это происходит? С каждым повторением в мозге формируется целостная программа поведения, которая состоит из цепочки отдельных маленьких действий. Когда эта программа уже хорошо знакома мозгу, она перемещается из префронтальной коры в более глубокие ядра мозга (базальные ганглии). Запускать поведение из базальных ганглиев мозгу проще, чем проходить целиком всю цепочку до префронтальной коры. Наш мозг – штука ленивая, он всегда старается выбрать наименее затратный вариант.

Илья Захаров, психофизиолог

№ 46. Как греки пили молоко?

Взрослые греки почти не пили молока. Пить молоко, как и неразбавленное вино, считалось варварским обычаем. Козье, овечье, иногда коровье молоко использовалось для приготовления сыров, и чаще в деревнях, чем в городе.

Зная эту и другие особенности быта древних греков, мы совсем по-другому понимаем некоторые эпизоды «Илиады» и «Одиссеи» Гомера. Например, в девятой песне «Одиссеи» циклоп Полифем пьет неразбавленное и не обработанное иным способом козье и овечье молоко – и это черта, которая отличает его от греков и приближает к варварам, а не делает, как может показаться незнающему читателю, более человечным.

Кончив, чтоб вход заградить, несказанно великий с земли он Камень, который и двадцать два воза четыреколесных С места б не сдвинули, поднял: подобен скале необъятной Был он; его подхвативши и вход им пещеры задвинув, Сел он и маток доить принялся надлежащим порядком, Коз и овец; подоив же, под каждую матку ее он Клал сосуна. Половину отлив молока в плетеницы, В них он оставил его, чтоб оно огустело для сыра; Все ж молоко остальное разлил по сосудам, чтоб после Пить по утрам иль за ужином, с пажити стадо пригнавши. (Перевод В. А. Жуковского)Виктор Сонькин, филолог

Часть людей на планете может пить молоко, а часть не может, им от него плохо. Способность пить молоко появилась среди скотоводов в нескольких местах Земли – в Африке, на Ближнем Востоке и в Европе. Греки возникли как скотоводческий народ, так что у них эта способность была. Но в Греции жарко, молоко быстро киснет, так что они предпочитали не пить его сырым, а делать из него сыр.

Станислав Дробышевский, антрополог

№ 47. Сколько можно не есть?

Пища – источник большей части полезных веществ, которые нужны нам для поддержания жизнедеятельности, источник энергии и строительный материал для тела человека. В процессе переваривания организм расщепляет пищу до простейших соединений, из которых потом строятся новые ткани и получается энергия. Как долго конкретный человек сможет не есть, зависит от его веса, состояния здоровья, климата и силы воли. Медики утверждают, что здоровый человек может обходиться без еды до 2 месяцев, но при этом обязательно должен пить: от обезвоживания погибают примерно за 5-7 дней.

Голод – это реакция, необходимая организму для успешного пищеварения. Она бессмысленна и вредна, если еды не предполагается. Во время возникновения голода организм как бы показывает свою готовность к приему пищи: в ротовой полости вырабатывается слюна, а в желудке – желудочный сок.

В ответ на это весь желудочно-кишечный тракт начинает вести себя активно, возникает чувство, которое называют «сосет под ложечкой», вырабатывается желчь (начинает «бурчать» в животе) и невозможно думать ни о чем, кроме еды.

При полном отсутствии пищи в течение трех дней и более средний человек теряет около 0,5 килограмма веса в сутки. Кажется, что ничего страшного не происходит, но уже после пятого дня голодания организму перестает хватать многих жизненно необходимых веществ, что неизбежно приводит к тяжелым нарушениям здоровья. При неправильном голодании – без врачебного контроля – у человека может развиться опасное заболевание анорексия. Анорексия способствует значительному снижению защитных функций организма, то есть снижается иммунитет. Хроническая анорексия часто приводит к очень серьезному истощению всего организма и даже к летальному исходу – среди психологических заболеваний она имеет самый высокий процент смертности.

Частичное голодание действительно может быть полезным и даже рекомендуется, но это касается только взрослого, сформировавшегося организма.

Елена Себенцова, физиолог

№ 48. Почему детям нельзя пить кофе?

Вы, наверное, часто слышали от взрослых людей фразу: «Что-то я засыпаю, выпью-ка кофейку», и после чашки ароматного кофе человек чаще всего ощущает прилив бодрости.

Почему же это происходит? Каким образом кофе бодрит человека? И почему кофе не полезен детям?

Все дело в кофеине. В одной порции свежесваренного кофе его около 100 мг. Кофеин стимулирует мозговую активность. Он вызывает сужение сосудов головного мозга, это приводит к значительному ускорению кровообращения в центральной нервной системе, а значит, к ускорению биохимических процессов головного мозга. Кроме того, кофеин ускоряет передачу нервного импульса от одного нейрона к другому, и все это вызывает увеличение нервной возбудимости. У взрослых людей после чашки кофе возникает чувство бодрости. А что произойдет с ребенком? Развивающийся мозг гораздо чувствительнее к внешним воздействиям, чем сформировавшийся. Маленький ребенок и так ярко реагирует на все, что с ним происходит, излишнее возбуждение ему совершенно ни к чему. Что же касается подростков, во время переходного возраста их центральная нервная система похожа на вулкан, где бурлят гормоны. Очень часто тинейджер не может даже понять, почему им овладели эмоции, плачет и смеется без причины. Кофе усиливает это и без того непростое состояние.

Кофе влияет не только на нервную систему. Он, например, еще стимулирует выработку желудочного сока, а детская пищеварительная система не готова к его избытку. И, наконец, кофе – сильное мочегонное. Кофеин увеличивает кровообращение в почках и повышает скорость образования мочи в организме, а вместе с мочой из организма выводятся полезные микроэлементы. Кофе «вымывает» из костей кальций, а для растущего организма это очень опасно.

Елена Себенцова, физиолог

№ 49. Почему в выходные мы все равно просыпаемся рано?

Все дело в суточных ритмах, ученые называют их «циркадными». Циркадные ритмы связаны с внешними стимулами, но происхождение имеют внутреннее: это результат работы наших биологических часов.

В течение суток способность человека к разным видам жизнедеятельности меняется под влиянием нервной системы. Она регулирует возбудительный и тормозной процессы в коре головного мозга, его подкорковых и стволовых структурах, то есть, проще говоря, определяет время, когда мозг готов работать, и время, когда он нуждается в отдыхе. Кроме того, эта способность зависит от привычек, сформировавшихся при постоянном повторении одних и тех же внешних обстоятельств: например, каждый будний день будильник трезвонит в 7.00, обед дают после шестого урока, а мама отправляет спать в 9.30 вечера. Это расписание обычного школьника, но есть и более общие привычки. Смена сна и бодрствования – исторически сложившийся ритм, при котором у человека обычно сон совпадает с ночным периодом и темнотой, а бодрствование – с днем и светом.

Итак, почему же все-таки мы в выходные дни тоже просыпаемся рано, хотя можем спать хоть до полудня? Да просто организм уже запрограммирован циркадными ритмами на работу. Вы можете проспать немного дольше обычного, но все равно суточный «ритм-расписание» организма разбудит вас изнутри, включив, например, ваш метаболизм, и вам захочется в туалет. Существует «расписание работы» практически всех систем организма человека, скажем, цвета мы лучше всего различаем с 13 до 15 часов, а хуже всего – с 23 до 3. Или, например, наша нервная система готова интенсивно работать, то есть подавать нам разнообразные сигналы, с 8 до 20-21 часа, потом ее условно-рефлекторная деятельность снижается, а с часа ночи до пяти часов утра может полностью отсутствовать. Так что у организма свое расписание и свой внутренний будильник, который срабатывает вне зависимости от того, среда на дворе или воскресенье.

Елена Себенцова, физиолог

№ 50. Почему человек не может выбрать пол ребенка?

Для начала нужно разобраться, как вообще в норме определяется пол будущего ребенка. В животном мире встречаются очень разные варианты. У крокодилов, например, пол зависит от температуры, в которой развиваются яйца. Яйцам, которые лежат в центре кладки, теплее, и из них вылупляются девочки. А из яиц, лежащих с краю, там, где прохладнее, вылупляются мальчики. Некоторые рыбы могут менять пол в течение жизни. А у микроскопических организмов типа инфузорий или дрожжей вообще бывает больше чем два варианта пола.

А что же у человека? У человека пол определяется непосредственно в момент оплодотворения, когда сперматозоид встречается с яйцеклеткой. Внутри всех клеток нашего организма есть специальные молекулы, которые хранят информацию о том, как он должен быть устроен. Эти молекулы называются ДНК (это сокращение, полное название дезоксирибонуклеиновая кислота). Так же как в поваренной книге записаны рецепты разных блюд, в структуре молекул ДНК записаны рецепты других молекул-белков, из которых сделаны наши клетки, а эти белки определяют, какими мы будем. Так вот у людей внутри каждой клетки набор таких молекул ДНК двойной, одну копию каждой молекулы мы получаем от отца, а другую – от матери. Всего этих пар 23. И только в одной из них содержится молекула, которая определяет пол человека. Эти «половые» молекулы называют X и Y – по внешнему виду, который они принимают в момент деления клетки. Все молекулы ДНК в момент деления сворачиваются в специальную форму под названием «хромосома», чтобы не порваться, занимать в клетке меньше места и еще по нескольким более сложным причинам. Одна из половых хромосом похожа на букву X, а вторая – на букву Y. Если в организме две одинаковых половых Х-хромосомы, то это девочка, а если есть и Х-, и Y-хромосома, то это мальчик. Каким будет набор половых хромосом, зависит от того, какую хромосому принесет сперматозоид, потому что у яйцеклетки может быть только Х-хромосома. А вот в сперматозоидах может быть и Х-, и Y-хромосома, потому что у пап есть и та и другая. Так что пол ребенка определяется тем, какой из миллионов папиных сперматозоидов первым встретится с маминой яйцеклеткой. А встреча эта происходит совершенно случайно. Именно поэтому мальчиков и девочек в мире рождается поровну.

Конечно, все бывает сложнее, и в природе известны животные, которые могут выбирать, каких детей они хотят. И есть даже данные о том, что такое может происходить и у млекопитающих животных, к которым относится и человек. Но, во-первых, эти данные сейчас перепроверяются, и некоторые ученые настроены скептически. А во-вторых, выбор этот у животных определяется не их желаниями, а совершенно непонятными автоматическими процессами в организме, так что и выбором-то это назвать сложно.

Антон Захаров, физиолог

№ 51. Почему девчонки не играют в футбол?

Вообще-то играют. И не меньше мужчин. Просто не в России. Например, в США в детской футбольной лиге играют более 1,6 миллиона девочек (это 40 % от всех игроков лиги). Но хорошие новости на этом почти заканчиваются. Сейчас женский футбол проигрывает мужскому во всем – количестве команд, популярности среди болельщиков, зрелищности и всем прочем, и этому есть причина.

Дело в том, что исторически футбол – это чисто мужской вид спорта. Во что-то похожее на футбол играли в Китае еще в V веке до н. э., но принято считать, что современный футбол появился в 1848 году в Кембридже, где несколько английских университетов договорились о единых правилах этой игры.

С тех пор мужской футбол завоевывал все большую популярность, и к сегодняшнему дню в него играют более 240 миллионов мужчин по всему миру, и профессионально, и любительски.

Мужским этот вид спорта считался из-за травматизма и необходимости бегать по полю в любую погоду: 160 лет назад девочкам не полагалось падать в грязь в попытках достать мяч и сталкиваться друг с другом до синяков и – иногда – переломов. То есть дело было в обыкновенных предрассудках.

Все начало меняться в 1971 году, когда в Англии была сформирована WFA (Женская футбольная ассоциация), и эту дату можно считать началом женского футбола.

Сейчас женщин, играющих в футбол, во всем мире 25 миллионов – это уже немало, хоть и всего 10 % от мужчин. Но все возможности развития у женского футбола есть: в 2016 году новый президент FIFA (эта организация отвечает за футбол во всем мире) назвал женский футбол главным приоритетом развития.

Но, конечно, 120 лет развития только мужского футбола и, как следствие, отсутствие денег в женском сделали свое дело – футбол и сейчас в большинстве стран (например, в России) считается мужской игрой, а для женщин организуют отдельные соревнования и команды. Лишь совсем недавно UEFA (это организация, управляющая футболом в Европе) приняла решение, что до 14 лет мальчики и девочки должны тренироваться вместе, потому что девочкам полезно соревноваться с мальчиками, которые в силу физиологии сильнее и быстрее.

Лучше всего женский футбол развит в США – там играют более 10 миллионов женщин (то есть почти половина от всех женщин-футболисток в мире). В Англии дела тоже обстоят неплохо – футболом занимается более 2,5 миллионов женщин и девочек. В ноябре 2014 года матч женской сборной Англии против женской сборной Германии собрал 55 тысяч болельщиков (это правда много).

А вот в России женщин-футболисток всего около 30 тысяч. Девочек, занимающихся футболом, никто не считал, но вряд ли их так уж много. Впрочем, в этом есть свои плюсы: начав заниматься сейчас, девочка получит шанс лет через десять попасть в женскую футбольную сборную России – конкуренция будет совсем небольшая. Пока небольшая.

Владимир Долгий-Рапопорт, создатель футбольной академии для детей TagSport

№ 52. Почему люди умирают?

Смерть наступает, когда в организме накапливаются или внезапно случаются повреждения, несовместимые с жизнедеятельностью. Чаще всего люди умирают от болезней сердца и сосудов. Второе место занимают инфекции – болезни дыхательных путей, ВИЧ, диарея, туберкулез, малярия.

Только на третьем месте – рак, чаще всего легких, желудка и толстого кишечника.

На четвертом месте – несчастные случаи (прежде всего автомобильные аварии).

На пятом – цирроз печени и другие болезни желудочнокишечного тракта.

Наконец, на шестом месте оказались самоубийства, убийства и войны (причем именно в таком порядке).

Вероятность смерти у людей увеличивается с возрастом: удваивается примерно каждые восемь лет. Однако ученые надеются, что в будущем старение и смерть можно будет победить. Более того, исследователям уже удалось значительно продлить жизнь некоторых модельных организмов. Например, генетически модифицированные круглые черви-нематоды живут в десять раз дольше обычных. А развитие медицины привело к тому, что в некоторых странах, например в Австралии, Швейцарии, Испании, Италии, Канаде и Японии, продолжительность жизни людей уже превысила 80 лет.

Почему одни люди живут дольше, чем другие? Точного ответа пока нет. Старейшим человеком из когда-либо живших считается француженка Жанна Кальман. Она прожила 122 года, 5 месяцев и 14 дней. Эта женщина в 100 лет все еще занималась теннисом и фехтованием. То есть Кальман не просто долго жила, но еще и долго оставалась молодой и физически активной. А еще у Жанны было прекрасное чувство юмора – например, журналистам француженка заявляла: «У меня только одна морщина – и я на ней сижу».

Продолжительность жизни женщин в среднем больше, чем мужчин. Так, в 2016 году среди живых сверхдолгожителей в возрасте больше 110 лет 46 женщин и всего двое мужчин. Исследователи сходятся на том, что занятия спортом, отказ от курения, соблюдение правил гигиены, умеренность в еде и употребление в пищу фруктов помогают продлить жизнь. Кроме того, полезно избегать стресса и заниматься интеллектуальным трудом.

Александр Панчин, биолог

Часть IV Человек: Разум и чувства

№ 53. Почему люди стыдятся?

Стыд сопровождает нас всю жизнь. Чувство стыда связано с восприятием себя среди людей. Стыд регулирует наше поведение и помогает нам соблюдать границы, которые приняты в обществе.

Стыд возникает, когда человек нарушает внешние правила и нормы. И этим он отличается от чувства вины, которое появляется при нарушении собственных норм и убеждений человека. Вот простой пример. Если ты убежден, что ябедничать нельзя, но нечаянно кого-то выдал, ты тоже переживаешь, но по-другому, чем если бы сам совершил проступок. Здесь ты нарушил свою внутреннюю норму, потому что взрослые, наоборот, обычно просят выдать виноватого.

Со стыда начинается личностное развитие. Маленький ребенок не стыдится: он, например, спокойно бегает голым, пока у него не возникает чувство, что он не должен появляться на людях в таком виде. Откуда оно берется? От того, что ребенок начал понимать, какие существуют правила поведения среди других людей. Так что в этом случае стыд – это возрастной рубеж. Как только ребенок начинает стыдиться себя, можно считать его личностью. До этого ребенок не отделяет себя от матери и часто даже называет себя в третьем лице.

В детском возрасте стыд – это совершенно естественное чувство. Он возникает, когда человек начинает видеть себя со стороны и сравнивать с окружающими. Четырехлетний ребенок может стыдиться, что он еще сосет соску, дети постарше стыдятся, что не умеют того, что им положено уметь. Ребенок физически меньше взрослого, поэтому видит себя маленьким и неумелым и из-за этого часто ведет себя робко и стеснительно. А вот подросток, который догнал взрослого по размеру, считает, что уже ни в чем ему не уступает, поэтому у подростка очень трудно вызвать чувство стыда. У взрослых же чувство стыда чаще всего связано с правилами поведения в коллективе, на работе.

Но стыд, как и другие сильные чувства, может по-настоящему мучить человека. Тот, кто постоянно испытывает чувство стыда, часто видит себя маленьким, меньше других. И чтобы ему помочь, нужно изменить этот образ, чтобы в своем воображении он подрос, стал больше, тогда это чувство ослабевает.

Маргарита Жамкочьян, психолог

№ 54. Что бы было, если бы все обманывали?

Если бы все обманывали (то есть сознательно искажали истину), то кто бы мог узнать, что существует истина? Кажется, здесь кроется какая-то логическая ошибка. Но на самом деле вопрос этот очень серьезный. Над ним издавна задумываются философы, ученые, писатели. Помните сказку Ганса Христиана Андерсена «Новое платье короля»? К королю приехали обманщики, которые сыграли на его любви к красивым нарядам, пообещали сшить ему роскошное платье и убедили всех в том, что тот, кто не увидит платья, либо глуп, либо сидит не на своем месте. Никакого платья, конечно, не было, но все (в том числе и сам король) повторяли друг за другом, что оно прекрасно. И только маленький ребенок крикнул: «Король-то голый!» В этой сказке очень хорошо показано, почему люди обманывают: от страха, от неуверенности в себе, из-за желания скрыть свои слабости или, наоборот, показаться лучше; когда пытаются чего-то добиться обманным путем, боятся противоречить тому, кто сильнее их, или большинству (чтобы не оказаться в одиночестве). Во всех этих случаях говорить правду нелегко, это даже требует смелости. Но, обманывая других, человек постепенно начинает обманывать сам себя.

В общем, на этот вопрос можно ответить так: если бы все обманывали, никто бы никому не доверял. Все отношения между людьми разрушались бы, и люди не могли бы сотрудничать друг с другом ни в чем и никогда. Поэтому если в семье, среди друзей или в целом обществе люди начинают меньше доверять друг другу, это неприятная и опасная ситуация. Хотя фразу «сейчас все обманывают» можно услышать довольно-таки часто. Скорее всего, она означает, что человек, который ее произносит, разочаровался, потерял доверие, возможно, даже к самым близким людям. Может быть, это мимолетное настроение, но может быть, и что-то серьезное, с чем нужно обязательно разобраться. И чем скорее человек с этим справится, тем лучше для него и окружающих.

Ольга Здравомыслова, социолог

№ 55. Евреи, жившие в гетто, перестали верить в Бога после того, что с ними произошло?

Жизнь в еврейском гетто или в концлагере проходила в условиях полной изоляции и по строгим правилам. И правила эти были настолько жесткими и противоречивыми, что соблюдать их все было невозможно. Чтобы выжить, правила гетто нужно было нарушать. А нарушение правил каралось смертью.

Еще одна особенность гетто – это уравниловка. Там оказывались и богатые, и бедные, и начальники, и подчиненные, и все они находились в униженном положении и жили по единым правилам. Уравниловка нарушает очень важную часть нашей жизни – социальный статус.

Первое и самое страшное, что может произойти с человеком в таких условиях, – это потеря личности, которая, в отличие от нашего физического тела и даже интеллекта, развивается всю жизнь. Но если человек попадает в условия, где ей не дают развиваться, личность начинает распадаться. Сначала отказывает память: бледнеют воспоминания о привычной жизни – о книгах, семье, друзьях. Человек сосредотачивается на себе. Кроме того, он вынужден подчиняться самым дурацким правилам, как это часто приходится делать детям, и это отбрасывает его в детский возраст. Как только заключенный начинал соблюдать все правила, он умирал в среднем через 6 месяцев.

Перейдя на низшую личностную ступень, человек фактически утрачивает свой дух, свое «я», мораль, перестает следить за собой, теряет ясность сознания и умирает от какой-нибудь болезни. Что же могло остановить распад личности в этих нечеловеческих условиях? Исследователи Холокоста обнаружили, что узники гетто и концлагерей, которые верили в Бога, сохраняли свою веру несмотря ни на что, выживали лучше других. Кроме них лучше других сохраняли себя те, у кого было ремесло (находили смысл в работе), и люди с образованием, с высоким уровнем развития личности. Они замечали, что́ с ними начинает происходить, и пытались с этим бороться.

Психолог Бруно Беттельгейм, бывший узник концлагеря, писал: заключенные решили, что будут делать не только то неприятное, что им велят делать, но и что-то еще, свое, что их делать не заставляют. Например, никто в лагере не заставлял их чистить зубы, но они решили чистить зубы каждый день. Соскребали известку со стен бараков, делали из нее подобие зубного порошка и чистили ею зубы, хотя никакие правила этого не предписывали. И это помогало им сохраниться. Люди, которые придумывали себе какое-то дело или начинали помогать другим, выживали лучше, чем те, кто заботился только о себе, о своем пропитании. Точно так же в гетто люди часто находили себя в вере. Они знали, что Бог послал им испытание и они должны его выдержать. Такие люди не ломались, сохраняли себя.

Маргарита Жамкочьян, психолог

Единого ответа на этот вопрос не существует. Это была ненормальная, абсурдная модель мира, но в ней, как и в обычном мире, разные люди по-разному реагировали на похожие жизненные ситуации. Первые еврейские гетто были созданы в 1939 году, а последние – уничтожены в 1944-м. В гетто оказались миллионы людей, и все они были разные. Многие из них к этому времени в Бога уже не верили. Таких было много среди граждан Советского Союза, живших в атмосфере официального атеизма, но не только. Про них нельзя сказать, что они перестали верить в Бога. Но некоторые, наоборот, именно там стали верующими. Среди же религиозных людей тоже бывало по-разному: кто-то стал там более религиозным, а кто-то утратил веру.

Существует такое понятие в исторической психологии, которое называется кризисом веры. Человечество не раз за время своего существования переживало этот кризис. Во время Второй мировой войны его испытали миллионы. Перед ними встал вопрос: как Бог мог такое допустить? Этот же вопрос люди задают себе и в других случаях, например когда умирает близкий человек, особенно молодой. И по-разному отвечают на него. Ответ может быть, что Бог жесток, что Он безучастен, что Его нет. Но огромное количество людей, в том числе те, кто сохранил свою веру в гетто и в концлагере, ответили на него так: Бог непостижим, человеку не дано понимать Его планы, решения и действия.

Борух Горин, главный редактор еврейского журнала «Лехаим»

№ 56. Как думают глухие с рождения?

Глухие с рождения люди думают на языке картинок и образов, а также собственных жестов, если их не обучали другим языкам. Если глухой рождается в семье глухих, пользующихся языком жестов, или его обучили языку жестов позже, то он думает на языке жестов. Говорящие люди во сне часто что-то бормочут, а неслышащие жестикулируют. Если с глухим человеком много занимались чтением по губам и формированием речи и чтением на родном языке, то, возможно, в какой-то момент он осваивает и эту систему общения и мышления, но так бывает далеко не всегда. Язык жестов для глухих от рождения всегда более эффективен.

Язык жестов устроен как обычный язык, то есть когда люди думают на нем, в этом процессе участвуют мышцы, отвечающие за движение пальцев, и соответствующие центры мозга, которые отвечают за распознавание жестов. Если человек не овладел речью через чтение по губам или письменным языком и не владеет жестовым языком, ему плохо живется. У него, конечно, есть какая-то мыслительная деятельность, но очень примитивная. То есть эти люди могут быть очень умными, они могут решать какие-то непосредственные задачи, но мышление у них будет не развито. Для человека речь – это инструмент мышления.

В книге Оливера Сакса «Зримые голоса» рассказывается, что во времена, когда не было жестового языка, самые талантливые из неслышащих людей придумывали себе знаки, которые помогали им что-то обозначать. Но в целом до середины XVIII века глухие люди не могли свободно общаться даже с собственными родными и считались чуть ли не слабоумными. В середине XVIII века французский аббат Шарль-Мишель де л’Эпе увидел пару глухих близнецов, которые общались между собой с помощью жестов. Позже он открыл первую школу для глухих, где стал обучать их жестовому языку. Он разработал систему, которая позволила изначально глухим людям читать и писать по-французски, то есть открыл им доступ к образованию.

В России есть два жестовых языка – русский язык жестов и калькирующая жестовая речь, которая сохраняет грамматику русского языка: там фразы устроены как в русском языке, а не как в жестовом, более сдержанные и однозначные жесты. Именно ее обычно используют при сурдопереводах.

Анна Пайкова, психолог

№ 57. Как видят сны слепые с рождения?

Сны у детей и взрослых людей, в том числе и у слепых от рождения, очень разные. Мы привыкли говорить, что «видим сны», слепой человек тоже так скажет, но сны не обязательно «видеть», в них можно чувствовать. Они не всегда «в картинках» даже у зрячих людей. Сны любого человека тесно связаны с его собственными прошлыми и настоящими переживаниями, с историями из книг и рассказов других людей. Слепой человек более внимателен, чем зрячий, к ощущению холода и тепла, к дуновению ветра, к запахам, к звукам и голосам, к прикосновениям других людей, к ощущению ногами поверхности пола, улицы, земли, стен. У него нет зрения, но есть тонкий слух и осязание, обоняние и вкус. Во сне он может падать, летать, драться, беседовать, ссориться, петь, слышать музыку, пальцами читать книгу, напечатанную точечным выпуклым шрифтом Брайля. Может гладить кота или собаку, играть с ними. Может испугаться, когда под рукой оказывается неприятный на ощупь предмет, или удивиться незнакомому предмету и угадывать, что это такое. Пробовать на вкус разные продукты, ощущать боль, приятные и неприятные запахи, жажду и голод. А еще заблудиться, потерять ориентацию на улице или в помещении, переживать невозможность проверить, один ли ты в комнате, – такие сны особенно часто снятся слепым.

Татьяна Басилова, психолог

№ 58. Почему я учу английские слова, но все время их забываю?

На самом деле до сих пор не доказано, что мы забываем что бы то ни было. Вероятнее всего, мы теряем доступ к информации, которая хранится в памяти, но не саму эту информацию. Но часто факт остается фактом: сколько ни учишь, в нужный момент слово не вспоминается.

Причин тому может быть несколько.

Самая первая: а может быть, вам просто скучно и совершенно неохота учить эти дурацкие английские слова? А если неохота, то ничего удивительного, что попытки не приносят никаких результатов. Чем бы мы ни занимались, результата можно добиться, только если есть желание.

Или, к примеру, слова выучить хотелось бы (пусть даже для того, чтобы получить хорошую оценку), но вы их учили, отвлекаясь на что-то еще. Может быть, перебрасывались с другом эсэмэсками, а может, посматривали в телевизор, тем самым уделяя английским словам недостаточно внимания. А когда внимание отвлечено, человек не только делает больше ошибок, но и следы в памяти формируются существенно хуже.

А бывает и так, что учили-учили – и все-таки повторили недостаточное количество раз. Не то чтобы в зубрежке нет совсем никакого толку: экспериментальные исследования показывают, что при повторном заучивании (скажем, через неделю) вы выучите тот же самый материал быстрее. Но если распределить заучивание – например, не пытаться выучить все слова за один вечер, а повторять их хотя бы один раз каждый вечер на протяжении нескольких дней, – то и следы в памяти будут прочнее, и времени вы в конечном итоге потратите меньше.

И все-таки уже через час немалая доля вызубренного материала теряется. А чтобы не терялась, нужно не просто учить, а выстраивать в памяти мостики, которые помогли бы подобраться к выученным словам. Для этого используются специальные инструменты – мнемотехники. Например, слово легче запомнить, если подумать, на что оно похоже по звучанию и как это звучание связано с его значением в русском языке. Или можно мысленно написать это слово на предмете, который оно обозначает, или придумать еще что-нибудь.

Но самое главное, наверное, вот что. Любые знания, которые не используются, неизбежно теряются. Даже если вас когда-то потрясло до глубины души название столицы Гондураса, пройдет совсем немного времени, и вы уже не сможете его вспомнить – просто потому, что эти знания лежат без дела, и «дорожку» к ним найти все сложнее. Поэтому если хочется выучить какие-то слова, нужно их сразу использовать, например сказать что-нибудь по-английски другу, бабушке или любимой собаке, пусть даже они ничего не поймут. И не просто использовать один раз, а стараться делать это почаще. Хочется посмотреть мультфильмы – предпочесть английские, пытаясь вслушиваться и узнавать знакомые слова. И в скором времени они все станут знакомыми.

Мария Фаликман, психолог

№ 59. Что такое лень? Как с ней справиться?

Лень – это такое состояние или свойство, когда что-то в нас сопротивляется тому, что надо сделать.

Всем знакомо чувство, когда не хочется делать уроки или идти гулять с собакой. Родители или учителя от вас чего-то хотят, но вы не можете себя заставить это сделать, в вас все сопротивляется. Это сопротивление, как и любое другое, может быть хорошим или плохим. Учителя, конечно, никогда не скажут, что лень – это хорошо. Но люди устроены по-разному, и оказывается, что не все могут работать систематически. Кому-то нужно чередовать расслабление и работу, кому-то – на какое-то время совсем выключаться из работы. Такие люди не могут, придя из школы, сразу сесть за уроки: их организм сопротивляется. Им нужно не просто не делать уроки, им нужно на какое-то время совсем перестать думать об уроках, отключиться. Но чаще всего детям не позволяют лениться. Их все время дергают: ты решил задачу? Ты помыл посуду? Ты вынес мусор? В результате ребенок, с одной стороны, не делает то, что от него требуют, с другой – все время об этом думает и мучается. Именно этим и плоха лень: ты считаешь, что не должен лениться, и все время думаешь о том, что должен сделать, но в результате все равно не делаешь. Ты не отдохнул, не расслабился и все равно не сделал то, что нужно.

Поэтому худший способ бороться с ленью – это с ней бороться. Чем больше ты борешься, тем сильнее становится сопротивление, и в какой-то момент ты просто можешь оказаться у нее в плену, когда любое действие начинает вызывать сопротивление. Тебе все говорят: делай, делай, делай, и тебе уже ничего не хочется делать. Поэтому нужно стать хозяином своей лени и научиться с ней договариваться. Ты прямо можешь сказать себе: этот час (или, может быть, даже дольше) я ленюсь, а потом занимаюсь делами. Это не так просто понять про себя и совсем не просто объяснить родителям, но можно сказать им, что если этот час я не буду предоставлен сам себе, то я не человек. Бывают такие дни, когда ты не можешь себе это позволить, и тогда ты договариваешься со своей ленью, что сегодня она подождет.

Есть люди, которые кажутся нам очень трудолюбивыми, но сами себя они все равно считают ленивыми. Например, писатель Оноре де Бальзак написал огромное количество романов (его собрание сочинений на русском языке состоит из 24 томов), но он все равно называл себя очень ленивым человеком. То же самое про себя говорил академик Павлов, изучавший условные рефлексы на собаках. Он делал очень много экспериментов, и это было ему интересно. А потом их нужно было подробно описывать, составлять отчеты. Это нудное занятие, которое ему было делать тяжело. В такие моменты он запирал себя в кабинете, выбрасывал ключ в окно. Его подбирал дворник, которому было велено открыть дверь в 5 часов. А поскольку в кабинете заняться было особо нечем, Павлов через какое-то время садился и втягивался в работу. Это был его способ договориться с ленью.

Лень – это регулятор. Она регулирует энергию. Поэтому если человек ленится – это нормально. Но ему стоит разобраться, когда именно он ленится, почему. И если уж ты ленишься, то ленись по-настоящему: не делай и не переживай из-за этого. Но не забудь договориться с ленью, например поставь будильник на час, до которого ты не вспоминаешь о своем деле. А когда зазвенел звонок – иди выполнять договор.

Есть и другая лень, которая сигнализирует о слабости и усталости организма. За ленью часто стоит недостаток энергии. И тогда к этому нужно прислушаться.

Третья причина лени – это болезнь лени, нарушение управления поведением, когда человек ничего не может заставить себя сделать. Это заболевание лечится психиатрами и психологами. Его признак – это апатия, когда нет никаких желаний. Не путать с тем, когда чего-то хочешь, но не делаешь. Так что важно понимать, что лень не так проста, как кажется. И с ней нужно разбираться и договариваться, а не просто душить. Ты знаешь, как выглядит твоя лень? На кого или на что она похожа?

Маргарита Жамкочьян, психолог

№ 60. Почему взрослые любят детей?

Взрослые любят детей, потому что дети очень милые. И это не просто констатация очевидного факта. Сегодня биологи неплохо представляют, что такое милота с научной точки зрения. Дело в том, что определенные черты детского лица, пропорции их тела, даже звуки их голоса вызывают у взрослых (да и не только у них, у других детей тоже) вполне определенную биологическую реакцию. Взрослые – любые, не обязательно только родители – при виде детей становятся добрее, они хотят пожалеть ребенка, помочь ему и защитить. Особенности, которые делают детей милыми, – это округлое личико, высокий лоб, большие глаза, маленький нос и рот плюс большая относительно всего тела голова. И эти же признаки делают милыми не только человеческих детей, но и всех детенышей других млекопитающих. Щеночки, котята, лисята и медвежата милы нам ровно по тем же причинам.

Но почему все детеныши такие милые? Если посмотреть на этот вопрос с точки зрения эволюции, то все сразу становится понятней. Маленькие дети очень сильно зависят от взрослых, поэтому те дети, о которых заботятся, имеют больше шансов вырасти и стать взрослыми. Значит, детям выгодно быть милыми.

Но надо, конечно, помнить, что на любовь между детьми и родителями влияет не только это общее свойство быть милым. Дети и родители формируют крепкие и устойчивые привязанности в результате ежедневного общения, и эта привязанность, хотя и не является материнским инстинктом, которого у людей на самом деле нет, все равно намного сильнее, чем умиление при взгляде на маленького ребенка.

Антон Захаров, физиолог

№ 61. Что такое сознание?

Это вопрос одновременно очень легкий и чрезвычайно сложный.

С одной стороны, любой из нас знает, что такое сознание, из собственного опыта: достаточно заглянуть внутрь себя, и нам открываются наши собственные ощущения, мысли, воспоминания. Именно они и наполняют наше сознание, хотя нельзя сказать, что сознание из них складывается, потому что сознание похоже на поток, в котором одни мысли и ощущения непрерывно сменяются другими. Мы можем поделиться этими мыслями и ощущениями с другими людьми, используя язык, например сказать, о чем мы только что подумали или что сейчас видим. Когда человек теряет сознание или находится под наркозом, он ничего не чувствует и не может отвечать на вопросы окружающих.

С другой стороны, ученые до сих пор так и не могут ответить на этот вопрос. Психологи, нейробиологи и философы вот уже не первую сотню лет продолжают спорить, что такое сознание и зачем оно нужно. И если с точки зрения биолога сознание – активность группы или «ансамбля» нервных клеток в коре головного мозга, то с точки зрения психолога – внутренний мир человека, не менее важный, чем внешний, окружающий нас мир. Главный вопрос, вызывающий больше всего споров, состоит вот в чем: можно ли полностью свести сознание к работе мозга? Предположим, развитие техники позволит нам узнать, что делала каждая из нервных клеток в мозге человека в определенный момент времени, какие химические и физические процессы там происходили. Но сможем ли мы при этом описать, что чувствовал и о чем думал этот человек, когда мы регистрировали активность его мозга? А если это не человек, а животное? Пока ученые не могут договориться, есть ли у животных сознание, но, как заметил философ Томас Нагель, даже исчерпывающее описание активности мозга летучей мыши никогда не откроет нам ответа на вопрос, а каково это – быть летучей мышью, как она видит мир, что чувствует, когда ее система эхолокации засекает приближение насекомого.

Но насколько правомерно назвать то, что чувствует летучая мышь, «сознанием»? Большинство психологов считают, что сознание присуще только человеку и возникло в эволюции тогда, когда у людей появилась необходимость что-то делать вместе и распределять обязанности. Если то, что человек должен сделать (скажем, принести засохшее дерево для костра), не совпадает с тем, что он хочет получить (жареное мясо, которое приготовит на все племя кто-то другой), ему нужно каким-то образом держать в голове неочевидное отношение между целью своего действия и общим результатом, и вот тут-то без сознания не обойтись. Дальше остается закрепить все эти отношения в словах, и устанавливать связь между своим внутренним миром и внутренним миром других людей станет намного легче.

А биологи полагают, что сознание как внутренний опыт есть у всех живых существ, а значит, его мозговые механизмы можно искать и у кошки, и у мышки. Допустим, если ущипнуть кошку за хвост, она определенно что-то почувствует и хвост отдернет, а может быть, ударит обидчика лапой или убежит. Если ущипнуть ее за хвост под местным наркозом (сделав такую же заморозку, как при лечении зуба), она щипка не ощутит и никак на него не отреагирует. И если сравнить работу мозга кошки в первом случае и во втором, можно, считают биологи, найти «механизмы сознания» – те нервные клетки или зоны мозга, активность которых прямо связана с возникновением внутреннего опыта. Но психолог тут же спросит: а что именно чувствовала кошка? И снова вопрос останется без ответа, а вместе с ним и главный вопрос о том, как связаны сознание и мозг. Возможно, найти ответ на него предстоит именно вам.

Мария Фаликман, психолог

№ 62. Почему мы плачем?

На самом деле существует два разных вида плача, и причины у них разные.

Первый вид плача возникает, если к нам в глаз попало что-то, что может ему навредить. Это может быть дым от костра, пылинка, шампунь или любой предмет, который будет раздражать глаз. Глаз – это очень чувствительный орган, и, чтобы нормально видеть, нам важно защищать его от вредных внешних воздействий. Для этого как раз и нужна жидкость на поверхности глаза. Она, кстати, защищает нас не только от пылинок или неприятного дыма, но даже от бактерий, так как в составе слезы есть специальные антибактериальные вещества. Когда что-то попадает в глаз, мы пытаемся избавиться от этого предмета и для этого производим больше жидкости, которая смоет раздражитель. Это и есть слезы, тот их вид, который называется рефлекторными слезами. Такие слезы есть у всех млекопитающих и у многих других животных.

Но существует и второй вид плача, который есть только у человека. Это тот плач, который возникает от грусти, боли, сильного раздражения или счастья. Такие слезы называют эмоциональными. Об этом чаще всего не задумываются, но во время такого плача люди не только производят слезы из глаз, у них еще меняется выражение лица и они всхлипывают. Как раз эти всхлипывания могут подсказать нам, почему возникает эмоциональный плач. Дело в том, что всхлипывать умеют не только люди. Многие детеныши животных, как известно, если их забрать от мамы, начинают жалобно пищать. Они делают это, чтобы позвать маму и чтобы их вернули к ней. Этот социальный сигнал очень похож у разных животных, поэтому нам и жалко птенца, выпавшего из гнезда и тревожно попискивающего.

Человеческий плач возник с той же целью. Плач – это сигнал окружающим, что с нами что-то не так и нам нужна помощь. Когда мы плачем, мы, пусть даже неосознанно, рассчитываем на то, что в результате окружающие люди нам помогут. И это работает. Люди действительно реагируют на плач и обычно пытаются помочь тем, кто плачет. Бывают, правда, и исключения. В некоторых ситуациях плач вызывает не сочувствие, а неодобрение или даже агрессию. Надо помнить, что в современном обществе плач – это не всегда уместно или хорошо. Родители, например, обычно пытаются научить ребенка выражать свои желания не при помощи плача, а при помощи слов. Да и в школе или на работе, если что-то не получается и вы хотите поддержки, плакать не принято.

Но плач, хотя и возник как способ демонстрации своего эмоционального состояния, используется не только для этого. Когда человеку плохо и грустно, ему часто советуют поплакать, чтобы стало легче. И современные исследования показывают, что это действительно может работать. Не сразу, но через некоторое время после эмоционального плача людям действительно становится легче и их настроение улучшается. Так что плакать, если вам на самом деле плохо, – это совершенно нормально. И это правда может помочь – и само по себе, и благодаря поддержке людей, которые вас окружают.

Антон Захаров, физиолог

№ 63. Как думает младенец?

Когда мы смотрим на младенца, у нас часто возникает вопрос: что он видит и что из этого понимает? Взгляд у него очень сосредоточенный, но может ли он проанализировать полученную информацию? Для нас все вещи в мире разделены на живое и неживое, на твердое и жидкое, на мое, чье-то и общее, различает ли их также совсем маленький ребенок?

Сначала ученые думали, что такие простые деления «встроены» в наш мозг и мы просто рождаемся с ними. Но потом замечательный психолог Жан Пиаже показал, что младенцы не пользуются даже такой очевидной идеей, что вещь никуда не исчезла, когда что-нибудь скрыло ее от тебя. Лишь в конце первого года жизни ребенок может решить простенькую задачку:

– вот малыш заинтересовался новой погремушкой, тянется к ней;

– тут экспериментатор на его глазах накрывает ее одеяльцем;

– и младенец словно бы забывает о ней, хотя приподнять одеяльце может с легкостью.

Но не менее замечательный психолог Рене Байарджон, глядя на это, подумала: «А что, если малыш все понимает, но просто не может так дальновидно рассуждать, чтобы воспользоваться этим? Вдруг он помнит, что погремушка под одеяльцем, но не может скомандовать своей руке поднять одеяльце ради смутной, неяркой цели? А одеяльце само по себе для него совсем не интересно?»

Чтобы проверить это, она показывала малышам 3-5 месяцев от рождения странные события. Представьте себе, что вы видите, как дощечка стоит на ребре и отклоняется в вашу сторону, за ней стоит кубик, потом дощечка возвращается и… как будто проходит сквозь кубик, отклоняется в противоположную сторону, ложась прямо на стол в том месте, где был кубик! Вас бы это удивило, потому что вы знаете, что так не бывает – одна твердая вещь не может преспокойно пройти сквозь другую.

Оказалось, что и младенец «удивляется» такой странности. Конечно, он не может повернуться к экспериментатору и сказать: «Так не бывает!» Он просто очень долго на это смотрит. Дольше, чем когда ему показывают «нормальное» событие: когда дощечка доходит до кубика и останавливается. Байарджон сделала серию подобных экспериментов и подтвердила свое предположение: младенцы очень хорошо понимают многие законы нашего мира, а вот пользоваться этим знанием им еще нужно учиться.

И учиться долго, ведь даже в год они еще с трудом справляются с другой забавной задачкой, которую тоже придумал Жан Пиаже:

– переверните две пластиковых чашки на столе перед малышом;

– потом на его глазах спрячьте шарик под левую чашку;

– попросите его найти, вместе с ним порадуйтесь и снова спрячьте шарик там же еще пару раз;

– когда вы спрячете тот же шарик у него на глазах под правую чашку, малыш будет искать его под левой! Как будто искать лучше всего там, где уже когда-то находил!

Чтобы научиться решать такие задачи, нужно не просто знание, где лежит шарик, а еще и умение планировать. «Какое тут планирование! – скажете вы. – Задачка-то примитивная!» А вы представьте, что таких знаний, представлений о том, где, что и когда ты видел, – огромное количество и у вас, и у младенца.

Только у вас все эти знания связаны с вашими целями, планами и предыдущими делами, как будто подписаны, а у младенца – нет. Для него огромный труд – удержать свою цель «достать шарик» и не перепутать ее со способом – «поднять левую чашку». Для того чтобы у него все стало как у вас, ему нужно многомного раз закрывать и открывать коробки, прятать маленьких матрешек в больших, пробовать удержать в руке воду и кашу, песок и карандаши – в общем, получить весь тот опыт действий и достижения целей, который и вы получили в первые два года своей жизни.

Татьяна Котова, психолог

№ 64. Откуда берутся слова в голове у ребенка?

Ребенок учится словам очень рано, сразу после того, как научится ходить. Но это очень необычная учеба, она совсем не похожа на школу, например. Почти никто не поправляет его, когда он такой маленький, и не проверяет, понял ли он то, что ему говорят. Никто заранее не думает, названия каких вещей он должен запомнить именно сегодня.

И вдруг из младенца, повторяющего «ба-ба-ба» и «тя-тя-тя», всего за год появляется человек, который может внятно сказать: «Мама, дай пить!»

Если бы он учил каждое из этих слов так же, как мы учим в школе правило «жи-ши пиши через и», у него бы весь этот год ушел только на то, чтобы разобраться, что мама – это не всякая милая тетя, и «дай» говорят, только если хотят получить что-то, а «пить» не всегда значит «вода».

По очереди разбираться со всеми оттенками каждого слова – это очень-очень долго. А ведь еще есть формы слов: «дай», «дала» и «дашь» совсем не похожи друг на друга, если учиться им по отдельности.

В общем, налицо чудесное превращение, как у гусеницы, которая становится бабочкой. Многие ученые до сих пор считают, что такое превращение можно объяснить, только если умение говорить закодировано в генах. Но другие отвечают им, что дело в обучении. Только это не школьная учеба по плану, с контролем и оценками, а совершенно другой механизм.

Мама и другие взрослые почти все время говорят с ребенком про то, что они делают вместе, про то, что видят и слышат, или про то, с чем скоро встретятся. Как будто он их понимает! И если спросить их в этот момент: «Неужели вы правда думаете, что он понял все, что вы только что сказали?», они почти наверняка смутятся и не смогут объяснить, зачем они это делают. Многим даже кажется, что это выглядит глупо: мама говорит каждую фразу мягко-мягко, почти напевая, растягивая, по нескольку раз на разные лады, как не стала бы говорить со взрослым! Но оказывается, что именно такая манера и совершает волшебство: мама нечаянно выделяет те самые слова, которых еще не знает ребенок, повторы и напевность помогают ему их расслышать.

А еще люди умеют ловить взгляд друг друга, «спрашивать» взглядом и давать объяснения в ответ на такие вопросы. Другие животные, даже такие умные, как, например, шимпанзе, используют взгляд только как просьбу или команду, но не как вопрос или удивление. А сигналы, которые они подают друг другу голосом, всегда сообщают об их отношении к чему-то (страхе, желании), но не об устройстве чего-то. Некоторые ученые уверены, что язык человека существует именно благодаря этой волшебной способности – воспринимать взгляд другого как вопрос, а слова другого – как информацию об устройстве мира.

Татьяна Котова, психолог

Часть V Мир: Культура и повседневность

№ 65. Когда родился Иисус Христос?

Вроде бы тут все просто: практически весь мир, независимо от вероисповедания, считает годы от даты рождения Иисуса Христа; то есть достаточно вспомнить, какой на дворе год – например, 2016-й, – и сказать: «Христос родился 2016 лет назад». Но, как это часто бывает, если посмотреть пристальнее, то все окажется гораздо сложнее. Мы не будем даже касаться здесь вопроса о том, существовал ли Иисус Христос. Скажу только, что в XIX веке многие скептические ученые настаивали, что нет, не существовал, это все сказки; а сейчас в научном мире мало кто готов безоговорочно поддерживать такую точку зрения.

Отсчет лет от Рождества Христова – изобретение сравнительно позднее. Ранние христиане вели счет от сотворения мира (считалось, что эта дата хорошо известна), пользовались календарем Юлия Цезаря, продолжали считать годы на древнеримский лад, по консулам, или от основания Рима. Восточные христиане отсчитывали годы согласно так называемой «эре Диоклетиана», где точкой отсчета было восхождение на престол императора Диоклетиана, злейшего гонителя и врага христиан (поэтому второе название этой системы – «эра мучеников»).

В VI веке н. э. провинциальный монах из скифских краев (нынешняя Румыния) по имени Дионисий Малый решил, что негоже христианам основывать систему летоисчисления на жизни своего заклятого врага, и ввел новую систему, которая получила название Anno Domini (сокращенно AD), «год Господень». (По-русски принято говорить «Рождество Христово», Р.Х., или «наша эра», н. э.) «Сейчас – 525 год от земного воплощения нашего Спасителя», – заявил Дионисий. К сожалению, он нигде не объяснил, какие расчеты привели его к такому выводу и вообще рассчитывал ли он что-нибудь.

Если же посмотреть на то, что написано в Евангелиях, то и там все непросто. В Евангелии от Матфея написано, что Иисус родился в годы правления Ирода Великого, то есть не позже 4 года до н. э., потому что это год смерти Ирода. Лука (другой евангелист) сообщает, что Иисус родился во время переписи населения, из-за чего, собственно, и пришлось всему семейству ехать из обжитого Назарета в Вифлеем, по месту рождения Иосифа. Перепись эту устроил римский наместник Квирин в 6 году уже нашей эры. Как видим, разброс составляет десять лет (не одиннадцать, потому что нулевого года нет).

Может быть, один из евангелистов ошибся; может быть, ошиблись оба; может быть, известные нам даты смерти Ирода и переписи Квирина неточны. Есть еще один основанный на евангелиях способ, но он тоже не дает стопроцентного результата. Лука пишет, что когда Иисус начал проповедовать, он был «лет тридцати» (именно так, с некоторой неопределенностью). Иисуса призвал к служению другой еврейский пророк, Иоанн Креститель, который принялся крестить людей «в пятнадцатый год правления Тиверия Кесаря», то есть в 28-29 годах н. э. В общем, как ни крути, получается, что Иисус Христос родился примерно – примерно! – на рубеже нашей (названной в его честь) эры. А насколько эта дата точна, не так уж важно: даже предыдущий Папа Римский, Бенедикт XVI, в своей книге о детстве Иисуса утверждает, что традиционная дата неточна, но в этом нет ничего страшного.

Виктор Сонькин, филолог

№ 66. Почему кролик как заяц?

Действительно, почему кролик как заяц? А не, к примеру, заяц как кролик? Потому что для нашей культуры заяц – это животное, так сказать, первого круга. Он фигурирует в русских народных сказках, с ним в русском языке есть много разных выражений. Мы говорим: трусливый как заяц – так же, как мы скажем: хитрый как лиса или голодный как волк. Конкретный ребенок, может быть, зайца не видел никогда, да и из книжек знает больше про кролика Питера, Братца Кролика и Кролика, к которому Винни-Пух ходил в гости. Но русский язык все равно навяжет ему представление, что кролик – это такая вариация на тему зайца.

Для языка вообще в каждом классе объектов есть основные и неосновные. Вполне нормально сказать: «Блюдце как тарелка, только поменьше». Но фраза «Тарелка как блюдце, только побольше» звучит очень странно, хотя в ней вроде бы и нет ничего неправильного. Тарелка – такой дежурный представитель класса посуды. Мы даже можем сказать, например, мыть тарелки или бить тарелки, имея в виду, что моем или бьем любую посуду. Но мы, скорее всего, не скажем: «рассердился и стал бить розетки». Если, конечно, человек не бил целенаправленно именно розетки – например, потому что ненавидит варенье.

Но самое сложное в вопросе «Почему кролик как заяц?» – это, собственно, что значит «как». Представление о сходстве предметов между собой нам совершенно необходимо, без этого мы не могли бы вообще думать о мире. Если бы каждый объект был для нас уникальным, мы бы бродили между ними в растерянности. А так знаем, что вот этот незнакомый предмет – это стол. Потому что он совсем как знакомый нам стол. И в новой жизненной ситуации мы разберемся, потому что она похожа на ситуации, с которыми мы уже сталкивались.

Но сходство – это очень сложная вещь. На самом деле если мы посмотрим на кролика, то заметим, что по общему облику он напоминает и морскую свинку. Но с ней кролика вряд ли кто-то сравнит. Все дело в этих характерных длинных ушах. Это фирменная примета и зайца, и кролика. Это первое, о чем мы думаем, когда представляем себе зайца и кролика. На карнавале достаточно нацепить на макушку обруч с длинными ушами – и готово, ты заяц или кролик.

Наконец, кролик как заяц, но ведь кролик – не заяц. Как значит, что предметы чем-то похожи, но не вполне одинаковы. Конечно, на самом деле и два разных кролика не совсем одинаковы, но все же они оба кролики, а на зайцев только похожи.

И эту классификацию предметов задает нам язык. Ребенок вместе со словами родного языка усваивает и то, из каких объектов состоит мир. Например, он узнает слово пальцы, а с ним и представление, что пальцы у нас на руках и ногах. И тут и там пальцы. Это одно и то же, хоть они и немного разные. Скажем, английский язык эту разницу подчеркивает: там есть слово finger для пальца на руке и toe – на ноге.

А вот локоть и колено похожи между собой не меньше, чем пальцы рук и ног, но нам и в голову не приходит, что это одно и то же. Как и, например, запястье и щиколотка. Потому что русскому языку вздумалось назвать их разными словами.

(Ответ зоолога)

Ирина Левонтина, лингвист

№ 67. Почему сегодня в мире так много мигрантов?

Прежде всего надо понять, кто такие мигранты. Мигранты – это те, кто переезжает жить, работать или учиться в другую страну, город или регион. Мигрантами мы можем назвать даже тех, кто живет в пригороде и ездит на работу в город (это называется маятниковая миграция). Студенты, приехавшие из других стран учиться в университет, – тоже мигранты (это студенческая миграция). Те, кто переезжает из деревни или города в города той же страны, – внутренние мигранты.

Сегодня мигрантов не стало больше. Изменились потоки миграции. Конец XIX и ХХ век были временем переселения людей из деревень в города. К примеру, в начале 1920-х годов в Москве только 20 % жителей родились в городе. Остальные были мигрантами, приехавшими в основном из соседних регионов. Да и сегодня в Москве большая часть мигрантов – те, кто приехал из других регионов России. Однако когда мы говорим о мигрантах, то чаще всего вспоминаем приезжающих на заработки в Москву выходцев из Средней Азии. Происходит это по очень простой причине: они отличаются внешне, могут исповедовать другую религию и носить традиционную для своих стран одежду. Чаще всего это представители трудовой миграции, которые приезжают на заработки, так как экономическая ситуация в их государствах гораздо хуже, чем в России. То есть они не могут зарабатывать на жизнь у себя дома. Бывает, что такие мигранты согласны на любую, даже самую непрестижную и не соответствующую их интересам и квалификации работу, которая позволит им прокормить семью: дворниками, уборщицами, рабочими на стройках, заводах и фабриках.

Другой тип миграции – это люди с хорошим образованием, квалифицированные и высококвалифицированные специалисты, которые переезжают в другую страну для развития своей карьеры или для работы на более выгодных для себя условиях. Многие страны заинтересованы в привлечении таких специалистов и даже конкурируют между собой.

Есть много причин миграции, кроме поиска работы. Это и природные катаклизмы, когда люди вынуждены покидать родные места из-за потопа, землетрясения, засухи. И политические изменения, перевороты и революции, при которых новая власть преследует часть населения страны. И войны, которые вынуждают людей бежать, спасая себя и своих близких. Людей, покидающих свою страну в силу чрезвычайных обстоятельств, называют вынужденными мигрантами, или беженцами.

Екатерина Деминцева, антрополог

№ 68. Где живет Дед Мороз?

Если спросить об этом современных детей, то они наверняка скажут, что Дед Мороз живет около города Великий Устюг, где в сосновом лесу расположена его вотчина с теремами и дворцами. У него даже есть свой почтовый адрес: 162340, город Великий Устюг, Деду Морозу. Однако «поселился» там Дед Мороз сравнительно недавно, лет пятнадцать назад.

Настоящая история Деда Мороза уходит корнями в далекое прошлое. В народной традиции он представлялся в образе сурового седого старика, хозяина зимнего леса. Звали его просто Морозом или Морозкой и верили, что когда он ходит по деревне, то постукивает ледяным молотком в стены, двери и в окна, чтобы попугать людей. А капризным маленьким детям говорили: «Погоди, Мороз идет, он тебя…» На Новый год принято было выставлять Морозу на подоконник или на крыльцо еду. Чтобы он не морозил летом урожай, его «задабривали», приговаривая: «Мороз, Мороз! Приходи кисель есть; Мороз, Мороз! Не бей наш овес!»; «Зимой ходи, а летом под колодой лежи». Колодой называлось упавшее, прогнившее дерево. Считалось, что зимой Мороз хозяйничает в лесу, а летом, прячась от жары, лежит под колодой.

Постепенно образ Мороза стал появляться в литературных произведениях. В 1840 году В.Ф. Одоевский написал сказку «Мороз Иванович», где впервые дал литературную обработку народного образа Мороза. Те, кто читал эту сказку, помнят, как девочка Рукодельница, спустившись в колодец за упущенным ею ведром, попала в волшебное царство, где встретила седого старика, у которого с волос сыпался иней. Он сидел на лавочке и ел снежные комочки. Как видим, Одоевский поселил Мороза на лето на дно холодного колодца.

В поэме Н.А. Некрасова «Мороз, Красный нос» Мороз – владелец и хозяин зимнего леса: «Мороз-воевода дозором обходит владенья свои». А в «весенней сказке» А.Н. Островского «Снегурочка» зимами Мороз также живет в лесу, а на лето уходит на север: «Не дурно ты попировал, пора бы и в путь тебе, на север», – говорит ему Весна, на что Дед Мороз отвечает: «Уйду, уйду, на утренней заре, по ветерку, умчусь к сибирским тундрам». Север, сибирские тундры, Северный полюс в разных произведениях называются местами, куда уходит Дед Мороз на лето.

Добрым Дедом Морозом, приносящим детям на Новый год подарки, он становится только к концу XIX века. Произошло соединение двух образов: русского фольклорного Мороза и западного Санта-Клауса (так называют Святого Николая, который считается покровителем детей). Санта-Клаус в красной сутане под звон колокольчиков приезжает с Северного полюса на санях, в которые впряжены олени. А Дед Мороз приходит из зимнего леса в белой шубе, валенках, с посохом в руке и с мешком подарков за плечами. После Нового года Дед Мороз исчезает до следующего декабря. Где он живет все это время, точно никто не знает. Вполне возможно, что нигде не живет. Есть такие мифологические персонажи, которые появляются только в определенное календарное время. В другое время они как бы не существуют. Таков и нынешний русский даритель новогодних подарков – Дед Мороз.

Елена Душечкина, филолог

№ 69. Почему и как огонь нагревает воду?

Мы все знаем, что значит «мерить температуру», что она может подниматься и опускаться и что лучше всего, когда она нормальная. Знаем, что можно обжечься горячим чаем и что без перчаток холодно. То есть имеем базовое представление о тепловых превращениях.

С научной точки зрения любое тело в той или иной степени нагрето, а мерой его «нагретости» выступает температура. Если бы удалось «заглянуть внутрь» нагретого вещества, то мы бы обнаружили непрекращающееся «дрожание» вещества, причем чем выше температура, тем оно интенсивнее.

И один из основных законов природы состоит в том, что если оставить в покое соприкасающиеся тела разной температуры, то с течением времени их температуры выравняются. Более нагретое тело своими более интенсивными дрожаниями будет «раскачивать» менее нагретое тело, пока интенсивность «тряски» двух тел не станет одинаковой. В процессе выравнивания температур тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому. Чем выше температура горячего тела, тем легче и быстрее нагреется более холодное тело, если его привести в контакт с первым. И горение – самый яркий пример такого процесса, при котором происходит теплообмен.

Именно он действует, когда мы ставим кастрюлю с водой на огонь.

Горючее вещество (газ на кухне, дрова в костре) вступает в реакцию с окислителем (кислород воздуха), выделяются тепло и свет, то есть пламя. Его температура достигает 1000 градусов. Пройдет совсем немного времени, и можно будет почувствовать, как горячий огонь, отдавая выделяемое при горении тепло, постепенно нагревает кастрюлю и холодную воду в ней.

Сергей Кротов, физик

№ 70. Почему телевизор назвали телевизором, а не картинопоказывателем, а утюг назвали утюгом, а не гладилкой?

Русский язык довольно-таки «ленивый». Ему не свойственно придумывать свои слова и названия, если кто-то их уже придумал. Иногда он берет для обозначения новых понятий старые, уже существующие слова. Был в сказках «ковер-самолет», и когда появились самолеты, слово к ним подошло, а «аэропланы» конкуренции не выдержали. Но чаще вместе с новым предметом или понятием язык принимает и слово, которое используют там, откуда этот предмет или понятие пришли. Появился компьютер – пусть будет и дальше компьютером, появился айфон или айпад – так и оставим. Не будем сидеть и думать, как бы обозвать такой телефон с плоским экраном, по которому пальцами водят. Хотя вот вместо селфи придумали себяшку, но все продолжают говорить селфи. С утюгом было ровно так – на Руси для глажки белья использовали рубель, такое деревянное приспособление с выемками и двумя ручками, а потом купцы привезли первые утюги вместе с тюркским словом, оно и прижилось. И по-тюркски утюг и есть «гладилка».

Что касается телевизора, то тут действительно интересная история. Его, в отличие от телефона, пытались назвать по-русски. Дело в том, что изобретение телевизора происходило постепенно: с конца XIX века разные ученые бились над этой задачей – как передавать изображение на расстоянии? И одним из таких изобретателей, придумавших ключевые детали аппарата, который потом будет назван телевизором, был русский эмигрант Владимир Зворыкин. И в кругу русских эмигрантов появилось прекрасное слово «радиоглядитель». Может, оно бы и стало главным, но массовое производство телевизоров первой наладила Америка после войны (надо было на что-то переориентировать оборонные заводы), и «телевизор» победил.

А образовано это слово было – как и телефон – на основе греческих корней и буквально значит «дальновидец».

Елена Шмелева, лингвист

№ 71. Почему бутерброд падает маслом вниз?

Думаю, что у любого, кто хоть раз ронял на пол бутерброд маслом вниз, пережитое расстройство «вытерло» из памяти все те случаи, когда при падении бутерброда масло оказывалось сверху. Не случайно житейское наблюдение про «бутерброд, всегда падающий маслом вниз» превратилось едва ли не в поговорку. Но одно дело – эмоции, другое – научный факт. Чтобы убедиться в научной обоснованности особого поведения бутерброда при падении, необходимо обратиться к эксперименту.

Нашлись энтузиасты, изучившие падение 300 (!) бутербродов, намазанных маслом. В ходе опытов было установлено, что только 152 из них упали маслом вниз, то есть получается, что расхожее утверждение про бутерброд оказалось справедливым лишь в половине случаев. Но была и другая группа ученых, они утверждали, что масло как вещество тяжелее хлеба, поэтому центр тяжести бутерброда сдвинут ближе к стороне, намазанной маслом. Из-за этого положение бутерброда, когда масло внизу, более устойчиво, и при падении масло перевешивает. Еще одна идея состояла в том, что если хлеб падает маслом вниз, то он прилипает к полу. А вот при падении бутерброда маслом вверх он пружинит, потому что хлеб отражается от пола, и весь бутерброд совершает пол-оборота и приземляется на масло.

Однако этими соображениями научное сообщество не ограничилось. В 1996 году Шнобелевскую (Анти-Нобелевскую) премию из рук настоящих нобелевских лауреатов получил английский физик Роберт Мэттьюз. Ученый совершенно серьезно рассмотрел механическую задачу про соскальзывание бутерброда со стола на пол. В результате его исследований была получена полноценная формула, в которую входили размеры бутерброда, масса хлеба и масла, высота стола, угол, образуемый бутербродом со столом в момент отрыва от него, высота падения. Из теории Мэттьюза следовало, что бутерброд, соскальзывая со стола, приземляется маслом вниз. Многочисленные бутерброды, выпавшие из рук, ртов, брошенные со злости или слетевшие с подносов, остались вне его рассмотрения.

Обсуждаемый нами «закон бутерброда» является одним из вариантов известного закона Мерфи, его еще называют «закон подлости», который гласит: «Если что-то может пойти не так, то так, скорее всего, и получится». Еще в 1830 году немецкий ученый Иоганн Шмидт опубликовал книгу «Общедоступное изложение физики». В ней автор утверждал: «То, что бутерброд обычно падает маслом вниз, кажется, не более чем предрассудок. Но тот, кто захотел бы заняться исследованием положения центра тяжести бутербродов, нашел бы прекрасную возможность применить свою ученость без всякой пользы». Приходится и сегодня констатировать, что, несмотря на упомянутые выше попытки вывести «закон бутерброда», окончательного решения этот вопрос до сих пор не имеет. И нам остается лишь пожелать читателям постараться не ронять бутерброд во время еды.

Сергей Кротов, физик

№ 72. Какая формула у компота?

Все знают, что компот состоит из воды, фруктов и сахара. Но что это значит с точки зрения химии?

С водой все понятно. Формула воды известна, и в компоте она самый главный компонент. Да и не только в компоте. Вода – одно из самых важных веществ на этой планете.

Теперь разберемся с сахаром. Вернее, не с сахаром, а с сахарами. Дело в том, что в бытовом, кухонном смысле под сахаром мы обычно подразумеваем сахарозу, именно она лежит у нас в сахарнице. В компоте же присутствуют и другие сахара, например глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар), попадающие туда из фруктов и ягод, а также образующиеся из сахарозы при варке и хранении. Все эти сахара обладают сладким вкусом и являются ключевыми источниками калорий.

Следующий важный компонент – это пищевые кислоты. Во фруктах и ягодах присутствует много разных кислот: лимонная, яблочная, виноградная, но не только. Можно отметить, что даже названия этих кислот очень «фруктовые» – они были даны кислотам по имени фруктов, в которых их впервые обнаружили. Однако если фрукты недостаточно кислые, то хозяйки нередко добавляют в компот немного пищевой лимонной кислоты.

Наконец, еще один важнейший компонент – это душистые вещества. Без них грушевый напиток ничем не отличался бы от яблочного или клубничного, так как и кислоты, и сахара есть и в том и в другом, причем примерно одинаковые. Именно различие в душистых веществах позволяет нам определить, что, собственно, мы пьем. Сахар и кислоту мы ощущаем языком, душистые вещества воспринимаем носом, а то, что мы считаем вкусом компота, является следствием взаимодействия этих двух ощущений.

Интересно, что не все душистые вещества попадают в компот из плодов. Это легко заметить, просто сравнив запах яблока и яблочного компота. В процессе варки вещества подвергаются разным химическим превращениям, они могут разлагаться или взаимодействовать между собой или сахарами, поэтому запах и вкус компота сильно отличаются от запаха и вкуса свежих фруктов и ягод. Кстати, параллельно с превращением душистых веществ протекают и превращения соединений, отвечающих за цвет. В результате напиток, как правило, становится светлее, чем исходные фрукты и ягоды, а тональность окраски смещается в сторону бурого.

Еще один ожидаемый (особенно мамами!) компонент компота – витамины. Но, к сожалению, большая часть водорастворимых витаминов не переживает варки.

Сергей Белков, химик

№ 73. Почему чаинки собираются в центре кружки?

Давайте поставим маленький эксперимент: в пустой стеклянный стакан нальем чай. Через несколько секунд поверхность окажется практически горизонтальной. Как это получается?

На все части легко меняющей свою форму жидкости действует вниз тяжесть, которая ее «успокаивает», послойно прижимая ко дну. Внутри возникает упругое давление, потому что каждый более глубокий слой будет «держать на себе» все слои жидкости, находящиеся выше. В результате давление изменяется строго по вертикали: чем глубже, тем оно сильнее. А внутри каждого слоя (и на дне) давление «успокоившейся» жидкости будет одинаковым во всех точках. Понятно, что в этом случае оказавшиеся на дне стакана чаинки никуда двигаться не будут.

А теперь размешаем чай ложечкой. Вода в стакане стала вращаться, и чаинки действительно собрались на дне в центре. Почему? Что принципиально нового привносит в поведение воды вращение? Оказывается, происходит существенное перераспределение сил давления воды. Первое, что мы заметим при размешивании, – вращающуюся поверхность воды уже никак не назовешь плоской. Ближайшие к оси вращения участки поверхности оказались заметно ниже тех, что касались стенок стакана. А произошло это потому, что при вращении вода по инерции «отбрасывается» к периферии, и чем дальше от оси вращения, тем этот эффект сильнее. Поверхность воды искривилась, образовав воронку. А помимо вертикального давления каждая точка поверхности начала испытывать еще и боковое. Известно, что разные точки поверхности жидкости будут двигаться тем быстрее, чем дальше они находятся от оси. Чем быстрее вращается слой, тем сильнее нарастает давление от оси к стенке. Учтем теперь, что самый низкий слой жидкости из-за торможения о дно будет передавать торможение и остальным слоям воды. Каждый более высокий слой будет тормозиться более низким. В результате получится, что чем ниже слой жидкости, тем медленнее он будет вращаться. Поэтому сильнее всего нарастать вдоль радиуса будет давление в самом верхнем слое.

Осталось сделать последний шаг. Из-за упомянутого выше различия во вращении слоев воды по вертикали появляющееся добавочное давление около стенок стакана будет падать с глубиной. Поэтому вращающаяся жидкость из самого быстрого верхнего слоя, будучи отброшенной к периферии, начнет «проваливаться» вдоль стенок вниз, запуская невидимую глазом вертикальную циркуляцию частиц воды. Самые низкие участки этих добавочных замкнутых движений, проходя по дну от стенок к центру, и «соберут» имеющиеся на дне чаинки около центра стакана.

Сергей Кротов, физик

№ 74. Кто изобрел кашу?

Каши – традиционное блюдо для всех представителей рода Homo. Еще неандертальцы запекали и ели зерна прапшеницы и праовса. Возможно, они мяли их с водой, а возможно, запивали, наверняка мы не знаем. Кроманьонцы в XXX тысячелетии до н. э. уже точно использовали ступки и пестики для разминания сваренного овса в овсяную кашу.

В Древнем мире каши распространены повсеместно. Это простейший способ приготовить зерновые, если есть керамика. Каши варили египтяне, шумеры, среднеазиаты, китайцы и жители Загроса и Индокитая. Каши были так важны для древних людей, что стали частью мифологии. В Египте культ Баст связан с пшеницей, в Шумере ячменная каша играет роковую роль в судьбе правителя Эрраимитти, а греческая богиня Деметра предпочитает кикеон (жидкую ячменную кашу) вину.

Но такого разнообразия каш, как на Руси, не было нигде. Множество зерновых и бобовых культур способствовало возведению каши в ранг национального блюда. Испокон веков варили гороховую кашу. Из пшеницы готовили сочиво и манку. Овес варили целиком, мололи в толокно, раздавливали для получения овсянки, из овсяной муки варили дежень. Ячмень пускали на перловку и ячку, а из проса варили пшенную кашу. Позднее, в XIII веке появилась гречка, а еще позже рис.

Разнообразия кашам добавляли различные способы заправки: скоромные каши можно было заправить и молоком, и маслом, и даже мясным бульоном. Постные же каши обычно заправляли медом, сухофруктами, овощами, грибами.

Александр Коцкий, повар

№ 75. Откуда взялся дирижер?

Наверное, этого мы никогда точно не узнаем. В любой группе людей есть свой лидер, человек, к которому все прислушиваются. Так и музыкальный коллектив – вокальный или инструментальный ансамбль, хор или оркестр – нуждается в руководителе. Чем больше в музыкальной ткани голосов, тем важнее идеальная скоординированность всех исполнителей. Без этого ни разучить музыкальное произведение, ни слаженно исполнить его невозможно, ведь каждый музыкант по-своему представляет, как должны звучать написанные композитором на бумаге ноты. Можно сыграть чуть быстрее или чуть медленнее, чуть громче или чуть тише, выделить ту или иную мелодию, голос или инструмент – от множества этих и подобных нюансов характер музыки может измениться до неузнаваемости. А если в оркестре или хоре сто человек? Или больше тысячи, как в Восьмой симфонии Густава Малера?! Кто-то должен взять на себя эту непростую задачу – объединить всех музыкантов, воодушевить их общей идеей и добиться согласного стройного звучания.

Долгое время с этой ролью прекрасно справлялся кто-нибудь из участников исполнительского коллектива. В античных трагедиях это был корифей хора, который отбивал такт ногами, обутыми в сандалии на высоченной деревянной подошве – котурны, причем подошвы для звучности были подбиты железом. В средневековых хорах певчие ориентировались на движения рук и пальцев рук регента, который не только поддерживал общий темп и ритм, но и показывал рисунок мелодии. Позднее эту функцию взяли на себя канторы и хормейстеры. Известно, что Иоганн Себастиан Бах, руководя церковным хором, отстукивал ритм ногой и напевал мелодию.

В инструментальных ансамблях эпохи барокко концертмейстер – чаще всего первый скрипач, органист или клавесинист, – играя на инструменте, задавал темп и характер музыки для остальных. Исполнителям на органе или клавишных в этом помогали жесты, движения головы или глаз, скрипачи могли воспользоваться еще смычком. Традиция совмещения в одном лице скрипача-концертмейстера и дирижера сохранилась вплоть до середины XIX века, но только для несложного репертуара бальных и садовых оркестров. Например, со скрипкой в руках дирижировал Иоганн Штраус. Но более сложная симфоническая музыка XIX века потребовала появления человека, который был бы освобожден от необходимости играть на инструменте или петь и мог сосредоточиться только на управлении оркестром (хором).

А откуда взялась специальная деревянная палочка, являющаяся атрибутом дирижера? Считается, что первым ее использовал австриец Игнац фон Мозель в 1812 году. До этого в качестве палочки выступали то свернутый рулон нот, то набитая шерстью кожаная трубочка, то скрипичный смычок, то массивный деревянный или даже золотой жезл – баттута, которой отбивали такт. Баттута была небезопасна: французский композитор Жан-Батист Люлли, дирижируя, ударил себя тростью по ноге, что вызвало гангрену и стало причиной его преждевременной кончины. Дирижерская палочка зрительно как бы продлевает руку дирижера и делает более рельефным каждое движение.

Что же делает дирижер? Казалось бы, просто жестикулирует, стоя перед оркестром или хором. Между тем именно он является главным исполнителем, только его инструмент – не флейта или рояль, а весь оркестр или хор целиком, от него зависит интерпретация авторского замысла. Не случайно раньше, как правило, композитор сам дирижировал своими сочинениями. И только со второй половины XIX века дирижирование превратилось в самостоятельную профессию, требующую особой одаренности и специального образования. Дирижер должен не просто прекрасно разбираться в нотном тексте и знать законы существования музыки, но и обладать лидерскими качествами, волей и харизматичностью. Великими дирижерами были Ганс фон Бюлов, Николай Рубинштейн, Бруно Вальтер, Артуро Тосканини, Герберт фон Караян, Евгений Мравинский.

А можно ли исполнять музыку без дирижера? Ответ был получен в 1920-х годах, когда в молодой советской стране лозунг «долой диктаторов» дошел до музыки. В Москве был создан первый оркестровый коллектив на «демократических» началах Персимфанс (Первый симфонический ансамбль). Недолговечность его существования – коллектив продержался всего около десятка лет – доказала, что без центральной фигуры дирижера не обойтись. Человек с дирижерской палочкой в руке помогает огромному разноликому существу оркестра или хора дышать в унисон и ощущать себя единым организмом, в котором рождается Музыка.

Жанна Панова, искусствовед

№ 76. Когда начали строить Париж?

Париж существовал давно, примерно с середины III века до н. э. Он был основан как крошечное, но удобное поселение по течению реки Сены, в средней ее части на южном берегу. Греческие авторы называли город Лукотика и Левкотека (должно быть, они не очень хорошо знали, как он на самом деле называется), римские – Лютеция Паризов. Паризы были галльским племенем Средней Секваны (реки Сены). В 53 году до н. э. генерал Юлий Цезарь собрал в Лютеции общегалльское собрание, но в следующем году город поддержал антиримское восстание, и Цезарь послал четыре легиона на борьбу с городом. Что произошло в итоге, неизвестно: скорее всего, город по большей части сгорел, а год спустя сдался. Римляне построили на этом месте свою колонию, которая превратилась в важный центр римской Галлии.

Римский город был организован по традиционному принципу рашперной сетки как поселение с жестко ориентированными улицами, идущими с юга на север и с запада на восток. То, что сейчас в Париже называется Латинским кварталом, – это более или менее и есть римский город; у бульвара Сен-Мишель и улицы Сен-Жак, идущих по оси север – юг, есть древние предшественники. Есть они и у улиц Дез Эколь и Кюжа (которая переходит в Клови), идущих на восток и на запад.

В 1710 году на острове посреди Сены, где сейчас собор Нотр-Дам и официальный центр Парижа, была найдена «Колонна лодочников» с изображением многих богов, как римских, так и галльских. Ее воздвигли местные лодочники во время правления императора Тиберия.

Лютеция была немаленьким городом, которому нужны были по меньшей мере три банных комплекса – один в садах нынешнего Коллеж де Франс, другой на улице Гей-Люссака, третий на месте нынешнего Музея Клюни.

Именно в этом городе героически принял смерть Святой Дионисий Парижский (примерно в 250 году), один из важнейших христианских мучеников и святых. Самое известное античное событие Лютеции, судя по всему, случилось в 360 году, когда там провозгласили императором консула и активного полководца Юлиана (известного в позднейшей истории как Юлиан Отступник за скептическое отношение к христианству).

В поздней Античности Лютеция связана с деятельностью Святой Женевьевы (ок. 420–502 гг.), которая спасла город от Аттилы (вместо этого он повернул на юг и разгромил Орлеан) и упросила осаждающих город франкских вождей Хильдерика и Хлодвига проявить милосердие и раздать народу съестные припасы. Во время Французской революции мощи святой были сожжены в ходе «борьбы с предрассудками».

К концу существования Западной Римской империи город был известен уже просто как Parisius, отчего и произошли все его названия на современных языках.

Виктор Сонькин, филолог

№ 77. Сколько всего в мире домов?

Очень трудный вопрос. Во-первых, что считать домом. Снежная иглу эскимоса или юрта кочующего скотовода – дом или нет? Во-вторых, считаем домом только жилье или кинотеатры, школы, административные здания, корпуса заводов и торговых центров тоже? В Москве, например, 40 тысяч многоквартирных жилых домов и 75 тысяч нежилых зданий. Итого в сумме 115 тысяч построек. Как прикажете считать? В-третьих, здания (как их ни считай) все время строятся и разрушаются – и при этом общее их число несомненно растет. В-четвертых, в разных странах национальные традиции и правила расселения очень различаются, как и правила статистического учета. Вот мы, например, будем использовать данные Минстроя и Росстата. Но никакой всемирной базы данных сейчас нет и создать ее пока не представляется возможным.

Впрочем, можно попробовать провести приблизительный расчет. Прикинуть на пальцах.

В России около 1,5 миллионов многоквартирных жилых домов (а в них, по данным Росстата, 64 миллиона квартир), в основном в городах. А еще чуть более четверти наших соотечественников, то есть около 40 миллионов, живут в селах – главным образом в отдельных домах. Этих домов порядка 20 миллионов. То есть вместе получается около 22 миллионов жилых домов на 145 миллионов населения. Мы смешали воедино совершенно разные явления – частный дом в деревне и многоэтажку в городе. Логичней, конечно, было бы приравнивать к сельскому дому квартиру, тогда этих помещений окажется 84 миллиона на 145 миллионов населения.

Итак, если взять Россию за условный шаблон для всего мира (это не слишком корректно, но мы честно предупредили о приблизительности оценок) и предположить, что на 6-7 человек населения приходится одно жилое строение (это мы 145 поделили на 22), то общее число жилых домов в мире, где обитает более 7 миллиардов человек, можно приблизительно оценить в 1 миллиард. При этом следует иметь в виду, что Россия урбанизирована сильнее большинства стран и что под растяжимое понятие «жилой дом» попадает как избушка на курьих ножках, так и знаменитый дом-утюг в Нью-Йорке.

Все больше людей в мире перебирается в города, но абсолютное большинство жилых построек по-прежнему остается на селе. Значит, если под термином «дом» понимать и нежилые строения, которых в городах относительно больше, чем в селе, то общая оценка числа домов вырастет не так уж сильно.

Поэтому даже если понимать «дома» в самом широком смысле, просто как сооружения – начиная от рыбацкой лачуги в Юго-Восточной Азии и вплоть до стадиона Маракана в Бразилии, – то на данный момент их на Земле едва ли более i,i миллиарда. Скорее меньше.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 78. Как придумали Колизей?

Прежде всего надо сказать, что древние римляне никогда не называли Колизей Колизеем. Это название появилось только в Средние века. Слово «Колизей» значит просто «очень большой» (может быть, вам приходилось слышать слово «колоссальный», которое значит то же самое). Когда-то рядом с тем местом, где потом построили Колизей, стояла очень большая статуя – выше, чем «Рабочий и колхозница» в Москве. Такую огромную статую в древности называли «колосс». Возможно, слово «Колизей» происходит именно от этой статуи – ее давно нет, но так бывает, что какую-нибудь достопримечательность начинают звать по имени другой, несохранившейся. Хотя сам Колизей тоже очень большой, конечно.

А как же римляне называли Колизей? Они называли его просто «амфитеатр». Это греческое слово из двух корней, и корень «театр» всем знаком, а слово «амфи» означает «с обеих сторон». Греки чаще всего строили свои театры, где разыгрывали трагедии и комедии, на склоне холма, чтобы природный уклон сам собой образовывал ряды зрителей. Римляне научились строить из бетона и кирпича очень сложные сооружения, и им уже не обязательно было использовать холм в качестве подпорки.

Говорят, что первый амфитеатр в Риме возник буквально из двух театров. Один человек построил два деревянных театра для греческих представлений, а потом сложные механизмы разворачивали эти полукружия вместе со зрителями так, что они складывались в амфитеатр. В амфитеатре римляне устраивали гладиаторские сражения – вооруженные люди бились по-настоящему, насмерть – и так называемые травли, когда люди сражались не друг с другом, а с разными дикими животными.

История про двойной деревянный амфитеатр почти наверняка правдива, но он не был первым – каменные амфитеатры стали строить на юге Италии до этого случая. Хорошо сохранившийся старинный амфитеатр есть в Помпеях, городе, который погиб в одночасье от извержения вулкана.

Столица империи заслуживала самого грандиозного амфитеатра, и он был построен. Построили его во времена императоров из династии Флавиев, поэтому в древности его еще иногда называли «флавианский амфитеатр». До Колизея на этом месте были угодья императора Нерона, которого все ненавидели. Красивый амфитеатр, где весь город собирается для развлечений, вместо жилища дурного правителя – за это римляне, конечно, были благодарны императорам династии Флавиев.

Отдельный вопрос – как римляне додумались до гладиаторских сражений. Скорее всего, поначалу это были жертвенные игры в честь выдающихся полководцев, но потом постепенно обычай превратился в жестокое и кровавое развлечение. Один римский поэт даже писал, что толпе не нужно ничего, кроме хлеба и зрелищ (в оригинале «хлеба и цирков») – хлеб раздавали бесплатно, а зрелища устраивались в цирках, где проходили гонки колесниц, и амфитеатрах, где сражались гладиаторы.

Римских амфитеатров сохранилось множество по всей Европе, почти везде, где была Римская империя (особенно в западной ее части). Развалины римских амфитеатров, иногда очень величественные, есть не только в Италии, но и во Франции, в Испании, в Тунисе и даже в Англии и в Германии.

Виктор Сонькин, филолог

№ 79. Как зародились анекдоты?

Шутили люди всегда. Это свойство человека, которое отличает его от всех остальных животных. Он может использовать язык не только для информации, но и для фатического общения. Это общение не передает никаких ценных сведений, а показывает хорошее отношение. То есть когда мы говорим:

«Как я рад тебя видеть!», «Как дела?», «Отличное платье!» – все эти комплименты и вопросы про жизнь, на которые даже не всегда ждут ответов, называются фатическими. И туда же входят шутки. Еще одно важное свойство любого языка – возможность играть словами. В сочетании это и дает анекдот.

Мы не можем точно знать, были ли анекдоты у первобытных людей, потому что про все происходящее в языке, даже про устное, мы узнаем из письменных источников. Но вполне может быть, что, скажем, на тех рисунках, что находят в пещерах, изображено что-то очень смешное. Какое-нибудь животное, а на самом деле это так вождя племени нарисовали. Наверняка мы знаем о существовании коротких смешных историй, отдаленно напоминающих современный анекдот, со времен Средневековья – их называли фацеции или новеллы (самый знаменитый сборник новелл – «Декамерон» Джованни Боккаччо, XIV век).

А вот анекдот как жанр русской культуры появляется в пушкинское время. Обменивались анекдотами в высшем обществе, и это был короткий смешной рассказ про какого-то известного человека. Истории могли быть выдуманные, но там обязательно должен был фигурировать какой-нибудь реальный писатель, полководец, царь. А примерно со второй половины XIX века в русской речевой культуре появился новый жанр: тоже короткие истории, но заведомо выдуманные и так и подаваемые, даже если, наоборот, в основу положен реальный случай. И действует в них некоторый определенный набор персонажей. Это очень важная деталь. Анекдот смешон только в том случае, если все понимают, что это за персонажи, какие у них характеристики. Это качество анекдота «переехало» в современность: Чукча, который не понимает городских реалий, Вовочка – двоечник и хулиган, Гена и Чебурашка – друзья, не отличающиеся выдающимся интеллектом и т. п. С середины XIX века и до 1920-х годов анекдоты начали рассказывать, но это были анекдоты преимущественно непристойные и, как мы бы сейчас сказали, «неполиткорректные», которые бы не напечатало ни одно приличное издание. А вот с 1920-х, когда кончилась свобода прессы, анекдот стал гораздо более важным общественным явлением. Он фактически заменил новости. И тогда же – у нас есть свидетельства в дневниках и других источниках – анекдоты стали рассказывать действительно все, от крестьян до поэтов. И почти всегда эти анекдоты политические. То есть рассказать анекдот – смелый шаг. В советское время сесть в тюрьму за анекдот было самым обыкновенным явлением, но при этом именно этот период – время расцвета жанра. Самое поразительное, с какой скоростью распространялись анекдоты – и это без всякого интернета. Их рассказывали в поездах и электричках, на кухнях и во дворах, и иногда – по архивам КГБ, например, – можно обнаружить, что один и тот же анекдот в момент серьезных исторических потрясений начинали рассказывать в разных концах страны одновременно.

Сейчас анекдоты – «затухающий» жанр, и в том числе потому, что у нас гораздо меньше точек пересечения. В СССР все ели одно и то же, читали одно и то же, смотрели одно и то же и даже мечтали об одном и том же. Неважно, к какому ты относился социальному слою, но главный анекдот времен дефицита: «Что это такое – длинное, зеленое, пахнет колбасой? Ответ: “Электричка из Москвы в Рязань”» – понимали все, даже те, кто имел доступ к продуктам через спецраспределители.

Елена Шмелева, лингвист

№ 80. Сколько на свете денег?

Этот вопрос почти бессмысленный, но, стараясь на него ответить, можно понять, как устроена современная денежная система. Деньги – купюры, которые лежат в наших кошельках и на наших банковских счетах, – не представляют ничего сами по себе. Их ценность состоит в том, что, имея деньги в кошельке или на счету, на них можно что-то купить. Возможность купить что-то зависит от того, сколько других людей готовы что-то продать за ваши деньги. Это может показаться неожиданным, но таково фундаментальное свойство современных денег: их ценность зависит от того, насколько много людей хочет эти деньги получить, чтобы в свою очередь потратить или положить на счет в банке.

Правительство влияет на то, что происходит с деньгами, двумя основными способами. Во-первых, государственный орган, центральный банк, решает, сколько денег будет напечатано. (Экономисты по старинке используют слово «напечатано», хотя большая часть денег, которые выпускает центробанк, появляется на свет в виде электронных записей на счетах коммерческих, то есть обычных, нецентральных банков.) Во-вторых, и это не менее важно, правительство требует, чтобы налоги платились теми деньгами, которые выпускает центробанк. Именно это требование – важнейшая причина того, что людям нужны деньги этой конкретной страны. Однако деньги могут существовать и без всякого правительства – например, золотые деньги стоят столько, сколько стоит драгоценный металл, из которого они сделаны, а в каких-то случаях люди расплачиваются друг с другом «деньгами», выпущенными частным лицом или организацией.

На самом деле даже на вопрос: «Сколько у вас денег?» – не про страну, а про отдельного человека – ответить непросто. Если этот вопрос задает продавец цветочного киоска, то ответ один (он спрашивает, сколько денег у вас в кошельке). Тот же вопрос, заданный продавцом автомобильного салона, означает другое (он спрашивает, сколько денег у вас на банковском счету). Наконец, риелтор, подыскивающий новую квартиру, имеет в виду третье (он спрашивает, сколько у вас средств с учетом возможной продажи нынешней квартиры). То есть количество денег зависит от того, как мы определим «деньги»: только наличные, наличные и деньги на банковских счетах или наличные плюс деньги на банковских счетах плюс имущество, которое можно продать.

Когда экономист говорит просто «деньги» – то, что влияет напрямую на цены, – он имеет в виду наличные плюс банковские счета. В июле 2016 года в России обращалось чуть больше 8 триллионов рублей наличных денег. Вместе со средствами на счетах – чуть больше 36 триллионов. Сколько стоит все имущество в России, посчитать очень сложно, но можно получить грубую оценку, посчитав стоимость всего, что было произведено, скажем, за сто лет, учитывая, конечно, что произведенное со временем все дешевеет и дешевеет. В 2015 году было произведено всего-всего на 80 триллионов рублей; если правильно учесть то, насколько подешевело за время, прошедшее с его создания, имущество, произведенное в предыдущие годы, то получится, что все имущество страны «стоит» 400-800 триллионов рублей.

Константин Сонин, экономист

№ 81. Зачем ходить в школу?

Если честно, в школу ходить не столько нужно, сколько полезно, и вот почему. Когда вы встречаете людей и каких-то из них выбираете себе в друзья, очень часто оказывается, что вас что-то объединяет. Вам нравится одно и то же или вы похожим образом рассуждаете. Собственно именно это сходство и помогает выбрать близкого себе человека. И наоборот, некоторые из вас, кто встречался с иностранцами, замечали, что даже если нет проблем с переводом, иногда с ними сложно вести беседу, не всегда понятно, почему они говорят то или другое. Часто это происходит именно из-за культурных различий: они читали другие книги, смотрели другие фильмы, говорили с друзьями и родителями на другие темы.

Что делает школа в этом смысле? Она создает общий контекст, чтобы мы все могли существовать в одной культуре. Если не ходишь в школу, тебе будет труднее найти людей с теми же культурными метками, что у тебя.

Кроме того, школа дает неплохую возможность через относительно несложную деятельность разобраться с тем, как ты будешь дальше жить в обществе, и найти свою сферу интересов. Школа – это пример социальных ограничений, которые на нас накладывает общество. Нам всю жизнь приходится жить в каких-то рамках и границах, просто потому, что мы живем среди других людей. Научиться воспринимать эти границы, жить, не нарушая их, и при этом находить вокруг что-то интересное для себя удобнее всего в школе.

Константин Зискин, историк педагогики

№ 82. Почему школа начинается так рано?

Время начала школьных уроков зависит от исторического периода. В России до конца XIX века оно было привязано к окончанию заутренней службы. Все дети приходили в школу, отстаивали заутреню и приступали к урокам. После промышленной революции, когда начало развиваться производство, образование стало массовым и дети рабочих тоже пошли в школу, время начала школьных занятий было сдвинуто таким образом, чтобы родители могли успеть привести ребенка в школу перед работой. Кроме того, пока не появилось электричество (да и после тоже), время начала школьных занятий выбиралось так, чтобы учеба проходила в светлое время. Хотя в советское время, когда школ не хватало, многие дети учились во вторую и даже третью смену.

Часто говорят о том, что раннее начало учебы больше всего подходит нам с точки зрения физиологии и биоритмов, что именно в это время наш организм лучше всего настроен на учебу, но это объяснение до сих пор не нашло научного подтверждения.

Константин Зискин, историк педагогики

№ 83. В какой стране и в каком веке появилась обувь?

Первая обувь появилась около 30 тысяч лет назад в западной части Евразии. Исследователи обнаружили, что в этот период у людей, проживавших на этих территориях, заметно ослабла сила малых пальцев ног. Известно, что при ходьбе босиком пальцы с указательного по мизинец обеспечивают «сцепление» с почвой и травой, что приводит к утолщению соответствующих костей. Именно поэтому уменьшение и ослабление этой части ступни вполне могут сигнализировать о том, что люди надели нечто вроде обуви, что и послужило причиной перераспределения нагрузки и заметной деформации ноги.

Обувь (как и одежда) этого и более поздних периодов почти не сохранилась, тем не менее можно предположить, что изготавливалась первая обувь из подручных материалов: от древесной коры, шкуры животных и соломы до папируса, лыка и дерева.

Фасон обуви напрямую зависел не только от климатических условий, но и от образа жизни и статуса своего носителя: на Древнем Востоке были распространены открытые сандалии, скифы носили мягкие высокие сапоги, причем особенно богато (бисером и нитями) они украшали подошвы, что, возможно, объясняется привычкой сидеть, скрестив ноги, а в античной Греции наряду с сандалиями в ходу также были сапоги без носка (эндромиды). Кстати, именно древние греки придумали шить правый и левый башмак по разным лекалам. В Древнем Риме количество ремешков на сандалиях напрямую зависело от происхождения: у патрициев их было четыре, в то время как плебеям дозволялось использовать не больше одного.

Людмила Алябьева, культуролог

№ 84. Почему резиновые сапоги не промокают?

Вода, так же как и все остальное на нашей планете, состоит из молекул – маленьких частиц, которые свободно перемещаются по всему доступному им пространству.

Промокание обуви при этом можно в грубом приближении сравнить с просеиванием муки через дуршлаг, где частицы муки – это молекулы воды, а дуршлаг – это материал, из которого изготовлена обувь. Если обувь сделана, например, из ткани, то для крохотных молекул воды нет абсолютно никаких препятствий для проникновения на другую сторону через гигантские «дыры» между волокнами.

В случае резины ситуация другая. Волокон у резины как таковых нет, а сама ее химическая природа делает «просачивание» воды невозможным. Резина тоже состоит из молекул, но это весьма особые и примечательные молекулы. Если молекулы воды – это единичные частицы, то у резины это длинные цепи, протяженностью в десятки и сотни тысяч звеньев, плотно уложенные, сложно переплетенные между собой и «сшитые» в поперечине, создающие надежный барьер на молекулярном уровне. В таком материале попросту нет «дырок», достаточных для проникновения воды. Как следствие, сапоги, сделанные из резины, надежно защищают ноги от промокания.

Сергей Белков, химик

№ 85. Зачем нам нужны двери, если можно жить без дверей?

По правде говоря, мы не очень-то могли бы жить без дверей. Кто эти мы? Мы – жители средних и северных широт. Наши предки (славяне, балты, ряд финно-угорских племен) вели оседлый образ жизни и занимались по большей части земледелием. Поэтому их дома были укреплены в земле фундаментом (часто за счет этого получался просторный подпол, в котором хранились припасы) и имели крепкие бревенчатые стены. Чтобы защитить себя от холода, дверь избы делали двойной, а за ней еще были сени, предварявшие вход в отапливаемое помещение.

Раньше люди считали, что дверь защищает не только от диких зверей и холодов, но и от злых сил. Например, когда ее только устанавливали, произносили заговор, чтобы она не пропускала ни воров, ни нечисть. А над дверью как оберег втыкали веточки вербы или вешали подкову – она и сейчас висит во многих квартирах.

Тем не менее многие жители земного шара обходились и сейчас обходятся без дверей: например, живущие в Южной Африке пигмеи строят из веток и листьев легкие шалаши, а австралийские аборигены накрывают похожие конструкции шкурами. Сибирские эвенки тоже строят дом из жердей и шкур – получается жилище в форме конуса, которое называется чум. Двери там нет, а есть только полог, который откидывается, когда кто-то хочет выйти из дома. Аналогично устроен типи – дом североамериканских индейцев, а также дома полярных жителей: чукчей, коряков, юкагиров (их жилище называется яранга).

Все эти народы (и пигмеи, и эвенки с чукчами и юкагирами, и монголы, и индейцы Северной Америки) ведут кочевой образ жизни. Они пасут скот (эвенки, например, разводят оленей) и поэтому должны все время перемещаться, чтобы животным было чем питаться. Их дома должны быть легкими, ведь кочевать с жердями и пологом из шкур намного удобнее, чем с четырьмя стенами, окнами и дверью.

Елена Малая, антрополог

№ 86. Зачем на свадьбе целуются?

Свадебный поцелуй – первый поцелуй жениха и невесты, демонстрирующий всему миру их полное сближение. Но так принято не везде. На традиционных свадьбах, у народов Кавказа, в Центральной Азии ни о каких поцелуях не может быть и речи. В Казахстане, например, невеста всю свадьбу проводит за ширмой, и кульминационный момент церемонии – обряд открывания лица невесты, когда ее выводят к гостям и снимают с нее покрывало.

Поцелуй жениха и невесты на русской свадьбе под крики «Горько!» уходит своими корнями в дохристианские народные традиции, где горечи противопоставляется сладость как символ счастливой семейной жизни. Поцелуй «сладкий», а уста – «сахарные». Мед, сладости и даже сахарные фигуры обязательно присутствовали и на свадебных пирах, и на «родильных» застольях у многих славянских народов. Можно предположить, что поцелуи на свадьбе, их символическая «сладость» связаны с магией деторождения.

Вообще поцелуй – это выражение доверия и сокращение социальной дистанции. Вероятнее всего, у истоков такого рода коммуникации лежат врожденные механизмы, которые мы унаследовали от животных. У многих животных, особенно у приматов, распространены груминг, покусывания, прикосновения губами и другие разнообразные телесные контакты, в которых проявляются дружелюбие и мирные намерения. Но в мире людей эти контакты обретают принципиально иное, бесконечно более разнообразное и сложное значение.

Кстати, поцелуи приняты далеко не везде. Во многих культурах физические контакты, рукопожатия, дружеские хлопанья по плечу, объятия, поцелуи вообще не признают. Там распространены другие средства невербальной коммуникации.

В Корее, Китае, Японии до встречи с европейцами не знали таких приветствий, а поцелуи не приняты и сейчас. В странах же Латинской Америки и Южной Европы все это является неотъемлемой частью коммуникации. Если друзья здороваются, они обязательно обнимутся и поцелуются или хотя бы прижмутся щекой друг к другу. В России многие целуются при встрече, и это нередко удивляет иностранцев.

Мария Тендрякова, антрополог

Часть VI Мысль: Изобретения и мечты

№ 87. Почему в науке есть место морали?

В науке, строго говоря, нет места морали. Ученые исследуют факты, описывают мир. Они ищут ответы на вопросы «как устроено то или это?» или «почему оно происходит именно так, а не иначе?». Мораль же затрагивает не сферу фактов, а сферу ценностей, и ею занимаются не ученые, а философы. Они ищут ответ не на вопрос «как есть?», а скорее на вопрос «как должно быть?», например какие поступки допустимы, а какие нет.

Однако ученым и философам очень часто приходится горячо спорить. Связано это с тем, что сегодня наука нередко ставит перед философией новые проблемы. Например, в конце XX века ученые научились клонировать крупные живые организмы, даже млекопитающих (первой стала шотландская овечка Долли). После этого политики многих стран ввели запрет на эксперименты с клонированием человека. Сделано это было из соображений морали. Они посчитали, что создавать человеческую жизнь ради эксперимента неэтично, тем более в ситуации, когда мы не до конца уверены в технологии.

Есть и другие примеры проблем, которые нам только предстоит решать. Например, когда-нибудь человечество может изобрести роботов, неотличимых от людей. Для науки это будет, безусловно, невероятным достижением, но перед философами поставит целый ряд сложнейших вопросов. Как нам вести себя по отношению к таким роботам? Можно ли будет, например, включать и выключать их по собственному желанию? Стирать им память? Выбрасывать после истечения срока годности? Или мы должны воспринимать их как равных и предоставлять им, например, право голоса на выборах?

Наконец, размышляя о науке и морали, стоит помнить об интересном неравенстве. В науке, особенно современной, разбираются только ученые. Никто не рассуждает всерьез о том, как устроена клетка в организме или черная дыра в космосе, не отучившись много лет в университете. А в вопросах морали каждый из нас имеет свое мнение, включая, конечно, самих ученых. Это нормально, своим мнением стоит дорожить и свободно его высказывать. В конце концов, именно вам придется принять одни или другие ценности и прожить с ними целую жизнь (если, конечно, вас не клонируют!). Но всегда стоит помнить, что философы, особенно хорошие, думали об этих же самых проблемах дольше и серьезнее вас, а потому их мнение в этих вопросах может быть чуть-чуть более взвешенным.

Иван Боганцев, философ

№ 88. Почему нет машины времени?

Начнем с уточнений. Что значит нет? Тут может быть два значения. Например, нет вечного двигателя. Его нет потому, что его существование противоречило бы одному из основных законов природы – закону сохранения энергии. Это значит, что его создать в принципе невозможно, и его никогда не будет. Так и будем называть это «нет» – «нет и не будет». Нет также и термоядерного реактора (устройства, которое добывало бы энергию примерно тем же способом, каким она добывается в недрах Солнца). Его нет потому, что ученые и инженеры еще не научились решать некоторые проблемы, стоящие на пути создания этого устройства. Однако они убеждены, что решения этих проблем в ближайшие десятилетия будут найдены. Это «нет» мы будем называть «пока нет». Сразу оговорюсь: граница между этими двумя «нет» несколько условна и передвигается с развитием науки и даже более того. Представьте себе, что ваши сверстники в конце XVII века обратились к величайшему, на мой взгляд, физику в истории – своему современнику сэру Исааку Ньютону с вопросом: «Возможно ли из Лондона увидеть соревнования бегунов, происходящие в Рио-де-Жанейро?» Ответ, вероятно, звучал бы так: «Нет, потому что такое видение противоречило бы ряду основных законов природы, в частности закону прямолинейности распространения света в воздухе. Шарообразность Земли ограничивает дальность видимости с высоты человеческого роста пятью километрами» (Ньютон, конечно, сказал бы: «тремя милями», но это детали). Однако мы знаем, что за то время, которое прошло с конца XVII века до наших дней, это «нет» разновидности «нет и не будет» превратилось в «да».

Вернемся к машине времени. В фантастической литературе обычно описывается «тянитолкай» – машина, которая может переносить своих пассажиров и в прошлое, и в будущее. Упростим условия задачи. Пусть машина I рода может переносить только в будущее, а машина II рода – только в прошлое. («Тянитолкай» в этой терминологии будет машиной I и II рода «в одном флаконе».) Ответ: машины I рода «пока нет», так как с появлением возможности двигаться со скоростями, близкими к скорости света, для людей – участников движения время будет сильно замедляться (тем сильнее, чем ближе к скорости света скорость ракеты, в которой они летят). То есть путешествие в космос со скоростью, достаточно близкой к скорости света, и продолжительностью (для экипажа), например, несколько лет может перенести путешественников на сотни и даже тысячи лет вперед. А вот вполне возможное удивительное событие. Один из братьев-близнецов, вернувшись из космического путешествия с околосветовой скоростью постаревшим на год, может застать своего брата глубоким стариком.

Машины II рода «нет и не будет», так как предположение о ее существовании противоречит даже не основным законам природы, а логике причин и следствий, что гораздо серьезнее. Ясно, что наличие машины II рода делало бы возможным и существование «тянитолкая», то есть ваше возвращение в настоящее после путешествия в прошлое. А теперь представьте себе, что, оказавшись в прошлом (например, 2 года назад), вы случайно сбили насмерть своим автомобилем собаку, щенка которой приобрели полгода назад. Откуда взялся щенок, который с радостным визгом встречает вас, вернувшегося из путешествия по времени?

Григорий Крученицкий, физик

NS 89. Почему время идет и его нельзя остановить и куда девается вчера?

Трудно решить, «идет» ли время или наши измерения заставляют нас думать, что оно «идет». С другой стороны, оно как-то все же движется, раз его можно замедлить: для этого нужно «всего лишь» подлететь близко к горизонту черной дыры и вернуться обратно. После возвращения выяснится, что часы, находившиеся на космическом корабле, отстали от тех, которые никуда не летали. Это происходит из-за того, что сильное тяготение (вроде того, с помощью которого Земля притягивает к себе нас и Луну, только намного сильнее) замедляет ход времени. Можно обойтись и упрощенной программой, разогнавшись на ракете до очень большой скорости, а потом вернувшись к месту старта. Тут тяготение присутствует в скрытой форме, так или иначе время замедляется. Остановить время совсем при этом не получится: чтобы оно «остановилось», надо разогнаться до скорости света, но это никому и ничему не под силу.

Очень завлекательный вопрос – можно ли повернуть время вспять или отправиться в путешествие назад по времени. Про «повернуть время вспять» сразу возникает очень много вопросов: должна ли ваза, упавшая на пол и разбившаяся, собраться в одно целое из обломков и вспрыгнуть обратно на стол? И что будет, если вы отправитесь во вчерашний день и встретите там самого себя? Разница между прошлым и будущим, которая, скорее всего, не позволяет машинам времени существовать, связана с причинностью: причины событий должны лежать в прошлом, а не в будущем. Только не надо путать причину и цель: если я накануне простудился и теперь сижу дома – это причина и следствие, эту простуду уже отменить нельзя; но если я репетирую пьесу, потому что завтра у меня концерт, то речь идет о цели выступить хорошо, и вообще-то я могу разлениться и не репетировать.

Несмотря на все эти рассуждения, я совсем не умею отвечать на вопрос о том, куда девается вчера, точнее куда делось сегодня, куда делся момент, который я только что пережил. Правда, я знаю, что мои действия сейчас могут повлиять на будущее; я даже стараюсь почаще об этом вспоминать.

Алексей Семихатов, физик

№ 90. Почему ездит машина?

Хорошо известно, что привести тело в движение, выведя из состояния покоя, может только внешняя «тянущая» или «толкающая» его сила. Но стоит движению начаться, как тут же вступают в игру другие силы сопротивления (как минимум сопротивление воздуха, сила тяжести), и если воздействие внешней силы будет слабым или прекратится, движение прекратится тоже. Одна из внешних сил, например (с ее помощью мы ходим), – сила трения. Она возникает между поверхностью нашей обуви, прижатой силой нашей тяжести к земле, и поверхностью, по которой мы собираемся передвигаться.

Обратимся к простейшему и наглядному эксперименту. Поставленная на горизонтальную поверхность неподвижная деревянная катушка сама по себе не покатится. А вот та же катушка, но закрученная на карандаше поведет себя иначе. Если ее, вращающуюся вокруг горизонтальной оси, аккуратно поставить на шероховатый стол и в момент касания поверхности быстро вынуть карандаш, то катушка покатится по столу: соприкасающаяся со столом часть катушки будет отталкиваться от него силой трения, природа которой в «зацеплении» мелких неровностей движущегося обода катушки о неподвижные мелкие выступы реальной поверхности.

На гладком столе катушка в основном будет скользить на месте.

А теперь вспомним, как мы ездили на трехколесном велосипеде (в случае двухколесного нам бы пришлось еще отвлекаться на обсуждение его устойчивости по вертикали). Сидя на велосипеде и нажимая ногами поочередно вперед-вниз на пару педалей, мы приводим во вращение звездчатое колесо, на оси которого и сидят педали. А так как это звездчатое колесо при помощи цепи связано с парой задних колес, они тоже приводятся во вращение. Как и катушка из предыдущего эксперимента, вращающиеся задние колеса из-за действия сил трения толкают велосипед вперед. А можно ли придумать какой-то способ заставить колеса велосипеда вращаться без приложения наших мускульных усилий?

Ответ в истории науки найден давно. Нужно, очевидно, в конструкции велосипеда заменить педали двигателем (это может быть как электрический мотор, так и двигатель внутреннего сгорания, в цилиндрах которого периодически происходят резкие сжигания – «взрывы» топлива, заставляющие поршни совершать внутри цилиндров челночные движения). А уже затем вращение мотора или поступательное движение поршней двигателя вверх-вниз передается паре ведущих колес. Использование поршней работающего двигателя (вместо педалей) для вращения колес и обеспечит движение велосипеда, превращая одновременно последний в «самоход» – автомобиль. Чтобы превратить циклические перемещения подвижных частей двигателя во вращательное движение ведущих колес, была придумана специальная инженерная система – трансмиссия, простейшей версией которой и являются звездчатое колесо и цепь велосипеда.

Пришло время оглянуться назад. Совсем незаметно мы с вами, привлекая не самые невероятные знания по физике, по крайней мере мысленно и в принципе (в этом и состоит работа ученого-теоретика) сформулировали, как превратить нашу детскую забаву – велосипед в известное всем самоходное устройство – автомобиль. Поехали… кто на чем.

Сергей Кротов, физик

№ 91. Кто открыл электричество?

Еще древние греки, найдя загадочно-красивые окаменелости смолы хвойных деревьев – куски янтаря – и пожелавшие всего-навсего очистить их от пыли, явились первооткрывателями электричества. Как ни старались они облагородить поверхности необычных находок куском шерстяной ткани, пылинки явно не желали расставаться с янтарем. Янтарь по-гречески – электрон, поэтому удивительное свойство некоторых материалов притягивать к себе легкие частицы после натирания назвали электризацией.

Минуло несколько тысячелетий, пока не появилось научное объяснение этого наблюдения. А современный мир уже немыслим без электричества, и хотим мы этого или нет, но оказываемся в жизни полностью «электрозависимыми». Чтобы хоть на время снять напряжение, давайте окинем беглым взглядом основные вехи становления науки об электричестве.

Автором первого научного труда об электрических явлениях считается Уильям Гильберт (1600 год), придворный врач английской королевы Елизаветы. Он установил, что можно электризовать не только янтарь, но и другие «камни»: алмаз, аметист, стекло, опал, карборунд, сапфир, – и показал, что под действием пламени способность тел электризоваться резко уменьшается, что натолкнуло на мысль о «течении электричества». Он предположил также, что гром и молния имеют электрическую природу.

В 1663 году Отто фон Герике (бургомистр Магдебурга) создал машину для исследования взаимодействия наэлектризованных тел. В 1729 году в Англии Стивен Грей показал, что не все тела поддаются электризации, и это позволило впоследствии разделить все вещества на проводники и изоляторы (те, которые проводят через себя электричество, и те, которые не дают ему двигаться дальше). Через 4 года во Франции Шарль Дюфе ввел представление о двух видах электричества – смоляном (натираемые мехом вещества вели себя подобно янтарю) и стеклянном (его обнаруживало электризованное стекло, которое натирали шелком); впоследствии американец Бенджамин Франклин переименовал их в отрицательный и положительный заряды. Первый накопитель «электрической жидкости» – конденсатор («лейденскую банку») – создал в Голландии Питер ван Мушенбрук.

Бенджамин Франклин укротил молнию, создав первый громоотвод. В 1800 году Алессандро Вольта в Италии создал первый источник постоянного тока – первую электрическую батарейку, которая после замыкания способна была поддерживать неизменное течение электричества, – и назвал его «гальваническим элементом», воздав должное коллеге Луиджи Гальвани, изучавшему воздействие электричества на живые ткани. За свое открытие Вольта получил награду из рук самого Наполеона.

XIX век ознаменовал собой окончательное становление науки об электричестве, обнаружение ее неразрывной связи с магнетизмом, и, как следствие, человечество получило в свое распоряжение лампу накаливания, электрические генераторы, моторы, телеграфную и телефонную связь, радио.

Сергей Кротов, физик

№ 92. Что такое квантовая физика?

Квантовая физика – это физика микромира, мира малых масс, интервалов времени и размеров. А разве действие законов классической физики Ньютона не распространяется на все массы, временные интервалы, размеры и скорости? Увы, нет. Физика Ньютона – это физика больших (по сравнению с размерами молекулы) тел и малых (по сравнению со скоростью света) скоростей. Как сказал один из великих физиков, «мир не похож на вложенных друг в друга матрешек», а именно такая иллюзия бытовала в обществе накануне становления квантовой физики. Известный русский поэт В.Я. Брюсов писал после появления планетарной модели атома (электроны вращаются вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца):

Быть может, эти электроны Миры, где пять материков, Искусства, знанья, войны, троны И память сорока веков! Еще, быть может, каждый атом – Вселенная, где сто планет…

Опыт показал, что простодушие поэта неоправданно, а мир малых масс обладает рядом по-настоящему удивительных свойств. Например, если планета, столкнувшись с достаточно массивным объектом, может слегка изменить свою траекторию (многие геологи считают, что в далеком прошлом с Землей такой случай был), то электрон не может изменить свою «орбиту» слегка. Набор «орбит», возможных в данном атоме, четко фиксирован, и никакие промежуточные «орбиты» невозможны. Слово «орбита» взято в кавычки потому, что частицы в квантовой физике не имеют координат, а только вероятности обнаружения в месте с теми или иными координатами. Так, электрон, участвующий в формировании изображения в вашем смартфоне, с ничтожно малой, но все же отличной от нуля вероятностью может оказаться в смартфоне вашей мамы, которая в это время уехала погостить к подруге в Самару.

Удивительный мир квантовой физики, законы которого озадачивают даже профессионалов и объяснить которые наглядно практически невозможно, за несколько десятилетий до неузнаваемости изменил и привычный мир, окружающий нас. Компьютеры, спутниковое телевидение, планшеты и смартфоны – все это результаты исследования свойств твердых тел методами квантовой физики и использования этих свойств для решения актуальных технических задач.

Григорий Крученицкий, физик

№ 93. Почему самолеты летают и крыльями не машут?

Человеку давно хотелось научиться летать подобно птицам. Среди изобретений великого Леонардо да Винчи есть и конструкция «махолета» – механизма, который должен был перемещаться по воздуху, взмахивая крыльями. Но изобретатели самолетов пошли другим путем. Главным движущим элементом стал винт – набор прикрепленных к оси лопастей. Так, вертолет при помощи винтов, заменивших машущие крылья, отбрасывает воздух, отталкиваясь от него. Сила отдачи воздуха, она же – сила тяги, позволяет вертолету как зависать на месте, так и двигаться в нужном направлении. Однако движутся вертолеты намного медленнее самолетов, да и груза они могут взять на борт совсем немного.

Принцип «удержания» самолета при полете на одной и той же высоте совсем другой. Он связан с особым обтеканием корпуса и крыльев самолета воздухом. Именно на жестко связанные с корпусом крылья самолет «опирается» при движении в воздухе. Учитывая большой вес «железной птицы», количество обтекающего ее воздуха должно быть значительным, что, соответственно, требует большой горизонтальной скорости. Горизонтальную скорость обеспечивают вращающиеся винты (либо реактивные турбины), а вот противодействие силе тяжести обеспечивает совсем другой механизм. Главным здесь является специальная форма тела (поперечного сечения) самолета.

Представим заостренное тело цилиндрической формы, которое движется по воздуху в направлении своей оси. Цилиндр, «внедряясь» в покоящийся воздух, его уплотняет, одновременно создавая разреженность сзади. Упругий воздух, сжимаясь, выталкивается назад, и обычный цилиндр будет обтекаться воздухом одинаково со всех сторон. А если сверху цилиндра приделать «возвышение»? Тогда струи воздуха, обтекающие цилиндр, сверху будут двигаться быстрее, чем снизу. Потому что верхние струи воздуха, встречая на пути «выпуклости» корпуса, убыстряются как в сужающейся трубе.

Знаменитый швейцарский физик XVIII века Даниил Бернулли, описывая динамику жидкостей и газов, доказал, что «в потоке воздуха давление больше там, где скорость воздуха меньше». То есть в нашем случае – внизу, под цилиндром. Но сила, способная удержать движущееся сквозь воздух тело, определяется еще и площадью поверхности, вдоль которой эта разность давлений – меньшее сверху и большее снизу – будет приложена. И вот здесь на помощь цилиндрическому корпусу приходят крылья. Как известно, нижняя кромка крыла практически плоская, а вот верхняя его поверхность выпуклая («горбатая»).

Такая форма крыльев и обеспечивает необходимую подъемную силу цилиндру-самолету. У современных самолетов крылья могут менять форму при помощи дополнительных подкрылков, которые и помогают самолету менять высоту при движении.

Сергей Кротов, физик

№ 94. Почему молнии не используют?

Ежесекундно жители Земли наблюдают около 2000 молний. В среднем каждые 50 из них долетают до Земли с самыми непредсказуемыми последствиями. Средняя температура молнии приблизительно в 6 раз больше температуры Солнца. И хотя разряд молнии длится совсем малые доли секунды, сила тока в них громадна. Можно показать, что приносимая одной молнией энергия сопоставима с электроэнергией, потребляемой за месяц небольшой семьей. Неудивительно, что на ум может прийти фантастическая мысль: а нельзя ли хотя бы частью этой энергии распорядиться с пользой для человека?

Первым, кто рискнул исследовать природу реальной молнии, был американец Бенджамин Франклин. Он сначала провел знаменитый эксперимент с воздушным змеем и наблюдал во время грозы электрические искры на конце привязанной к нему проволоки, а потом первым установил, что основания грозовых облаков обычно заряжены отрицательно. А вот как в конце XIX века современники описывали «молниемет» великого изобретателя Николы Теслы: «Гром от высвобождаемой энергии можно было услышать за 15 миль. Люди, идущие по улицам, были поражены, наблюдая искры, скачущие между их ногами и землей, или электрические огоньки, выпрыгивающие из крана, когда кто-нибудь откручивал его, чтобы напиться воды. Лошади в сбруе получали электрошоковые удары через металлические подковы. Даже насекомые были повреждены: бабочки стали наэлектризованными и беспомощно кружились кругами, их крылья били струйками синих ореолов огней Эльма».

В 90-х годах XX века ученые научились вызывать молнии, не подвергая ничью жизнь опасности, например запуская с земли небольшую ракету прямо в грозовую тучу. Ионизуя воздух по мере движения к туче, ракета создает каналы для будущих разрядов молнии. Впоследствии ионизацию воздуха в предгрозовой атмосфере научились создавать при помощи лазерного луча.

Несколько последних десятилетий умы изобретателей будоражит мысль о создании молниевых ферм – станций по накапливанию и последующему использованию энергии молний. Отсутствие прогресса в реализации этой идеи связано с особенностями протекания молниевых процессов. Прежде всего это исключительная быстротечность каждой молнии, зачастую их каскадная множественность и резкое отличие молний по мощности даже в одном каскаде. Уже все это невероятно усложняет практическое применение молний. Кроме того, хотя с помощью спутников уже построены подробнейшие карты тех мест, где молнии происходят наиболее часто, по-прежнему никогда заранее неизвестно ни место, ни время очередной грозы.

И в завершение нашего рассказа еще одна история. В 1953 году биохимики Стенли Миллер и Гарольд Юри показали, что одни из «кирпичиков» жизни – аминокислоты – могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы «первобытной» атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет это открытие было подтверждено другими исследователями. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль. А о каких открытиях, связанных с молнией, человечеству предстоит еще узнать!

Сергей Кротов, физик

№ 95. Появится ли лекарство от рака?

Конечно! Более того, на самом деле лекарство от рака уже существует, даже много лекарств, но только они не всегда и не всем могут помочь. Дело в том, что рак – это не одна болезнь, как, например, ветрянка или ангина, а целая группа заболеваний; иногда даже говорят, что каждый отдельный случай рака – уникальный.

Все клетки нашего организма живут по строгим правилам под жестким контролем инструкций, записанных в молекулах ДНК, и если эти инструкции повреждаются, клетки могут начать бунтовать, отбирать пищу у других клеток и неконтролируемо расти, размножаться и распространяться по организму, и вот тогда возникает то, что мы называем «рак».

Сходить с ума и бунтовать могут самые разные клетки: костей, крови, мозга. (Хотя, если быть до конца точными, именно «раком» называются лишь некоторые такие болезни. Общее их название – «онкологические заболевания».)

Как же повреждаются эти инструкции? Некоторые причины известны: радиация, ультрафиолетовое излучение, химические вещества (их еще называют канцерогены; они есть, например, в сигаретном дыме) или вирусы, которые захватывают клетки нашего организма в рабство для производства других таких же вирусов. Но кроме того, молекулы ДНК могут ломаться сами собой, просто если клетка долго живет. Поэтому рак чаще всего возникает у пожилых людей.

Одни варианты рака хорошо поддаются лечению, другие нет, но тем не менее есть несколько способов борьбы с раком.

Во-первых, бунтующие клетки можно вырезать, то есть прооперировать больного. Но, к сожалению, бывает и так, что клетки распространились по организму, и их уже нельзя так просто собрать и удалить.

Во-вторых, существует лучевая терапия, при которой бунтующие клетки в том месте, где они сидят, убивают радиацией. Однако соседние здоровые клетки тоже страдают от радиации.

В-третьих, существуют методы химиотерапии, при которой бунтующие клетки отравляют разными ядовитыми веществами. Обычно вместе с ними (такой побочный эффект) отравляются и некоторые другие клетки организма, которые быстро делятся, например клетки, которые строят волосы, и из-за этого при лечении химиотерапией волосы выпадают.

Наконец, от некоторых вызывающих рак вирусов существуют прививки.

Но бунтующие клетки бывают очень коварны, и бывает так, что никакие доступные методы лечения не помогают. Поэтому ученые и врачи по всему миру продолжают искать новые лекарства от рака, которые бы работали лучше и имели бы меньше побочных эффектов.

Легче всего бороться с раком, если его заметили на ранней стадии. Поэтому надо обязательно регулярно ходить к врачам на осмотр и следить за своим здоровьем.

Евгения Зотова, молекулярный генетик

№ 96. Как устроена экономика?

Экономика устроена так, что ограниченные ресурсы (например, еда, топливо, техника и даже время человека) используются наиболее эффективно. Люди продают и покупают товары и услуги на рынке. Через изменение цен рынок способствует тому, что эти товары и услуги достаются человеку, который нуждается в них больше всего – однако с поправкой на материальное состояние человека.

Например, если в мире очень мало гитар, а желающих их купить ценителей музыки очень много, то цена на гитары поднимется так сильно, что купят ее те, кому она необходима больше всего – только эти люди будут согласны заплатить столь высокую цену. В то же время если бороться за гитару будут два человека, которые ценят ее очень высоко, но одинаково, то купит ее тот, чье богатство больше. Впрочем, богатство – это не определенная кем-то свыше величина. Если человеку его не хватает, то он может устроиться на работу и увеличить свое благосостояние.

Этот же механизм работает и на рынке труда. Наиболее сложная и ценная для общества работа оплачивается лучше, чем другие виды занятости. Такая работа достается наиболее трудолюбивым и талантливым людям. Среди фирм, производящих товары и оказывающих услуги, также выживают самые эффективные компании, способные предоставить наиболее качественные товары и услуги по самым низким ценам. Если какая-то компания плохо справляется со своей работой, то ее клиенты переходят к другой, более эффективной компании.

Именно в этом смысл экономики – добиться максимальной пользы всех членов общества. Механизм, благодаря которому это становится возможным, великий экономист XVIII века Адам Смит называл «невидимой рукой рынка». Только не подумайте, что у рынка действительно есть рука, направляющая экономику в нужное русло. Это метафора, но она отражает действительность очень точно. Принимая решения, каждый человек преследует свои, как иногда говорят, эгоистические интересы. Продавая товар по низкой цене, предприниматель стремится побольше заработать, утерев нос конкурентам, но выигрывают от этого в итоге потребители. Хотя предприниматель совсем не думал об общественной пользе, рынок «своей невидимой рукой» направил действия предпринимателя на ее достижение.

«Исследование о природе и причинах богатства народов» Адама Смита содержит еще многих удивительных фактов о том, как работает экономика. Этот великий экономист хотел найти причины большой разницы между уровнем жизни разных народов, объяснить, что же движет развитием хозяйства. Сейчас экономическая наука стремится, с одной стороны, объяснить природу общественных процессов и их влияние на нашу жизнь, с другой стороны, дать рекомендации о наиболее «правильной» для общества политике. Экономика как наука была создана неудержимым желанием понять и улучшить окружающий нас мир.

Владимир Назаров, экономист

№ 97. У робота могут быть человеческие мысли?

В 1950 году математик Алан Тьюринг сформулировал идею эмпирического теста (проще говоря, опыта), позволяющего определить, может ли машина мыслить. Идея Тьюринга заключалась в том, что мыслящий робот должен быть способен в течение длительного времени поддерживать диалог с человеком таким образом, чтобы по его репликам человек не мог понять, разговаривает он с роботом или с другим человеком. Конечно, у такого теста много недостатков. Например, его результат очень сильно зависит от того, какой именно человек общается с роботом. Кроме того, понятно, что основное, что должен уметь робот, проходящий тест Тьюринга, это не столько мыслить, сколько имитировать мысли, подобно тому, как дети, долго слушая разговоры родителей, говорят потом что-то «умное», на самом деле не понимая, что именно они сказали. Сегодня уже существует немало программ-имитаторов, способных порой пройти тест Тьюринга, то есть ввести человека в заблуждение. Однако программ, проходящих его по-настоящему, до сих пор не создано.

Проблема тут в необъятности поставленной задачи. Думать можно о чем угодно и что угодно. Людям трудно даже четко сформулировать, что должен уметь мыслящий робот. Попыткой обойти эту сложность стала идея полного копирования человеческого мозга. Казалось бы, нужно «всего лишь» взять человеческий мозг, детально изучить его устройство, обнаружить все связи, скопировать и поместить в компьютер. Пока что такая задача не под силу даже самым лучшим нейрофизиологам.

Второй способ – это моделирование интеллекта при помощи программирования, то есть создание алгоритмов и моделей данных, которые, будучи помещенными внутрь компьютера, превратят его в думающую машину. Исследования таких алгоритмов ведутся с середины XX века. Эта область научного знания получила название Искусственный Интеллект.

Люди долго учились решать разные интеллектуальные задачи при помощи компьютера. Писали программы, позволяющие компьютеру играть в игры, решать математические задачи, понимать естественный язык и многое другое. И сегодня многие отдельные задачи компьютеры решают лучше, чем люди. Например, в области интеллектуальных игр машина почти повсеместно обогнала человека. Сначала компьютер обыграл человека в шашки, потом в шахматы. Совсем недавно компьютеру даже удалось обыграть чемпиона мира в такую сложную игру, как го.

Можно сказать, что пока люди писали для компьютеров разные программы, они обучали компьютеры, как учителя учат детей в школе. Но в отличие от детей компьютеры совсем не блистали смекалкой и сообразительностью. Поначалу людям приходилось программировать буквально каждое действие компьютера. Потом они задумались: а нельзя ли один раз написать такую программу, которая, будучи помещенной в компьютер, сделает так, что он сможет учиться? Люди начали решать эту задачу, и так возникла очень важная область внутри искусственного интеллекта, называемая Машинным Обучением.

Раньше, чтобы научить компьютер играть в шахматы, программисты долго описывали правила поведения в той или иной ситуации, а теперь компьютеру просто показывают миллион шахматных партий, он смотрит на них, обобщает данные, находит нетривиальные закономерности и… научается играть.

Компьютеры уже способны решать множество интеллектуальных задач. Однако, несмотря на все усилия, создать полноценный мыслящий компьютер пока не удается. Можно ли назвать мыслящим существом программу, способную распознавать образы предметов, умеющую играть в шахматы, водить машину и понимать отдельные фразы на естественном языке? Скорее всего, нет. Тем более что такие программы обычно существуют как отдельные разрозненные механизмы, каждый из которых решает какую-то одну задачу. Качественный переход от множества разрозненных решателей интеллектуальных задач к единому «большому» искусственному интеллекту – это то, что ожидает нас в будущем. Когда это случится, можно будет сказать, что у робота появились человеческие мысли.

Анатолий Старостин, специалист в области искусственного интеллекта

Часть VII Космос: Принципы и возможности

№ 98. Что было до Большого взрыва?

Мы этого пока не знаем. Мы даже не знаем в точности, что было в момент Большого взрыва, с которого началось расширение, а по сути существование нашей Вселенной. Проблема в том, что сразу после Большого взрыва плотность и температура вещества и излучения, заполнявших Вселенную, были такими огромными, что физики пока не могут воссоздать их в лаборатории и детально изучить. Поэтому надежной теории, описывающей поведение вещества и излучения сразу после Большого взрыва, на сегодня нет. Значит, сделать такие расчеты «назад во времени», непосредственно к моменту Большого взрыва и тем более к эпохе «до него», чтобы быть в них уверенными, пока невозможно.

Конечно, ученые пытаются представить правдоподобные варианты, то есть сформулировать гипотезы о том, какая причина могла бы привести к Большому взрыву. В лабораторных условиях физики детально изучили четыре типа взаимодействий, управляющих, как еще недавно казалось, всеми известными процессами в природе. Это сила гравитации, управляющая движением звезд и планет. Ее ощущаем и мы – как притяжение к Земле, то есть как наш собственный вес. Вторая сила – электромагнитная: ей подчиняются свет, радиоволны и движение электронов в атомах. Твердость тел, непроницаемость стен (вы пробовали пройти сквозь кирпичную стену, как это делал Старик Хоттабыч?) – все это проявления электромагнитной силы. Третью и четвертую силы физики называют сильным и слабым ядерными взаимодействиями. Обе они действуют только на очень малых расстояниях – внутри атомного ядра и элементарных частиц (протонов, нейтронов и др.). Но ни одна из этих четырех сил не способна привести к Большому взрыву, то есть заставить однородную Вселенную начать стремительное расширение.

Однако 20 лет назад астрономы заподозрили, а сегодня уже практически уверены, что на больших расстояниях между галактиками проявляется новая, неведомая ранее сила, которую условно можно назвать антигравитационной. Она расталкивает далекие объекты тем сильнее, чем они дальше друг от друга, ускоряя расширение Вселенной. Носителя этой силы пока называют темной энергией, но на самом деле ни свойства, ни истинная причина антигравитации пока не изучены. Но раз в природе существует сила «всемирного отталкивания», то не исключено, что и Большой взрыв произошел благодаря этой или подобной ей силе. Когда астрономы и физики детально изучат свойства темной энергии, у них появится возможность более уверенно судить о том, что было до Большого взрыва.

Владимир Сурдин, астроном

№ 99. Что такое черная дыра?

Так называют очень компактные и чрезвычайно массивные космические тела, обладающие настолько мощной гравитацией, что они не отпускают от себя ни вещество, ни излучение (например, свет) и поэтому со стороны кажутся абсолютно темными.

Что значит «не отпускают»? Каждое тело – и звезда, и планета, и слон, и человек – притягивает к себе все окружающие тела. Это и называется гравитацией. Чем больше в теле вещества и чем ближе мы к нему, тем сильнее гравитационное притяжение. В теле человека и даже слона мало вещества, поэтому их притяжение мы практически не ощущаем (хотя очень чувствительные приборы его без труда замечают). Планета Земля намного массивнее любого слона, поэтому мы постоянно чувствуем ее притяжение – это наш вес. Подбросьте мяч, и он упадет вниз: это его притягивает Земля. Чтобы ракета умчалась от Земли к другим планетам, ее нужно разогнать до скорости 11 км/с, иначе она не улетит.

Но Земля – небольшая планета; звезды намного больше и массивнее ее. Если бы мы жили на поверхности Солнца (правда, там очень горячо, но если бы), то улететь оттуда на ракете смогли бы только на скорости не менее 620 км/с. А пройдет несколько миллиардов лет, и наше Солнце состарится и сожмется в небольшой плотный объект – белый карлик. Вещества в нем останется почти столько же, сколько его в современном Солнце, а размер уменьшится раз в 100 (и станет таким, как у Земли). При этом притяжение будет намного сильнее, ведь на поверхности белого карлика все находится гораздо ближе к его веществу, чем на поверхности Солнца. Если бы мы оказались на белом карлике, то улететь оттуда на ракете можно было бы только со скоростью более 6000 км/с.

Некоторые звезды в конце жизни сжимаются еще сильнее, до размера всего нескольких десятков километров. Такие сверхплотные объекты называют нейтронными звездами. Стартовая скорость на их поверхности превосходит 100 тысяч км/с. Ни одна ракета с такой скоростью не летает, однако частицы света, фотоны, движутся со скоростью 300 тысяч км/с и легко покидают поверхность белого карлика и даже нейтронной звезды. Поэтому мы и видим эти космические тела в телескоп.

А вот если звезда сжимается всего до нескольких километров – и именно так происходит с наиболее массивными звездами, – получается та самая черная дыра. На ее поверхности стартовая скорость превышает 300 тысяч км/с, поэтому даже свет не может от нее улететь. Заметить присутствие черных дыр можно лишь по тому, как сильно они притягивают к себе все окружающие тела.

Вблизи черных дыр многое становится непривычным для нас, например замедляется ход времени. Поэтому ученые так стремятся их изучить.

Владимир Сурдин, астроном

№ 100. Куда все девается в черной дыре?

Никуда не девается, а там и остается. Ведь черная дыра – это не мусоропровод, не туннель, не отверстие из одного места в другое, а просто очень массивный и компактный объект, который все к себе притягивает и ничего не отпускает. На самом деле свойства черных дыр пока изучены лишь теоретически. Создать черную дыру в лаборатории, чтобы изучить ее на практике, невозможно: пришлось бы сжать целую гору до размера много меньше атома. Поэтому астрономы ищут черные дыры в космосе, где они должны образовываться сами при сжатии массивных умирающих звезд. Несколько таких кандидатов в черные дыры уже обнаружено. Но чтобы надежно доказать, что это именно они, и тем более детально их изучить, возможностей современных телескопов недостаточно. Сейчас строятся более зоркие телескопы, которые помогут это сделать.

Еще одна загвоздка заключается в самом свойстве черной дыры – ничего от себя не отпускать. Астрономы изучают приходящие от небесных объектов электромагнитные лучи: свет, радиоволны, инфракрасное и рентгеновское излучения. А из черной дыры они выйти не могут. Поэтому ученые вынуждены изучать вещество, находящееся рядом с черной дырой, и по его поведению судить о свойствах самой черной дыры. Например, если частицы света – фотоны – пролетают недалеко от черной дыры, они под действием ее притяжения меняют направление своего полета, поэтому наблюдаемое астрономом изображение объекта, находящегося за черной дырой, сильно искажается. Похоже на то, как если бы мы рассматривали объект сквозь плохо обработанную линзу. Астрономы так и называют это явление – эффект гравитационной линзы. Степень искажения картинки может рассказать нам о том, много ли вещества в недрах черной дыры и как оно там движется. Создавая все более зоркие телескопы, астрономы надеются детально изучить эти явления и понять, как устроены черные дыры.

Владимир Сурдин, астроном

№ 101. Как появилась наша галактика?

Наша галактика – это гигантское скопление звезд, к которому принадлежит и Солнце с его планетной системой. На русском языке мы называем нашу галактику просто Галактикой (с большой буквы), а на английском обычно пишут Milky Way galaxy или просто Milky Way (Млечный Путь). Это и понятно, ведь Млечный Путь, пересекающий светлой полосой ночное небо, есть не что иное, как множество далеких звезд Галактики, поодиночке не различимых невооруженным глазом. Подсчитать точное количество звезд в Галактике очень сложно; пока лишь приблизительные оценки астрономов показывают, что их около 300 миллиардов. Иными словами, на каждого жителя Земли приходится по 40 «персональных» звезд.

Форма Млечного Пути говорит о том, что большинство звезд сосредоточено в диске, где находится и наше Солнце. Диаметр звездного диска Галактики примерно 100 тысяч световых лет. В его центре звезды расположены гораздо плотнее, чем на периферии. Почти все звезды обращаются по орбитам вокруг центра Галактики в одном направлении, подобно планетам, движущимся вокруг Солнца. Само Солнце с планетами тоже движется по орбите вокруг центра Галактики на расстоянии около 25 тысяч световых лет от него. Скорость движения Солнца по его галактической орбите – около 220 км/с, но расстояние до центра Галактики так велико, что на один оборот вокруг него Солнцу требуется около 220 миллионов лет. В самом центре Галактики находится плотное звездное скопление – ядро, в середине которого, по-видимому, расположена черная дыра массой около 4 миллионов масс Солнца.

Пространство между звездами не совсем пустое: оно заполнено очень разреженным межзвездным веществом; в основном это газ (водород и гелий) с небольшим количеством очень мелких твердых частиц – пылинок. В некоторых местах галактического диска плотность межзвездного вещества повышена в десятки и даже сотни раз – это облака, почти не прозрачные для света; они легко различимы как темные пятна на фоне Млечного Пути. В самых плотных облаках под действием гравитации разреженное вещество собирается в комочки, уплотняется и нагревается, постепенно превращаясь в звезды.

Наша Галактика не единственная: недалеко от нее, на расстоянии 2 миллионов световых лет, находится другая гигантская звездная система – Туманность Андромеды, очень похожая на нашу. А если заглянуть еще дальше, на миллиарды световых лет, куда дотягиваются наши телескопы, то мы обнаружим, что все пространство Вселенной заполнено галактиками, которых миллиарды и миллиарды. Многие из них похожи на нашу и на Туманность Андромеды – это вращающиеся звездные диски, часто со спиральным узором, протянувшимся от центра к краю диска, поэтому их называют спиральными галактиками. По своим размерам и количеству звезд они не особенно сильно отличаются от нашей Галактики. Но нередко встречаются и шарообразные или эллипсовидные галактики без спирального узора, но с уплотнением к центру; их называют эллиптическими галактиками. По своим размерам и массам они более разнообразны, чем спиральные системы: есть эллиптические галактики-карлики, состоящие из нескольких миллионов звезд, а есть гиганты, содержащие тысячи миллиардов светил. Но в эллиптических галактиках очень мало межзвездного вещества и поэтому мало молодых звезд; порою их вовсе нет.

Кроме спиральных и эллиптических галактик встречаются звездные системы неопределенной, «лохматой» формы; их называют неправильными или иррегулярными (от англ. irregular). Среди них изредка попадаются крупные объекты, и почти всегда это результат столкновения двух спиральных галактик или же спиральной и эллиптической. Но большинство неправильных галактик – мелкие звездные системы, богатые межзвездным газом. Очень часто они, как спутники, окружают значительно более крупные спиральные и эллиптические системы. Например, вокруг нашей Галактики вьется около полусотни спутников: и довольно крупные – Магеллановы облака, и очень мелкие, состоящие всего из нескольких тысяч звезд.

Астрономы давно ищут ответ на вопрос, как произошли галактики и какова связь между различными их типами. Самые мощные телескопы, такие как космический телескоп «Хаббл», способны заглядывать вглубь Вселенной на многие миллиарды световых лет, то есть видеть то, что происходило в тех далеких областях миллиарды лет назад. Оказывается, тогда большинство галактик было небольшого размера и неправильной формы. Поскольку Вселенная расширяется, в прошлом галактики располагались в пространстве намного ближе друг к другу и чаще сталкивались и сливались, образуя все более и более крупные системы. Похоже, что и наша Галактика выросла таким же образом, а ее современные спутники – это те небольшие галактики, которые еще не успели слиться с Млечным Путем; но когда-нибудь это непременно произойдет. Недавние наблюдения астрономов показали, что за каждый миллиард лет наша гигантская звездная система поглощает несколько своих спутников, и следы этой «трапезы» еще долго остаются заметными в виде потоков звезд, продолжающих двигаться по прежним орбитам.

Но как же образовались небольшие галактики в период ранней молодости Вселенной? В точности этого мы пока не знаем. Расчеты показывают, что молодая Вселенная была заполнена довольно плотным и почти однородным веществом: горячим газом – водородом (75 % по массе) и гелием, а также неким темным веществом неизвестной нам пока природы (скорее всего, это элементарные частицы нового для физиков типа). По мере расширения Вселенной газ и темное вещество разреживались и остывали, их упругость снижалась, и они все сильнее поддавались влиянию собственной гравитации. Наконец вещество остыло настолько, что гравитация стала играть в нем главную роль. Хотя первичное вещество было почти однородным (то есть везде имело одинаковую плотность), но все же не совсем: в разных точках пространства его плотность немножко различалась, всего лишь на тысячные доли процента. Но и этого оказалось достаточно, чтобы гравитация начала понемногу стягивать вещество из разреженных областей в более плотные, постепенно увеличивая их массу и плотность.

Поскольку темного вещества во Вселенной в несколько раз больше, чем обычного (водородно-гелиевого газа), и оно к тому же не такое упругое, оно легче поддалось гравитации и быстрее собралось в «комки». После этого обычное вещество стало интенсивно притягиваться к темным комкам, концентрироваться в их центре и превращаться в небольшие звездно-газовые галактики. Доказательством этого служит то, что и сегодня на периферии большинства галактик ощущается присутствие большого количества невидимого в телескоп темного вещества; оно ощущается лишь по избыточной гравитации, поэтому его часто называют темной материей (англ. dark matter). Так мы представляем сегодня формирование первых небольших галактик, из которых со временем слиплись более крупные. Но до полной ясности еще далеко: предстоит детально исследовать близкие и далекие звездные системы; понять, почему одни из них спиральные, а другие эллиптические; и что все-таки представляет собой загадочное темное вещество, которое сыграло главную роль в формировании галактик.

Владимир Сурдин, астроном

№ 102. Можно ли жить на Марсе?

Да, можно. Но не в любом его месте и не всем живым существам. Из всех планет нашей Солнечной системы по условиям для жизни Марс более всего похож на Землю. Он немного дальше от Солнца, поэтому среднегодовая температура там около −60 °С (на Земле +15 °С). Но и на Марсе недалеко от экватора днем бывают плюсовые температуры. Правда, ночью и там тоже наступают заморозки. Солнечные лучи освещают поверхность Марса почти так же обильно, как земную, но его разреженная атмосфера не сохраняет тепло, поэтому ночью поверхность планеты быстро остывает.

Состав атмосферы Марса тоже годится не для всех известных нам живых существ: кислорода там нет, поэтому для человека и других животных Земли марсианский воздух не подходит. Однако некоторые наши растения и микроорганизмы могли бы жить в атмосфере Марса, состоящей почти из чистого углекислого газа. То, что атмосфера Марса такая разреженная, создает еще одну серьезную проблему для любой жизни: у поверхности планеты давление газа в 160 раз меньше, чем на Земле. При таком низком давлении вода не может долго оставаться в жидком виде: она частично превращается в пар, частично – в лед. К тому же сквозь разреженную атмосферу Марса из космоса к поверхности легко проникают высокоэнергичные частицы космических лучей, опасные для всего живого.

Поэтому наилучшие условия для жизни на Марсе должны быть не на поверхности планеты, а в ее недрах – под слоем грунта толщиной хотя бы в несколько метров, защищающим от космической радиации и суточных перепадов температуры. С глубиной повышается давление и температура, поэтому в недрах Марса должна быть жидкая вода, необходимая для всех форм жизни, известных нам на Земле. Возможно, именно там сейчас скрывается марсианская жизнь; но как туда проникнуть? До сих пор на марсоходах не было бурильных механизмов (хотя скоро будут!). Но, как выяснилось, в этом нет необходимости: орбитальные разведчики обнаружили на Марсе входы в пещеры, где может скрываться жизнь. Осталось создать марсоходы, умеющие лазать по пещерам, и отправить их на Красную планету. Вот тогда мы и узнаем наверняка, есть ли жизнь на Марсе.

Владимир Сурдин, астроном

№ 103. Почему планеты не сталкиваются?

Они сталкиваются, но не часто. Посмотрите на фотографии Луны или Меркурия: вся их поверхность покрыта огромными кратерами – это следы ударов. У Луны и Меркурия нет атмосферы, а значит, нет ветра и дождя, которые размывают и выравнивают почву. Поэтому следы столкновений с метеороидами и астероидами сохраняются там миллиарды лет. Чем больше размер космического «пришельца», тем большего размера кратер он оставляет на теле планеты. На Луне есть кратеры диаметром в половину размера самой Луны. Будь «пришелец» немного побольше, он мог бы ее просто расколоть.

Кстати, и сама Луна, возможно, родилась от столкновения двух крупных планет – Земли и другой планеты размером с Марс. Если это действительно было (а некоторые ученые в этом уверены), то произошло примерно 4 миллиарда лет назад. При ударе от Земли отделилось много вещества, часть его рассеялась в космосе, часть упала обратно на Землю, а часть собралась в комок на орбите недалеко от Земли – это и есть Луна. Но пока это лишь гипотеза, хотя довольно правдоподобная.

Большинство крупных столкновений в Солнечной системе происходило давно, в период ее ранней молодости, от 4,6 до 3,8 миллиарда лет назад, когда в ней было больше планет и «строительного мусора» (астероидов, комет, метеороидов) и все это двигалось весьма беспорядочно, хаотично, пересекая орбиты друг друга. Благодаря этому крупные планеты росли, присоединяя к себе более мелкие.

В нашу эпоху большие планеты движутся по непересекающимся орбитам, в одном направлении, соблюдая дистанцию, как автомобили в рядах на трассе. Поэтому и столкновений между ними давно уже не было. Но кометы и астероиды с ними еще время от времени сталкиваются. Многие помнят Челябинский метеорит, упавший 15 февраля 2013 года. Это наша планета встретилась с небольшим астероидом диаметром около 18 метров, что привело к незначительным разрушениям. А вот когда 30 июня 1908 года в атмосферу Земли ворвалось ядро кометы диаметром около 100 метров, то от взрыва этого Тунгусского метеорита повалились деревья в тайге на площади 2000 кв. км и начался мощный пожар. Хорошо, что люди в ту пору в этих местах не жили.

А самое грандиозное столкновение астрономы наблюдали в июле 1994 года, и произошло оно, к счастью, вдали от Земли. Тогда рядом с Юпитером распалось ядро довольно крупной кометы. Виноват в этом был сам Юпитер, который и разрушил комету своим мощным притяжением. За это ему сильно досталось: два десятка осколков, каждый размером в километр, несколько дней бомбардировали гигантскую планету. Раны в атмосфере Юпитера хорошо были видны с Земли в телескоп. Но через пару недель они затянулись, и Юпитер «забыл» об этом происшествии. Если бы такое произошло на Земле, мы бы нескоро об этом забыли.

Наша планета хранит память об ударах, случившихся миллионы лет назад. На Земле найдено около 200 крупных метеоритных кратеров. Самый большой среди изученных имеет диаметр около 300 км. Возможно, есть и более крупный, диаметром около 500 км. Они образовались от столкновения Земли с астероидами размером 10-20 км.

Владимир Сурдин, астроном

№ 104. Как и при каких условиях может образоваться жизнь на других планетах?

Нам известна только одна форма жизни – наша, земная.

На первый взгляд она очень разнообразна: ну что может быть общего между амебой, мухой и слоном? Однако биологи выяснили, что все столь непохожие друг на друга животные и растения собраны из однотипных «кубиков», так называемых биополимеров – белков и нуклеиновых кислот. Это молекулы, порой довольно сложные, но в целом напоминающие кубики лего: из нескольких типов кубиков можно собрать бесконечное число разных построек, а из нескольких типов биополимеров – бесконечное число разных живых организмов, от червяка до человека.

В молекулах белков и нуклеиновых кислот важнейшую роль играют атомы углерода, из которых состоят «скелеты» этих молекул. Поэтому жизнь земного типа называют белковой или углеродной. Однако с не меньшим основанием ее можно было бы назвать водной, поскольку работа любого организма, взаимодействие его молекул друг с другом может происходить только в присутствии воды. Жидкая вода – важнейший растворитель, необходимый для протекания химических реакций в теле живого существа. Чтобы убедиться в важной роли воды, проделайте простой опыт: в сухой миске смешайте чайную ложку питьевой соды с чайной ложкой сухой лимонной кислоты. Смешали? Как видите, ничего не произошло. А теперь добавьте четверть стакана воды… Ну как? Убедились, что вода ускоряет химические реакции? В живом организме вода не только важный растворитель, но и активный участник почти всех химических реакций. Поэтому в теле любого живого существа довольно много воды, причем она должна быть не твердой (лед), не газообразной (пар), а именно жидкой.

Поскольку других форм жизни, кроме нашей белково-углеродной, мы не знаем, то и подходящие для жизни планеты представляем себе похожими на нашу Землю. Важнейшим условием для жизни мы считаем температуру поверхности планеты: она должна быть такой, чтобы там могла существовать жидкая вода. На поверхности Земли при нормальном атмосферном давлении это диапазон температуры от 0 °С до 100 °С. При температуре ниже 0 °С вода замерзает, а при температуре выше 100°С кипит.

Но на других планетах, где давление атмосферы иное, вода ведет себя по-другому. Температура замерзания у нее почти не меняется и всегда близка к 0 °С, зато температура кипения меняется очень сильно. При низком атмосферном давлении, например на поверхности Марса, где атмосферное давление почти в 200 раз ниже, чем на Земле, вода вообще не может оставаться жидкой, а бывает либо в виде пара, либо в виде льда. Пока холодно – это лед, а как только температура поднимется выше 0 °С, лед превращается в пар, минуя жидкое состояние. Этот процесс, когда твердое вещество сразу становится газом, называют сублимацией или возгонкой. Поэтому на планетах с низким атмосферным давлением знакомые нам «водные» формы жизни невозможны.

С другой стороны, если давление атмосферы выше, чем у поверхности Земли, то температурный диапазон жидкой воды расширяется. На этом основан принцип кастрюли-скороварки: под плотной закрытой крышкой давление выше и вода закипает при более высокой температуре, ускоряя приготовление пищи. При давлении 220 атмосфер температура закипания воды составляет 374 °С. Однако при такой высокой температуре молекулы белков работать не могут, они погибают, сворачиваясь в плотные клубки (это называется коагуляцией). Вспомните, что происходит с жидким содержимым куриного яйца в кипящей воде. Самые теплостойкие живые организмы на Земле, так называемые гипертермофилы, выдерживают температуру не выше 123 °С. Некоторые микробы непродолжительное время выдерживают температуру 130 °С, но расти и размножаться в таких условиях не могут. В общем, представляется невероятным, чтобы микробы выживали при температуре выше 150 °C, так как при этом разрушаются жизненно важные молекулы, в том числе и ДНК – молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты, содержащая наследственную информацию.

При температуре существенно ниже 0 °С некоторые организмы способны определенное время продержаться, впав в анабиоз, но что-либо делать и тем более размножаться они не могут. Поэтому мы и держим продукты в морозилке! При низкой температуре скорость химических реакций резко снижается. А жизнь – это и есть круговорот химических реакций.

Итак, земные формы жизни (а других мы не знаем) могут существовать на поверхности планеты в узком диапазоне температуры. Учитывая, что жизнь на Земле прошла длинный путь эволюции, приспосабливаясь к неблагоприятным условиям, для зарождения жизни, вероятно, требовался еще более узкий диапазон условий. Полагаю, что температуру от 0 °С до 50 °С можно считать оптимальной для зарождения жизни. При этом у планеты должна быть довольно плотная атмосфера, чтобы вода была жидкой, а также для защиты от космической радиации и жесткого (ультрафиолетового и рентгеновского) излучения Солнца. Но слишком плотная атмосфера тоже не годится: она не пропустит к поверхности солнечный свет.

Все эти условия довольно сильно ограничивают круг планет, пригодных для зарождения жизни земного типа. В Солнечной системе, кроме Земли, ни одной благоприятной для жизни планеты нет, хотя не исключено, что в пещерах Марса и на некоторых крупных спутниках планет-гигантов все же найдутся условия для жизни (например, в подледном океане Европы, спутника Юпитера). Среди нескольких тысяч планет, обнаруженных астрономами у соседних звезд, примерно дюжина похожа на Землю. Сейчас сооружаются чрезвычайно мощные телескопы, которые помогут нам выяснить, есть ли признаки жизни на этих планетах.

Но при этом важно не забывать, что земная форма жизни может быть не единственным ее вариантом. Некоторые биологи считают, что могут существовать и другие формы жизни, для которых жидкая вода уже не является столь необходимой. Пока это лишь теоретические прогнозы, но природа уже не раз доказывала, что она гораздо разнообразнее нашей фантазии. К тому же новые формы жизни человек уже учится создавать сам: наши роботы – это «силиконовая жизнь», способная существовать в гораздо менее благоприятных условиях, чем сам человек. Правда, жизнь роботов пока еще полностью управляется людьми.

Владимир Сурдин, астроном

№ 105. Почему Вселенная бесконечна?

Если честно, то пока мы не знаем, бесконечна ли Вселенная. И вполне возможно, что это никогда не будет нам известно на 100 %. Ведь чтобы проверить, бесконечна ли Вселенная, ее нужно было бы измерить, а для этого – если Вселенная действительно бесконечна – потребовалось бы бесконечно большое время. Однако мы точно знаем, что Вселенная намного больше той ее части, которую сегодня астрономы могут разглядеть в телескопы.

Науку, которая изучает Вселенную в больших масштабах, называют космологией. А тех ученых, которые этой наукой занимаются, называют космологами. На самом деле это астрономы и физики, которых интересует, как родилась наша Вселенная, как она устроена в целом и какая судьба ждет ее в будущем. Астрономы наблюдают Вселенную, изучают распределение и движение в ней звезд и галактик, а также загадочного темного вещества непонятной природы, которое иногда называют темной материей. А физики пытаются объяснить то, что видят астрономы, в рамках существующих теорий, которые постоянно приходится развивать и дополнять, поскольку астрономы открывают все новые и новые, неожиданные свойства Вселенной.

Одно из надежно установленных ее свойств состоит в том, что Вселенная расширяется: скопления галактик удаляются друг от друга, а значит, в прошлом они были ближе, и был момент, когда это расширение началось. Это произошло около 14 миллиардов лет назад, и мы называем это моментом рождения Вселенной. Сегодня мы можем увидеть в телескоп лишь область радиусом не более 14 миллиардов световых лет, поскольку из более далеких областей Вселенной свет еще не успел дойти до нас. Но размер этой области непрерывно растет, поскольку Вселенная расширяется и граница доступной для наблюдения области удаляется от нас со скоростью света. Поэтому в будущем мы будем видеть все большую и большую часть Вселенной.

Однако давайте уточним, что мы хотим узнать о Вселенной: она бесконечная или безграничная? Представьте муравья, живущего на поверхности шара. Летать он не умеет, прогрызть шар не может, так что поверхность шара и есть весь его мир. Как муравью узнать свойства его «вселенной»? Если он будет долго-долго бегать по шару, то границ нигде не встретит, поэтому верно заключит, что поверхность шара безгранична. Но вот бесконечно ли велика эта поверхность? Наш умный муравей берет краску и кисточку и начинает закрашивать те участки шара, по которым он пробежал, выискивая новые незакрашенные участки. Через некоторое время он убедится (если краски хватит), что незакрашенных участков больше нет. Значит, доступная муравью поверхность шара не бесконечна: она имеет вполне определенную, конечную площадь. Мир муравья оказался безграничен, но конечен.

Наш умный муравей живет на поверхности, а мы живем в объеме: у нас не два, а три пространственных измерения. Но суть проблемы от этого не меняется. Очевидно, что Вселенная безгранична: трудно представить себе какую-то стену, которая ограничивала бы пространство нашего мира.

Но бесконечна ли Вселенная – это вопрос открытый. Пока мы лишь убедились, что она очень велика. Муравей тоже мог бы это сделать, и без всякой краски, тем более где же ее столько взять! Он мог бы проверить геометрические свойства небольшого участка поверхности, нарисовав на нем треугольник. Если сумма углов треугольника равна 180°, то поверхность плоская, как поверхность стола. Но у треугольника на поверхности шара сумма углов всегда больше 180°. Этот простой опыт вы сами легко можете проделать, посмотрев на глобус. На нем уже есть треугольники из линии экватора и меридианов с вершинами на полюсах. Возьмите любой такой треугольник и посмотрите на прямые углы там, где экватор пересекается с меридианами. Это уже два угла по 90 градусов, а есть ведь еще вершина у полюса! Этот опыт сразу выявляет кривизну поверхности. Чем меньше размер шара, тем больше кривизна его поверхности и тем легче муравью понять, что поверхность шара не бесконечна. Но если муравей обнаруживает, что во всех направлениях поверхность практически плоская, то он понимает, что если под ним и шар, то гигантский, имеющий практически бесконечную площадь поверхности, на которую никакой краски не хватит.

В положении муравья находятся сегодня космологи. Только вместо площади поверхности шара они исследуют объем Вселенной и обнаруживают, что по своим геометрическим свойствам он практически плоский, а значит, он очень велик – практически бесконечен. Но космологи такие же упорные, как муравьи. Они изучают Вселенную все глубже и глубже, чтобы раскрыть все ее тайны и узнать в конце концов, действительно ли она бесконечна.

Владимир Сурдин, астроном

№ 106. Почему Луна бывает красная?

Потому же, почему небо синее. Белый свет – это смесь разных цветов: красного, желтого, зеленого, голубого, в чем можно легко убедиться с помощью стеклянной призмы или даже простой шариковой ручки с прозрачным корпусом, грани которого могут разделять свет на отдельные цвета, как это делает призма. Капельки воды во время дождя (или из фонтана) тоже умеют это делать, поэтому мы видим радугу.

От Солнца к Земле идет белый свет. Воздух в земной атмосфере очень прозрачен для красных лучей, меньше – для желтых и зеленых и плохо пропускает голубые лучи. Они рассеиваются в воздухе и меняют направление своего движения. Поэтому к нам, находящимся на дне атмосферы, они уже приходят со всех сторон, и небо кажется нам голубым. А в лучах, попадающих в наши глаза прямо от Солнца, уже нет голубого света, поэтому его диск днем кажется нам желтоватым.

Однако ранним утром, сразу после восхода Солнца, а также вечером, перед его заходом за горизонт, солнечный свет падает полого на земную поверхность (поэтому утром и вечером все предметы отбрасывают длинные тени) и его лучам приходится проделывать длинный путь в атмосфере, пока они достигнут наших глаз. При этом в воздухе рассеиваются не только голубые лучи, но и желтые и даже частично зеленые. До нас добираются только оранжевые и красные. Поэтому диск Солнца у горизонта красноватый.

Однако при чем тут Солнце? Вопрос-то был о Луне! Дело в том, что сама Луна не светится, а лишь отражает солнечные лучи. Поэтому ее можно назвать «ночным солнцем» и все, что было сказано о Солнце, будет верно и для Луны. Когда она видна высоко над горизонтом, ее диск белый. А когда Луна восходит или заходит, ее диск красноватый. В космосе, где нет воздуха, цвет Луны и Солнца всегда одинаковый.

Владимир Сурдин, астроном

№ 107. Как рассчитывается масса звезды?

Попробуйте прыгнуть с места вперед на 3 метра. Не получается? А подпрыгнуть в высоту на метр? (Только чур ноги не поджимать!) Тоже не получается? А вот на Луне у вас это легко получилось бы. Там даже астронавт в тяжелом скафандре подпрыгивал выше, чем мы прыгаем без скафандра на Земле. В чем же дело? Причина хорошо известна: Луна намного меньше Земли, она в 81 раз уступает нашей планете по массе, поэтому и притяжение на ее поверхности существенно меньше земного – в 6 раз. Если хорошенько ударить по мячу ногой, то на Земле он улетит на десятки метров, а на Луне – на сотни. Собственно говоря, в этом и состоит метод измерения массы космических тел – планет, звезд, галактик. Если рядом с большим телом бросить небольшое «пробное» тело и наблюдать за его полетом, то можно узнать, с какой силой большое тело притягивает его к себе, то есть определить его массу.

Например, массу нашей планеты определили давным-давно, наблюдая за движением Луны вокруг Земли. Массы других планет астрономы тоже определяют без труда, наблюдая за движением естественных спутников этих планет: у Марса есть Фобос и Деймос, у Юпитера, Сатурна и других планетгигантов тоже много спутников, поэтому массы этих планет давно и точно измерены. А вот Венере и Меркурию «не повезло»: у них нет естественных спутников, поэтому только после запуска вокруг них искусственных спутников удалось точно измерить массы этих планет.

Такая же история и со звездами. Если вокруг звезды обращается планета или другая звезда, то астрономические наблюдения позволяют точно определить массу звезды или обеих звезд, если их пара. А вот с одиночными звездами все сложнее. Для них точное измерение массы невозможно и приходится применять косвенные методы: сравнивать с другими похожими звездами, массы которых удалось измерить надежно, или же по излучению звезды определять ее температуру и размер, вычислять плотность газа в атмосфере, силу притяжения и наконец массу. Это сложный путь, который не позволяет получить точное значение массы. Так что самое надежное – проследить за движением спутника звезды. Правда, на это порой уходят многие годы и даже десятилетия. Но астрономы терпеливые люди. Впереди у нас вечность.

Владимир Сурдин, астроном

№ 108. Когда будет конец света?

Вы, наверное, слышали разговоры о том, что в нас может врезаться астероид. Действительно, Земля серьезно пострадает, если столкнется с астероидом или ядром кометы. Такое не раз случалось в прошлом, о чем свидетельствуют гигантские кратеры.

Однако встреча Земли с крупным космическим телом, способным погубить цивилизацию, чрезвычайно маловероятна. Впрочем, осколок поменьше вполне способен разрушить город или, упав в океан, вызвать цунами. Чтобы такого не случилось, нужно суметь заранее обнаружить потенциально опасный объект. Тогда можно попытаться изменить его траекторию или, на худой конец, эвакуировать население из опасных районов. Эта задача сложна, но выполнима.

Жизнь на нашей планете зависит в первую очередь от Солнца. Именно оно дает нам ровно столько тепла, сколько необходимо, чтобы мы не замерзли, но и не сгорели.

Солнце – это звезда, а звезды рождаются, живут и умирают. Звезда светит за счет горючего в недрах. Горючим нашего Солнца является водород, который превращается в гелий. При этом превращении – реакции термоядерного синтеза – выделяется гигантская энергия. Запасы водорода в ядре Солнца велики, но не бесконечны. Постепенно они истощаются. В конце своей активной жизни Солнце потухнет. Но перед этим пройдет стадию красного гиганта: очень сильно раздуется, поглотив орбиты Меркурия, Венеры и, возможно, Земли. Даже если Земля и останется «снаружи», здесь так поднимется температура, что атмосфера исчезнет, а земная кора расплавится. Но произойдет это очень не скоро – примерно через 5 миллиардов лет.

Сейчас нашему Солнцу около 4,5 миллиардов лет, оно находится в самой длинной и спокойной фазе своей жизни. Однако оно медленно, но верно увеличивает свою светимость. Через миллиард лет Солнце станет ярче примерно на 10 %, из-за чего средняя температура на Земле поднимется до 47 градусов. Еще раньше, примерно через 500 миллионов лет, исчезнут все леса вследствие уменьшения количества углекислого газа в атмосфере.

Сколь же безрадостно будет выглядеть наша планета…

В утешение скажу, что 500 миллионов лет – это очень долгий период для человечества.

Вспомним, что первые леса из гигантских хвощей и плаунов распространились около 350 миллионов лет назад. Каменные орудия труда наши предки научились делать 3 миллиона лет назад. Человек современного типа появился только 100 тысяч лет назад. Сегодня мы летаем в космос, изменяем геном живых существ и много еще чего умеем. Что мы сможем через миллион лет, трудно себе представить. Возможно, мы научимся создавать бактерии, меняющие состав атмосферы, изменим деревья так, что они смогут выживать в других условиях.

Не будем забывать и о том, что кроме Земли есть Марс и спутники Сатурна и Юпитера. Сейчас на Марсе холодно и низкое давление, но когда Солнце будет светить ярче, Марс может стать пригодным для жизни. Станет слишком жарко на Марсе – переберемся на спутник Юпитера Европу. Или изменим орбиту Земли, соорудив огромный солнечный парус.

Время для раздумий у нас еще есть. И если мы будем вкладывать ресурсы не в танки и бомбы, а в науку и образование; если научимся не воевать, а договариваться и решать проблемы сообща, то что-нибудь да придумаем.

Ольга Возякова, астроном

Авторы этой книги

Алябьева Людмила, культуролог, филолог, шеф-редактор журнала «Теория моды: одежда, тело, культура»

Басилова Татьяна, психолог, профессор Московского государственного психолого-педагогического университета (МГППУ)

Белков Сергей, химик, флейворист

Боганцев Иван, философ, заместитель генерального директора Политехнического музея

Васин Сергей, демограф, ст. научный сотрудник Института демографии НИУ «Высшая Школа Экономики» (ВШЭ) и Института социального анализа и прогнозирования РАНХиГС.

Возякова Ольга, астроном, научный сотрудник Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ им. М.В. Ломоносова

Горин Борух, главный редактор еврейского журнала «Лехаим», руководитель департамента общественных связей Федерации еврейских общин России

Деминцева Екатерина, антрополог, доцент факультета гуманитарных наук НИУ ВШЭ

Джумагалиев Ринат, кипер слонов Московского зоопарка

Долгий-Рапопорт Владимир, создатель футбольной академии для детей TagSport

Дробышевский Станислав, антрополог, доцент кафедры антропологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, научный редактор портала Антропогенез.ру

Душечкина Елена, филолог, фольклорист, профессор СПбГУ, автор книг «Русский святочный рассказ: становление жанра», «Русская елка: история, мифология, литература», «Светлана: культурная история имени»

Жамкочьян Маргарита, социальный психолог, терапевт

Захаров Антон, физиолог, заведующий кафедрой естественных наук в Филипповской школе, автор и ведущий программы «Лабораториум» на телеканале «Карусель»

Захаров Илья, психофизиолог, научный сотрудник лаборатории возрастной психогенетики Психологического института Российской академии образования

Здравомыслова Ольга, социолог, исполнительный директор Международного фонда социально-экономических и политологических исследований (Горбачев-Фонд)

Зеленков Никита, зоолог, заведующий кабинетом палеорнитологии Палеонтологического института

Зискин Константин, директор института «Высшая школа образования» Московского педагогического государственного университета (МПГУ)

Зотова Евгения, молекулярный генетик, мл. научный сотрудник Института биологии гена РАН

Колмановский Илья, зоолог, заведующий лабораторией биологии Политехнического музея

Копорулина Елизавета, кристаллограф, доцент кафедры кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Котова Татьяна, психолог, ст. научный сотрудник лаборатории когнитивных исследований РАНХиГС

Коцкий Александр, повар

Кротов Сергей, физик, заслуженный профессор физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Крученицкий Григорий, физик, заведующий отделом № 20 Центральной аэрологической обсерватории, доцент кафедры «Системы, устройства и методы геокосмической физики» Московского физико-технического институа (МФТИ)

Левонтина Ирина, лингвист, ведущий научный сотрудник Института русского языка им. В.В. Виноградова РАН, автор словарей, популяризатор лингвистики

Леонюк Николай, кристаллограф-кристаллохимик, профессор кафедры кристаллографии и кристаллохимии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Малая Елена, фольклорист, антрополог, сотрудник Центра типологии и семиотики фольклора (РГГУ), учитель школы «Муми-тролль»

Назаров Владимир, экономист, директор НИФИ (Научно-исследовательский финансовый институт) Минфина России

Орешкин Дмитрий, географ

Пайкова Анна, психолог, педагог РБОО «Центр лечебной педагогики», специалист по работе с детьми с нарушениями зрения и слуха

Панова Жанна, искусствовед, доцент Института искусств МПГУ, ГИТИСа

Панчин Александр, биолог, ст. научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН, лауреат премии «Просветитель»

Себенцова Елена, физиолог, научный сотрудник Института молекулярной генетики РАН, отдел химии и физиологически активных веществ в лаборатории молекулярных основ регуляции поведения.

Семихатов Алексей, физик, научный куратор Политехнического музея

Сонин Константин, экономист, профессор Чикагского университета и НИУ ВШЭ

Сонькин Виктор, филолог, переводчик, автор книг «Здесь был Рим» и «Мы живем в Древнем Риме», лауреат премии «Просветитель»

Старостин Анатолий, программист, специалист в области искусственного интеллекта, руководитель группы исследования технологий извлечения информации компании ABBYY

Сурдин Владимир, астроном, доцент физического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, лауреат премии «Просветитель»

Тендрякова Мария, антрополог, ст. научный сотрудник Института антропологии и этнологии РАН, доцент Учебно-научного центра РГГУ

Тертицкая Александра, зоолог беспозвоночных, научный сотрудник Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО)

Фаликман Мария, психолог, ст. научный сотрудник кафедры ТиПЛ филологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, ведущий научный сотрудник лаборатории когнитивных исследований НИУ ВШЭ, ст. научный сотрудник лаборатории когнитивных исследований Института общественных наук РАНХиГС

Шмелева Елена, лингвист, ст. научный сотрудник Института русского языка им. В.В. Виноградова РАН

Якутенко Ирина, биолог, научный журналист, основатель популяризаторского агентства «Чайник Рассела»

Яценко Ольга, ботаник, мл. научный сотрудник Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина

Оглавление

Дорогие читатели!

Часть I Земля: Планета и жизнь

  № 1. Почему Земля круглая?

  № 2. Почему континенты разъехались?

  № 3. Как получается вулкан?

  № 4. Где на самом деле у Земли низ, а где верх?

  № 5. Как и почему зародилась жизнь? Почему произошла эволюция?

  № 6. Почему звуковая волна может уничтожить, хотя ее не видно?

  № 7. Почему на Земле есть люди?

  № 8. Сколько человек умерло?

  № 9. Какое время на Южном полюсе?

  № 10. Как устроены зыбучие пески?

  № 11. Что такое Бермудский треугольник?

  № 12. Почему нельзя убежать от шаровой молнии?

  № 13. Почему гремит гром?

  № 14. Откуда берется ветер?

  № 15. Почему морская вода соленая?

  № 16. Как растет кристалл?

Часть II Природа: Животные и растения

  № 17. Откуда взялся первый динозавр?

  № 18. Почему динозавры вымерли?

  № 19. Как появилось первое дерево?

  № 20. Почему стволы деревьев круглые?

  № 21. Как из маленькой клетки появилась рыба?

  № 22. Что возникло раньше: яйцо или курица?

  № 23. Улитка рождается с раковиной?

  № 24. Почему стрекозы не могут быть большими?

  № 25. У кого больше всего глаз?

  № 26. Почему деревья растут?

  № 27. Почему трава зеленая?

  № 28. Почему воробей прыгает, а не ходит?

  № 29. Почему пони маленькие?

  № 30. Почему болгарский перец полый?

  № 31. Почему не все птицы улетают в теплые края?

  № 32. Зачем носорогу рог?

  № 33. Почему слоны боятся мышей? № 34. Почему кролик как заяц?

  № 35. Есть ли у дельфинов уши?

  № 36. Какой был первый человек?

Часть III Человек: Тело и мозг

  № 37. Почему у меня есть веснушки, а у брата нет?

  № 38. Почему глубокий вдох заглушает боль?

  № 39. Откуда взялся нос?

  № 40. Почему человек не может жить в воде?

  № 41. Почему человек держится на воде?

  № 42. Почему мы дышим кислородом, а не водородом?

  № 43. Могут ли люди настолько захламить воздух, что мутируют и научатся летать?

  № 44. Почему у людей нет сверх способностей?

  № 45. Как появляется привычка?

  № 46. Как греки пили молоко?

  № 47. Сколько можно не есть?

  № 48. Почему детям нельзя пить кофе?

  № 49. Почему в выходные мы все равно просыпаемся рано?

  № 50. Почему человек не может выбрать пол ребенка?

  № 51. Почему девчонки не играют в футбол?

  № 52. Почему люди умирают?

Часть IV Человек: Разум и чувства

  № 53. Почему люди стыдятся?

  № 54. Что бы было, если бы все обманывали?

  № 55. Евреи, жившие в гетто, перестали верить в Бога после того, что с ними произошло?

  № 56. Как думают глухие с рождения?

  № 57. Как видят сны слепые с рождения?

  № 58. Почему я учу английские слова, но все время их забываю?

  № 59. Что такое лень? Как с ней справиться?

  № 60. Почему взрослые любят детей?

  № 61. Что такое сознание?

  № 62. Почему мы плачем?

  № 63. Как думает младенец?

  № 64. Откуда берутся слова в голове у ребенка?

Часть V Мир: Культура и повседневность

  № 65. Когда родился Иисус Христос? № 66. Почему кролик как заяц?

  № 67. Почему сегодня в мире так много мигрантов?

  № 68. Где живет Дед Мороз?

  № 69. Почему и как огонь нагревает воду?

  № 70. Почему телевизор назвали телевизором, а не картинопоказывателем, а утюг назвали утюгом, а не гладилкой?

  № 71. Почему бутерброд падает маслом вниз?

  № 72. Какая формула у компота?

  № 73. Почему чаинки собираются в центре кружки?

  № 74. Кто изобрел кашу?

  № 75. Откуда взялся дирижер?

  № 76. Когда начали строить Париж?

  № 77. Сколько всего в мире домов?

  № 78. Как придумали Колизей?

  № 79. Как зародились анекдоты?

  № 80. Сколько на свете денег?

  № 81. Зачем ходить в школу?

  № 82. Почему школа начинается так рано?

  № 83. В какой стране и в каком веке появилась обувь?

  № 84. Почему резиновые сапоги не промокают?

  № 85. Зачем нам нужны двери, если можно жить без дверей?

  № 86. Зачем на свадьбе целуются?

Часть VI Мысль: Изобретения и мечты

  № 87. Почему в науке есть место морали?

  № 88. Почему нет машины времени?

  NS 89. Почему время идет и его нельзя остановить и куда девается вчера?

  № 90. Почему ездит машина?

  № 91. Кто открыл электричество?

  № 92. Что такое квантовая физика?

  № 93. Почему самолеты летают и крыльями не машут?

  № 94. Почему молнии не используют?

  № 95. Появится ли лекарство от рака?

  № 96. Как устроена экономика?

  № 97. У робота могут быть человеческие мысли?

Часть VII Космос: Принципы и возможности

  № 98. Что было до Большого взрыва?

  № 99. Что такое черная дыра?

  № 100. Куда все девается в черной дыре?

  № 101. Как появилась наша галактика?

  № 102. Можно ли жить на Марсе?

  № 103. Почему планеты не сталкиваются?

  № 104. Как и при каких условиях может образоваться жизнь на других планетах?

  № 105. Почему Вселенная бесконечна?

  № 106. Почему Луна бывает красная?

  № 107. Как рассчитывается масса звезды?

  № 108. Когда будет конец света?

Авторы этой книги Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg