Брайан Клегг - Вселенная внутри вас

Брайан Клегг

Вселенная внутри вас

© 2012 by Brian Clegg

© Перевод. ООО «Попурри», 2014

Слова благодарности

Большое спасибо Джиллиан, Челси и Ребекке.

Я очень признателен Саймону Флинну, Дункану Хиту, Эндрю Фэрлоу, Гарри Скобблу и всем сотрудникам издательства «Icon» за помощь и поддержку.

Мне также хотелось бы поблагодарить ученых, которые не ленились отвечать на мои идиотские вопросы: доктора Генри Джи, профессора Стивена Карри, профессора Дана Саймонса, профессора Арнта Маасе, доктора Майка Данлейви, профессора Гюнтера Нимца, профессора Фридриха Вильгельма Хеля и доктора Дженнифер Рон.

Введение

Мы привыкли считать, что наука – это что-то далекое от нас, что ею занимаются ученые в лабораториях, заставленных приборами странного вида, и что для нее необходимы огромные и невероятно сложные устройства типа Большого адронного коллайдера. Но у каждого из нас есть своя научная лаборатория – собственное тело, представляющее собой сверхсложную структуру, в функциях которой находят отражение самые различные явления науки и природы.

В этой книге вы будете использовать свое тело как научный инструмент, позволяющий раскрыть тайны Вселенной. Некоторые опыты можно проводить прямо у себя дома, а для некоторых вам придется покинуть свое тело и отправиться в путешествие к звездам и даже дальше. Это необходимо для того, чтобы проиллюстрировать фундаментальные аспекты науки, лежащие в основе реальности, но в конечном итоге мы все равно вернемся к самому загадочному и сложному произведению природы – человеческому телу.

1. Стоя перед зеркалом

Встаньте перед зеркалом, желательно таким, в котором отражаетесь в полный рост, и хорошенько рассмотрите себя. Не мимоходом, как обычно, а пристально. Возможно, при этом у вас могут появиться не вполне приятные мысли, так как мы склонны обращать внимание на всяческие несовершенства типа лишних сантиметров на талии. Но речь совсем не об этом. Я хочу, чтобы вы рассмотрели себя как человеческое существо.

Читая эту книгу, вы будете пользоваться своим телом как инструментом для изучения самых разных научных аспектов. Все они присутствуют в вашем теле, начиная от химических реакций, происходящих в процессе пищеварения, до теории Большого взрыва и других непостижимых загадок Вселенной. Тело станет вашей лабораторией и обсерваторией.

Вы можете посмотреть на него в целом как на единый объект, как на живое существо. Но можно также углубиться в детали, обращая внимание на то, как тело взаимодействует с окружающей средой и использует содержащуюся в пище энергию. Мы сможем рассмотреть в нем от 10 до 100 триллионов клеток. Каждая клетка представляет собой сложнейшую единицу жизни, но если взять каждую из них по отдельности, то это будете уже не вы. Если пойти еще дальше, то в большинстве клеток тела можно обнаружить сложное химическое соединение, представляющее собой крупнейшую из известных молекул. Это ДНК, содержащаяся в хромосомах.

Продолжая всматриваться в детали, вы в конце концов дойдете до атомов, из которых состоит вся материя. Здесь уже становится трудно оперировать привычными цифрами, так как организм взрослого человека состоит примерно из 7 000 000 000 000 000 000 000 000 000 атомов. Обычно в этом случае пользуются выражением 7 × 1027, которое означает, что за семеркой следует 27 нолей. Это число в миллиард раз больше, чем количество секунд, прошедших с момента возникновения Вселенной.

Стоя перед зеркалом, вы можете увидеть еще множество самых невероятных вещей.

Что мы видим в отражении

Через несколько минут мы углубимся с вами в исследование миниатюрной вселенной, заключенной в вашем теле, но пока давайте еще немного побудем снаружи и посмотрим на свое отражение. У вас есть шанс исследовать одну загадку, которая не дает покоя людям на протяжении многих столетий.

Стоя перед зеркалом, поднимите правую руку. Какую руку поднимает ваше отражение?

Из собственного опыта вам хорошо известно, что левую.

Вот вам и загадка. Зеркало всегда делает правую сторону левой, и наоборот. Мы настолько к этому привыкли, что даже не задумываемся, почему так получается. Левая рука в отражении становится правой. Если вы закроете правый глаз, отражение закроет левый. Если волосы у вас зачесаны на левую сторону, у отражения они будут зачесаны на правую. Однако голова у отражения будет, как и у вас, находиться сверху, а ноги – снизу (если зеркало позволяет вам разглядеть себя в полный рост). Почему же зеркало меняет правую и левую стороны, но не меняет верх и низ? Почему оно так по-разному подходит к этим двум измерениям?

У вас есть возможность подойти к этой проблеме с научных позиций. На возникновение отражения в зеркале влияют три вещи: путь, который световые лучи проходят между вашим телом и зеркалом, способ восприятия этих лучей (с помощью глаз) и, наконец, способ интерпретации полученных сигналов мозгом. Все эти аспекты мы подробно рассмотрим ниже, но один момент привлекает внимание сразу же. Ваши глаза расположены горизонтально. У вас есть правый и левый глаза, но нет верхнего и нижнего. Может быть, смена сторон объясняется как раз этим?

К сожалению, нет. Это хорошая гипотеза, но в данном случае она неверна. И в этом нет ничего страшного. Многие открытия в науке совершаются, когда ученый понимает, что его идея не соответствует действительности. Давайте проведем небольшой эксперимент, который позволит понять, что же происходит на самом деле.

Возьмите закрытую книгу (или журнал) и держите ее перед собой лицевой стороной обложки к себе. Посмотрите на ее отражение в зеркале. Что вы видите? Постарайтесь описать увиденное как можно точнее. Перечислите все моменты, которые заметили в отражении. Вероятно, это поможет вам понять загадку зеркала.

Сначала проведите этот опыт самостоятельно, а потом послушайте, что в нем заметил я:

• Все надписи на книге перевернуты слева направо, и буквы имеют зеркальное написание.

• Отражение находится на таком же расстоянии от поверхности зеркала, что и сама книга.

• Все цвета отражения в точности соответствуют цветам оригинала.

• Если в книге, которую я держу перед собой, мне видна лицевая сторона обложки, то в отражении – оборотная.

Обратите особое внимание на последний пункт. Книга остается той же самой, но лицевая сторона обложки в отражении вдруг заменяется оборотной. Вот здесь-то и кроется разгадка. Зеркало меняет местами не левую и правую стороны, а переднюю и заднюю.

Фактически оно выворачивает изображение наизнанку. Тыльная сторона моей книги в отражении становится лицевой. Отложите книгу в сторону и снова обратите внимание на себя. Представьте, что ваша кожа сделана из резины и может растягиваться как угодно. Снимите с себя эту воображаемую кожу, пронесите ее сквозь зеркало и, не поворачивая, выверните наизнанку. Кончик вашего носа, который до этого указывал вперед, в сторону зеркала, теперь смотрит в обратном направлении. Те части тела, которые располагались ближе к зеркалу, так же располагаются по отношению к нему и в отражении. Просто все ваше изображение вывернуто наизнанку.

Так что на самом деле левая и правая половины не меняются местами и вам не надо ломать голову над тем, почему зеркало не меняет местами верх и низ. Причина того, что у вас возникла иллюзия смены сторон, кроется в вашем мозге. Когда вы смотрите на свое отражение в зеркале, мозг пытается отождествить его с вами. Это ему легче всего сделать, мысленно развернув отражение на 180 градусов. При этом левая и правая стороны меняются местами. Однако вы должны понимать, что смену сторон осуществляет не зеркало, а ваш мозг, который пытается по-своему интерпретировать полученные сигналы.

Решив загадку зеркала, давайте теперь займемся исследованием Вселенной, взяв за основу пусть и не самую примечательную, но крайне необычную часть своего тела – человеческий волос.

2. Один волосок

Крепко возьмитесь за один из волос на голове и вырвите его. Никто не обещал, что познание научных истин будет проходить безболезненно. Если вы не настроены терпеть боль, можете снять волосок с расчески. Если вы уже облысели, возьмите чужой волос – предварительно спросив разрешения, разумеется! А теперь взгляните, что у вас в руке. Это длинный, чрезвычайно тонкий и гибкий, но на удивление прочный цилиндр.

Рассмотрите его во всех подробностях, насколько позволяет зрение. Если у вас под рукой есть микроскоп, можете воспользоваться им, но в принципе будет достаточно и увеличительного стекла.