Tags: журнал домашняя лаборатория
Year: 2012
Text
ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
ЯНВАРЬ 2012
Д ОМАШ НЯЯ
ЛАБОРАТОРИЯ
Научно-прикладной
и образовательный
интернет-журнал
Адрес редакции:
domlab@inbox.com
Статьи для журнала
направлять , указывая в теме
письма «For journal».
Журнал содержит материалы
найденные в Интернет или
написанные для Интернет.
Журнал является полностью
некоммерческим. Никакие
гонорары авторам статей не
выплачиваются и никакие
оплаты за рекламу не
принимаются .
Явные рекламные объявления
не принимаются, но скрытая
реклама, содержащаяся в
статьях, допускается и даже
приветствуется.
Редакция занимается только
оформительской
деятельностью и никакой
ответственности за содержание статей
не несет.
Статьи редактируются, но
орфография статей является
делом их авторов.
При использовании
материалов этого журнала, ссылка
на него не является
обязательной , но желательной.
Никакие претензии за
невольный ущерб авторам,
заимствованных в Интернет
статей и произведений, не
принимаются. Произведенный
ущерб считается
компенсированным рекламой авторов и
их произведений.
По всем спорным вопросам
следует обращаться лично в
соответствующие учреждения провинции
Свободное государство (ЮАР).
При себе иметь, заверенные
местным нотариусом, копии всех
необходимых документов на
африкаанс, в том числе,
свидетельства о рождении, диплома об
образовании, справки с места
жительства, справки о здоровье
и справки об авторских правах
(в 2-х экземплярах).
ЯНВАРЬ 2012
СОДЕРЖАНИЕ
История
Краткая история биологии
Кривая история открытий (продолжение)
3
105
Ликбез
Мир в ореховой скорлупке (продолжение)
162
Литпортал
Пасынки Вселенной
202
Электроника
Цифровой модулятор плотности импульсов
266
Химичка
Самодельные реактивы (продолжение)
298
Матпрактикум
Вычислительная гидродинамика.
313
Английский
Морские лилии Подмосковья
324
Дискуссии
Туринская плащаница - пора ставить точку? 338
Научно-технический прогресс - XXI век 359
Экономика России - XXI век 374
Разное
Фотогалерея
Список опубликованного
384
385
НА ОБЛОЖКЕ
Путь наш во мраке - труден и извилист был путь
становления биологии как науки, наряду с физикой и
химией определяющей наше будущее и настоящее. Читаем
публикацию «Краткая история биологии».
История
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ БИОЛОГИИ
А. Азимов
ГЛАВА I.
ДРЕВНЯЯ БИОЛОГИЯ
Зарождение науки
Биология как учение о живых организмах возникла, когда человек, наконец,
осознал свое отличие от окружающего его неподвижного, безжизненного мира.
Однако еще долго, на протяжении многих столетий, биологию нельзя было назвать
наукой в строгом смысле этого слова. Люди пытались избавляться от недугов,
облегчать боль, восстанавливать здоровье, спасать от смерти. Делали они это
посредством религиозных или магических обрядов в надежде умилостивить доброго
или злого духа и тем самым изменить ход событий.
Вскрывая туши животных, приносимых в жертву или используемых для
приготовления пищи, человек не мог не обратить внимания на строение их внутренних
органов , однако его целью при этом было не изучение животных, а предсказание
будущего. Поэтому первыми анатомами следует считать жрецов, которые по форме
и внешнему виду органов животных стремились предсказать судьбы властителей
государств.
Несомненно, даже в те времена, когда человек полностью находился во власти
суеверий, накапливалось множество полезных сведений. Египтяне, умевшие
искусно бальзамировать тела умерших и делать мумии, обладали практическими
знаниями анатомии человека. В Кодексе Хаммурапи, составленном в XVIII в. до н.э.
(Вавилон), был даже подробный устав, регулирующий деятельность врачей; их
знания, основанные на бережно передаваемых из поколения в поколение
наблюдениях, безусловно, приносили определенную пользу.
Однако, до тех пор пока люди верили, что миром управляют злые силы, а
природа находится во власти сверхъестественного, прогресс науки шел чрезвычайно
медленно. Даже наиболее одаренные были заняты не изучением видимого мира, а
попытками с помощью некоего откровения понять невидимый и управляющий всем
мир.
Конечно, и тогда находились исследователи, которые отвергали подобную точку
зрения и сосредоточивали свое внимание на изучении реального, воспринимаемого
органами чувств мира. Однако в обстановке всеобщей вражды они не могли
действовать сколько-нибудь активно, даже имена их до нас не дошли.
И только древние греки, этот умный, беспокойный и любознательный народ,
подвергавший сомнению все и всяческие авторитеты, изменили положение вещей.
Подавляющее большинство греков, равно как и население других стран, жило в
окружении невидимого мира богов и полубогов. Хотя созданные их воображением
боги гораздо привлекательнее языческих божеств других народов, представления
греков отличались почти такой же наивностью. Они, например, считали, что
болезни вызываются стрелами бога Аполлона, которого можно и разгневать, и
умилостивить жертвоприношением или лестью.
Однако примерно в 600 г. до н.э. на берегах Эгейского моря, в Ионии,
появилась философская школа, которая внесла новую струю в господствовавшие до
этого представления. По преданию одним из древнейших философов этой школы был
Фалес (конец VII — начало VI вв. до н.э.). Философы ионийской школы отвергали
сверхъестественное, полагая, что жизнь Вселенной течет по строго
определенному и неизменному пути. Каждое явление имеет свою причину, в свою очередь
каждая причина неизбежно вызывает определенный эффект без вмешательства чьей-
либо воли извне. Кроме того, философы допускали, что «естественный закон»,
правящий миром, доступен разуму человека, его можно вывести на основании
определенных предпосылок или наблюдений. Подобная точка зрения определила
дальнейший прогресс в изучении внешнего мира.
К сожалению, у нас слишком мало сведений об этих древних философах, труды
их утеряны, но имена сохранились, так же как и основа самого учения. Более
того, рационализм как философская система (то есть вера в то, что мир можно
понять разумом, а не благодаря откровению), который берет начало с
философских воззрений древней ионийской школы, никогда не умирал. И молодость
его была бурной.
Ионийская школа
Рационализм вошел в биологию в тот период, когда строение тела животных
начали изучать по-настоящему, а не с целью разгадать божественную волю. По пре-
данию первым стал вскрывать животных, чтобы описать увиденное, Алкмеон (VI в.
до н.э.). Он описал глазной нерв и наблюдал за развитием куриного эмбриона.
Видимо, именно Алкмеона следует считать основоположником анатомии (изучения
строения живых организмов) и эмбриологии (изучения развития организмов). Ал-
кмеону принадлежит также описание узкой трубки, соединяющей среднее ухо с
глоткой. К сожалению, это открытие прошло незамеченным, и вернулись к нему
лишь через два тысячелетия.
Однако самым известным именем, связанным с рационалистическим началом в
биологии, было имя Гиппократа (около 460—377 гг. до н.э.). О нем известно
только, что он родился и жил на острове Кос, против ионийского побережья. На
острове был храм Асклепия, или Эскулапа, греческого бога медицины. Храм был
чем-то вроде современного медицинского факультета, а его жрецы —
своеобразными врачами.
Большой заслугой Гиппократа перед биологией было то, что он отвел Асклепию
почетное место чисто формально: по его мнению, боги не оказывают никакого
влияния на медицину. Гиппократ считал, что в здоровом теле все органы
работают слаженно и гармонично, чего нельзя сказать о больном организме. Задача
врача и состоит в том, чтобы внимательно следить за изменениями в организме и
вовремя исправлять или устранять их вредные последствия. Сама деятельность
врача, исключающая молитвы и жертвоприношения, изгнание злых духов или
умилостивление богов, заключается в том, чтобы научить пациентов отдыхать,
соблюдать чистоту, как можно дольше находиться на свежем воздухе и питаться
простой, здоровой пищей. Любое излишество, так или иначе, нарушает равновесие в
функционировании организма; поэтому рекомендовалось во всем соблюдать
умеренность .
Короче говоря, по Гиппократу, роль медика сводилась к тому, чтобы
предоставить свободу исцеляющим силам организма. Для того времени эти советы были
просто превосходными.
Традиции Гиппократа сохранились и после его смерти. Долгие годы врачи
считали за честь поставить его имя на своих работах, поэтому сейчас практически
нельзя сказать, какие из дошедших до нас работ действительно принадлежат
Гиппократу. Так, например, «клятва Гиппократа», которую и по сей день произносят
выпускники медицинских институтов, вероятнее всего, была составлена спустя
шесть столетий после его смерти. С другой стороны, можно полагать, что один
из древнейших трактатов, описывающих эпилепсию, по-видимому, написан самим
Гиппократом. Он является отличным примером приложения философии рационализма
к биологии.
Эпилепсия — расстройство функции головного мозга (до сих пор еще
недостаточно объясненное), при котором нарушено нормальное регулирование мозгом
жизнедеятельности организма. При легкой форме больной неверно истолковывает
чувственные впечатления и поэтому часто страдает галлюцинациями; при более
тяжелой — из-под контроля внезапно выходит мышечная деятельность: больной теряет
сознание и падает, судорожно подергиваясь и вскрикивая; иногда во время
припадка он наносит себе тяжелые увечья.
Приступ эпилепсии длится недолго, но вызывает тягостное чувство страха у
окружающих. Люди, не понимающие всей сложности функционирования нервной
системы, наивно полагают, что, если человек двигается не по собственной воле и
при этом сам наносит себе повреждения, он «одержим», его телом владеет некая
сверхъестественная сила.
Автор трактата «О священных болезнях», написанного примерно в 400 г. до
н.э. и, возможно, принадлежащего перу самого Гиппократа, резко выступает
против этой распространенной точки зрения. Гиппократ отвергал всякое
вмешательство потусторонних сил и считал, что они не могут быть источником или
причиной какого-либо заболевания, в том числе и эпилепсии. По его мнению, эпилеп-
сия, подобно другим болезням, вызывается естественными причинами и,
следовательно, должна подвергаться рациональному лечению. Вся современная наука
зиждется на этой точке зрения, и, если сейчас нам потребуется назвать имя
основоположника биологии, его важнейший труд и время, когда он работал, то лучше
всего сослаться на Гиппократа и его книгу «О священных болезнях», написанную
в 400 г. до н.э.
Афинская школа
Греческая биология, как и вся эллинская культура в целом, достигла высшего
этапа своего развития при Аристотеле (384—322 гг. до н.э.). Аристотель,
уроженец Северной Греции, был одно время воспитателем Александра Македонского.
Расцвет его творческой деятельности относится к тому времени, когда он
преподавал в созданной им знаменитой школе в Афинах. Аристотель принадлежит к
числу самых разносторонних и глубоких древнегреческих философов. Его сочинения
охватывают все области знания того времени — от физики до литературы, и от
политики до биологии. Наибольшую известность получили его труды по физике,
относящиеся главным образом к строению неодушевленной природы и происходящим
в ней процессам, однако, как выяснилось позднее, почти все они оказались
неверными .
Наряду с физикой, философией и другими науками Аристотель очень увлекался
биологией, в частности, много времени посвятил изучению морских организмов, —
как утверждают, это было одно из любимейших его занятий. Труды Аристотеля по
биологии относятся к лучшим в его наследии, однако, впоследствии они были
почти забыты.
Аристотель внимательно изучал внешний вид и поведение живых существ (то
есть естественную историю). Он насчитал около пятисот различных «видов»
животных и указал на их отличия. Сам по себе этот список, может быть, и не
заслуживал особого внимания, но Аристотель на этом не остановился. Он,
например, выявил, что различных животных можно сгруппировать, но проводить
градацию следует очень осторожно. Так, наземных животных легко разделить на
четвероногих (зверей), летающих пернатых (птиц), а оставшихся объединить в одну
группу под общим названием черви. Морских обитателей можно объединить в одну
группу под названием рыбы. Однако с помощью даже такой грубой классификации
древнегреческий ученый не всегда мог определить, к какой группе относится
животное .
Например, внимательно наблюдая за дельфинами, Аристотель установил, что,
хотя последние по внешнему виду и месту обитания и представляют рыбоподобных
животных, по другим важным признакам они далеки от рыб. Так, у дельфинов есть
легкие, и дышат они воздухом. В отличие от рыбы дельфина можно утопить, если
долго держать под водой. Кроме того, дельфины — животные теплокровные, а не
холоднокровные. И, что самое важное, они рожают живых детенышей, которые еще
в утробе матери питаются через плаценту. Во всем этом дельфины сходны с
покрытыми шерстью теплокровными животными суши. По мнению Аристотеля, этих
сходных признаков было вполне достаточно, чтобы объединить китообразных
(киты, дельфины и морские свиньи) с сухопутными животными, а не морскими рыбами,
— в этом он на два тысячелетия опередил свое время, ибо все античные и
средневековые ученые продолжали объединять китообразных с рыбами. Заслугой
Аристотеля следует считать и другой его вывод: он разделил покрытых чешуей рыб
на две группы — рыбы с костным и рыбы с хрящевым, как у акулы, скелетом.
Классифицируя животных, Аристотель располагал объекты по мере их
прогрессивного усложнения. От его острого взгляда не укрылось, что природа на пути к
вершине мироздания — человеку — проходит различные стадии эволюции. Сообразно
этому своему видению мира Аристотель разделил его на четыре царства: внизу —
неодушевленный мир земли, воды и воздуха; чуть выше — растительный мир, еще
выше — мир животных и, наконец, на самой вершине — мир человека.
Неодушевленный мир существует, мир растений не только существует, но и размножается; мир
животных существует, размножается и двигается, а человек не только
существует, размножается и двигается, но и мыслит.
В свою очередь растительный мир делится на простые и более сложные
растения; мир животных — на животных с красной кровью и бескровных. К последним
Аристотель относил (в порядке все возрастающей сложности) губок, моллюсков,
насекомых, ракообразных и спрутов. Животные с красной кровью, имеющие, по его
мнению, более высокую организацию, включают рыб, рептилий, птиц и зверей.
Аристотель обнаружил, что на этой лестнице жизни нет крутых ступеней и
невозможно с уверенностью отнести тот или иной вид к определенной группе. Так,
простейшие растения, казалось бы, едва проявляют признаки жизни, а простейшие
животные (например, губки) почти не отличаются от растений и так далее.
Правда, у Аристотеля мы нигде не находим упоминания о том, что формы жизни
постепенно превращаются в другие и что вышестоящее существо произошло от
существа, стоящего на более низкой ступени развития. Как известно, именно эта
концепция является ведущей в современной эволюционной теории, а Аристотель
никогда не был эволюционистом. Однако созданная им «лестница жизни» неизбежно
наталкивала ученых на такой ход мысли, который должен был привести к
представлению об эволюции.
Мы можем считать Аристотеля основоположником зоологии (науки о животных);
насколько позволяют судить дошедшие до нашего времени труды ученого, он в
известной мере пренебрегал растениями. Однако после смерти Аристотеля созданную
им афинскую школу философов возглавил его ученик Теофраст (372—287 гг. до
н.э.) , восполнивший этот пробел в наследстве своего учителя. Теофраст заложил
основы ботаники (науки о растениях); в его сочинениях подробно описано около
пятисот видов растений.
Александрийцы
После победного шествия Александра Македонского и завоевания им Персидской
империи эллинская культура проникла в страны Средиземноморского бассейна.
Египет подпал под власть Птолемеев (потомков одного из военачальников
Александра) , и греки перебрались во вновь основанную столицу Александрию. Там был
создан музей, который с полным правом можно считать прообразом современного
университета. Александрийские ученые получили широкую известность своими
исследованиями по математике, астрономии, географии и физике. И хотя биология
не принадлежала к числу популярных в Александрии наук, однако, и в ней можно
найти, по крайней мере, два славных имени: это Герофил (расцвет его
деятельности относится к 300-м годам до н.э.) и его ученик Эразистрат (250-е годы до
н.э.) .
В эпоху христианства Герофила и Эразистрата обвинили в том, что, изучая
анатомию человека, они публично производили вскрытие трупов. Не исключено,
что это вымысел. Герофил первым из ученых того времени обратил внимание на
головной мозг как на орган мышления. Правда, до него на это же указывали Ал-
кмеон и Гиппократ, в то время как Аристотель отводил головному мозгу лишь
роль органа, предназначенного для охлаждения крови. Герофил установил
различия между нервами чувствительными (воспринимающими ощущения) и двигательными
(вызывающими мышечные сокращения), а также между артериями и венами, заметив,
что первые пульсируют, а последние нет. Ему принадлежит описание печени и
селезенки, сетчатки глаз и первого отдела тонкой кишки (который теперь получил
название двенадцатиперстной кишки), а также половых органов женщин и
предстательной железы мужчин.
В свою очередь Эразистрат обнаружил, что головной мозг разделен на более
крупные полушария и меньший по размеру мозжечок. Он дал описание мозговых
извилин и обратил внимание на то, что они ярче выражены у человека, чем у
животных. Это наблюдение позволило ему связать количество извилин мозга с
умственными способностями.
Остается только пожалеть, что после столь многообещающего начала
александрийская школа в биологии сошла на нет. Фактически греческая наука начала
хиреть примерно после 200 г. до н.э. Она процветала на протяжении четырех
столетий, но в продолжительных междоусобных войнах греки безрассудно растратили
свою энергию и благосостояние. Они подпали под власть сначала Македонской
империи , а затем Рима. Постепенно греческие ученые сосредоточили свое внимание
на изучении риторики, этики, философии, отказались от изучения философии
естествознания, то есть рационального изучения природы, которое зародилось еще
в недрах ионийской школы.
Кроме того, на развитии биологии сказывался еще и тот немаловажный факт,
что жизнь — живая природа — в отличие от неживого мира считалась священной, а
потому неподходящей для рационалистического изучения. Анатомирование
человеческого тела многим представлялось абсолютно недопустимым. Поэтому вскоре им
и вовсе прекратили заниматься — вначале из-за морального осуждения, а затем
под страхом нарушения законов. В ряде случаев возражения носили религиозный
характер. Так, египтяне считали, что от целостности тела зависит благополучие
загробной жизни покойника. У иудеев, а позднее у христиан вскрытие считалось
кощунством, ибо, как они утверждали, человеческое тело создано по образу и
подобию бога и потому священно.
Эпоха римского
владычества
Господство римлян на Средиземноморье надолго приостановило развитие
биологии. Образованным людям того времени казалось достаточным собрать воедино
открытия прошлого, сохранить их и популяризировать среди сограждан. Так, Авл
Корнелий Цельс (I в. до н.э. — I в. н.э.) свел наследие греков в своеобразный
курс обзорных лекций. Раздел этого курса по медицине пережил современников.
Тем самым Цельс как врач прославился гораздо больше, чем он того заслуживал.
Расширение территории Римской империи в результате успешных завоеваний
позволило ученым собирать коллекции растений и наблюдать за животным миром в
тех местах, которые были недоступны древним грекам. Так, греческий медик Дио-
скорид (I в. н.э.), служивший в римской армии, превзошел Теофраста: ему
принадлежит описание шестисот видов растений. Особое внимание Диоскорид обращал
на целебные свойства растений, поэтому мы можем считать его основоположником
фармакологии (учения о лекарствах).
Одним из известнейших римских естествоиспытателей считается Гай Плиний
старший (23—79 гг. н.э.). В своей знаменитой энциклопедии (насчитывающей 37
томов) он свел воедино все труды античных ученых по естественной истории,
которые ему удалось отыскать. Следует отметить, однако, что Плиний не всегда
критически относился к используемым источникам. Хотя он собрал значительный
фактический материал (заимствовав его в основном у Аристотеля), в его
сочинениях немало басен и суеверий. Более того, Плиний отступил от философии
рационализма. Сталкиваясь с различными видами растений и животных, он
интересовался, какую роль каждый из них играет в жизни человека. По его мнению, все в
природе существует ради человека: либо дает ему пищу, либо является
источником лекарств, либо стимулирует физическое развитие или волю человека, либо,
наконец, служит нравственным целям. Эти воззрения Плиния, совпадавшие с
учением древних христиан, а кроме того, несомненный интерес, который люди прояв-
ляли к его домыслам, частично объясняют, почему труды Плиния сохранились до
наших дней.
Последним биологом древности (в подлинном смысле этого слова) был Гален
(131—200 гг. н.э.) — римский врач, уроженец Малой Азии. Первые годы врачебной
практики Гален провел на арене гладиаторов. Лечение перенесших травму людей
позволило ему собрать богатый анатомический материал. Однако, хотя его
современники и не возражали против жестоких и кровавых игр гладиаторов в угоду
извращенным вкусам развлекающейся публики, они продолжали неодобрительно
смотреть на вскрытие человеческих трупов с научными целями. Поэтому анатомические
исследования Гален проводил в основном на собаках, овцах и других животных.
Как только представлялся случай, он вскрывал обезьян, находя в них большое
сходство с человеком.
Гален оставил большое научное наследство. Его тщательно разработанные
теории о функции различных органов человеческого тела сыграли существенную роль
в развитии медицины. Однако невозможность изучать человеческий организм по-
настоящему, отсутствие в то время нужного инструментария, несомненно,
послужили причиной ошибочности большинства его теорий. Не будучи христианином,
Гален все же твердо верил в существование единого бога. Подобно Плинию, он
полагал, что все живое сотворено с заранее намеченной целью. Повсюду в
организме человека он усматривал проявление божественного труда. Такая точка зрения,
вполне приемлемая в период подъема христианства, объясняет популярность Гале-
на и в более позднее время.
ГЛАВА II. БИОЛОГИЯ
В СРЕДНИЕ ВЕКА
Мрачное время
Господствующей религией в последние годы существования Римской империи было
христианство. Когда западные провинции империи пали под нашествием германских
племен, германцы также были обращены в христианство.
Но не христианство окончательно подавило греческую культуру: когда
христианская религия набрала силу, античная наука уже влачила жалкое существование.
И все же на протяжении многих веков христианство препятствовало возрождению
науки. Эта религия в корне расходилась со взглядами ионийских философов. По
представлению христиан, для человека важен не мир, воспринимаемый органами
чувств, а «царство божие», достичь которого можно только путем откровения;
единственным надежным путеводителем служит Библия, писания отцов церкви и
духовное влияние самой церкви.
Приняв как аксиому веру в незыблемость законов природы, люди, естественно,
считали, что все предметы в мире неизменны и подчинены богу, а его деяния
осуществляются святыми. Многие верующие даже полагали, что изучение мира не
что иное, как дьявольское наваждение, предназначенное для того, чтобы отвлечь
от веры истинных христиан. Удивительно ли, что в глазах этих ортодоксальных
приверженцев святой церкви наука становилась порождением зла.
К счастью, подобную точку зрения разделяли не все. Среди средневековых
ученых находились люди, которые стремились сохранить научное наследие древних. К
этой категории следует отнести англичанина Вида (673—735 гг.), которому
удалось сберечь научные трактаты античных ученых. К сожалению, это были в
основном отрывки из произведений Плиния, не имевших большой ценности.
Вполне вероятно, что свет науки погас бы окончательно, если бы не арабы,
принявшие ислам — религию, основанную в VII в. пророком Магометом. Арабы,
жители бесплодного Аравийского полуострова, устремились на юго-запад Азии и в
Северную Африку. Уже к 730 г. , через сто лет после смерти Магомета,
мусульманство проникло на восток до Константинополя, а на Запад — до границ
Франции .
Нашествие мусульман наводило ужас на европейцев, и было страшным бедствием
для христиан, но в научном отношении оно оказалось поистине благотворным.
Подобно римлянам, сами арабы не были оригинальными исследователями. Однако они
не только перевели на арабский язык труды Аристотеля и Галена, но изучали их
и комментировали. Крупнейшим восточным биологом был выдающийся таджикский
ученый Абу Али Ибн-Сина, которого все мы знаем по его латинизированному имени
как Авиценну (около 980—1037 гг.). Авиценне принадлежат трактаты, основанные
на медицинских теориях Гиппократа и материале книг Цельса.
К тому времени, когда жил Авиценна, события стали принимать иной оборот, по
крайней мере, в Западной Европе. Отвоевав Сицилию, в течение двух столетий
Занятую мусульманами, армии христиан вновь захватили Испанию. К концу XI в.
крестоносцы начали завоевание Ближнего Востока.
Вынужденное общение с мусульманами позволило европейцам осознать, что
культура врага в некоторых отношениях не только превосходит их собственную
культуру, но и является более изысканной. Европейские ученые заинтересовались
мусульманской наукой и стали переводить арабские научные книги. В Испании
работал выдающийся итальянский ученый Жерар Кремонский (1114—1187), который
перевел на латинский язык труды Гиппократа и Галена, а также некоторые работы
Аристотеля.
Немецкий ученый Альберт фон Больштедт, прозванный католическими богословами
Великим (1193 или 1207 — 1280), был одним из ревностных поклонников вновь
открытого для европейцев Аристотеля.
Хотя его собственные труды были не чем иным, как простым подражанием
Аристотелю, они (в который раз!) послужили как бы фундаментом для возрождения
греческой науки, которое позволило возводить новые этажи огромного здания
европейской науки.
Одним из учеников Больштедта был итальянец Фома Аквинский (1225—1274). Фома
Аквинский известен тем, что он пытался, и небезуспешно, поставить философию
Аристотеля на службу христианской религии. Как рационалист, он считал, что
разум, как и вся Вселенная, является созданием бога, следовательно, ни один
здравомыслящий человек не может прийти к выводам, противоречащим
христианскому учению. Значит, разумное мышление не является ни злом, ни вредом.
Так подготавливалась почва для возрождения рационализма.
Эпоха Возрождения
К практике вскрытия трупов в Италии вернулись в конце средних веков. Хотя
она продолжала пользоваться дурной славой, к ней вынуждены были прибегать, в
частности в Болонье, где находилась довольно известная юридическая школа и
для разрешения судебных дел нередко требовалась посмертная экспертиза тела.
Под этим предлогом ученые старались использовать вскрытия и в целях обучения
медицине. (Университеты в Болонье и Салерно были в те времена широко известны
своими медицинскими факультетами.)
Восстановление права производить вскрытия далеко не сразу привело к новому
толчку в развитии биологии. Прежде всего, потребовалось наглядно
проиллюстрировать труды Галена и Авиценны. Как правило, сам преподаватель,
знакомый с материалом только по книгам, считал вскрытие трупа унизительным для
себя занятием и предоставлял эту возможность ассистентам. Он читал лекции, не
заботясь, соответствует ли их содержание тому, что студенты видят
собственными глазами. В итоге лекции изобиловали грубейшими ошибками. Например,
особенности строения животных, которые в свое время наблюдал Гален и распространял
(ошибочно) на человека, по словам преподавателей, «наблюдались» многократно,
хотя на самом деле у человека их нет и в помине.
Исключение из этой печальной, но весьма характерной для того времени
картины составлял итальянский анатом Мондино де Люцци (1275—1326), который
собственноручно производил вскрытия (на медицинском факультете университета в
Болонье) . В 1316 г. де Люцци выпустил книгу, впервые в истории медицины
полностью посвященную анатомии. Эта книга принесла ему славу ученого, возродившего
анатомию. Следует, однако, отметить, что он не смог полностью избежать ошибок
прошлого: некоторые приводимые им описания в большей степени основаны на
свидетельствах авторов старых книг, нежели на том, что он видел в
действительности. После смерти Мондино де Люцци практика вскрытия трупов ассистентами была
восстановлена.
Тем временем возникли новые стимулы для изучения биологии, и появились они,
казалось бы, за пределами формальной сферы науки. Период возрождения науки,
вызванный, с одной стороны, новым прочтением трудов античных ученых, а с
другой — естественным пробуждением и тягой к знаниям внутри самой европейской
культуры, получил название Ренессанса, или Возрождения.
Эпоха Возрождения характерна широким интересом людей к реалистическим
элементам античной культуры. Так, художники, заинтересовавшись объемным
изображением, начали изучать законы перспективы, а когда им удалось постичь их,
стали стремиться к наиболее правдивому отображению природы. Чтобы точнее
изобразить человеческое тело, художник должен был хорошо знать не только
структуру самой кожи, но и очертания мышц под ней, расположение суставов и
сухожилий и даже костей, то есть основы анатомии. Нет ничего удивительного, что
художникам приходилось самостоятельно изучать анатомию. Одним из величайших
художников-анатомов был итальянец Леонардо да Винчи (1452—1519). Его
неоспоримое преимущество перед учеными-анатомами заключалось в том, что он имел
возможность подкреплять свои наблюдения великолепными рисунками. Леонардо не
только изучал, но и изображал на бумаге место и способ соединения костей и
суставов. Ему первому удалось установить безошибочное сходство в строении
костей ноги человека и лошади, несмотря на их внешнее различие. Таким образом
он открыл явление гомологии, которое в дальнейшем объединило многих внешне
различных животных и тем самым помогло заложить прочную основу теории
эволюции .
Леонардо да Винчи изучал и дал графическое изображение работы глаза и
сердца; ему принадлежат также описания растительного мира. Интересуясь
возможностями изобретения летательного аппарата, ученый внимательно изучал, и
делал зарисовки, птиц в полете. Однако все свои наблюдения он тщательно
зашифровывал, и его современники даже не подозревали об этой огромной работе,
которая стала известна лишь в наше время.
Наряду с медленным возрождением анатомии шло возрождение и естественной
истории. XV в. принято считать эпохой великих географических открытий;
европейские корабли, обогнув берега Африки, достигли Индии и близлежащих
островов , открыли Америку. Как и во времена завоеваний Александра Македонского и
римлян, ученые получили возможность познакомиться с невиданными растениями и
животными.
Итальянский ботаник Просперо Альпини (1533—1617), врач венецианского
консульства в Каире, открыл существование мужских и женских особей финиковой
пальмы. Правда, впервые это открытие было сделано Теофрастом, почти два
тысячелетия назад, но оно было полностью забыто и ученые полагали, что растения
не имеют пола. Кроме того, Альпини первым из европейцев описал кофейное
дерево .
Своего расцвета естественная история эпохи Возрождения достигла в трудах
швейцарского естествоиспытателя Конрада Геснера (1516—1565). Широтой интере-
сов и любознательностью Геснер очень напоминал Плиния. Он, подобно римлянину,
тоже был глубоко убежден, что, чем больше выдержек из книг древних ученых
накоплено человеком, тем большими знаниями он обладает. За все это Геснера даже
прозвали «немецким Плинием».
Переходный период
Уже в первые десятилетия XVI в. европейцы, вырвавшись из тенет мрачного
Средневековья, достигли уровня античной науки. Однако для дальнейшего
прогресса этого было недостаточно; понадобилось время, чтобы европейские ученые
поняли, что труды древних греков — лишь начало, от них нужно отойти, дать
простор разуму человека. Но не так легко было освободиться из-под влияния
античной науки — ярким примером тому служит деятельность Мондино де Люцци.
Благородную задачу критически переосмыслить наследие прошлого, с тем чтобы
двигаться вперед, поставил перед собой немецкий врач и естествоиспытатель
Филипп Ауреол Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм, известный под именем Парацельса
(14 93—1541) . Он учился медицине у своего отца. Благодаря восприимчивому уму и
любви к странствиям ему удалось собрать множество лекарств, неизвестных
современникам домоседам, и тем самым снискать себе славу исключительно
образованного врача.
Гогенгейм увлекался алхимией, которую европейцы позаимствовали у арабов (а
те в свою очередь получили ее «в наследство» от александрийцев) . Надо
сказать, что главным объектом алхимии было нечто совершенно неуловимое,
практически заранее обреченное на неудачу. Во-первых, алхимики пытались найти
способы превращения неблагородных металлов (например, свинца) в золото. Во-
вторых, они искали так называемый философский камень, который, по их мнению,
являлся либо промежуточной стадией превращения металлов в золото, либо
универсальным лечебным средством, эликсиром жизни — ключом к бессмертию.
Гогенгейм не видел смысла в попытках «делать» золото. Он считал, что
истинная задача алхимии — помогать врачам в лечении болезней. Поэтому он
сосредоточил все свое внимание на якобы открытом им философском камне. (Он даже
заявил, что благодаря философскому камню будет жить вечно, но, увы, не дожил
и до пятидесяти лет!) Увлечение алхимией способствовало тому, что он стал
смотреть на минералы как на источники исцеления (вспомним, что минералы были
основным сырьем в кухне алхимика) и пренебрегал лекарствами растительного
происхождения, к которым столь благоволили древние. Он яростно обрушился на
труды античных ученых. Как раз в то время европейцы получили возможность
ознакомиться с работами Цельса, ставшими настольными книгами для европейских
медиков. Гогенгейм в пику им назвал себя Парацельсом (что значит «лучше
Цельса») ; под этим именем он и вошел в историю науки.
Будучи городским врачом в Базеле, и стремясь открыто высказать свои
взгляды, Парацельс публично сжег на городской площади труды Галена и Авиценны.
Дело кончилось тем, что консервативно настроенные врачи изгнали его из Базеля
(1528) , но и эта крайняя мера не повлияла на его воззрения. Разумеется, Пара-
цельсу не удалось ниспровергнуть ни греческой науки, ни даже греческой
биологии, но его нападки на культуру древних привлекли внимание других ученых.
Собственные теории немецкого врача были немногим лучше теорий греков, с
которыми он столь яростно сражался, но в то время борьба с предрассудками была
необходима. Неприкрытая непочтительность Парацельса к древним не привела к
желаемым результатам, и греческая наука продолжала сковывать европейский дух.
Но ее влияние было заметно ослаблено, а устои правоверного мышления
поколеблены .
ГЛАВА III. РОЖДЕНИЕ
СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ
Новая анатомия
Год 1543-й... Этот год обычно связывают с началом так называемой научной
революции. Именно в 1543 г. польский астроном Николай Коперник (1473—1543)
опубликовал книгу «Об обращениях небесных сфер», в которой впервые излагалось
новое представление о солнечной системе (так называемая гелиоцентрическая
система мира). Коперник утверждал, что Солнце является центром, а Земля —
планетой, которая движется по орбите вокруг Солнца, как и любая другая
планета . Эта гипотеза послужила началом конца античных представлений о Вселенной,
о неподвижной Земле в центре солнечной системы. Однако понадобилось почти сто
лет ожесточенной борьбы, чтобы новая точка зрения восторжествовала.
В 1543 г. появилась еще одна книга, столь же революционная по своему
значению для биологии, как и книга Коперника для физики. Она называлась «О
строении человеческого тела»; ее автором был крупнейший анатом эпохи Возрождения
Андреас Везалий (1514—1564).
Везалий получил образование в Нидерландах, в строгих традициях школы Гале-
на, к которому всегда питал чувство глубокого уважения. Закончив обучение, он
отправился в Италию, где научная атмосфера была более свободна от
предрассудков . Там Везалий возродил традиции Мондино де Люцци и собственноручно
анатомировал трупы. В тех случаях, когда при вскрытии он обнаруживал расхождения с
описаниями древнегреческих ученых, Везалий осмеливался выступать с критикой
древних.
Книга, которая явилась плодом его наблюдений, была первой наиболее точной
работой по анатомии человека. По сравнению с более ранними трудами у нее было
два существенных преимущества: во-первых, ее выход совпал с расцветом
книгопечатания, и она очень быстро разошлась по всей Европе; во-вторых, она была
снабжена великолепными иллюстрациями — многие из них делал ученик Тициана.
Человеческое тело изображалось в естественных положениях; особенно удачными
были рисунки мышц.
Жизнь Везалия после опубликования книги сложилась крайне несчастливо. Его
взгляды были признаны еретическими, анатомирование, за которое, он так
ратовал, продолжало оставаться незаконным актом. Везалий вынужден был предпринять
паломничество в Палестину и на обратном пути стал жертвой кораблекрушения.
Следует признать, что революционное воздействие гипотез Везалия в биологии
было более эффективным, нежели переворот, совершенный Коперником в
астрономии. Утверждения Везалия не казались столь маловероятными, по крайней мере
на первый взгляд, как движение огромной Земли в пространстве. Ученый в
спокойной, обстоятельной манере описывал формы и расположение органов
человеческого тела; каждый при желании мог удостовериться в его правоте.
Греческую анатомию предали забвению. Новая итальянская анатомия вступила в
период расцвета. Габриель Фаллопий (1523—1562), один из учеников Везалия,
изучал органы размножения. Ему принадлежит описание труб, идущих от яичников
к матке, которые до сих пор известны в медицине под названием фаллопиевых
труб.
Другой итальянский анатом, Бартоломео Эустахио (1510—1574), будучи на
словах противником Везалия и сторонником Галена, на практике изучал человеческое
тело и предпочитал описывать только то, что видел собственными глазами. Он
заново, впервые после Алкмеона, открыл трубу, соединяющую ухо с горлом,
которая известна ныне под названием евстахиевой трубы.
Новые веяния в анатомии распространились и на другие области биологии. Как
мы помним, Гиппократ был сторонником гуманного метода лечения; увы, в более
поздние времена врачи пользовались, в сущности, варварскими методами. Лечение
велось из рук вон плохо: так, например, хирургические операции делал не врач,
а цирюльник, который, следовательно, не только занимался своим
непосредственным делом — стриг и брил, — но и резал человеческое тело. Цирюльники-хирурги
были малосведущи в теории; возможно, именно поэтому они охотно прибегали к
решительным мерам: дезинфицировали огнестрельные раны кипящим маслом,
останавливали сосудистое кровотечение, прижигая края раны раскаленным докрасна
железом, и т.д.
Французский хирург Амбруаз Паре (1517—1590) немало потрудился, пытаясь
изменить подобные варварские методы лечения. Он начал свою карьеру учеником
цирюльника , позже служил в армии в качестве цирюльника-хирурга. Именно там он
ввел в лечение поразительные новшества: накладывал мази на огнестрельные раны
(при комнатной температуре) и, перевязывая артерии, останавливал
кровотечение . Причиняя больному несравненно меньшие боли, чем другие хирурги, он чаще
своих собратьев добивался успеха. Не удивительно, что именно его иногда
называют отцом современной хирургии.
Кроме того, Паре принадлежит идея создания хитроумных протезов конечностей;
он усовершенствовал родовспомогательные приемы и перевел на французский язык
краткое изложение трудов Везалия, с тем, чтобы цирюльники, не знающие латыни,
могли почерпнуть кое-какие сведения о строении человеческого тела, прежде чем
кромсать его наугад.
Вскоре врачи вслед за учеными-анатомами, не гнушавшимися собственноручно
анатомировать трупы, позабыв об академической важности, снизошли до
самостоятельных хирургических операций.
Кровообращение
Выяснение строения и расположения органов тела является основной задачей
анатомии. Гораздо труднее изучать их нормальное функционирование — эти
вопросы составляют предмет физиологии. Греки были плохими физиологами; их
представления о функционировании сердца в большинстве своем ошибочны.
Что сердце — это насос, который перекачивает кровь, не вызывало сомнения.
Но откуда поступает кровь и куда она исчезает? Основной ошибкой
древнегреческих медиков было то, что они считали вены единственными кровеносными
сосудами. Артерии, обычно пустые у трупов, рассматривались ими как воздушные
сосуды. (Слово «артерия» в переводе с греческого — «воздушный тракт».)
Правда, Герофил показал, что кровь переносят как вены, так и артерии. По
его мнению, оба вида кровеносных сосудов соединяются с сердцем, и вопрос
решился бы очень просто, если бы на периферии, в местах, удаленных от сердца,
удалось обнаружить связь между венами и артериями. Тщательные анатомические
исследования позволили установить, что вены и артерии разветвляются на более
мелкие сосуды, которые, в конце концов, становятся настолько тонкими, что их
невозможно разглядеть. Никакой связи между ними обнаружить не удалось.
На этом основании Гален предположил, что кровь движется от одного типа
сосудов к другому, переходя из правой половины сердца в левую. Чтобы кровь
могла проходить через сердце, утверждал он, в толстой мускульной перегородке,
которая делит сердце на правую и левую части, должны быть мельчайшие дырочки.
Правда, их никому не удалось разглядеть, но на протяжении семнадцати веков
врачи и анатомы вслед за Галеном допускали их существование.
Итальянские анатомы XVI—XVII веков, еще не осмеливаясь выступать открыто,
стали подозревать, что дело обстоит не совсем так. Джероламо Фабриций
д'Аквапенденте (1537—1619) обнаружил венозные клапаны и показал, как они
действуют : беспрепятственно пропускают кровь по направлению к сердцу и
задерживают ее при обратном движении.
Казалось, проще всего сделать вывод, что кровь движется по венам только в
одном направлении — к сердцу. Однако такой вывод противоречил бы мнению Гале-
на о двустороннем ее движении, поэтому Фабриций лишь осмелился предположить,
что клапаны замедляют, а отнюдь не приостанавливают обратный ток крови.
У Фабриция был ученик, английский студент Уильям Гарвей (1578—1657),
человек с весьма решительным характером. Вернувшись в Англию, Гарвей занялся
изучением сердца, и обратил внимание (как и некоторые анатомы до него) на
существование в сердце односторонне действующих клапанов. Следовательно, заключил
он, кровь притекает в сердце извне, и клапаны не дают ей вернуться обратно в
вены. Соответственно кровь вытекает из сердца по артериям, но не может
вернуться в сердце через односторонне действующие клапаны. Когда Гарвей
перевязывал артерию, кровью переполнялась ближняя к сердцу часть; когда он
перевязывал вену, раздувалась удаленная от сердца часть. Все это показывало,
что кровь не приливает и не отливает, а постоянно движется в одном
направлении . Она течет по венам в сердце и затем поступает в артерии, а не наоборот.
Гарвей вычислил, что за один только час сердце перекачивает количество
крови, втрое превышающее вес человека. Казалось невероятным, чтобы кровь могла с
такой скоростью образовываться и распадаться. Ясно, что где-то за пределами
сердца кровь из артерий должна возвращаться в вены через невидимые глазу
соединительные сосуды. Предположив существование таких соединительных сосудов,
не составляло труда понять, что сердце многократно перекачивает одно и то же
количество крови: вены — сердце — артерии — вены — сердце — артерии — вены —
сердце — артерии и т. д.
В 1628 г. вышла книга Гарвея «Анатомическое исследование о движении сердца
и крови у животных», в которой он опубликовал результаты своих наблюдений.
Несмотря на небольшие размеры (всего 72 страницы) и скромный внешний вид,
книга была под стать своей бурной эпохе — она вызвала полный переворот в
истории биологии.
Именно в это время великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564—1642)
ратовал за внедрение экспериментального метода в науке, тем самым полностью
опровергая точку зрения Аристотеля. Исследование Гарвея было первым серьезным
проявлением нового подхода к биологии. Гарвей опроверг учение Галена и
заложил основы современной физиологии.
(Отметим, что гарвеевское вычисление количества крови, проходящей через
сердце, было первой серьезной попыткой применения математики в биологии.)
Само собой разумеется, что врачи—приверженцы старой школы яростно
ополчились на Гарвея, но против фактов оказались бессильны. К тому времени, когда
Гарвей состарился, его идея кровообращения получила всеобщее признание среди
биологов, несмотря на то, что сосуды, соединяющие артерии и вены, еще не были
открыты. Так европейские ученые окончательно и бесповоротно перешагнули
границы античной биологии.
Теория Гарвея положила начало борьбе между двумя антагонистическими
концепциями по вопросу природы живого, борьбе, которая идет на протяжении всей
истории современной биологии и продолжается до сих пор.
Как утверждают сторонники одной теории, живое существенно отличается от
неживого, поэтому, изучая только неживые объекты, нельзя познать жизнь. Значит,
имеется два вида законов природы: один для живой материи, другой — для
неживой. Эта теория получила название виталистической.
С другой стороны, можно рассматривать жизнь как высокоспециализированную
форму материи, которая, однако, существенно не отличается от менее сложно
организованных систем неживой природы. Тщательное изучение неживой природы
позволит лучше понять живой организм, который, по мнению приверженцев этой
точки зрения, является лишь невероятно усложненной машиной. Подобного рода
теория характеризует механистический материализм.
Лёгкие
Капилляры
Легочная
аргерия
Пцэеое
предсердие
Плавы Г:
желуде;-! ек
Поп^я
вена
Легочная
Левое
предсердие
Левый
яэелудочэк
Аорта
Капилляры
Конечности
Сердечно-сосудистая система человека.
Открытие Гарвея, несомненно, послужило доводом в пользу механистического
материализма. В самом деле, можно считать, что сердце — это насос, а движение
крови подчиняется физическим законам движения жидкости. Если это так, то где
же предел? Можно ли полагать, что все остальное в живом организме
представляет собой всего-навсего набор сложных и взаимосвязанных механических систем?
Представление об организме как о механическом устройстве разделял
крупнейший французский философ того времени Рене Декарт (1596—1650). Но такая точка
зрения резко противоречила общепризнанным теориям, и Декарт предусмотрительно
подчеркивал, что под «механизмом» он подразумевает тело человека, а не его
разум и душу. Разум и душу он рассматривал с точки зрения витализма. Декарт
предположил, что взаимосвязь между телом человека и его разумной душой
осуществляется через придаток мозга — шишковидную железу, так как ошибочно считал,
что шишковидная железа имеется только у человека. Вскоре, однако, выяснилось,
что у некоторых примитивных рептилий эта железа развита еще лучше, чем у
человека .
Теории Декарта оказали огромное влияние на дальнейшее развитие биологии. У
него нашлось немало последователей среди физиологов, которые пытались
развивать механико-материалистические взгляды. Так, итальянский физиолог Джованни
Альфонсо Борелли (1608—1679) в книге, опубликованной в год его смерти, рас-
сматривал мышцы и кости как систему рычагов. В данном случае такая точка
зрения не расходится с истиной, ибо законы действия деревянных рычагов вполне
применимы к рычагам из костей и мускулов. Борелли пытался применить принципы
механики и к другим органам, например к легким и желудку, однако не столь
успешно .
Начала биохимии
Разумеется, тело можно считать механизмом, и не прибегая к аналогиям с
рычагами и приводами, а происходящие в организме процессы можно объяснить не
только физическим, но и химическим взаимодействием.
Первые химические эксперименты на живых организмах провел голландский
естествоиспытатель Иоганн Баптист Ван-Гельмонт (1577—1644), современник Гарвея.
Ван-Гельмонт выращивал иву в сосуде с определенным количеством почвы. Через
пять лет, на протяжении которых он регулярно поливал иву только водой, вес
дерева увеличился на 73 килограмма, а земля потеряла только 57 граммов.
Исходя из этого, Ван-Гельмонт пришел к выводу, что дерево черпает нужные ему
вещества не из почвы (совершенно верно) , а из воды (неверно, по крайней мере,
частично). Его ошибка заключалась в том, что он не принял в расчет воздуха, —
злая ирония судьбы, ибо именно Ван-Гельмонт первым стал изучать газообразные
вещества. Это ему принадлежит слово «газ», он открыл так называемый «лесной
дух», который впоследствии оказался не чем иным, как углекислым газом —
основным источником жизни растений.
Работы Ван-Гельмонта в области химии живых организмов (или, как мы ее
теперь называем, биохимии) получили дальнейшее развитие в трудах других
исследователей. Одним из первых энтузиастов биохимии был Франциск де ла Боэ (1614—
1672), известный под латинизированным именем Сильвия. Представление об
организме как о химическом аппарате он довел до крайности; так, по его словам,
пищеварение — чисто химический процесс, действие которого сходно с
химическими изменениями, происходящими во время брожения (в этом он оказался прав).
Далее он предположил, что правильное функционирование организма зависит от
баланса химических компонентов тела; болезнь — это результат либо
избыточного, либо недостаточного содержания в организме кислоты. Это утверждение
Сильвия в какой-то мере справедливо. Однако наука в его время была еще на таком
низком уровне, что дальше этих предположений он пойти не смог.
Появление микроскопа
Наиболее уязвимым местом в теории кровообращения Гарвея было то
обстоятельство, что ему так и не удалось обнаружить связи между артериями и венами. Он
лишь предположил, что подобное соединение существует, но вследствие малых
размеров соединяющих сосудов не видно глазу. К концу жизни Гарвея вопрос все
еще оставался нерешенным, и так могло бы продолжаться вечно, если бы
человечество полагалось только на невооруженный глаз.
Еще в, древности люди знали, что кривые зеркала и стеклянные шары,
наполненные водой, обладают свойствами увеличивать предметы. В попытках добиться
наибольшего увеличения исследователи уже в начале XVII в. обратились к
линзам. Их вдохновляли удачные исследования, проводимые при помощи телескопа,
оптического инструмента, впервые примененного Галилеем для астрономических
наблюдений еще в 1609 г.
Постепенно увеличительные приборы, или микроскопы (в переводе с греческого
«видеть малое»), вошли в употребление, и биология необычайно расширила
область своих наблюдений. Микроскоп позволил натуралистам детально описывать
мелкие живые существа, а анатомам — обнаруживать невидимые глазу структуры.
Выдающимся анатомом-микроскопистом был голландский натуралист Ян Сваммердам
(1637—1680) . Особую известность получили его анатомические исследования
насекомых, выполненные с превосходными детальными зарисовками. Сваммердаму
принадлежит открытие взвешенных в крови мельчайших клеток, которые придают ей
красный цвет. (Теперь они известны под названием эритроцитов, или красных
кровяных телец.) Английский ботаник Неемия Грю (1641 —1712) изучал под
микроскопом строение растений; особенно его интересовали органы размножения. Ему
удалось описать строение отдельных зерен пыльцы. Голландский анатом Ренье
Грааф (1641—1673) проводил аналогичные исследования на животных. Он изучал
тонкое строение семенников и яичников и, в частности, дал описание
пузырьковидных образований в яичнике, которые до сих пор называются граафовыми
пузырьками (фолликулами).
Но самым выдающимся было открытие итальянского физиолога Марчелло Мальпиги
(1628—1694). Исследуя легкие лягушки, он обнаружил сложную сеть мельчайших
кровеносных сосудов. Проследив слияние мелких сосудов в более крупные,
Мальпиги установил, что последние оказывались в одном случае венами, а в другом —
артериями.
Оправдалось предположение Гарвея: артерии и вены действительно соединены
сетью сосудов, настолько мелких, что их невозможно увидеть невооруженным
глазом. Эти микроскопические сосуды получили название капилляров (от латинского
capillaris — волосной, хотя в действительности они гораздо тоньше волоса).
Это открытие, окончательно утвердившее теорию кровообращения Гарвея, было
сделано в 1661 г., через четыре года после смерти великого английского
ученого .
Однако прославил микроскопию не Мальпиги, а голландский купец Антони Левен-
гук (1632—1723), для которого микроскоп был всего лишь любимым развлечением.
Ранние микроскописты, в том числе и Мальпиги, пользовались системой линз,
которые, как они справедливо полагали, должны были давать большее увеличение,
нежели одна линза. Однако их линзы были еще несовершенными, с неровными
поверхностями и внутренними трещинами. При попытке получить большее увеличение
детали становились расплывчатыми.
Левенгук пользовался простыми линзами очень малых размеров. Изготавливались
они из безупречного стекла. Он скрупулезно шлифовал стекла, до тех пор, пока
не добился четкого увеличения до 200 раз. В некоторых случаях размер линз не
превышал булавочной головки, тем не менее, они великолепно служили целям
любознательного голландца.
С помощью линз Левенгук наблюдал все, что попадало ему под руку. Он без
труда следил за движением крови в капиллярах головастика и смог описать
красные кровяные тельца и капилляры гораздо подробнее и точнее, чем их
первооткрыватели Сваммердам и Мальпиги. Один из его помощников первым увидел
сперматозоиды — маленькие, похожие на головастиков тельца в сперме.
Но самое удивительное открытие Левенгук сделал, рассматривая каплю воды из
канавы. Он обнаружил в ней мельчайшие создания, обладавшие, тем не менее,
всеми признаками жизни. Эти анималькули (так их назвал Левенгук) теперь
известны как простейшие. Таким образом, усовершенствованный микроскоп позволил
обнаружить в природе не только мельчайшие объекты, но и микроскопические
живые существа. Взгляду пораженных исследователей открылся богатейший неведомый
мир. Так было положено начало микробиологии (изучению живых организмов,
невидимых невооруженным глазом).
В 1683 г. Левенгук обнаружил создания еще мельче простейших. Хотя его
описание весьма расплывчато и поэтому не может служить доказательством, вполне
вероятно, что Левенгук впервые в истории человечества увидел то, что позднее
получило название бактерий.
Простейшие под микроскопом
Единственным открытием той эпохи, которое могло сравниться с исследованиями
Левенгука, по крайней мере, по его значимости для будущих исследований, было
открытие английского ученого Роберта Гука (1635—1703). Усовершенствования,
внесенные им в микроскоп, позволили выполнить ряд тонких научных
экспериментов. В 1665 г. он опубликовал книгу «Микрография», в которой можно найти
великолепные зарисовки микроскопических объектов. Наибольший интерес
представляло изучение строения пробки, показавшее, что она состоит из массы маленьких
прямоугольных камер, названных Гуком клетками. Это открытие имело важные
последствия .
В течение XVIII в. микроскопия переживала период упадка: эффективность
прибора достигла предела. Лишь в 1773 г., почти через 100 лет после первых
наблюдений Левенгука, датскому зоологу Отто Фредерику Мюллеру (1730—1784)
удалось настолько хорошо рассмотреть бактерии, что он смог описать очертания и
формы нескольких из них.
Один из недостатков ранних микроскопов заключался в том, что в линзах
происходило разложение белого света на составляющие цвета. Небольшие предметы
были окружены цветными кольцами (так называемая хроматическая аберрация), и
поэтому мелкие детали трудно было разобрать. Примерно в 1820 г. был изобретен
ахроматический микроскоп, не дававший цветных колец. Этим объясняется тот
факт, что именно в XIX столетии микроскоп помог проложить путь к новым
удивительным достижениям в биологии.
ГЛАВА IV.
КЛАССИФИКАЦИЯ
ЖИВЫХ ФОРМ
Самопроизвольное
зарождение
Открытия, сделанные с помощью микроскопа в середине XVII столетия, на
первый взгляд стирали различия между живой и неживой материей. И на повестку дня
снова встал, казалось бы, уже почти решенный вопрос о происхождении жизни
или, по крайней мере, наиболее простых ее форм.
Еще не так давно признавалось возникновение из гнилого мяса или других
отбросов существ, подобных червям или насекомым. Такое «появление» живого из
неживого называли самопроизвольным зарождением. Классическим примером его
считалось появление личинок мух в гниющем мясе. Этот факт признавали тогда
почти все биологи. И только Гарвей в своем трактате о кровообращении высказал
предположение, что такие мелкие живые существа рождаются из цист или яиц,
неразличимых невооруженным глазом (естественно, что биолог, постулировавший
существование невидимых глазу сосудов, мог прийти и к этому выводу).
Итальянский врач Франческо Реди (1626—1698), проникшись идеей Гарвея, в
1668 г. провел следующий эксперимент. Он поместил в восемь сосудов по куску
сырого мяса, четыре сосуда запечатал, а четыре оставил открытыми. Мухи могли
садиться только на мясо в открытых сосудах, и именно там появились личинки.
Реди повторил эксперимент, не запечатывая некоторых сосудов, а только накрыв
их марлей. И при свободном доступе воздуха на защищенном от мух мясе личинки
не развивались.
Теперь, казалось бы, биологическая мысль могла окончательно освободиться от
представления о самопроизвольном зарождении. Однако значение эксперимента
Реди было несколько ослаблено открытием Левенгука, который в те же годы
установил существование простейших организмов. Пришлось признать, что мухи и
личинки все-таки довольно сложные организмы, хотя и кажутся простыми по сравнению
с человеком. Возникала мысль, что простейшие, по величине не превышающие
мушиные яйца, образуются путем самопроизвольного зарождения. А доказательством
служил тот факт, что при выдерживании питательных экстрактов, не содержавших
простейших, в них все-таки появлялись многочисленные крошечные существа.
Вопрос о самопроизвольном зарождении становился частью более общего спора,
принявшего в XVIII и XIX столетиях особенно острый характер, — спора между
виталистами и материалистами.
Философию витализма четко сформулировал немецкий врач Георг Эрнст Шталь
(1660—1734). Он приобрел известность главным образом как автор теории
флогистона — субстанции, которая, полагал он, содержится в веществах, способных
гореть или ржаветь, подобно дереву или железу. При сгорании дерева или
коррозии железа, говорил Шталь, флогистон переходит в воздух. Пытаясь объяснить,
почему при коррозии металлов их вес увеличивается, некоторые химики наделяли
флогистон неким «отрицательным весом». Теория флогистона считалась
общепринятой на протяжении всего XVIII столетия.
Надо сказать, что в объемистых трудах Шталя, особенно в его книге по
медицине, опубликованной в 1707 г., содержались и важные мысли по физиологии.
Шталь решительно заявил, что живые организмы подчиняются законам совершенно
иного типа, чем физические, а изучение химии и физики неживой природы не
способствует успехам биологии. Противником этой точки зрения был голландский
врач Герман Бургав (1668—1738), самый известный медик того времени (его
называли голландским Гиппократом). В труде по медицине, подробно разбирая
строение человека, Бургав пытался показать, что человеческое тело во всех своих
проявлениях подчиняется именно физическим и химическим законам.
Для материалистов, считавших, что живой и неживой природой управляют одни и
те же законы, микроорганизмы представляли особый интерес, являясь как бы
своеобразным мостом между живым и неживым. Если бы удалось доказать, что
микроорганизмы образуются из неживой материи, мост был бы достроен. Следует
заметить, что последовательные виталисты начисто отрицали возможность
самопроизвольного зарождения. По их мнению, даже между самыми простыми формами жизни
и неодушевленной природой существует непреодолимый разрыв. Однако на
протяжении всего XVIII столетия позиции виталистов и материалистов в отношении само-
произвольного зарождения еще не были четко разделены, так как определенную
роль играли здесь и религиозные соображения. Порою виталистам, обычно более
консервативным в вопросах религии, приходилось поддерживать идею о развитии
живого из неживого, поскольку о самопроизвольном зарождении упоминала Библия.
К такому заключению пришел в 1748 г. английский натуралист и к тому же
католический священник Джон Тербервил Нидхем (1713—1781). Проделанный им
эксперимент был очень прост: Нидхем вскипятил бараний бульон, налил его в пробирку и
закрыл пробкой, а через несколько дней обнаружил, что бульон кишит микробами.
Так как, по мнению Нидхема, предварительное нагревание стерилизовало
жидкость, то микробы образовывались из неживой материи, и самопроизвольное
зарождение, по крайней мере, для микробов, можно было считать доказанным.
Скептически отнесся к этому эксперименту итальянский биолог Ладзаро Спал-
ланцани (1729—1799), который предположил, что в опыте Нидхема
продолжительность нагревания была недостаточной для стерилизации. Спалланцани
закупорил колбу с питательным бульоном, кипевшим в течение 30—45 минут, —
микроорганизмы не появились.
Казалось бы, это решало спор, но приверженцы самопроизвольного зарождения
все же нашли лазейку. Они объявили, что источник жизни, нечто неведомое и не-
воспринимаемое, содержится в воздухе и передает жизнеспособность
неодушевленным телам. Кипячение, проведенное Спалланцани, говорили они, разрушило этот
жизненный источник. И в течение почти всего следующего столетия этот вопрос
вызывал сомнения и споры.
Расположение
видов в системе
Спор по поводу самопроизвольного зарождения был в известном смысле спором о
классификации явлений: навеки отделить живое от неживого, или допустить ряд
переходов. В XVII и XVIII веках предпринимались попытки классифицировать
различные формы жизни, однако это привело к еще более серьезным противоречиям,
достигшим кульминационной точки в XIX столетии.
Прежде всего, единицей классификации, как для растений, так и для животных
является вид. Этот термин очень трудно точно определить. Грубо говоря, вид —
это любая группа живых организмов, которые, свободно скрещиваясь друг с
другом в природе, приносят подобное себе потомство, а оно в свою очередь
производит последующее поколение, и так далее. К примеру, люди при всех своих
внешних различиях считаются представителями одного вида. В то же время
индийский и африканский слоны при большом внешнем сходстве принадлежат к различным
видам, так как при скрещивании не дают потомства.
В списке Аристотеля насчитывалось около пятисот видов животных, а Теофраст
описал столько же видов растений. Однако за прошедшие с тех пор два
тысячелетия количество известных видов животных и растений весьма возросло, особенно
после открытия новых континентов, когда на исследователей обрушился целый
поток сообщений о растениях и животных, неизвестных натуралистам классической
древности. К 1700 г. были описаны десятки тысяч видов растений и животных.
В любом, даже ограниченном перечне очень заманчиво сгруппировать сходные
виды. Так, например, вполне естественно поставить рядом два вида слонов. Но
разработать единую систему для десятков тысяч видов оказалось нелегко. Первая
попытка в этом направлении принадлежит английскому натуралисту Джону Рею
(1628-1705).
В трехтомном труде «История растений» (1686—1704) Рей дал описание всех
известных в то время видов растений (18 600) . В другой книге, «Систематический
обзор животных...» (1693), Рей предложил свою классификацию животных,
применив принцип объединения видов по совокупности внешних признаков, главным об-
разом по наличию когтей и зубов. Так, он разделил млекопитающих на две
большие группы: животных с пальцами и животных с копытами. Копытные в свою
очередь были разделены на однокопытных (лошадь), двукопытных (крупный рогатый
скот) и трехкопытных (носорог). Двукопытных он вновь разделил на три группы:
к первой относились жвачные животные с несбрасываемыми рогами, (например,
козы) , ко второй — жвачные с ежегодно сбрасываемыми рогами (олени), и к третьей
— нежвачные животные.
Классификация Рея была еще очень несовершенна, но принцип, положенный в ее
основу, получил дальнейшее развитие в трудах шведского натуралиста Карла
Линнея (1707—1778). К тому времени число известных видов составляло минимум 70
ООО. Проехав в 1732 г. по северной части Скандинавского полуострова, не
отличающейся особенно благоприятными условиями для процветания флоры и фауны,
Линней за короткое время обнаружил около ста новых видов растений.
Еще в студенческие годы Линней изучал органы размножения растений, отмечая
их видовые различия.
Позднее на этой основе он построил свою систему классификации. В 1735 г.
Линней опубликовал книгу «Система природы», в которой изложил созданную им
систему классификации растительного и животного мира, явившуюся
предшественницей современной. Именно Линней считается основателем таксономии (или
систематики) , изучающей классификацию видов живых форм.
Близкие виды Линней группировал в роды, близкие роды — в отряды, а близкие
отряды — в классы. Все известные виды животных были сгруппированы в шесть
классов: млекопитающие, птицы, рептилии, рыбы, насекомые и черви. Такое
деление на классы было несколько хуже предложенного два тысячелетия назад
Аристотелем, но зато несло в себе плодотворный принцип систематического деления.
Недостатки системы позднее были легко устранены.
Жизнь 1
;
Домен
Царство
Тип
Класс
чЕ2*
Порядок
_<_>*_ "*J
Семейство
чЯ-* '
Род
(о ^
Вид
>
Диаграмма, показывающая в нисходящем порядке основные
группировки живых форм (от царства до вида).
Каждый вид у Линнея имел двойное латинское название: первое слово в нем —
название рода, к которому принадлежит вид, второе — видовое название. Форма
биноминальной (двуименной) номенклатуры сохранилась до сих пор. Благодаря ней
у биологов появился международный язык для обозначения живых форм, что
позволило избавиться от многочисленных недоразумений. Даже виду «человек» Линней
дал название, сохранившееся до наших дней, — Homo sapiens.
На подступах к
теории эволюции
Классификация Линнея, в которой очень большие группы постепенно делились на
все более мелкие, создает подобие разветвленного дерева, получившего позже
название «древа жизни». При внимательном изучении этой схемы неизбежна мысль:
случайна ли такая организация? Разве не могут в действительности два близких
вида произойти от общего предка, а два близких предка — от еще более древнего
и примитивного? Короче говоря, не могла ли картина, представленная Линнеем,
возникнуть и развиваться на протяжении многих веков, подобно тому, как растет
дерево? Это предположение послужило причиной величайшего в истории биологии
спора.
Упрощенное «древо жизни».
Для самого Линнея подобная мысль была невозможна. Ученый упорно стоял на
том, что каждый вид сотворен отдельно и сохраняется божественным провидением,
не допускающим вымирания видов. Система его классификации основана на внешних
признаках и не отражает возможных родственных связей. (Похоже на попытку
объединить ослов, кроликов и летучих мышей только на том основании, что у них
длинные уши.) Конечно, если не признавать родственных отношений между видами,
то безразлично, как их группировать: все классификации одинаково
искусственны, и исследователь выбирает наиболее удобную. Тем не менее, Линней
не мог помешать другим ученым развивать идеи «эволюции» (это слово стало
популярным лишь в середине XIX столетия), процесса, при котором последовательно
и непрерывно одни виды дают начало другим. Это родство между видами и должно
было найти свое отражение в принятой классификационной системе. (Все же в
последние годы жизни Линней допускал возможность образования новых видов путем
гибридизации.)
Вызов широко распространенным взглядам на развитие животных организмов
осмелился бросить французский естествоиспытатель Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707—
1788) , высказав идею изменяемости видов под влиянием окружающей среды.
Бюффон написал сорокачетырехтомную энциклопедию «Естественная история»,
столь же многоплановую для того времени и популярную, как когда-то труд
Плиния, но гораздо более точную. В ней он указывал, что некоторые существа
обладают бесполезными частями тела (рудиментарными органами), вроде, например,
двух редуцированных пальцев у свиньи, которые расположены возле
функционирующих копыт. Не имели ли некогда эти пальцы нормальных размеров? Возможно,
когда-то они служили животному, но со временем сделались ненужными. Не
исключено, что и с целым организмом может произойти нечто подобное? Может быть,
человекообразная обезьяна — это выродившийся человек, а осел — выродившаяся
лошадь?
Английский врач Эразм Дарвин (1731—1802), дед великого Чарльза Дарвина, в
своих велеречивых поэмах о ботанике и зоологии одобрял систему Линнея и в то
же время признавал возможность изменения видов под влиянием окружающей среды.
Через год после смерти Бюффона Европу всколыхнула Великая французская
буржуазная революция. Началась эпоха ломки и перестройки, эпоха переоценки
ценностей. Нации одна за другой отказывались признавать авторитет тронов и
церкви; теперь находили признание научные теории, которые прежде считались бы
опасной ересью. В этой обстановке идеи Бюффона о «спокойном», эволюционном
развитии живого мира не встретили поддержки.
Однако спустя несколько десятилетий другой французский естествоиспытатель,
Жан Батист Пьер Антуан Ламарк (1744—1829), берется за детальное изучение
исторического развития живой природы.
Ламарк объединяет первые четыре класса Линнея (млекопитающих, птиц,
рептилий и рыб) в группу позвоночных животных, обладающих внутренним позвоночным
столбом, или позвоночником. Два других класса (насекомых и червей) Ламарк
назвал беспозвоночными. Признавая, что классы насекомых и червей слишком
разнородны (он понимал, например, что нельзя объединять восьминогих пауков с шес-
тиногими насекомыми, а омаров с морскими звездами), он долго трудится над их
систематикой и приводит ее в относительный порядок, доведя до уровня
аристотелевой классификации.
В 1815—1822 гг. выходит капитальный семитомный труд Ламарка «Естественная
история беспозвоночных животных», который содержит описание всех известных в
то время беспозвоночных. В процессе работы над систематикой беспозвоночных
Ламарку неоднократно приходилось задумываться над вероятностью эволюционного
процесса. Размышления об эволюции живых существ он впервые изложил в 1801 г.
и развил в своем главном труде «Философия зоологии» (1809). Ламарк выдвинул
предположение, что частое употребление какого-либо органа приводит к увеличе-
нию его размеров и повышению работоспособности и, наоборот, «неупотребление»
— к дегенерации. Такие изменения, вызванные влиянием внешних факторов, по
утверждению Ламарка, могут передаваться потомству (так называемое наследование
приобретенных признаков). В качестве примера Ламарк приводит жирафа. Легко
представить, что какая-то антилопа, чтобы достать листья на деревьях, изо
всех сил вытягивала шею, а попутно у нее вытягивались язык и ноги. В
результате эти части тела стали несколько длиннее, а это, как полагал Ламарк,
передалось следующему поколению, которое в свою очередь развивало и
совершенствовало унаследованные особенности. Так антилопа мало-помалу должна была
превратиться в жирафа.
Теория Ламарка не получила признания, так как она не располагала
убедительным доказательством наследования приобретенных признаков. Действительно, все
известные к тому времени факты свидетельствовали о том, что приобретенные
признаки не наследуются. Даже если бы они наследовались, это относилось бы к
признакам, на которые действует «волевое напряжение», вроде вытягивания шеи.
А тогда как объяснить появление защитной окраски — пятнистости — на шкуре
жирафа? Каким образом она развилась из лишенной пятен окраски антилопы? Можно
ли предположить, что предок жирафа стремился стать пятнистым?
Ламарк умер в бедности, всеми отвергнутый. Его теория эволюции вызывала
лишь недоумение. И все-таки она первой открыла ворота шлюза.
Геологически предпосылки
Основная трудность на пути создания теории эволюции заключалась в слишком
медленном темпе видовых изменений. Человечество не помнило случаев
преобразования одного вида в другой. Если такой процесс и происходил, то он должен был
протекать чрезвычайно медленно, возможно сотни столетий. Поскольку в средние
века и в начале нового времени европейские ученые, основываясь на Библии,
считали, что нашей планете около шести тысяч лет, времени для эволюционного
процесса попросту не оставалось. Но и в этих представлениях произошли
изменения .
Увлекавшийся геологией шотландский врач Джемс Хэттон (1726—1797) в 1785 г.
опубликовал книгу «Теория Земли», где показал, как воздействие воды, ветра и
климата медленно изменяет поверхность Земли. Хэттон утверждал, что этот
процесс протекает с неизменной скоростью (униформизм), и для таких гигантских
изменений, как образование гор или речных каньонов, необходимо колоссально
долгое время, поэтому возраст нашей планеты должен исчисляться многими
миллионами лет.
Концепции Хэттона вначале был оказан самый враждебный прием. Но пришлось
признать, что она объясняет находки ископаемых организмов, которыми особенно
интересовались биологи. Трудно представить, чтобы камни по воле случая
повторяли формы живых существ. По мнению большинства ученых, это окаменелости,
которые были когда-то живыми организмами. Если допустить, что Хэттон прав, то
ископаемые остатки находились в земных слоях бесконечно долго; за это время
составляющие их вещества заместились минеральными веществами окружающих
пород.
Новые мысли в связи с находками ископаемых организмов высказал английский
геодезист и инженер Уильям Смит (1769—1839). Инспектируя строительство
сооружаемых в то время повсеместно каналов, и наблюдая за земляными работами, Смит
отметил, что горные породы различных типов и форм залегают параллельными
слоями и для каждого слоя характерны определенные формы остатков ископаемых
организмов, не встречающиеся в других слоях. Даже если данный слой изогнут и
искривлен или вообще пропадает из виду, появляясь вновь лишь через несколько
километров, он сохраняет свойственные только ему формы ископаемых. Смит нау-
чился даже определять различные слои исключительно по содержащимся в них
остаткам ископаемых организмов.
Признав правоту Хэттона, можно предположить, что слои залегают в порядке их
медленного формирования: чем глубже слой, тем он древнее. Если окаменелости и
в самом деле являются остатками живых существ, то по расположению
геологических слоев можно судить о последовательности эпох, в которые жили эти
существа .
Окаменелости привлекли особое внимание французского биолога Жоржа Леопольда
Кювье (1769—1832). Кювье изучал строение различных животных, тщательно
сравнивая их между собой и отмечая черты сходства или отличия. Его можно считать
основателем сравнительной анатомии. Эти исследования помогли Кювье понять
соотношение различных частей организма, позволили по отдельным небольшим
косточкам без труда делать выводы о форме других костей, о типе прикрепляющихся
к ним мускулов, даже судить о целом организме. Кювье усовершенствовал систему
классификации Линнея, объединив классы этой системы в более крупные
подразделения. Одно из них, как и Ламарк, он назвал «позвоночные». Однако Кювье не
свалил в кучу всех остальных животных. В группе беспозвоночных он выделил три
подгруппы: членистоногие (животные с внешним скелетом и конечностями, как у
насекомых и ракообразных), мягкотелые (животные с раковиной без членистых
конечностей, такие, как моллюски и улитки) и лучистые (все остальные
беспозвоночные животные).
Эти крупные группы Кювье назвал типами. С тех пор стало известно свыше
тридцати типов растений и животных. Расширил свои границы и тип позвоночных:
после того как в него включили некоторых примитивных животных без позвоночного
столба, он получил название типа хордовых.
Занимаясь сравнительной анатомией, Кювье основывал свой принцип
классификации не на внешнем сходстве, как Линней, а на тех признаках, которые
свидетельствовали о связи структуры и функции. Кювье применил свой принцип
классификации преимущественно к животным, а в 1810 г. швейцарский ботаник Августин
Пирамус де Кандолль (1778—1841) использовал его и для классификации растений.
Кювье не мог не включить в свою систему классификации и окаменелостей.
Недаром он был способен восстановить целый организм на основе отдельных частей,
видел, что окаменелости — не просто предметы, похожие на живые организмы, они
обладают признаками, которые позволяют поместить их в тот или иной из
установленных типов и даже определить их место в пределах подгрупп данных типов.
Так Кювье распространил биологическую науку на далекое прошлое, заложив
основы палеонтологии — науки об исчезнувших формах жизни.
Кювье установил связь между ископаемыми формами и слоями земной коры, в
которой они были найдены: показал, что при переходе от древнего к более
молодому слою строение ископаемых форм усложняется, а в некоторых случаях,
расположив находки в определенном порядке, можно проследить и постепенные изменения.
Окаменелости с очевидностью свидетельствовали об эволюции видов.
Однако теоретические взгляды Кювье находились в резком противоречии с
полученными фактами. Согласно Кювье, Земля периодически претерпевала грандиозные
катастрофы, во время которых уничтожалось все живое, после чего появлялись
новые формы жизни, резко отличные от существовавших прежде. Современные формы
(в том числе и человек) были сотворены после самой последней катастрофы.
Согласно этой гипотезе, не требовалось признания эволюционного процесса, чтобы
объяснить существование окаменелостей. Кювье допускал вероятность четырех
катастроф. Однако, по мере того как обнаруживались все новые и новые
ископаемые, вопрос осложнялся: кое-кому из последователей Кювье пришлось допустить
существование двадцати семи катастроф.
Теория катастроф не согласовывалась с униформизмом Хэттона. В 1830 г.
шотландский геолог Чарлз Лайель начал публикацию трехтомного труда «Основы гео-
логии», в котором он излагал взгляды Хэттона и приводил доказательства в
пользу того, что Земля претерпевала лишь постепенные и некатастрофические
изменения. Продолжавшееся изучение окаменелостей говорило в пользу теории Лайе-
ля: слоев, где была бы уничтожена вся жизнь, не обнаруживалось, более того,
некоторые формы не только выживали в период предполагаемых катастроф, но и
сохраняли свое строение почти неизменным на протяжении многих миллионов лет.
Появление книги Лайеля нанесло теории катастроф — последнему научному
оплоту антиэволюционной теории — смертельный удар. Так к середине XIX столетия
уже была подготовлена почва для создания научной теории эволюции.
ГЛАВА V.
ХИМИЯ КЛЕТКИ
Газы и жизнь
Классификация животных и растений и происшедшие к этому времени коренные
изменения в области химии, в частности усовершенствование методики, дали
толчок развитию нового, чрезвычайно перспективного направления биологии —
исследованиям на живых организмах. Особенно наглядно это видно на ранних этапах
изучения относительно доступной для экспериментов функции живого организма —
процесса пищеварения.
В XVII в. существовали серьезные разногласия по поводу того, является ли
пищеварение физическим процессом измельчения пищи в желудке, как утверждал
Борелли, или химическим процессом, происходящим под действием желудочного
сока, как предполагал Сильвий.
Французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр (1683—1757) нашел пути
разрешения этого вопроса. Он поместил мясо в маленький металлический цилиндр,
закрытый с обеих сторон металлической сеткой, и заставил ястреба проглотить
его. Цилиндр защищал мясо от механического перетирания, а сетка не
препятствовала проникновению желудочного сока. Ястребы обычно отрыгивают неперевари-
ваемые остатки пищи, и, когда ястреб Реомюра отрыгнул цилиндр, мясо внутри
него оказалось частично переваренным. Реомюр проделал другой опыт — он
поместил в цилиндр губку. Желудочный сок, которым пропиталась губка, выжали и
смешали с мясом. Мясо постепенно растворилось. Вывод был один: пищеварение —
химический процесс. Так была окончательно доказана роль химии в жизненных
процессах .
Изучение газов, начатое Ван-Гельмонтом, в XVIII в. стало увлекательной
областью для исследований. Возникла необходимость установить роль различных
газов в жизни организмов. В 1727 г. увидела свет книга одного из первых
приверженцев экспериментального направления в биологии английского ботаника и
химика Стивена Гейлса (1677—1761), в которой описывались опыты по измерению
темпа роста растений и давления соков. Практически Гейлса можно считать
основателем физиологии растений. Экспериментируя с различными газами, Гейлс
впервые установил, что один из них (углекислота — СОг) каким-то образом участвует
в питании растений. Этим самым он изменил представление, что ткани растений
образуются только из воды, как утверждал Ван-Гельмонт. Следующий шаг сделал
полвека спустя английский химик Джозеф Пристли (1733—1804). В 1774 г. он
открыл кислород. Ученый обнаружил, что этим газом приятно дышать, что он
повышает активность животных, и что растения обладают способностью увеличивать
содержание кислорода в воздухе. Голландский врач и естествоиспытатель Ян Ин-
генхауз (1730—1799) установил, что процесс потребления растением углекислого
газа и образования кислорода происходит только на свету.
Величайший химик века француз Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794) показал ог-
ромное значение точных измерений в химии и использовал их для обоснования
теории горения — химического соединения горючего вещества с кислородом
воздуха. Эта теория с тех пор была признана единственно правильной. Лавуазье
обнаружил также, что в воздухе наряду с кислородом содержится азот — газ, который
не поддерживает горения.
«Новую химию» Лавуазье попробовали применить к живым организмам. Горящая
свеча, потребляя кислород и выделяя углекислый газ, который образуется путем
соединения углерода свечи с кислородом воздуха, гаснет под стеклянным
колпаком, когда весь или почти весь кислород под ним израсходован; в тех же
условиях мышь задыхается и гибнет, потребляя кислород и выделяя углекислый газ
(последний получается в результате соединения углерода в тканях мыши с
кислородом воздуха). Итак, растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород,
в то время как животные поглощают кислород, а выделяют углекислый газ. Таким
образом поддерживается химический баланс земной атмосферы, содержащей 21%
кислорода и 0,03% углекислого газа.
На основе этих фактов Лавуазье предположил, что дыхание представляет собой
форму горения. Кроме того, в опытах Лавуазье свеча и мышь, потребляя
определенное количество кислорода, выделяли соответствующее количество тепла.
Техника измерений в этих опытах позволяла получить лишь приближенные результаты,
но все же они подтверждали взгляды Лавуазье.
Это сильно укрепляло материалистическую концепцию жизни, так как
показывало, что в живом и в неживом протекает один и тот же химический процесс,
следовательно, управляют ими одни и те же законы.
С развитием физики в первой половине XIX в. точка зрения Лавуазье получает
мощную поддержку. В эти десятилетия в связи с изобретением паровой машины
внимание ученых привлекает теплота, которая оказалась способной производить
работу, и другие явления, такие, как падение тел, движение воды и воздуха,
свет, электричество, магнетизм и т.д.
В 1807 г. английский физик и врач Томас Юнг (1773—1829) предложил для
обозначения явления, в результате которого происходит работа, термин «энергия»
(в переводе с греческого — внутренняя работа) . Физики начала XIX в. изучали
процесс перехода одной формы энергии в другую и производили измерения этих
изменений со все большей точностью. К 40-м годам XIX в., по крайней мере,
трое ученых — англичанин Джемс Прескотт Джоуль (1818—1889) и немцы Юлиус
Роберт Майер (1814—1878) и Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821—1894) —
открыли "закон сохранения и превращения энергии, согласно которому один вид
энергии может переходить в другой, но общее ее количество при этом не
уменьшается и не увеличивается.
Казалось естественным применить этот закон, основанный на множестве
скрупулезных измерений, и к процессам в живой природе. Тот факт, что животное не
может существовать, не получая постоянно энергию из пищи, сам по себе
показывает, что жизненные процессы не создают энергии из ничего. Растения не
потребляют пищу и не дышат так, как животные, но, с другой стороны, они не
могут существовать без периодически получаемой световой энергии.
Майер утверждал, что источником различных форм энергии на Земле являются
световое излучение и тепло, идущие от Солнца. Это и есть источник энергии для
растений, а через них и для животных (включая, конечно, и человека).
Применимость закона сохранения энергии, как к неживой, так и к живой
природе была полностью подтверждена только во второй половине XIX в.
Органические соединения
Однако виталисты еще не сдали своих позиций. Хотя им и пришлось признать,
что закон сохранения энергии справедлив для живой природы и что, например,
костер и животные потребляют кислород и образуют углекислый газ сходным
образом, это рассматривалось лишь как обобщение, — ведь говорим же мы, что и
человек и горная вершина материальны. Огромное количество неизученных
частностей оставляло лазейку для виталистических толкований. А может, живые
организмы включают в себя формы материи, совершенно непохожие на те, из которых
состоит мертвая природа? Казалось бы, на этот вопрос следует отвечать
утвердительно. Вещества земных пород, моря и воздуха представлялись стойкими и
неизменными. Вода при нагревании кипела и превращалась в пар, но при охлаждении
снова превращалась в жидкость. Железо или соль, плавясь, могли вновь
затвердевать до первоначального состояния. С другой стороны, вещества, полученные
из живых организмов, — сахар, бумага, оливковое масло — сохраняли нежность и
хрупкость живых форм. При нагревании они дымились, обугливались или
воспламенялись , и изменения, происходившие с ними, были необратимыми; из дыма и золы
после охлаждения никак нельзя было вновь получить бумагу. Появилась полная
уверенность, что это две разновидности материи. Шведский химик Иене Якоб Бер-
целиус (1779—1848) предложил называть вещества, выделенные из живых (или
живших когда-либо) организмов, органическими, а все остальные — неорганическими
(1807) . В то время как органические вещества легко превращались в
неорганические , обратный процесс был невозможен без участия живых агентов. По мнению
Берцелиуса, только живой организм благодаря присутствию в нем некой
«жизненной силы» способен синтезировать органические вещества из неорганических
(теория «жизненной силы»).
Однако и эта точка зрения продержалась недолго. Немецкий химик Фридрих Вё-
лер (1800—1882), изучая цианиды и близкие к ним соединения, считавшиеся в то
время неорганическими, получил кристаллическое вещество, по составу и
свойствам абсолютно тождественное кристаллам мочевины. Мочевина — главная составная
часть мочи млекопитающих — определенно органическое соединение. Таким
образом, Вёлер впервые (1824) синтезировал из неорганических веществ органическое
соединение.
Открытие Вёлера положило начало синтезу органических веществ и нанесло удар
теории «жизненной силы». С появлением работ французского химика Пьера Эжена
Марселена Бертло (1827—1907) не оставалось сомнений, что стена между
органическим и неорганическим мирами рухнула. В 50-х годах XIX в. Бертло
синтезировал из явно неорганических веществ ряд хорошо известных органических
соединений, таких, как метиловый и этиловый спирты, метан, бензол и ацетилен.
С развитием аналитической химии уже в первые десятилетия XIX в. стало
известно, что органические соединения состоят главным образом из углерода,
водорода, кислорода и азота. Химики научились соединять все эти элементы таким
образом, что полученное соединение обладало общими свойствами органических
веществ, но не встречалось непосредственно в живых организмах.
Во второй половине XIX в. был осуществлен синтез многих органических
соединений, и с этого времени стало невозможным определять органическую химию как
науку о веществах, образованных только живыми организмами. Правда, все еще
удобно было разделять ее на две части, органическую и неорганическую, но уже
определяя их как химию углеродных соединений и химию соединений, не
содержащих углерода. Жизнь тут была ни при чем.
И все же оставалась область, куда виталисты еще могли отступить.
Синтезированные органические соединения были относительно просты. В живых же существах
большинство веществ настолько сложно, что химики XIX в. даже надеяться не
могли их повторить.
В 1827 г. английский врач Уильям Праут (1785— 1850) впервые разделил эти
сложные соединения на три группы. Теперь мы называем эти группы веществ
углеводами, жирами и белками. Углеводы (сахара, крахмал, целлюлоза и т.д.), так
же как и жиры, состоят только из углерода, водорода и кислорода. Углеводы от-
носительно богаты кислородом, тогда как жиры бедны им. Кроме того, многие
углеводы в отличие от жиров растворяются в воде.
Наиболее сложными, хрупкими и наиболее специфичными для жизни оказались
белки. Помимо углерода, водорода и кислорода, они содержат азот и серу;
растворимые в холодной воде, они свертываются и становятся нерастворимыми даже
при слабом нагревании.
Н
I
н—с—ОН
с
с
ОН
с—
I
н
\
ч/
■с
1
он
Углевод
Н
I
н с-
н с
н с
I
н
о
II
Н
1
н
1
н
1
II
с
1
с
1
Г
1
Г
^_
1
\~
1
\-,
1
1
н
]
н
1
н
О
н
н
н
II
1
1
1
с
(~
f-
\^
{~
}
\~
1
1
[
н
1
н
1
н
О
11
н
1
н
1
н
1
II
г-
1
Г*
L
(~
1
с
L
1
1
1
1
н
1
н
1
н
Жир
н
о
R
Химические формулы трех классов органических соединений, из которых
состоят все живые организмы, — углеводов, жиров и белков. Крахмал,
относящийся к углеводам, представляет собой цепь из молекул глюкозы,
содержащих шесть атомов углерода; здесь показано лишь одно
структурное звено цепи. Жир состоит из цепи с тремя атомами углерода (слева)
и трех длинных цепей жирных кислот (частично показанных справа).
Изображенная на рисунке формула белка является частью полипептидной
цепи-скелета белковой молекулы. R — боковые аминокислотные цепи
(подробнее будет далее).
Сначала белки называли альбуминами, так как наиболее известным белковым
веществом был яичный белок альбумин. В 1838 г. голландский химик Жерар Иохан
Мулдер (1802—1880) назвал их протеинами — «первостепенно важными». И именно
на белковую молекулу виталисты возлагали особые надежды.
Однако успехи органической химии способствовали развитию идеи эволюции.
Было установлено, что все живые существа состоят из одних и тех же классов
органических веществ — углеводов, жиров и белков, и, хотя они отличны у
разных видов, эти различия носят второстепенный характер. Так, кокосовая пальма
и корова чрезвычайно несхожи, но жиры кокосовых орехов и молока почти
неразличимы .
Далее, химикам середины XIX в. стало ясно, что сложные по структуре
углеводы, жиры и белки распадаются в процессе переваривания пищи до относительно
простых «строительных кирпичиков». Эти «кирпичики» одинаковы для всех видов и
только по-разному соединяются между собой. Один организм может использовать
пищу, резко отличную от пищи другого организма (например, человек ест омаров,
а корова — траву), но в обоих случаях пища распадается на одинаковые
«строительные кирпичики», которые поглощаются организмом, а затем он складывает из
них свои собственные сложные вещества.
А коль скоро жизнь с точки зрения химии едина во всем многообразии ее
внешних проявлений, то и эволюционные превращения одного вида в другой, в
сущности, касаются деталей и не требуют основательной перестройки. Это положение
уже само по себе говорило в пользу эволюционной теории.
Ткани и эмбрионы
Благодаря успехам микроскопии биологи могли бы и не пользоваться
достижениями смежных наук, чтобы обосновать единство органического мира.
Микроскоп в избытке давал пищу человеческому воображению. Первые
исследователи, очарованные возможностью заглянуть в мир бесконечно малого, утверждали,
что они видят такие детали, которые в действительности лежали за пределами
разрешающей способности микроскопа или просто были плодом богатой фантазии.
Так, они скрупулезно изображали микроскопических человечков (гомункулов),
которых якобы видели в сперматозоидах.
По их представлениям, мельчайшим структурам не было конца: если в яйце или
сперме заложена крошечная фигурка, то она может содержать в себе еще более
мелкую, которая когда-нибудь будет ее потомком, и так до бесконечности. Были
даже попытки вычислить, сколько гомункулов содержалось в прародительнице Еве;
строились предположения, что человечество вымрет, когда иссякнет запас этих
поколений, гнездящихся одно в другом. Учение преформистов, отрицавшее
развитие вообще и рассматривавшее процесс образования организма как простое
увеличение заложенного в половых клетках родоначальной особи невидимого,
прозрачного зачатка, было явно антиэволюционным. Не было никаких оснований даже
предполагать изменения вида на протяжении всей цепи поколений.
Первую решительную атаку против этой теории предпринял русский академик
физиолог Каспар Фридрих Вольф (1733—1794). В своей докторской диссертации
(1759) Вольф детально описал развитие цветка и листа у растения. Он отметил,
что кончик растущего побега, так называемая «точка роста», состоит из
недифференцированных и очень обобщенных структур. Однако по мере роста ткани
этого кончика специализируются так, что одна их часть, в конце концов,
превращается в цветок, а другая в лист. Позднее ученый распространил свои выводы
и на животных. Он показал, что недифференцированные ткани куриных эмбрионов,
постепенно специализируясь, дают начало различным органам брюшной полости.
Развитое Вольфом учение представляло собой эпигенез (термин, предложенный в
1651 г. Уильямом Гарвеем), согласно которому все существа, как бы они ни раз-
личались по внешнему виду, развиваются из простых «пузырьков» живой материи и
одинаковы по своему происхождению.
Доказательства эпигенеза представил французский зоолог Этьен Жоффруа Сент-
Илер (1772—1844). Создавая ненормальные условия для развивающихся куриных
эмбрионов , он получал цыплят-уродов. Эти опыты положили начало эксперименталь-
ной эмбриологии, благодаря которой немецкий эмбриолог Вильгельм Ру (1850—
1924) и его последователи, основываясь на изучении индивидуального развития
многих животных, показали, что все изменения, происходящие в эмбриональном
развитии, являются результатом реакции на внешние и внутренние воздействия.
итенка
клетки
Центральная
вакуоль
Митохондрии
Аппарат
Гопьджи
Рибосомы
Ядро
Ядрышко
Гладкая
эндоплазматическая
сеть
Цитоплазма
Хл о ро пласты
Плазматическая
мембрана
Плазмодесма
Л изо с омы
и doпочка
ядра
Гранулярная
э ндопп аз мат т е с к.а я
сеть
Структура клетки растения.
Даже вполне развившиеся организмы не столь различны, как это может
показаться с первого взгляда. Французский врач Мари Франсуа Ксавье Биша (1771—
1802) в последние годы своей короткой жизни даже без помощи микроскопа
обнаружил , что различные органы состоят из многих неодинаковых по виду компонентов.
Он назвал эти компоненты тканями и таким образом положил начало гистологии —
науке о тканях. Тканей оказалось не так много. Наиболее важные животные
ткани: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная. Различные органы у
самых разных видов животных построены из этого небольшого набора. Видовые
различия животных тканей выражены не столь резко, как различия самих организмов.
Больше того, Гук еще в середине XVII в. обратил внимание на то, что пробка
состоит из маленьких прямоугольных ячеек, которые он назвал клетками.
Наблюдения велись над мертвой тканью пробки, и клетки были пусты. Позднейшие
исследователи, изучая под микроскопом живые свежевзятые ткани, нашли, что они
также состоят из мельчайших элементов, окруженных стенками. Но в живых тканях
эти элементы заполнены желеобразным содержимым, которое чешский физиолог Ян
Эвангелиста Пуркинье (1787—1869) назвал в 1839 г. протоплазмой (от греческого
protos — первый, plasma — что-либо сформированное). Немецкий ботаник Хуго фон
Боль (1805—1872) использовал позднее этот термин применительно к любому
веществу, составляющему ткань, а элементы живых тканей продолжали называть
клетками. Вскоре биологи обнаружили, что клетки находятся решительно во всех
живых тканях. В 1838 г. немецкий ботаник Маттиас Якоб Шлейден (1804—1881)
показал, что все растения построены из клеток и что именно клетка является
основной структурной «единицей жизни», тем мельчайшим живым элементом, из которого
построен целый организм. В следующем году немецкий физиолог Теодор Шванн
(1810—1882) расширил и дополнил это положение. Он пришел к выводу, что
животным и растениям свойствен единый закон строения из клеток, а каждую клетку
окружает отделяющая ее от остального мира оболочка и различные описанные Биша
ткани состоят из особо специализированных клеток. Именно Шваину и Шлейдену
обычно приписывают создание клеточной теории, хотя многие другие ученые тоже
внесли в нее свой вклад. Так было положено начало цитологии — науке о
клетках .
Аппарат Гопьджи
Цито скелет
Гладкая
э н д опл азмат ич е с ка я
сеть
Оболочка
ядра
Ядрышко
Ядро
Гранулярная
эндопл азмат теска я
сеть
Микроворсинки
Плазматическая
мембрана
Центриоли
Л из ос о мы
Рибосомы
Митохондрии
Цитоплазма
Структура клетки животного.
Допущение, что клетки являются элементарными единицами жизни, было бы
особенно убедительным, если бы удалось показать способность клетки к независимой
жизни вне окружения биллионов и триллионов других клеток. Это сделал немецкий
Зоолог Карл Теодор Эрнст Зибольд (1804—1885). В 1845 г. он выпустил книгу по
сравнительной анатомии, в которой довольно четко доказал, что простейшие —
маленькие животные, впервые обнаруженные Левенгуком, — это организмы,
состоящие из одной клетки. Каждый такой организм окружен оболочкой и несет в себе
все основные жизненные функции. Он заглатывает пищу, переваривает ее,
ассимилирует и затем выбрасывает остатки. Простейшее ощущает действие среды и
соответственно реагирует. Оно растет и, делясь пополам, размножается. Конечно,
простейшее подчас крупнее и более сложно, чем клетка такого многоклеточного
организма, как человек. Но клетка простейшего и должна быть иной, так как она
обладает необходимыми для самостоятельной жизни свойствами, в то время как
отдельные клетки многоклеточного организма могут и не иметь многих из этих
свойств. Стало возможным показать значение отдельных клеток даже на
многоклеточных организмах. Русский биолог Карл Максимович Бэр (1792—1876) в 1826 г.
открыл яйцо млекопитающих, исправив неверное представление, что яйцом
является весь граафов пузырек яичника, и проследил, каким образом оно превращается
в самостоятельно живущий организм. В следующем десятилетии он выпустил
большой двухтомный труд по этому вопросу, положив тем самым начало эмбриологии
(изучению эмбрионального развития животных). Бэр возродил теорию эпигенеза
Вольфа, детализировав и великолепно обосновав ее. Он показал, что
развивающееся яйцо образует несколько слоев недифференцированных тканей, каждый из
которых дает начало различным специализированным органам. Эти исходные слои
ученый назвал зародышевыми листками.
Установлено, что для всех позвоночных типично образование трех зародышевых
листков. Немецкий врач Роберт Ремак (1815—1865) дал им названия, которые
сохранились и доныне: эктодерма (наружный), мезодерма (средний) и эндодерма
(внутренний).
Швейцарский физиолог Рудольф Альберт Келликер (1817—1905) в 40-х годах XIX
в. доказал, что и яйцо и сперматозоид также представляют собой клетки.
(Позднее немецкий зоолог Карл Гегенбаур (1826—1903) показал, что даже большое
птичье яйцо — это одна клетка.) При слиянии сперматозоида и яйца образуется
оплодотворенное яйцо, которое также пока остается одноклеточным. Слияние, или
оплодотворение, является началом развития эмбриона. Хотя биологи к середине
XIX в. уже представляли, как происходит этот процесс, детально он был описан
только в 1879 г. швейцарским зоологом Германом Фолом, который наблюдал
оплодотворение яйца морской звезды. К 1861 г. Келликер опубликовал руководство по
эмбриологии позвоночных, где дал оценку работам Бэра с точки зрения клеточной
теории. Каждый многоклеточный организм развивается из единственной клетки —
оплодотворенного яйца. Оплодотворенное яйцо делится. Получившиеся в
результате этого деления клетки еще не дифференцированы, однако постепенно они
специализируются в различных направлениях, пока не образуются сложные
взаимосвязанные структуры взрослых форм. В этом и состоит эпигенез, выраженный в
терминах клеточной теории.
Мысль о единстве жизни заметно укрепилась. Оказалось, что оплодотворенные
яйцеклетки человека, жирафа и макрели незначительно отличаются друг от друга.
Только по мере развития зародыша постепенно начинают проявляться различия.
Мельчайшие, еле уловимые структуры эмбриона превращаются в одном случае в
крылья, в другом — в руки, в третьем — в лапы, в четвертом — в плавники. Бэр
сознавал, что родственные отношения животных легче установить при
сопоставлении эмбрионов, нежели при сравнении взрослых организмов, поэтому его следует
считать основателем сравнительной эмбриологии.
Видовые отличия, оцениваемые с точки зрения клеточной теории, казались
незначительными и вполне воспроизводимыми в процессе эволюционного развития.
Бэр смог показать, что у зародышей позвоночных спинная струна, или хорда, —
плотный стержень, тянущийся вдоль спины, — присутствует временно, и лишь
примитивные рыбоподобные существа сохраняют ее на протяжении всей жизни. Эти
примитивные животные были впервые изучены и описаны в 60-х годах XIX в.
русским зоологом Александром Онуфриевичем Ковалевским (1840—1901). У позвоночных
хорда быстро замещается состоящим из позвонков позвоночным столбом. Тем не
менее, и позвоночные, и эта немногочисленная группа беспозвоночных объединены
в один тип хордовых. Хорда, существующая столь короткое время в процессе
эмбрионального развития всех позвоночных (даже человека), свидетельствует о
единстве происхождения всех позвоночных от каких-то примитивных, имевших
хорду предков.
Из уст представителей всех направлений биологии — сравнительной анатомии,
палеонтологии, биохимии, гистологии, цитологии и эмбриологии — раздавались
сперва робкие, а к середине XIX в. все более настойчивые голоса о
неизбежности признания эволюционной концепции. Оставалось лишь понять, каким образом
осуществлялась эволюция.
ГЛАВА VI.
Эволюция
Естественный отбор
Английский естествоиспытатель Чарльз Дарвин (1809—1882) первым понял
механизм эволюции и утвердил его в умах биологов.
В юности Дарвин пытался изучать медицину, а позднее — богословие, но с
детства его увлекала естественная история и в годы студенчества захватила
настолько серьезно, что биология стала его специальностью. В 1831 г. Дарвину
предложили занять место натуралиста на корабле английского флота «Бигль»,
который готовился к кругосветной научной экспедиции. За время пятилетнего
плавания Дарвин проявил себя как талантливый натуралист; и именно благодаря его
участию эта экспедиция стала самой важной исследовательской экспедицией в
истории биологии.
Перед путешествием Дарвин прочел первый том «Основ геологии» Лайеля и
поэтому уже имел четкое представление о древности Земли и длительности развития
жизни на ней. Продвигаясь с экспедицией вдоль берегов Южной Америки, он не
мог не обратить внимания на то, как постепенно, лишь незначительно отличаясь
друг от друга, сменяются виды животных и растений.
Наиболее удивительными были наблюдения, которые Дарвин сделал во время
недельной стоянки на Галапагосских островах, за тысячу километров от побережья
Эквадора. Здесь Дарвин изучил группу птиц, известную теперь под названием
Дарвиновы вьюрки. Эти во многих отношениях очень близкие птицы делятся по
меньшей мере на 14 видов, ни один из которых не встречается на ближайшем
материке или где-либо еще в мире. Дарвин предположил, что какой-то материковый
вид вьюрка очень давно заселил острова, и что постепенно на протяжении веков
происходило превращение этого исходного вида в различные ныне живущие. У
одних птиц развилась способность употреблять в пищу один сорт семян, у вторых —
другой, третьи стали насекомоядными. В зависимости от образа жизни у каждого
вида сформировался специфический клюв, свои размеры и особое строение тела.
Таким образом, родительский вид вьюрков нашел на Галапагосе сравнительно
малонаселенную страну и достаточно подходящие условия для образования многих
разновидностей, в то время как на материке этого не произошло.
Но один момент, и притом основной, оставался необгьясненным. Что вызывает
такие эволюционные изменения? Что заставляет зерноядный вид вьюрка
превращаться в насекомоядный? Дарвин не принял гипотезы Ламарка, согласно которой
следовало бы предположить, что вьюрки, случайно попробовав питаться
насекомыми, приобретали вкус к этой пище и передавали потомкам повышенную способность
к ее усвоению и тенденцию к соответствующему изменению упражняемых органов
(клюва, например). Ученый понял, что в естественных условиях в основе
изменчивости растений и животных лежит тот самый отбор, который практиковался
человеком при выведении культурных сортов растений и пород домашних животных
еще с эпохи неолита. Он заключил, что наиболее приспособленные растения и
животные оставляют более многочисленное потомство, чем менее приспособленные.
Однако законов действия естественного отбора он еще не знал.
Изменение клюва у Дарвиновских вьюрков в зависимости от вида питания.
Через два года после возвращения в Англию Дарвин познакомился с книгой
«Опыт о законе народонаселения, или изложение прошедшего и настоящего
действия этого закона на благоденствие человеческого рода, с приложением
нескольких исследований о надежде на устранение или смягчение причиняемого им зла»,
написанной сорока годами ранее английским экономистом Томасом Робертом
Мальтусом (1766—1834). Утверждая, что прирост населения в человеческом обществе
всегда выше, чем рост производства средств существования, Мальтус оправдывал
голод, эпидемии и войны как факторы, сокращающие численность населения.
Дарвин использовал идею Мальтуса о регуляции численности населения
недостаточностью пищи и пришел к выводу, что в природе в первую очередь гибнут
особи, не обладающие преимуществами в борьбе за существование. Так, первые
вьюрки беспрепятственно размножались на Галапагосе, пока не истощились запасы
семян , служивших им пищей. Часть вьюрков стала голодать, в первую очередь те,
кто был послабее и менее приспособлен к поискам семян. А что если некоторые
из птиц стали питаться более крупными или крепкими семенами и даже иногда
проглатывать насекомых? Голодание должно было понизить размножение тех, у
кого не проявились такие способности. В то же время стали быстро размножаться
вьюрки, нашедшие какие-то новые, пусть не очень привычные для них, но
нетронутые запасы пищи.
Иными словами, влияние среды благоприятствует возникновению различий и
расхождению признаков, пока не образуются самостоятельные виды, которые
отличаются и друг от друга и от общего предка. Сама природа, так сказать,
производит отбор более выносливых особей, и путем такого «естественного отбора»
жизнь разветвляется на бесконечное множество форм.
Дарвин пытался уяснить, каким образом возникают необходимые изменения.
Занимаясь выведением новых пород домашних животных, он мог заметить, что в лю-
бой группе животных наблюдаются случайные отличия особей: в размерах,
окраске, поведении. Использовав преимущества такой изменчивости, сознательно
содействуя размножению одних вариантов и уничтожая другие, человек на
протяжении ряда поколений смог создать различные породы крупного рогатого скота,
лошадей, овец и кур, а дав волю фантазии, получил собак и золотых рыбок самых
причудливых форм. Не может ли природа, подобно человеку, производить отбор,
конечно гораздо медленнее, на протяжении более длительного периода, но зато
приспособив животных к условиям их существования, а не к человеческому вкусу
и потребностям?
Дарвин обратил внимание на половой отбор: самки животных предпочитают
наиболее ярко окрашенных самцов. Вероятно, таким путем и появился нелепый
красавец павлин. Заинтересовался Дарвин и рудиментарными органами, которые в
прошлом могли быть далеко не бесполезными. Так, обнаруженные у китов и змей
остатки костей когда-то служили частями тазового пояса и задних конечностей.
Это заставляло предположить, что киты и змеи — потомки существ,
передвигавшихся с помощью ног.
Дарвин был исключительно добросовестным исследователем, он подолгу, с
большой тщательностью собирал и классифицировал факты. Только в 1844 г. он взялся
за перо, однако еще в течение десяти лет ему не удавалось четко
сформулировать свою теорию.
Тем временем другой английский естествоиспытатель, Альфред Рассел Уоллес
(1823—1913), также занялся этой проблемой. Подобно Дарвину, он потратил
Значительную часть жизни на путешествия. В 1848—1852 годах он побывал в Южной
Америке, а в 1854 г. — на Малайском архипелаге. Его внимание привлекли
различия между млекопитающими Азии и Австралии. Позднее, изучая географическое
распределение видов, Уоллес показал, что по Малайскому архипелагу — по
глубоководному проливу между островами Борнео и Целебес, а также Бали и Ломбок —
проходит граница (и до сих пор известная под названием Уоллесовской линии),
разделяющая его фауну и флору на азиатскую и австралийскую части. Отсюда
возникло деление животных на большие континентальные и суперконтинентальные
группы.
Млекопитающие Австралии казались Уоллесу гораздо более примитивными и менее
жизнеспособными, чем млекопитающие Азии, и он полагал, что в любом
соревновании именно их ожидает гибель. Причина, по которой австралийские млекопитающие
все-таки выжили, видимо, состояла в том, что Австралия и прилежащие острова
отделились от азиатского материка еще до образования более совершенных
азиатских видов. Уоллес пришел к выводу, что эволюция совершается путем
естественного отбора, и послал Дарвину на отзыв статью с изложением основ теории
отбора (не зная, что тот работает над этой же проблемой). Дарвина поразило такое
совпадение взглядов. По настоянию Лайеля и других ученых работы Дарвина и
Уоллеса были одновременно опубликованы в 1858 г. в научном журнале Линнеев-
ского общества в Лондоне.
В следующем году Дарвин, наконец, опубликовал свою книгу «Происхождение
видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в
борьбе За жизнь», обычно называемую просто «Происхождение видов».
Ученый мир ждал появления этой книги. Первые отпечатанные 1250 экземпляров
были раскуплены в один день. Книга расходилась издание за изданием, и до сих
пор, сто лет спустя, спрос на нее не иссяк.
Борьба вокруг
эволюционной теории
Нет сомнения в том, что «Происхождение видов» занимает важнейшее место в
истории биологии. Многие области науки получили новое осмысление благодаря
эволюционной идее естественного отбора. Эта теория дала рациональное
объяснение данным, накопленным систематикой, эмбриологией, сравнительной анатомией и
палеонтологией. Биология приобрела, наконец, теоретическую основу.
Однако многим трудно было безоговорочно принять дарвиновскую теорию,
которая опрокидывала весьма почитаемые человеком представления, в частности
отвергала идею божественного сотворения мира и человеческого рода. Даже
нерелигиозных людей отталкивала мысль, что прекрасное царство жизни и сам человек
обязаны своим существованием слепому и бесчувственному случаю.
В Англии на стороне оппозиции выступил ученик Кювье Зоолог Ричард Оуэн
(1804—1892). Как и его учитель, он был большим специалистом по реконструкции
вымерших животных на основе ископаемых остатков. Оуэн возражал не против
самой идеи эволюции, а против случайности в ее осуществлении. Он понимал
эволюцию как проявление некоторого внутреннего побуждения.
Сам Дарвин активно не боролся за собственную теорию, так как был слишком
мягок (и к тому же болен), чтобы участвовать в спорах. В его защиту выступил
английский естествоиспытатель Томас Генри Гексли (1825—1895). Блестящий
популяризатор, он, как никто другой, сделал идею эволюции доступной и понятной
каждому.
Во Франции, где над биологами десятилетиями довлел авторитет Кювье,
дарвинизм поначалу не пользовался успехом. Однако в Германии он нашел более
благоприятную почву. Немецкий естествоиспытатель Эрнст Генрих Геккель (1834—1919)
был не только последователем Дарвина, но в некоторых отношениях пошел дальше
него. Он рассматривал развитие зародыша как краткое повторение эволюции вида.
Так, развитие млекопитающего, подобно развитию организма простейшего,
начинается со стадии одной-единственной клетки. Клетка развивается в существо,
состоящее из двух зародышевых листков и напоминающее медузу; затем появляется
третий листок, и оно становится похожим на примитивного червя. Впоследствии у
зародыша млекопитающего развивается, а потом исчезает хорда, присущая
примитивным хордовым; далее возникают и исчезают структуры, напоминающие зачатки
рыбьих жабр.
Против Геккеля активно выступил старейший эмбриолог Карл Бэр, сам вплотную
подошедший к этим же идеям, но так и не принявший теории Дарвина. Правда,
Геккель в своих утверждениях доходил до крайностей; биологи наших дней уже не
рассматривают эмбриональное развитие как буквальную и достоверную картину
эволюции вида.
7мм
Развитие эмбриона человека.
В США приверженцем учения Дарвина был американский ботаник и в то же время
видный религиозный деятель Аса Грей (1810—1888). Его противником был
швейцарский естествоиспытатель Жан Луи Рудольф Агасснс (1807—1873), который" получил
известность благодаря всестороннему изучению ископаемых рыб. Он проводил
многолетние исследования ледниковых отложений и обосновал существование в
истории Земли ледниковой эпохи. Ему удалось показать на примере альпийских
массивов родной Швейцарии, что ледники медленно передвигаются, захватывая с собой
валуны и щебень и выравнивая скалы, по которым они движутся. Агассис
обнаружил следы перемещения ледников на скалах в тех районах, где на памяти
человека ледников не было. В 184 6 г. Агассис прибыл в США для чтения лекций, но
интерес к природе Северной Америки заставил его остаться там.
И в Америке Агассис повсюду находил признаки древнего оледенения. Он пришел
к выводу, что много тысяч лет назад обширные области земной поверхности
лежали под ледяным покровом.
Ледниковый период (теперь известны четыре ледниковых периода на протяжении
последнего полумиллиона лет) свидетельствовал против крайнего униформизма
Хэттона и Лайеля. В объяснении причин древнего оледенения Агассис выступал
как приверженец теории катастроф Кювье. До конца жизни он не принял теории
Дарвина и оставался поборником идеи божественного сотворения мира.
Происхождение
человека
Естественно, самым уязвимым местом дарвиновской теории было ее приложение к
человеку. Дарвин в «Происхождении видов» эту проблему обошел, а его соавтор
по теории естественного отбора Уоллес решительно утверждал, что человек не
подвержен эволюционным изменениям (в более поздние годы он занялся
спиритизмом) . Однако совершенно нелогично было предполагать, что эволюционируют все
виды организмов, кроме человека. И действительно, постепенно накапливались
факты, подтверждавшие, что человек также вовлечен в эволюционный процесс.
В 1838 г. французский археолог Жак Буше де Перт (1788—1868) обнаружил на
севере Франции топорища. Слой земли, в котором они были найдены, позволил
утверждать, что их возраст исчисляется многими тысячелетиями. Очевидно было,
что топорища не являются предметами естественного происхождения, их мог
сделать только человек. Это было первым свидетельством того, что возраст не
только Земли, но и человека вопреки Библии значительно превышает шесть
тысячелетий .
Опубликованная Буше де Пертом в 184 6 г. книга о его находках произвела
огромное впечатление на современников. Однако французские биологи под влиянием
идей Кювье долго еще отказывались признать эти находки, хотя в 50-х годах
археологи обнаружили и более древние орудия. В 1859 г. несколько английских
ученых, посетив места находок Буше де Перта, объявили себя его сторонниками.
А четырьмя годами позже геолог Лайель, использовав находки Буше де Перта,
выпустил книгу «Геологические доказательства древности человека», в которой не
только решительно отстаивал дарвиновские идеи, но и распространял их на
человека. С книгой, поддерживающей эти взгляды, выступил и Гексли.
Вскоре увидела свет вторая большая работа Дарвина — «Происхождение человека
и половой отбор» (1871), где открыто провозглашался факт эволюции человека.
Рудиментарные органы человека рассматривались в ней как свидетельство
эволюционных изменений: аппендикс — как остаток органа, в котором пища могла
накапливаться и подвергаться переработке под действием бактерий; четыре нижних
позвонка когда-то были частью хвоста; нефункционирующие ушные мускулы были
унаследованы от предков, которые двигали ушами, и т.д.
Но к этому времени ученые располагали не только косвенными доказательствами
эволюции человека. Были найдены остатки самого древнего человека. Летом 1856
г. в Германии в долине Неандерталь возле Дюссельдорфа нашли явно человеческие
кости и череп. Они были обнаружены в пластах, возраст которых насчитывал
многие тысячелетия. Возникли споры, принадлежали ли эти костные остатки
примитивному предку современного человека или дикарю с деформированным вследствие
перенесенных заболеваний скелетом.
В частности, немецкий врач Рудольф Вирхов (1821—1902), ярый противник
учения Дарвина, считал, что это скелет старика, перенесшего рахит в юности и
подагру к концу жизни, а основатель французской антропологической школы Поль
Брока (1824—1880) утверждал, что как у больного, так и у здорового
современного человека не может быть такого черепа, как найденный, и что неандерталец
представляет собой примитивную форму человека, весьма отличную от
современной .
Для решения спора требовалось найти костные остатки промежуточных между
человеком и человекообразными обезьянами форм. К тому времени уже были
обнаружены промежуточные звенья среди ископаемых животных. Так, в 1861 г.
Британский музей приобрел ископаемые остатки существа, которое, без сомнения,
следовало отнести к птицам, так как на камне имелись отпечатки перьев, но у
этого существа были хвост и зубы, похожие на зубы ящеров. Эта находка была
воспринята как лучшее из всех возможных свидетельств того, что птицы произошли
от рептилий.
Одна их находок археоптерикса (всего было найдено 10) . Все
находки относятся к тонкослоистым известнякам позднеюрского
возраста (145 млн. лет) возле Зольнхофена в Баварии.
Однако многолетние поиски такого промежуточного звена в эволюции человека
были безрезультатными. Успех пришел к голландскому анатому и антропологу
Эжену Дюбуа (1858—1940). Дюбуа полагал, что примитивное человекообразное
существо может быть найдено в тех местах, где до сих пор много человекообразных
обезьян: либо в Африке — обиталище шимпанзе и горилл, либо в Юго-Восточной
Азии, где живут орангутанг и гиббон.
В 1887 г. Дюбуа отправился на Суматру, где в течение трех лет вел
бесплодные раскопки, а потом перебрался на Яву. Именно на Яве Дюбуа удалось найти
черепную крышку, бедренную кость и два зуба, несомненно, принадлежавшие
примитивному человеку. Черепная крышка была гораздо крупнее, чем у любой
современной обезьяны, но значительно меньше, чем у любого из ныне живущих людей.
Существо, которому принадлежали эти остатки, назвали питекантропом
(Pithecantropus erectus — обезьяночеловек прямоходящий). В 1894 г. Дюбуа
издал обширный труд, где подробно описал свои находки.
Некоторые виды гоминидов в порядке возраста находок. Самый древний
из рода Homo — Homo habilis, или человек умелый, первые
представители которого появились на Земле около 2 млн. лет назад. До этого
времени, вероятно, существовали только австралопитеки.
И снова споры среди ученых. Но аналогичные открытия сделали в Китае,
Африке. В наше время известно уже несколько «промежуточных звеньев» и нет никаких
оснований сомневаться в факте эволюции человека и эволюции вообще, хотя и в
XX в. выдвигалось множество антиэволюционных концепций. Сегодня трудно
представить себе истинного ученого, придерживающегося антиэволюционных воззрений.
Боковые ветви
эволюционной теории
Ошибались не только те, кто отрицал теорию эволюции, но и те, чей энтузиазм
распространял ее на области, где она неприложима. Так, английский философ
Герберт Спенсер (1820—1903), который пришел к идее эволюции еще до
опубликования книги Дарвина, пытался с ее помощью объяснить развитие человеческого
общества и его культуры, став пионером социологии.
Развитие человеческого общества Спенсер рассматривал как переход от
однородного, простого уровня до современного разнородного и сложного состояния.
Оперируя терминами «эволюция», «выживание наиболее приспособленного», Спенсер
пытался доказать, что непременным спутником эволюционного прогресса в
обществе является соревнование человеческих индивидуумов, при котором слабые
неизбежно терпят неудачу. Спенсер не учитывал огромной роли в развитии
человеческого общества взаимопомощи, заботы о больных и престарелых.
Учение Спенсера сыграло свою отрицательную роль в истории. Накануне первой
мировой войны в руках националистов и милитаристов оказалась теория,
утверждавшая, что война — это «благо», так как она обеспечивает выживание наиболее
приспособленных.
К счастью, теперь уже не существует романтических иллюзий относительно
последствий грязных войн.
Английский антрополог Фрэнсис Гальтон (1822— 1911), двоюродный брат Чарльза
Дарвина, положил начало другому направлению. Заинтересовавшись вопросами
наследственности , он первым отметил важность изучения однояйцовых близнецов,
наследственные задатки которых следует считать одинаковыми, а различия —
приобретенными под влиянием внешней среды.
Изучая частоту проявления высоких умственных способностей в отдельных
семьях , Гальтон получил данные, доказывавшие их наследуемость. В связи с этим он
предположил, что путем соответствующей селекции умственные способности и
другие желательные качества человека можно усилить, а нежелательные — устранить.
Науку о методах, с помощью которых можно наилучшим образом осуществить такой
контроль, он назвал в 1883 г. евгеникой. Однако чем глубже познается механизм
наследования, тем меньше биологи верят в возможности целенаправленного
разведения для улучшения расы людей. Это очень сложная проблема. Хотя евгеника на
вполне законных основаниях остается отраслью биологии, не следует забывать,
что находятся и такие далекие от науки люди, которые используют ее язык для
пропаганды расизма.
ГЛАВА VII.
У ИСТОКОВ ГЕНЕТИКИ
Слабое место в
теории Дарвина
Процесс передачи потомству родительских наследственных факторов долгое
время оставался совершенно непонятным. Открытие в конце XVII в. сперматозоида
вызвало целую дискуссию. Одни утверждали, что будущий зародыш целиком
заключен в яйцеклетке, и оплодотворение является лишь толчком к развитию. Другие
настаивали на том, что будущий зародыш помещается в сперматозоиде, а
яйцеклетка лишь обеспечивает его питание. Спорщики сходились на том, что
носителем наследственных факторов является одна родительская особь.
Только в середине XVIII в. в результате наблюдений над детьми от смешанных
браков у человека и исследования экстерьера мулов было установлено, что
признаки наследуются от обоих родителей. Пьер Луи Моро Мопертюи (1698—1759)
выдвинул теорию, согласно которой наследственные признаки у потомков
формируются и определяются «семенными частицами» обоих родителей.
Даже в XIX в. еще не было правильного представления о наследственном
механизме . Именно поэтому эволюционная теория так часто применялась неудачно.
Спенсер считал возможным быстрое изменение человеческого поведения: Гальтону
казалось весьма несложным усовершенствовать человеческую расу с помощью
подбора производителей при размножении. Подобные воззрения биологов объяснялись,
по сути дела, недостатком знаний о природе наследственного механизма. Это
было самое слабое звено в теории Дарвина. Дарвин предполагал, что среди молодых
особей любого вида наблюдается непрерывная случайная изменчивость, причем
определенные изменения делают животных более приспособленными к окружающей
среде. Так, жирафу тем легче прокормиться, чем длиннее у него шея.
Но где гарантия, что этот признак повторится у потомства? Вряд ли жираф
выискивал особо длинношеего супруга, гораздо вероятнее, что ему пришлось
встретиться с короткошеим. При скрещивании крайних вариантов происходит смешение
признаков, так что у потомства длинношеего и короткошеего жирафов шея будет
средней длины, — к такому убеждению привел Дарвина весь его опыт по
разведению животных.
Иными словами, в результате случайного спаривания все полезные и
приспособительные признаки, которые проявляются при случайной изменчивости,
усредняются. Раз естественному отбору нечего «отбирать», то и эволюционных изменений
происходить не будет.
Попытки биологов объяснить это явление оказались безуспешными. Немецкий
ботаник Карл Вильгельм Негели (1817—1891) прекрасно сознавал, как сложно найти
четкое обоснование «усреднения» и его последствий. Он предположил, что
эволюционные изменения направляются в определенную сторону каким-то внутренним
толчком.
Так, судя по палеонтологическим данным, предками лошадей были животные
величиной с собаку, имевшие по четыре копытца на каждой стопе. С течением
времени эти животные становились крупнее и утрачивали одно копытце за другим,
пока не превратились в современную крупную однокопытную лошадь. Негели
предполагал, что побудительным фактором этого процесса было действие некой
внутренней силы. Если бы она действовала и дальше, лошади могли бы стать слишком
крупными и неуклюжими и, следовательно, беззащитными против врагов; им
грозило бы постепенное вымирание.
V' 4 s
Гиракотерия - предок лошади 54 млн. лет назад.
Эта теория носит название теории ортогенеза. Современные биологи ее
отвергают . Как мы увидим дальше, приверженность Негели к этой теории неожиданно
принесла скверные плоды.
Горох Менделя
Проблема была решена благодаря трудам чешского натуралиста Грегора Иоганна
Менделя (1822— 1884). Мендель занимался и математикой и ботаникой.
Начиная с 1856 г. он в течение девяти лет изучал наследственные признаки
гороха, используя статистические приемы обработки результатов.
Ученому нужна была полная уверенность, что наследуются признаки только
одного родителя, поэтому он очень тщательно проводил самоопыление различных
растений, аккуратно собирал с каждого самоопыленного растения семена,
отдельно высаживал их и изучал новое поколение.
В результате этих опытов Мендель обнаружил, что горошины от карликовых
растений и в первом и в последующих поколениях дают только карликовые растения.
Таким образом, карликовые растения чистосортны.
Высокорослые растения вели себя по-разному. Некоторые (более трети)
оказались чистосортными и поколение за поколением давали высокие растения. Часть
остальных семян давала высокие, а часть — карликовые растения, причем
высокорослых всегда получалось в два раза больше, чем карликовых. Очевидно, имелось
два типа высоких растений — чистосортные и нечистосортные.
Мендель пошел дальше. Он скрестил карликовые растения с чистосортными
высокорослыми и обнаружил, что из каждого гибридного семени вырастает высокое
растение. Казалось бы, признаки карликовости исчезли.
Произведя затем самоопыление каждого гибридного растения, Мендель изучил
полученные семена. Все гибридные растения оказались нечистосортными. Около
одной четверти горошин дали карликовые растения, одна четверть — чистосортные
высокорослые, а оставшаяся половина — нечистосортные высокорослые растения.
Мендель предположил, что каждое растение гороха несет два фактора,
определяющих какой-либо признак, в данном случае — высоту. Один фактор содержится в
пыльце, другой — в семяпочках. После оплодотворения новое поколение содержит
уже оба фактора (по одному от каждого родителя, если произошло скрещивание
двух растений). У карликовых растений имеются только факторы «карликовости»;
при комбинации их путем перекрестного опыления или самоопыления получаются
только карликовые растения. Чистосортные высокорослые растения содержат
только факторы «высокорослости», и их комбинации дают только высокие растения.
Когда чистосортные высокие растения скрещиваются с карликовыми, факторы
«высокорослости» и «карликовости» комбинируются и следующее поколение
оказывается гибридным. Все гибриды будут высокими, так как фактор «высокорослости»
является доминантным, маскирующим действие фактора «карликовости». Последний,
однако, не исчезает, а сохраняется.
Такие гибриды не будут вести себя как чистосортные, потому что содержат оба
фактора, комбинации которых определяет чистая случайность. Фактор
«высокорослости» может комбинироваться с другим фактором «высокорослости», тогда
появится чистосортное высокорослое растение. Так произойдет в одной четверти
случаев. В другой четверти фактор «карликовости» в комбинации с другим
фактором «карликовости» дает карликовое растение. В оставшейся половине фактор
«высокорослости» сочетается с фактором «карликовости» или фактор
«карликовости» — с фактором «высокорослости»; при этом получаются высокорослые
нечистосортные растения.
Мендель показал, что наследование любого признака можно объяснить таким же
образом, причем для всех изученных им признаков скрещивание двух крайностей
не приводило к смешению наследственности — каждый вариант сохранялся без
изменения; если он исчезал в одном поколении, то появлялся в следующем.
Все это имело немаловажное значение для эволюционной теории (хотя сам
Мендель никогда не думал о приложении к ней своих идей), так как позволяло
сделать следующий вывод. Случайные вариации, в течение какого-то промежутка
времени возникающие внутри вида, в конечном счете, не усредняются, а исчезают и
проявляются вновь, пока их в полной мере не использует естественный отбор.
Причина, по которой унаследованные признаки часто выглядят промежуточными,
состоит в том, что при скрещивании растений и животных большинство признаков
обычно является комбинацией нескольких факторов. Различные компоненты
наследуются независимо, но в то же время по принципу «да» или «нет». Среднее
количество «да» или «нет» определяет появление промежуточного признака.
Tt Tt
tt
Схема, объясняющая опыты Менделя по скрещиванию высокорослых и
карликовых растений гороха. Фактор карликовости обозначается буквой t,
так как он рецессивен, а соответственный ему доминантный фактор вы-
сокорослости — Т. Вверху — скрещивание чистосортного высокорослого
растения (ТТ) с карликовым (tt), которое дает гибридные, или
нечистосортные, высокорослые растения (Tt). Внизу - скрещивание между
собой гибридных растений первого поколения, которое дает чистосортные
высокорослые растения (ТТ), гибридные высокорослые растения (Tt) и
карликовые растения (tt) в отношении 1:2:1.
Открытия Менделя касались и евгеники. Искоренять нежелательные признаки
оказалось не так легко, как представлялось вначале. Не проявившись в одном
поколении, они могут обнаружиться в следующем. Размножение, сопровождаемое
отбором, — процесс более тонкий и более продолжительный, чем думал Гальтон.
Однако мир был еще не подготовлен к тому, чтобы оценить эти факты.
Тщательно описав результаты своих экспериментов, Мендель решил заинтересовать
какого-нибудь известного ботаника, чтобы заручиться его поддержкой. Поэтому в
начале 60-х годов XIX в. он переслал свои работы Негели. Тот прочел рукопись и
отозвался весьма холодно. Теория, основанная на подсчетах растений гороха, не
произвела на него никакого впечатления. Он предпочитал туманный и
многословный мистицизм, который так характерен для его собственного учения об ортоге-
незе.
Неудача обескуражила Менделя. В 1866 г. он опубликовал свою статью, но
исследований уже не продолжал. Да и статья не обратила на себя особого
внимания, поскольку Негели не поддержал Менделя. Менделя с полным правом можно
назвать основателем учения о механизмах наследственности, которое теперь
называется генетикой, но в то время никто этого не предполагал, в том числе и он
сам.
Мутации
Во второй половине XIX столетия возникла другая проблема, связанная с
развитием эволюционных идей. В результате новейших открытий, сделанных физиками,
появилось неожиданное представление о значительно меньшей длительности
истории Земли. С провозглашением закона сохранения энергии возник вопрос об
источнике солнечной энергии. О радиоактивности и ядерной энергии стало известно
много позже, так что в течение XIX в. не было дано удовлетворительных
доказательств того, что Солнце пребывало в его теперешнем состоянии на протяжении,
по крайней мере, десятков миллионов лет.
Для эволюции по дарвиновскому типу времени было явно недостаточно, и
некоторые биологи, в том числе Негели и Келликер, предположили, что эволюция идет
скачками. Хотя потом выяснилось, что масштаб времени определен неправильно,
мысль о скачкообразности эволюционного процесса все же оказалась
плодотворной .
Голландский ботаник Гуго де Фрис (1848—1935) также принадлежал к тем, кто
заговорил о скачках в эволюции. Как-то на заброшенном лугу ему попалась на
глаза заросль ослинника — растения, незадолго до этого завезенного в
Нидерланды из Америки. Наблюдательный глаз ботаника отметил, что некоторые из этих
растений резко отличались по внешнему виду, хотя и происходили, вероятно, от
общего предка.
Он перенес ослинник в сад, стал разводить каждую форму отдельно и
постепенно пришел к выводам, которые за много лет до него сделал Мендель:
индивидуальные свойства передаются из поколения в поколение, не претерпевая смешения
и усреднения; время от времени появляются новые признаки, заметно отличающие
эти растения от других и сохраняющиеся в следующих поколениях. Де Фрис назвал
такие внезапные изменения мутациями (от латинского mutatio — изменение) и
решил, что он наблюдает скачкообразно протекающую эволюцию вида. В
действительности мутации ослинника не были связаны с изменениями самих наследственных
факторов.
Вскоре, однако, были изучены и настоящие мутации. Подобные явления уже
давно были известны пастухам и фермерам, часто наблюдавшим появление уродств и
всякого рода отклонений от нормального типа. Некоторые такие отклонения даже
использовались в сельскохозяйственной практике. Например, мутация «коротконо-
гости» овец появилась в Новой Англии в 1791 г. Короткие ноги не позволяли
овцам перепрыгивать даже через очень низкую изгородь. Этих овец начали усиленно
разводить и оберегать. Но пастухи, как правило, не делают теоретических
выводов из своих наблюдений, а ученые, к сожалению, часто незнакомы с
практическим скотоводством.
И только благодаря де Фрису эти явления, наконец, предстали перед научным
миром. Около 1900 г., готовясь к опубликованию своих открытий и просматривая
старые работы, посвященные этой проблеме, ученый, к своему удивлению,
обнаружил статью Менделя тридцатилетней давности.
Независимо от де Фриса еще два ботаника — немец Карл Эрих Корренс (1864—
1933) и австриец Эрих Чермак (1871-1962) — в один и тот же год пришли к
весьма сходным выводам. И каждый из них, просматривая предшествующие работы,
обнаружил статью Менделя.
жил статью Менделя.
Все трое, де Фрис, Корренс и Чермак, опубликовали свои работы в 1900 г. , и
каждый, ссылаясь на работу Менделя, оценивал свои исследования как простое
подтверждение его выводов. Поэтому мы и говорим теперь о менделевских законах
наследственности. Эти законы в сочетании с открытием де Фриса дают картину
возникновения и сохранения вариаций. Так было устранено слабое место в теории
Дарвина. А после того, как английский ученый Рональд Фишер (1890—1962) в
своей книге «Генетическая теория естественного отбора» (1930) показал, что
дарвиновская теория отбора и менделевская генетика должны быть сведены в единую
теорию эволюции, были достигнуты заметные успехи. В позднейших работах
англичанина Джулиана Хаксли (1887-1975) и американца Джорджа Гейлорда Симпсона
(1902-1984) показано, что отбор — более важный фактор эволюционного процесса,
чем мутации.
Хромосомы
К 1900 г. менделевские законы приобретают гораздо большее значение в связи
с новыми важными открытиями в области изучения клеток.
В XVIII и в начале XIX столетий немногое можно было разглядеть в клетке,
даже пользуясь усовершенствованным микроскопом. Клетка представляет собой
довольно прозрачное тело, и при наблюдениях имела вид более или менее резко
очерченной капли. Биологам приходилось довольствоваться описанием ее внешней
формы и размеров. Правда, иногда удавалось разглядеть в центре клетки
несколько более плотное тело (теперь его называют клеточным ядром) . В 1831 г.
шотландский ботаник Роберт Браун (1773—1858) впервые предположил, что оно
обязательно для каждой клетки.
Семью годами позднее Шлейден в своей клеточной теории отводит ядру клетки
весьма серьезную роль. Он связывает его с клеточным размножением, считая, что
новые клетки отпочковываются от поверхности ядра. К 184 6 г. Негели удалось
доказать, что это неверно. Однако интуиция лишь частично подвела Шлейдена:
ядро действительно связано с размножением клетки. Но исследование роли ядра
требовало новой техники, которая позволила бы заглянуть внутрь клетки.
Такую технику принесла органическая химия. Вслед за Бертло химики-органики
быстро научились изготовлять органические вещества, не существующие в
природе, — многие из них обладали яркой окраской. С 50-х годов XIX в. начался
бурный рост производства синтетических красителей.
Если считать содержимое клетки неоднородным, можно предположить, что
отдельные ее части будут по-разному реагировать с различными химическими
веществами. В результате обработки красителями некоторые части клетки окрасятся,
а другие останутся бесцветными. Невидимые до тех пор детали благодаря окраске
станут доступными наблюдению.
Можно рассказать о многих биологах, экспериментировавших в этом
направлении, но наиболее выдающихся успехов достиг немецкий цитолог Вальтер Флемминг
(1843—1905). Он исследовал тонкое строение клетки животных и с помощью
разработанных им методов фиксации и окраски обнаружил, что частицы, разбросанные
внутри клеточного ядра, представляют собой образования, которые хорошо
абсорбируют краситель, отчетливо выделяясь на бесцветном фоне. Флемминг назвал
содержимое этих окрашивающихся частиц хроматином (от греческого chroma —
окраска) .
Обрабатывая срезы растущей ткани, Флемминг, конечно, убивал клетки, причем
каждая из них фиксировалась на той или иной стадии процесса деления. В 70-х
годах XIX в. Флеммингу удалось выявить картину изменений хроматинового
материала на всех этапах клеточного деления. Он обнаружил, что в начале процесса
хроматиновый материал сливается, формируя короткие нитевидные образования,
которые впоследствии получили название хромосом (от греческих chroma —
окраска, soma — тело) . Поскольку эти нитевидные хромосомы были типичны для
процесса деления клетки, Флемминг назвал весь процесс митозом (от греческого
mitos — нить). В клетке имеется небольшое тельце, носящее название центриоль,
— оно напоминает звезду с расходящимися во все стороны лучами. Центриоль
делится на две части, которые расходятся к противоположным концам клетки.
Тонкие лучи, идущие от одной центриоли к другой, как бы опутывают хромосомы,
группирующиеся в плоскости, проходящей через центр клетки.
Критический момент клеточного деления наступает, когда хромосома воссоздает
свою собственную копию. Сдвоенные хромосомы растягиваются в противоположные
стороны: одна хромосома каждой пары — в один конец клетки, другая — в другой;
после этого клетка делится — в центре образуется перегородка. Каждая из двух
новых дочерних клеток благодаря удвоению хромосом содержит такое же
количество хроматина, какое было в исходной материнской клетке. Эти наблюдения
Флемминг опубликовал в 1882 г.
Интерфаза (G2) Профаза Метафаза
Анафаза Телофаза Интерфаза (G )
Митоз в клетке гипотетического животного. Митоз начинается с
того, что центриоль разделилась - появляются хромосомы. Ранняя
профаза - хромосомы раздвоились, но еще остаются связанными.
Поздняя профаза - ядерная оболочка растворилась, имеется
веретено . Метафаза - хромосомы расположились по экватору веретена.
Анафаза - хромосомы движутся к полюсам. Телофаза - образовались
ядерные оболочки, хромосомы удлиняются, начинается деление
цитоплазмы. Интерфаза - дочерние клетки (стадия покоя).
В 1887 г. бельгийский цитолог Эдуард ван Бенеден (1846—1910) наглядно
показал две важные особенности хромосом. Во-первых, число хромосом в различных
клетках организма постоянно, то есть каждый вид характеризуется определенным
хромосомным набором (например, каждая клетка человека имеет 46 хромосом). Во-
вторых, при образовании половых клеток — яйцеклетки и сперматозоида — в одном
из делений не происходит удвоения хромосом. Следовательно, каждое яйцо и
сперматозоид получают только половину типичного для вида количества хромосом.
Второе рождение менделевского закона заставило по-новому взглянуть на
исследования хромосом. В 1902 г. американский цитолог Уолтер Саттон (1876—1916)
обратил внимание на то, что хромосомы ведут себя подобно менделевским
наследственным «факторам»: каждая клетка имеет постоянное число пар хромосом. Они,
видимо, несут в себе способность передавать физические признаки от клетки к
клетке, так как в каждом клеточном делении число хромосом строго сохраняется;
каждая хромосома создает копию (реплику) самой себя для использования ее в
новой клетке.
В оплодотворенной яйцеклетке, образовавшейся от слияния яйца и
сперматозоида, восстанавливается прежнее число хромосом. При прохождении
последовательных стадий деления в оплодотворенной яйцеклетке число хромосом опять строго
сохраняется вплоть до образования самостоятельно живущего организма. Однако
не следует забывать, что в новом организме одна хромосома из каждой пары
получена от матери (через яйцеклетку), а другая — от отца (через сперматозоид).
Это перемешивание хромосом, происходящее в каждом поколении, может вывести на
свет рецессивные признаки, ранее подавленные доминантными. Новые комбинации в
дальнейшем создают все новые вариации признаков, которые и «подхватываются»
естественным отбором.
Казалось, на заре XX столетия наступил небывалый расцвет эволюционного
учения и генетики, но это было лишь прелюдией к новым, еще более поразительным
достижениям.
ГЛАВА VIII.
Конец витализма
Азот и диета
Дарвиновская теория эволюции, казалось бы, могла послужить основой
стройного мировоззрения. Однако, если взглянуть внимательнее, она еще больше
подчеркнула таинственность жизни. С самого возникновения живое, преодолевая
противодействие среды, неудержимо стремится к все большей сложности и
производительности. В этом живое никак нельзя сравнить со стабильной неживой природой.
Вновь образующиеся горы являются лишь повторением тех, что существовали в
другие эпохи; жизненные формы, возникающие в процессе эволюции, всегда новы,
всегда отличаются от предшествовавших. Таким образом, теория Дарвина на
первый взгляд как бы подтверждала представление виталистов об огромном барьере
между живым и неживым. Витализм вновь стал популярен во второй половине XIX
в.
В XIX в. главным вызовом витализму были достижения химиков-органиков.
Оборону против этого натиска виталисты пытались строить на молекуле белка и
почти до конца века довольно успешно защищали свои позиции.
Молекула белка чрезвычайно занимала биохимиков. Огромное значение белка в
жизни организмов впервые показал французский физиолог Франсуа Мажанди (1783—
1855). Нехватка пищевых ресурсов, небывалое ухудшение жизни народов после
наполеоновских войн привели к тому, что правительства ряда стран создали
комиссию под руководством Мажанди для исследования вопроса, возможно ли получить
полноценную пищу из чего-либо дешевого и доступного, вроде желатина. В опытах
Мажанди (1816) с кормлением собак пищей, в которой отсутствовал белок (диета
состояла из сахара, оливкового масла и воды), животные погибали от голода.
Выяснилось, что одних калорий недостаточно и белок — необходимый компонент
пищи. Далее обнаружилось, что не все белки одинаково полезны: если желатин
был единственным белком в рационе, собаки все же погибали. Эти работы
положили начало современной диететике - науке о питании и его действии на организм.
Белки в отличие от углеводов и жиров содержат азот. Поэтому внимание ученых
сосредоточилось на азоте, как на необходимой составной части живого
организма. В 40-х годах XIX в. французский химик Жан Батист Буссенго (1802—1887),
изучая потребность растений в азоте, нашел, что некоторые растения, например
бобовые, не только прекрасно растут на почве, не содержащей азота, но и
заметно увеличивают его содержание в организме. Буссенго предположил, что
растения берут азот из воздуха. Теперь мы знаем, что азот из воздуха поглощают
не сами растения, а определенные азотфиксирующие бактерии, живущие в особых
клубеньках на корнях растений. Буссенго своими дальнейшими опытами доказал,
что животные не могут усваивать азот из воздуха, а получают его только с
пищей. Уточнив в деталях исследования Мажанди, которые носили скорее
качественный, чем количественный, характер, Буссенго подсчитал содержание азота в пище
и показал прямую зависимость скорости роста организма от количества
усваиваемого азота. Он заключил, что наиболее богатые азотом корма самые ценные.
Однако при одинаковом содержании азота одна пища оказывалась более эффективной
для роста, чем другая. Отсюда было сделано единственно возможное заключение:
ценность белков в питательном отношении различна. Причина этого отличия
оставалась неясной до конца века. К 1844 г. Буссенго чисто эмпирически определил
относительную ценность различной пищи в зависимости от содержания белка.
В последующем десятилетии исследования Буссенго продолжал немецкий химик
Юстус Либих (1803—1873), который детально разработал учение о полноценности
пищи. Либих был сторонником материализма и с этих позиций подошел к
разрешению проблем сельского хозяйства. Он полагал, что причиной падения плодородия
почвы, использовавшейся в течение ряда лет, является ее постепенное обеднение
минеральными солями. Растения должны поглощать из растворимых соединений
почвы необходимые для роста небольшие количества натрия, калия, кальция и
фосфора. С незапамятных времен для поддержания плодородия почвы в нее вносили
навоз. Но Либих не расценивал это как добавление чего-то «витального», он
считал, что навоз дает почве лишь те неорганические вещества, которые были
утрачены. А почему бы не вносить в почву чистые минеральные вещества и таким
образом избавиться от дурного запаха?
Либих был первым, кто способствовал широкому внедрению в земледелие
минеральных удобрений. Вначале Либиха преследовали неудачи, так как он слишком
полагался на данные Буссенго. Но когда он понял, что большинство растений
получают азот из растворимых азотсодержащих соединений (нитратов) почвы, и ввел
их в свои смеси, ему удалось получить весьма эффективные удобрения. Буссенго
и Либих, таким образом, явились создателями агрохимии.
Калориметрия
Либих, как последовательный материалист, полагал, что углеводы и жиры
служат топливом для организма. Это было явным прогрессом по сравнению с
взглядами Лавуазье, жившего полстолетия назад. Если Лавуазье говорил только об
углероде и водороде, теперь можно было говорить о более специфических соединениях
— углеводах и жирах, состоящих из углерода и водорода (плюс кислород).
Естественно, воззрения Либиха побудили многих ученых попытаться определить,
равно ли количественно тепло, полученное организмом от такого «топлива»,
теплу , получаемому при сжигании углеводов и жиров вне организма. Грубые опыты
Лавуазье давали положительный ответ на этот вопрос. Однако значительное
усовершенствование техники измерений требовало проверки данных. В 60-х годах XIX
столетия Бертло для определения количества тепла, выделяемого при сжигании,
использовал прибор калориметр. Сжигаемое вещество смешивали в закрытой камере
с кислородом, и смесь взрывали, поджигая электричеством. Камера находилась в
водяной бане. По повышению температуры воды и определялось количество выде-
лившегося тепла.
Устройство калориметра.
Для определения количества тепла, образующегося в организме, надо было
построить калориметр достаточно больших размеров, чтобы поместить в нем живой
организм. По количеству выделяемой организмом углекислоты и потребляемого им
кислорода можно рассчитать количество углеводов и жиров, которое сжигает
организм. Тепло, выделяемое организмом, определяется измерением температуры
окружающего калориметр водяного кожуха. Количество этого тепла сопоставляется с
количеством тепла, которое можно получить от сгорания того же количества
углеводов и жиров вне организма.
Немецкий физиолог Карл Фойт (1831—1908), ученик Либиха, вместе с немецким
гигиенистом Максом Петтенкофером (1818—1901) построили калориметр достаточно
большой, чтобы помещать в него животных и даже человека. Результаты их
экспериментов подтвердили, что у живых тканей нет других энергетических
источников, кроме тех, которые имеются и в неживом мире. Ученик Фойта Макс Рубнер
(1854—1932) продолжил исследования и экспериментально доказал приложимость
закона сохранения энергии к организму животного. Сравнивая количество азота,
содержащегося в моче и фекалиях, с количеством его в пище, которой кормили
подопытных животных, он показал (1884), что углеводы и жиры не могут быть
единственным топливом, поступающим в организм. Молекулы белка после
отщепления азотсодержащей части также могут использоваться как топливо. Учитывая
белок как источник энергии, Рубнер смог получить более точные данные. К 1894 г.
он установил, что энергия, выделяемая пищевыми продуктами в организме, точно
равна энергии, которую можно получить при сжигании этих продуктов вне
организма (с учетом количества энергии, содержащейся в моче и фекалиях).
Итак, закон сохранения энергии справедлив как для неживого мира, так и для
живого. Открытие этого закона нанесло сокрушительный удар по виталистическим
воззрениям.
Новые количественные методы нашли применение и в медицине. Немецкий
физиолог Адольф Магнус-Леви (1865—1955) определил нижний уровень энергетического
обмена у человека (темп основного обмена веществ — ООВ) . Магнус-Леви нашел
при этом значительные изменения ООВ при заболеваниях, связанных с щитовидной
железой. С этого времени измерение ООВ стало важным методом диагностики.
Брожение
Успехи калориметрии во второй половине XIX в. не затронули, однако, самых
основ витализма. И человек и скала, на которой он стоит, материальны. Но
между формами этих материй — непреодолимая грань, отделяющая органическую
материю от неорганической. Когда оказалось, что эта грань стирается, виталисты
ухватились за белок. Кроме того, признав доступность для живого энергии
неживого мира, они были убеждены, что методы использования этой энергии в корне
отличны.
Так, горение вне организма сопровождается выделением большого количества
тепла и света; процесс протекает стремительно. При сгорании пищи в организме
образуется небольшое количество тепла, и свет не выделяется. Температура
организма человека в норме держится около 36,8°, горение протекает медленно и
прекрасно регулируется. Когда химик пытается воспроизвести в лаборатории
реакцию, характерную для живых тканей, он вынужден прибегать к
сильнодействующим средствам — высокой температуре, электрическому току, сильным химическим
реактивам, — в которых живые ткани не нуждаются.
Не в этом ли основное отличие живого от неживого? Либих считал, что это не
так, и в качестве примера приводил брожение. С доисторических времен
человечество сбраживало соки из фруктов для изготовления вина и замачивало зерно
для изготовления пива. Люди использовали закваски, или дрожжи (как их чаще
называют), для изготовления теста. Тесто поднималось, в нем образовывались
пузырьки. Хлеб получался мягким и вкусным.
В этот процесс вовлечены органические вещества. Сахар или крахмал
превращается в спирт, а это напоминает реакции, протекающие в живых тканях. Однако
при брожении не требуется сильнодействующих реактивов или других средств. Оно
протекает при комнатной температуре в спокойном, медленном темпе. Либих видел
в брожении чисто химический процесс, протекающий без участия некой «жизненной
силы», и настаивал на том, что он подобен превращениям в живом организме,
однако идет без участия живого.
Надо заметить, что еще со времен Левенгука было известно, что дрожжи
состоят из шариков, не обнаруживающих признаков жизни. В 1836 и 1837 гг. биологам,
в том числе Шванну, удалось заметить у дрожжей процесс почкования, приводящий
к образованию новых шариков, что было явным признаком жизни. Биологи
заговорили о дрожжевых клетках, однако Либих отверг эти представления.
В защиту живой природы дрожжей выступил французский ученый Луи Пастер
(1822—1895). В 1856 г. французские виноделы пригласили его на консультацию.
Вино и пиво при долгом хранении часто прокисали, принося миллионные убытки.
Не могли бы химики помочь?
Пастер обнаружил довольно любопытную закономерность: хорошо сохранившиеся
вино и пиво содержали крошечные круглые дрожжевые клетки. А если жидкость
прокисала, дрожжевые клетки были удлиненными. Итак, ясно: существует два вида
дрожжей — образующие спирт и вызывающие медленное скисание вина. Слабое
нагревание убивало дрожжевые клетки и останавливало процесс. Если это делать в
нужный момент, после того как спирт уже образовался, но скисание еще не
началось , вино можно сохранить. Практика подтвердила выводы Пастера.
При изучении этого процесса Пастер выяснил два момента. Первый: дрожжевые
клетки — живые организмы, поскольку слабое нагревание разрушает их
способность вызывать брожение; клетки остаются, они не разрушаются, но в них убита
жизнь. Второй: только живые дрожжевые клетки вызывают брожение. Спор между
Пастером и Либихом закончился полной победой Пастера и витализма.
Вслед за этим Пастер поставил свой знаменитый опыт по самопроизвольному
зарождению — теме, укреплявшей позиции витализма еще со времен Спалланцани.
Религиозные лидеры, разумеется, приветствовали опровержение теории самопроиз-
вольного зарождения, поскольку зарождение жизни на Земле можно было приписать
только богу. Как раз материалисты середины XIX в. горячо отстаивали идею
самопроизвольного зарождения. Спалланцани показал, что, если стерилизовать
мясной бульон и изолировать его от загрязнений, в нем не появится никаких форм
жизни. На этом строился вывод: тепло разрушило всякое жизненное начало в
воздухе герметически закрытого сосуда.
Пастер поставил опыт (1860) так, чтобы обычный ненагретый воздух не был
изолирован от мясного бульона: кипяченый и простерилизованный бульон он
оставил открытым в комнатной атмосфере. Бульон находился в колбе с длинной
вытянутой горловиной, профиль которой напоминал лежащую на боку букву S.
Ненагретый воздух свободно проникал в колбу, а загрязняющие частицы оседали на дне
этой S-образной горловины и не попадали в колбу. При таких условиях организмы
в мясном бульоне не размножались, но, если горловину удаляли, быстро
наступало загрязнение. Таким образом, отпал вопрос о нагретом и ненагретом воздухе,
о «жизненном начале», разрушенном и неразрушенном. Суть дела заключалась в
том, что в бульон попадала пыль, частично состоящая из взвешенных в воздухе
микроорганизмов, которые росли и размножались в бульоне.
1 2
Опыт Л. Пастера в колбах с S-образными горлами: 1 - колба с
подсахаренной дрожжевой водой; после стерилизации и охлаждения остается
стерильной в течение длительного времени; 2 - та же колба через 48 ч
после удаления изогнутого горла; наблюдается рост микроорганизмов.
В 50-х годах XIX в. немецкий врач Рудольф Вирхов, которого считают
основоположником современной патологической анатомии, науки об изменении тканей в
результате болезни, продолжил исследования. Он изучал пораженные болезнью
ткани и доказал применимость клеточной теории к тканям как здорового, так и
больного организма. Клетки тканей, пораженных болезнью, происходят от
нормальных клеток здоровых тканей. При этом не наблюдается какого-либо нарушения
преемственности, скажем возникновения ненормальных клеток из неизвестного
начала. В 1855 г. Вирхов сформулировал основное положение своей клеточной
теории : «Всякая клетка происходит из клетки путем деления».
Таким образом, Вирхов и Пастер совершенно ясно показали, что каждая клетка,
будь то самостоятельный организм или часть многоклеточного, произошла от ра-
нее существовавшей клетки. Никогда еще живое не казалось столь четко и
необратимо отграниченным от неживого. Никогда еще позиции витализма не казались
столь прочными.
Ферменты
Если в живом организме происходят химические превращения, которые не могут
осуществляться в неживой природе, они должны совершаться с помощью каких-то
материальных средств (в XIX в. уже трудно было ссылаться на
сверхъестественное) . Природа этих материальных средств постепенно прояснялась.
Еще в XVIII в. химики обнаружили, что реакцию иногда можно ускорить
введением веществ, которые, по всей видимости, не принимают в ней участия. В
начале XIX в. эти наблюдения привлекают особое внимание. В 1811 г. русский химик
Константин Сигизмундович Кирхгоф (1764—1833) показал, что крахмал,
прокипяченный с раствором кислоты, расщепляется до простого сахара — глюкозы, чего
не происходит в отсутствие кислоты. Кислота, казалось, не принимала участия в
реакции, так как не расходовалась в процессе расщепления.
В 1817 г. английский химик Гемфри Дэви (1778— 1829) открыл способность
паров спирта и эфира окисляться на платине при комнатной температуре. Платина,
конечно, не участвовала в реакции.
Эти и другие примеры привлекли внимание Берцелиуса, и он назвал (1835)
явление ускорения реакции в присутствии веществ, остающихся в конце реакции
неизменными, катализом (от греческого katalysis — растворение, распад), что,
вероятно, относилось к процессу расщепления крахмала, катализируемого
кислотой .
Спирт обычно горит в кислороде, только будучи нагретым до высокой
температуры, при которой воспламеняются его пары. В присутствии платинового
катализатора эта реакция протекает без предварительного нагревания. Казалось
вероятным, что химические процессы в живых тканях могут протекать при очень
мягких условиях, потому что в тканях присутствуют различные катализаторы,
которых не существует в неживой природе.
Действительно, в 1833 г. , незадолго до работ Берцелиуса, французский химик
Ансельм Пэйян (1795—1871) экстрагировал из проросшего ячменя вещество,
которое расщепляло крахмал до сахара даже быстрее, чем кислота. Он назвал это
вещество диастазой. Диастаза и другие подобные вещества были названы
ферментами, поскольку превращение крахмала в сахар является одним из первичных этапов
ферментации зерна.
Вскоре были выделены ферменты и из животных организмов. В числе первых был
фермент желудочного сока. Еще Реомюр установил, что переваривание пищи —
химический процесс. А в 1824 г. английский врач Уильям Праут (1785—1850)
выделил из желудочного сока соляную кислоту. Соляная кислота — чисто
неорганическое вещество, поэтому ее выделение было неожиданным для химиков. В 1836 г.
Шванн, один из основателей клеточной теории, получил экстракт желудочного
сока, не содержащий соляной кислоты и значительно интенсивнее, чем кислота,
разлагающий мясо. Это вещество, которое Шванн назвал пепсином (от греческого
pepsis — пищеварение), было истинным ферментом.
Список открываемых ферментов расширялся. Уже во второй половине XIX в.
стало совершенно ясно, что ферменты являются катализаторами, только если речь
идет о живых тканях; благодаря им организм осуществляет то, что недоступно
экспериментатору. Итак, белки продолжали оставаться щитом для виталистов, так
как много данных свидетельствовало о белковой природе ферментов (хотя до XX
в. это и не было точно доказано) . Однако в позиции виталистов обнаружилось
слабое место: ферменты действовали как внутри клетки, так и вне нее.
Ферменты, выделенные из желудочного сока, производили расщепление пищи в пробирке.
Казалось, если бы удалось создать образцы всех ферментов, можно было бы
воспроизвести в пробирке любую реакцию, протекающую в живом организме, без
вмешательства живого, поскольку ферменты сами по себе (по крайней мере,
изученные) не являются живыми. Более того, они подчиняются тем же законам, что и
неорганические катализаторы, такие, как кислоты или платина.
Виталисты вынуждены были признать, что ферменты желудочного сока продолжают
свою деятельность вне клетки: ведь желудочный сок можно налить в пробирку.
Однако, говорили они, есть и такие ферменты, которые проявляют активность,
только находясь в клетке. Эти ферменты лежат вне компетенции химиков.
Виталисты разделили ферменты на два класса: «неорганизованные», например пепсин,
которые могли быть выделены из живой клетки и осуществляли свое
каталитическое действие вне клеток, и «организованные», действие которых, как
предполагалось , неотделимо от жизнедеятельности живых клеток.
Первую группу ферментов немецкий физиолог Вильгельм Кюне (1837—1900) в 1878
г. предложил называть энзимами (от греческих en — в, zyme — дрожжи). Для
вторых было сохранено название ферменты.
В 1897 г. работы немецкого химика Эдуарда Бухнера (1860—1917) неожиданно
подорвали виталистическую позицию. Отфильтровав перетертую до полного
разрушения массу дрожжей, Бухнер получил свободный от живых клеток дрожжевой сок
и, чтобы он не загрязнялся микробами, добавил в него концентрированный
раствор сахара. Бухнер ожидал, что этот сок не будет обладать ферментативной
способностью. Каково же было его удивление, когда он обнаружил, что сахар
подвергается медленному брожению. Он ставил опыт за опытом, убивая дрожжевые
клетки спиртом, — результат был один: мертвые клетки сбраживали сахар так же
хорошо, как и живые.
Живые дрожжи Saccharomyces cerevisiae под обычным микроскопом.
К концу XIX в. стало совершенно ясно, что все ферменты, как
«организованные» , так и «неорганизованные», представляют собой мертвые вещества.
Выделенные из клеток, они с успехом действуют в пробирке. Название энзимы
отнесли ко всем ферментам, признав, что в клетках нет особых химических
веществ , которые могут проявлять свою активность только в присутствии какой-то
«жизненной силы».
Категорическое заявление Пастера, что брожение не может осуществляться без
живых организмов, оказалось применимым лишь к процессам, происходящим в
природе. Человек сумел так искусно обработать дрожжевые клетки, что, убив и
разрушив их, оставил нетронутыми содержащиеся в них ферменты, — теперь брожение
стало возможным и вне живого организма. Витализм потерпел наиболее серьезное
поражение, чем когда-либо, однако окончательный его разгром был впереди.
Предстояло еще многое узнать о белковой молекуле, — а не обнаружится ли где-
нибудь проявление «жизненной силы»? В частности, пока не было снято еще одно
заявление Пастера (и Вирхова) — о возникновении клеток от клеток, — человек
еще не мог сказать, что он постиг суть жизни.
И все-таки виталисты теряли под собой почву. Некоторые биологи продолжали
туманно говорить о каких-то проявлениях «жизненной силы» (и говорят об этом
по сей день), но никто уже не принимает этого всерьез. Общепризнанно, что
жизнь подчинена законам, управляющим неживым миром, что в биологии не
существует проблемы, которую нельзя было бы разрешить в лабораторных условиях, и
нет такого жизненного процесса, который нельзя было бы воспроизвести вне
живого организма.
Материалистическая точка зрения стала господствующей.
ГЛАВА IX.
БОРЬБА С БОЛЕЗНЯМИ
Вакцинация
Вспоминая горячие дебаты по вопросам эволюции и витализма, мы не должны
забывать , что интерес людей к теоретической биологии возник в результате
усиленных занятий медициной, настойчивого изучения функциональных нарушений в
организме. Как бы быстро ни развивалась биологическая наука в теоретическом
отношении, как бы далеко она ни отошла от повседневных нужд практики, все
равно рано или поздно она должна была вернуться к запросам медицины.
Изучение теории отнюдь не является чем-то отвлеченным и неоправданным, так
как внедрение достижений теоретической науки позволяет практике быстро
двигаться вперед. И хотя прикладная наука может развиваться чисто эмпирически,
без теории это развитие идет гораздо медленнее и неувереннее.
В качестве примера вспомним историю изучения инфекционных заболеваний.
Вплоть до начала XIX в. врачи, по сути дела, были совершенно беспомощны во
время эпидемий чумы или других инфекционных болезней, время от времени
вспыхивавших на нашей планете. К заболеваниям, от которых страдало человечество,
относится и оспа. Трагично было то, что она распространялась, как настоящее
стихийное бедствие, каждый третий из заболевших погибал, а выжившие на всю
жизнь оставались обезображенными: покрытые рябинами лица отталкивали даже
близких.
Однако было замечено, что перенесенное заболевание обеспечивало иммунитет
при следующей вспышке. Поэтому многие считали более целесообразным не
избегать заболевания, а перенести его, но в очень слабой форме, которая не была
бы опасна для жизни и не обезображивала больного. В этом случае человек был
бы гарантирован от повторных заболеваний. В таких странах, как Турция и
Китай, уже давно пытались заражать людей содержимым пустул от больных легкой
формой оспы. Риск был велик, так как порой болезнь протекала в очень тяжелой
форме. В начале XVIII в. подобные прививки проводились и в Англии, но трудно
сказать, приносили ли они больше пользы или вреда. Занимаясь практической
врачебной деятельностью, англичанин Эдуард Дженнер (1749—1823) изучал извест-
ные в народной медицине предохранительные свойства коровьей оспы: люди,
переболевшие ею, становятся иммунными как к коровьей, так и к человеческой оспе.
После долгих и тщательных наблюдений 14 мая 1796 г. Дженнер впервые провел
прививку коровьей оспы восьмилетнему мальчику, использовав материал, взятый
от женщины, болевшей коровьей оспой. Прививка сопровождалась недомоганием. А
два месяца спустя мальчик был инфицирован гноем из пустулы больного
натуральной оспой — и остался здоровым. В 1798 г., после многократного повторения
этого опыта, Дженнер опубликовал результаты своей работы. Он предложил
назвать новый метод вакцинацией (от латинского vaccinia — коровья оспа).
Страх перед оспой был так велик, что метод Дженнера приняли с восторгом, а
сопротивление наиболее консервативных было быстро сломлено. Вакцинация
распространилась по всей Европе, и болезнь отступила. В странах с высокоразвитой
медициной врачи уже не чувствовали себя беспомощными в борьбе с оспой. В
истории человечества это был первый случай быстрой и радикальной победы над
опасной болезнью.
Но дальнейшие успехи могла принести только разработка теории. В то время
никто не знал возбудителей инфекционных болезней, на использование в целях
вакцинации легких форм рассчитывать не приходилось. Перед биологами встала
задача научиться «изготавливать» свои собственные «варианты» легких форм
болезни, но для этого требовалось знать гораздо больше, чем было известно во
времена Дженнера.
Микробная
теория
болезней
Столь необходимая теория была разработана Пастером, который заинтересовался
микроорганизмами в связи с работой над проблемой брожения. В 1865 г.
шелководству Франции был нанесен огромный ущерб в результате массовой гибели
шелковичных червей от какой-то болезни. За помощью обратились к Пастеру. И он
обнаружил мельчайших паразитов, повреждающих шелковичных червей и
загрязняющих листья тутового дерева, которыми питаются гусеницы. Заключение Пастера
было суровым, но единственно верным: всех пораженных червей и зараженный корм
уничтожить, выкормку начать заново, взяв здоровых червей и незараженный корм.
Только неуклонное выполнение требований Пастера спасло шелководство Франции.
Пастеру было ясно: справедливое для одной инфекционной болезни справедливо
и для другой. Болезнь вызывается микроорганизмами. Она может передаваться с
кашлем, при чихании, поцелуях, через отбросы, зараженную пищу и воду. В
каждом случае микроорганизм — возбудитель заболевания передается от больного
человека здоровому. Сами врачи вследствие неизбежного контакта с больными могут
быть первичными переносчиками инфекции.
Окончательный вывод сделал венгерский врач Игнац Филипп Земмельвейс (1818—
1865). Еще не зная теории Пастера, он обратил внимание на то, что смертность
от родильной горячки была очень высокой в больницах Вены и незначительной
среди женщин, рожавших в домашних условиях, с помощью зачастую несведущих
акушерок. У Земмельвейса возникла мысль, что заболевание переносят врачи и
студенты, которые приходили в акушерскую клинику после работы в секционной
(помещении для вскрытия трупов). Он решительно потребовал, чтобы врачи перед
приемом родов тщательно мыли руки. Смертность сразу упала. Однако обиженные
врачи добились его ухода из больницы, и смертность снова поднялась.
Земмельвейс умер слишком рано, чтобы дождаться признания.
По мере распространения микробной теории болезней положение мало-помалу
менялось. Теперь все поняли, почему необходимо мыть руки; наиболее
консервативные врачи еще протестовали против «новой моды», но постепенно сдались и они.
Во время франко-прусской войны Пастеру удалось убедить хирургов кипятить
перед операцией инструменты и обрабатывать паром перевязочный материал.
Одновременно в Англии хирург Джозеф Листер (1827—1912) реформирует
хирургию, в частности вводит в практику анестезию. Больной, вдыхая смесь эфира и
воздуха, погружался в сон и переставал чувствовать боль. Врачи получили,
наконец, возможность проводить операции и удалять зубы, не причиняя мучений
своим пациентам. Хотя изобретение анестезии подготовлено работами многих
врачей, наибольшей считают заслугу американского зубного врача Уильяма Томаса
Грина Мортона (1819—1868) , который в октябре 1846 г. удалил опухоль на лице
под эфирным наркозом. Успешное применение анестезии привело к тому, что этот
метод быстро вошел в хирургическую практику. Огорчало одно: даже при
безболезненном и удачном исходе операции больной нередко умирал от
послеоперационной инфекции. Когда Листер узнал о теории Пастера, у него возникла мысль,
что, если бы рана или хирургический разрез были стерильными, инфекция не
развивалась бы. Он попробовал применить для этой цели карболовую кислоту (фенол)
и вскоре убедился, что ее действие весьма эффективно. Так Листер основал
антисептическую хирургию.
В дальнейшем для этой цели были найдены менее раздражающие и более
действенные химические вещества. Хирурги стали работать в масках и стерильных
резиновых перчатках. Хирургия стала, наконец, безопасной для человечества. Даже
если бы теория Пастера дала одно это нововведение, ее и тогда можно было бы
считать самым замечательным открытием в истории медицины.
Бактериология
Нельзя надеяться, что когда-нибудь удастся полностью изолировать людей от
болезнетворных микробов. Рано или поздно человек подвергается риску
заражения. Как же лечить больного? Безусловно, у организма есть какие-то свои
средства борьбы с микробами: ведь, как известно, иногда больной выздоравливает и
без оказания ему помощи. Выдающемуся русскому биологу Илье Ильичу Мечникову
(1845—1916) удалось показать на примере такую «антибактериальную борьбу»
организма . Он показал, что лейкоциты выполняют функцию защиты от патогенных
агентов, проникших в организм животных и человека: выходят из кровеносных
сосудов и устремляются к месту внедрения инфекции, где развертывается настоящая
битва белых кровяных телец с бактериями. Клетки, осуществляющие защитную роль
в организме, Мечников назвал фагоцитами.
Микропрепарат гноя. Видны бактерии, внутри фагоцитов
Кроме того, выздоровление от многих болезней сопровождается выработкой
иммунитета (невосприимчивости), хотя никаких видимых изменений и не
обнаруживается. Это можно было бы довольно логично объяснить тем, что в организме
переболевшего образуются антитела, обладающие способностью убивать либо
нейтрализовать внедрившиеся микробы. Такое представление объясняет и действие
вакцинации; в организме вакцинируемого образуются антитела, активные в отношении,
как микроба коровьей оспы, так и очень похожего на него микроба натуральной
оспы. Теперь победа обеспечена, но уже не над самой болезнью, а над
вызывающим ее микробом.
Пастер наметил пути борьбы с сибирской язвой, смертельной болезнью, которая
уничтожала стада домашних животных. Он нашел возбудителя заболевания и
доказал его принадлежность к особому виду бактерий. Пастер нагревал препарат из
бактерий, чтобы уничтожить их способность вызывать болезнь (патогенность).
Введение в организм животного ослабленных (аттенуированных) бактерий
приводило к образованию антител, способных противостоять исходным патогенным
бактериям.
В 1881 г. Пастер поставил чрезвычайно показательный опыт. Для эксперимента
было взято стадо овец, одной части которых ввели ослабленных бактерий
сибирской язвы, а другая осталась непривитой. Через некоторое время всех овец
заразили патогенными штаммами. У привитых овец не было обнаружено каких-либо
признаков заболевания; непривитые овцы заболели сибирской язвой и погибли.
Сходные методы применял Пастер для борьбы с куриной холерой и, что особенно
показательно, с одной из самых ужасных болезней — бешенством (или
водобоязнью) , передающимся человеку от зараженных диких или домашних животных.
Успех микробной теории Пастера возродил интерес к бактериям. Немецкий
ботаник Фердинанд Юлиус Кон (1828—1898) изучал под микроскопом растительные
клетки. Он показал, например, что протоплазмы растительной и животной клеток, в
сущности, идентичны. В 60-х годах XIX столетия он обратился к изучению
бактерий. Крупнейшей заслугой Кона было установление растительной природы
бактерий. Он впервые четко отделил бактерии от простейших и попытался
систематизировать бактерии по родам и видам. Это позволяет считать Кона основоположником
современной бактериологии.
Примерный вид бактерии Echerihia coli (симбионта нашего
кишечного тракта). Клетка покрыта пилями которые служат для всасывания
растворенных веществ. Длинные жгутики на конце бактерии служат
для передвижения (их вращает молекулярный мотор).
Кон первым заметил дарование молодого немецкого врача Роберта Коха (1843—
1910) . В 1876 г. Кох выделил бактерию, вызывающую сибирскую язву, и научился
ее выращивать. Поддержка Кона, ознакомившегося с работой Коха, сыграла важную
роль в жизни великого микробиолога. Кох культивировал бактерии на твердой
среде — желатине (который позднее был заменен агаром, добываемым из морских
водорослей), а не в жидкости, наливаемой в пробирки. Это техническое
усовершенствование дало массу преимуществ. В жидкой среде бактерии различных видов
легко смешиваются, и трудно установить, какая именно вызывает ту или иную
болезнь. Если культуру нанести в виде мазка на твердую среду, отдельные
бактерии , многократно делясь, образуют колонии новых клеток, строго фиксированные
в своем положении. Даже если исходная культура состоит из смеси различных
видов бактерий, каждая колония является чистой культурой клеток, что позволяет
совершенно точно определить вид болезнетворных микробов. Сначала Кох наливал
среду на плоский кусок стекла, но его ассистент Юлиус Рихард Петри (1852—
1921) заменил стекло двумя плоскими мелкими стеклянными чашками, одна из
которых служила крышкой. Чашки Петри и сейчас широко применяются в
бактериологии. Используя разработанный метод выделения чистых микробных
культур, Кох и его сотрудники выделили возбудителей многих болезней, в том
числе туберкулеза (1882).
Чашка Петри. В нижнюю половинку наливается агаризированная
питательная среда и накрывается верхней половинкой.
Насекомые
Возбудителями инфекционных заболеваний являются не только бактерии. Недаром
Пастер назвал свою теорию микробной: он имел в виду микробы вообще, а не
только бактерии. Например, в 1880 г. французский врач Шарль Луи Альфонс Лаве-
ран (1845—1922) открыл возбудителя малярии — заболевания, от которого в
тропиках и субтропиках гибло больше людей, чем от какого-либо другого. Это
открытие было особенно интересно тем, что возбудителем оказалась не бактерия, а
простейшее, одноклеточное животное. В 60-х годах XIX в. немецкий зоолог Карл
Фридрих Рудольф Лейкарт (1822—1898), изучая беспозвоночных, обратил внимание
на тех из них, которые вели паразитический образ жизни. Работы Лейкарта
заложили основы науки о паразитах — паразитологии. Лейкарт доказал, что все типы
беспозвоночных имеют паразитов. Некоторые из них живут в организме человека,
а такие, как гельминты (сосальщики, круглые и ленточные черви) — животные
далеко не микроскопических размеров, — вызывают серьезные заболевания. Затем
было установлено, что даже те многоклеточные животные, которые не являются
непосредственными возбудителями болезней, могут оказаться переносчиками
инфекции. Малярия была первым заболеванием, переносчик которого был найден.
Легко можно было показать, что малярия не распространяется при
непосредственном контакте с больными. В 1897 г. английский врач Рональд Росс (1857—1932),
изучавший комаров как предполагаемых переносчиков малярии, обнаружил
малярийного паразита в комарах рода Anopheles.
Это открытие принесло огромную пользу, так как прояснило наиболее слабо
изученное звено в цепи передачи инфекции. Оказалось, что, прежде чем попасть
в организм человека, паразит должен пройти определенные стадии развития в
комаре. Отсюда вывод: для борьбы с малярией необходимо избавиться от комаров.
Почему бы не спать под пологом, не пропускающим комаров? Почему бы не осушать
болота? И именно там, где эти меры были широко проведены, случаи заболевания
малярией стали реже.
Другой смертельной болезнью, которая на протяжении XVIII и XIX вв.
периодически косила население восточного побережья Соединенных Штатов, была желтая
лихорадка. Американский военный хирург Уолтер Рид (1851—1902) установил, что
желтая лихорадка не передается при прямом контакте с больным, и на основе
работы Росса предположил, что и в этом случае переносчиком является комар, но
уже рода Aedes1. Врачи, работавшие с Ридом, дали искусать себя комарам,
которые насосались крови больных лихорадкой. Некоторые из них заболели, а один,
молодой врач Джесс Уильям Лазир (1866—1900), умер от желтой лихорадки,
пожертвовав собой ради блага человечества. Картина передачи заболевания была,
1 До Рида выдающийся кубинский врач Карлос Финлей (1833—1915) на основании
экспериментальных исследований пришел к выводу о вирусной природе желтой лихорадки. Он
доказал, что это заболевание не передается при прямом контакте с больным, и установил,
что переносчиком вируса желтой лихорадки является комар Aedes aegypti. О результатах
своих исследований Финлей сообщил в 1881 г. на Международной гигиенической
конференции в Вашингтоне и в Академии наук Гаваны, а в 1894 г. — на Международном конгрессе
по гигиене и демографии в Будапеште. Там же он предложил эффективную систему
профилактических мероприятий. Комиссия во главе с Ридом, прибывшая в Гавану в 1900 г. ,
после безрезультатных экспериментов обратилась к Финлею и, в конце концов, признала
правильность его выводов, подтвердив их собственными экспериментами. — Прим. ред.
Малярийный паразит Plasmodium falciparum (в центре)
среди клеток крови.
таким образом, выявлена. Другой военный хирург, Уильям Кроуфорд Горгас (1854—
1920), провел ряд мероприятий по борьбе с комарами для уничтожения желтой
лихорадки в Гаване. Затем его перевели в Панаму, где Соединенные Штаты пытались
осуществить то, что не удалось Франции, — построить канал. Высокая смертность
строителей канала от желтой лихорадки была, пожалуй, страшнее технических
трудностей. Горгас повел борьбу с комарами и пресек распространение
заболевания .
Оказалось, что комары были не единственными претендентами на роль главного
Злодея. В 1902 г. французского врача Шарля Жана Анри Николя (1866—1936)
назначили директором Пастеровского института в Тунисе. Там он изучал опасное и
высокоинфекционное заболевание — сыпной тиф. Николь обратил внимание на то,
что болезнь, чрезвычайно заразная за пределами больницы, в больничных палатах
быстро теряла свою инфекционность. Перед поступлением больные обязаны были
снимать одежду и мыться в бане с мылом. Николь предположил, что источник
инфекции гнездится где-то в одежде и удаляется с тела при мытье. Поставив ряд
опытов на животных, ученый доказал, что заболевание передается только через
укусы платяных вшей2.
В 1906 г. американский патолог Говард Тэйлор Риккетс (1871—1910) установил,
что пятнистая лихорадка Скалистых гор передается через укус клещей крупного
рогатого скота.
Факторы
питания
На протяжении последней трети прошлого века микробная теория владела умами
большинства врачей, но находились и такие, которые придерживались иного
мнения. Немецкий патолог Вирхов — самый знаменитый противник пастеровской теории
— считал, что болезни вызываются скорее расстройством в самом организме, чем
внешними агентами. Заслугой Вирхова было то, что за несколько десятков лет
работы в берлинском муниципалитете и национальных законодательных органах он
добился таких серьезных улучшений в области гигиены, как очистка питьевой
воды и создание эффективной системы обеззараживания сточных вод. В этой области
очень много сделал и другой ученый — Петтенкофер. Он и Вирхов могут считаться
основателями современной социальной гигиены (изучение профилактики
заболеваний в человеческом обществе).
Подобные мероприятия, препятствующие распространению эпидемий, безусловно,
были не менее важны, чем непосредственное воздействие на самих микробов.
Естественно, что забота о чистоте, которую проповедовал еще Гиппократ,
сохранила свое значение и тогда, когда всем стала понятна роль микробов.
Остались в силе и советы Гиппократа относительно необходимости полноценного и
разнообразного питания, причем выяснилось их значение не только для
поддержания здоровья вообще, но и как специфического метода профилактики некоторых
заболеваний. Мысль о том, что неполноценное питание может быть причиной забо-
Наличие возбудителя сыпного тифа в крови больного было впервые доказано в 1876 г.
русским исследователем Осипом Осиповичем Мочутковским в героическом опыте
самозаражения кровью от сыпнотифозного больного. В 1878 г. русский ученый Григорий
Николаевич Минх впервые высказал предположение о переносе возвратного и сыпного тифа с
человека на человека при помощи кровососущих насекомых. Французские исследователи Нет-
тер и Туано, анализируя вспышку сыпного тифа 1892—1893 гг. во Франции, высказали
предположение о его распространении вшами. В 1908 г. русский ученый Николай
Федорович Гамалея на основании эпидемиологических данных утверждал, что сыпной тиф заразен
лишь при наличии вшей. Наконец, в 1909 г. Николь в опытах на обезьянах доказал, что
платяная вошь является переносчиком сыпнотифозной инфекции, — Прим. ред.
левания, считалась «старомодной» — ученые были увлечены микробами, — но ее
подтверждали достаточно веские доказательства.
В эпоху великих географических открытий люди проводили долгие месяцы на
борту кораблей, питаясь только теми продуктами, которые могли хорошо
сохраняться , так как использование искусственного холода было еще не известно.
Страшным бичом моряков была цинга. Шотландский врач Джеймс Линд (1716—1794)
обратил внимание на то, что заболевания встречаются не только на борту
кораблей , но и в осажденных городах и тюрьмах — повсюду, где питание однообразно.
Может быть, болезнь вызывает отсутствие какого-либо продукта в пище? Линд
попробовал разнообразить пищевой рацион моряков, больных цингой, и вскоре
выявил целительное действие цитрусовых. Великий английский мореплаватель Джемс
Кук (1728—1779) ввел цитрусовые в рацион экипажа своих тихоокеанских
экспедиций в 70-х годах XVIII в. В результате от цинги умер только один человек.
В 1795 г. , во время войны с Францией, морякам британского флота начали
давать лимонный сок, и не было отмечено ни одного случая заболевания цингой.
Однако такие чисто эмпирические достижения при отсутствии необходимых
теоретических обоснований внедрялись очень медленно. В XIX в. главные открытия в
области питания относились к выявлению роли белка. Было установлено, что одни
белки, «полноценные», присутствуя в пищевом рационе, могут поддерживать
жизнь, другие, «неполноценные», вроде желатина, не в состоянии делать этого.
Объяснение пришло, лишь когда лучше узнали природу молекулы белка. В 1820 г.,
обработав кислотой сложную молекулу желатина, выделили из нее простую
молекулу, которую назвали глицином. Глицин принадлежит к классу аминокислот.
Вначале предположили, что он и служит строительным блоком для белков, подобно
тому, как простой сахар, глюкоза, — кирпичиком, из которого строится крахмал.
Однако к концу XIX в. выяснилась несостоятельность этой теории. Из самых
различных белков были получены другие простые молекулы — все они, различаясь
только деталями, принадлежали к классу аминокислот. Молекула белка оказалась
построенной не из одной, а из целого ряда аминокислот. К 1900 г. были
известны десятки различных аминокислотных «строительных блоков». Теперь уже не
казалось невероятным, что белки различаются соотношением содержащихся в них
аминокислот. Первым ученым, показавшим, что тот или иной белок может не иметь
одной или нескольких аминокислот, играющих существенную роль в
жизнедеятельности организма, был английский биохимик Фредерик Гауленд Гопкинс (1861—947).
В 1903 г. он открыл новую аминокислоту — триптофан — и разработал методы ее
выявления. Зеин — белок, выделенный из кукурузы, — давал отрицательную
реакцию и, следовательно, не содержал триптофана. Он оказался неполноценным
белком, так как, будучи единственным белком в рационе, не обеспечивал
жизнедеятельности организма. Но уже небольшая добавка триптофана позволяла продлить
жизнь подопытных животных.
Последующие опыты, поставленные в первом десятилетии XX в., ясно показали,
что некоторые аминокислоты синтезируются в организме млекопитающих из
веществ , обычно находящихся в тканях. Однако часть аминокислот обязательно
должна поступать с пищей. Отсутствие одной или нескольких таких «незаменимых»
аминокислот и делает белок неполноценным, приводя к заболеванию, а иногда и
смерти. Так было введено понятие о добавочных питательных факторах —
соединениях, которые не могут синтезироваться в организме животных и человека и для
обеспечения нормальной жизнедеятельности обязательно должны входить в пищу.
Строго говоря, аминокислоты не являются серьезной медицинской проблемой для
специалистов диетологов. Нехватка аминокислот обычно возникает только при
искусственном и однообразном питании. Естественная пища, даже если она не очень
богата, доставляет организму достаточное разнообразие аминокислот.
Раз такая болезнь, как цинга, излечивается лимонным соком, разумно
предположить, что лимонный сок снабжает организм каким-то недостающим пищевым фак-
тором. Маловероятно, что им является аминокислота. И действительно, все
известные биологам XIX в. составные части лимонного сока, взятые вместе или в
отдельности, не могли вылечить цинги. Этим пищевым фактором должно было быть
вещество, необходимое лишь в очень малых количествах и химически отличное от
обычных компонентов пищи.
Обнаружить загадочное вещество оказалось не так уж трудно. После разработки
учения о существенно важных для жизни аминокислотах были выявлены более
тонкие пищевые факторы, нужные организму лишь в ничтожных количествах, но
произошло это не в процессе изучения цинги.
Витамины
В 1886 г. голландского врача Кристиана Эйкмана (1858—1930) послали на Яву
для борьбы с болезнью бери-бери. Были основания думать, что эта болезнь
возникает в результате неправильного питания. Японские моряки сильно страдали от
бери-бери и перестали болеть, лишь когда в 80-х годах XIX столетия в их
пищевой рацион, состоявший почти исключительно из риса и рыбы, ввели молоко и
мясо . Эйкман, однако, будучи в плену микробной теории Пастера, был убежден, что
бери-бери — бактериальная болезнь. Он привез с собой кур, надеясь заразить их
микробами. Но все его попытки успеха не имели. Правда, в 1896 г. куры
неожиданно заболели болезнью, похожей на бери-бери. Выясняя обстоятельства
заболевания, ученый обнаружил, что именно перед вспышкой болезни кур кормили
шлифованным рисом с больничного склада продуктов. Когда их перевели на прежний
корм, наступило выздоровление. Постепенно Эйкман убедился, что эту болезнь
можно вызывать и излечивать простым изменением рациона.
Вначале ученый не оценил истинного значения полученных данных. Он
предположил, что в зернах риса содержится какой-то токсин, который нейтрализуется
чем-то содержащимся в оболочке зерна, а так как при обдирке риса оболочку
удаляют, то в шлифованном рисе остаются ненейтрализованные токсины. Но зачем
создавать гипотезу о наличии двух неизвестных веществ, токсина и антитоксина,
когда гораздо проще предположить, что существует какой-то пищевой фактор,
нужный в ничтожных количествах? Такого мнения придерживались Гопкинс и
американский биохимик Казимир Функ (1884-1967) . Они высказали мысль, что не только
бери-бери, но и такие заболевания, как цинга, пеллагра и рахит, объясняются
отсутствием в пище ничтожнейших количеств определенных веществ3.
Еще находясь под впечатлением, что эти вещества принадлежат к классу
аминов, Функ предложил в 1912 г. называть их витаминами (амины жизни). Название
привилось и сохранилось поныне, хотя с тех пор и выяснилось, что они никакого
отношения к аминам не имеют.
Витаминная гипотеза Гопкинса—Функа была полностью сформулирована, и первая
треть XX в. показала, что различные заболевания могут излечиваться
назначением разумного рациона и режима питания. Например, американский врач Джозеф
Гольдбергер (1874—1929) обнаружил (1915), что болезнь пеллагра,
распространенная в южных штатах США, отнюдь не микробного происхождения. В самом деле,
она вызывалась отсутствием какого-то витамина и исчезала, как только к
рациону больных добавляли молоко. Вначале о витаминах было известно лишь то, что
они способны предупреждать и лечить определенные заболевания. В 1913 г.
американский биохимик Элмер Верной Макколлум (1879-19??) предложил называть
витамины буквами алфавита; так появились витамины А, В, С и D, а потом к ним
В 1880 г. русский ученый Николай Иванович Лунин (1853—1937) впервые в истории
науки экспериментально доказал, что в молоке, помимо казеина, жира, молочного сахара и
солей, содержатся и другие вещества, необходимые для поддержания жизни (впоследствии
названные витаминами). — Прим. ред.
добавили и витамины Е и К. Выяснилось, что пища, содержащая витамин В, в
действительности содержит более одного фактора, способного воздействовать более
чем на один симптомо-комплекс. Биологи заговорили о витаминах Bi, В2 и т.д.
Оказалось, что именно отсутствие витамина Bi вызывало бери-бери, а
отсутствие витамина В2 — пеллагру. Отсутствие витамина С приводило к цинге (наличием
небольших количеств витамина С в соке цитрусовых и объясняется их целительное
действие, позволившее Линду вылечить цингу), отсутствие витамина D — к
рахиту. Нехватка витамина А влияла на зрение и вызывала куриную слепоту.
Недостаток витамина В12 вызывал злокачественное малокровие. Таковы основные болезни,
обусловливаемые витаминной недостаточностью. По мере накопления знаний о
витаминах все эти болезни перестали быть серьезной медицинской проблемой. Уже с
30-х годов XX столетия стали выделять витамины в чистом виде и осуществлять
их синтез.
ГЛАВА X.
НЕРВНАЯ СИСТЕМА
Гипноз
Другой группой заболеваний, которые, несомненно, нельзя было объяснить с
помощью микробной теории Пастера, были психические заболевания. Они с
незапамятных времен внушали человечеству благоговейный ужас. Последователи
Гиппократа относились к этим заболеваниям вполне разумно, но большинство врачей
были во власти суеверий. По всей вероятности, именно верой в то, что
умалишенные находятся под влиянием злых сил, можно объяснить ту ужасную жестокость
по отношению к психически больным, которая существовала до XIX в.
Реформировал дело психиатрической помощи французский врач Филипп Пинель
(1745—1826). Он считал безумие заболеванием психики, а не проявлением злых
сил, и открыто отстаивал свои взгляды. В 1793 г., в самый разгар Великой
французской буржуазной революции, вызвавшей огромные перемены в общественной
атмосфере, началась реформа парижских больниц, и Пинеля назначили главным
врачом психиатрической больницы Bicetre под Парижем. В то время положение
психически больных в государственных больницах было крайне тяжелым: с ними
обращались, как с дикими животными, заковывали в цепи, избивали, морили
голодом. Первое, что сделал Пинель, — это снял оковы с несчастных и стал
относиться к ним как к обыкновенным больным, нуждающимся в лечении и хорошем
обращении . Однако новые идеи распространялись очень медленно.
Нарушение психики, даже не такое тяжелое, чтобы быть причиной
госпитализации, нередко приводит к отчетливо выраженным соматическим проявлениям (так
называемые психосоматические заболевания). Подобные проявления удается
ослабить, если больной верит в лечение. Этим и объясняется, почему заклинания
священника или колдуна иногда приносили определенную пользу.
«Изгнание духов» всегда было предметом забот теологии. В биологии этим
занимался австрийский врач Франц Антон Месмер (1734—1815). Вначале Месмер
применял в своей лечебной практике магниты. Но в дальнейшем он обнаружил, что
лечение идет быстрее, если больной погружен в состояние транса и его внимание
фиксировано на монотонных однообразных воздействиях. Он стал делать перед
больным медленные, ритмические движения рукой — пассы, — используя, по его
выражению, «животный магнетизм». Не приходится сомневаться в известном успехе
такого метода (который даже сейчас называют месмеризмом). Благодаря ему
психика разгружается от массы внешних раздражений и больной, сосредоточив все
внимание на враче; становится более восприимчивым к внушениям. Первое время
Месмера сопровождал огромный успех, особенно в Париже. Однако граничившая с
шарлатанством мистика, которой он окружал свои методы, а также неудачные
попытки лечить и не психосоматические заболевания постепенно привели к
разочарованию, а потом и прямому недовольству не только больных, но и конкурирующих
врачей, пользовавшихся общепринятыми методами лечения. Специально созданная
комиссия вынесла отрицательное заключение, и Месмер вынужден был покинуть
Париж и уехать в Швейцарию, где его ждала безвестность.
Однако то ценное, что было в методе Месмера, продолжало жить. Через полвека
английский хирург Джеймс Брэд (1795—1860) начал систематическое изучение
месмеризма, который он назвал гипнозом (от греческого hypnos — сон). После
опубликования Брэдом в 1842 г. научного обоснования гипноза этот метод вошел в
медицинскую практику. Родилась новая область медицины — психиатрия, задачей
которой стало лечение психических заболеваний.
Психиатрия получила дальнейшее развитие в трудах австрийского врача
Зигмунда Фрейда (1856—1939). В студенческие годы и на протяжении последующих
нескольких лет Фрейд занимался изучением нервной системы человека. Он первым
обратил внимание на способность кокаина парализовать нервные окончания.
Молодой врач Карл Коллер (1857—1944), работавший в той же больнице, что и Фрейд,
использовал данные Фрейда и в 1884 г. успешно применил кокаин как
анестезирующее средство при глазных операциях. Можно считать, что это было первое
применение местной анестезии, при которой обезболивается определенный участок
тела и исключается необходимость в общем наркозе для местной операции.
В 1885 г. , находясь в Париже, Фрейд заинтересовался гипнозом как методом
лечения психосоматических заболеваний. Вернувшись в Вену, он решил
усовершенствовать этот метод. Фрейд считал, что психическая деятельность проходит на
уровне, как сознания, так и подсознания. Хотя тяжелые воспоминания, желания
или страсти, которых человек стыдится, можно подавить, но при этом они
переходят на уровень подсознания. Человек предпочитает «не знать» о существовании
такого «хранилища», но оно способно влиять на его поступки и действия и
вызывать те или иные физические проявления. Под гипнозом бессознательная
деятельность проявляется свободно, пациент в этом состоянии говорит и на такие темы,
о которых в нормальном состоянии предпочел бы умолчать. Однако в 90-х годах
Фрейд заменяет гипноз таким общением врача с больным, которое позволяет
последнему говорить о чем угодно при минимальном руководстве со стороны врача.
Больной постепенно освобождается от застенчивости, и врач выявляет факты,
которые в обычных условиях тщательно скрываются даже от самого себя.
Преимущество этого метода перед гипнозом заключается в том, что больной все время
отдает себе отчет в происходящем и не нуждается в последующей информации о том,
что он говорил. Как только вскрывается содержание подсознательной психики,
реакции пациента перестают быть немотивированными, и он получает возможность
изменять их путем осознания выявленных теперь мотивов. Этот медленно
проводимый анализ содержания психики был назван психоанализом.
Фрейд придавал огромное значение сновидениям, так как ему казалось, что они
раскрывают содержание подсознательного (хотя обычно и в сугубо символической
форме) способом, который невозможен во время бодрствования. (Его книга
«Толкование сновидений» опубликована в 1900 г.) Далее он считал, что сексуальное
влечение в его различных проявлениях — наиболее важный источник побуждений,
даже у детей. Этот последний взгляд вызвал много возражений среди
специалистов и широких кругов читателей.
С 1902 г. вокруг Фрейда стали группироваться молодые ученые. Они не всегда
и не вполне сходились с ним во взглядах, но непреклонный в своих воззрениях
Фрейд никогда не шел на компромиссы. Некоторые из этих ученых, как, например,
австрийский психиатр Альфред Адлер (1870—1937) и шведский психиатр Карл
Густав Юнг (1875—1961), отошли от Фрейда и разработали собственные научные
системы.
Нервы и
головной мозг
Человеческая психика, однако, чрезвычайно сложна, так что вера в психиатрию
остается в значительной степени делом индивидуальным. Различные школы
отстаивают свои точки зрения, но слишком мало еще разработано объективных путей
решения вопроса о том, кто же из них прав, а если говорить о дальнейшем
прогрессе, то он наступит только тогда, когда основная наука о нервной системе —
неврология — получит достаточное развитие.
Начало неврологии положил швейцарский физиолог Альбрехт фон Галлер (1708—
1777), опубликовавший в 60-х годах XVIII в. восьмитомное руководство по
физиологии человека. До него считалось, что нервы — это полые трубки, которые
несут загадочный «дух», или флюид, подобно тому, как вены — кровь. Однако
Галлер отверг это мнение и предложил новое понимание нервной деятельности,
исходя из данных эксперимента.
Например, он выяснил, что мышцы обладают «раздражимостью», то есть слабое
возбуждение мышцы приводит к ее резкому сокращению. Слабое возбуждение нерва
также приводит к резкому сокращению связанной с ним мышцы. Нерв более
«раздражим» , чем мышца, и Галлер делает вывод, что движениями мышц управляет в
большей мере стимуляция нерва, чем непосредственное их раздражение.
Он показал также, что ткани сами по себе не воспринимают ощущений;
пронизывающие их нервы несут импульсы, которые вызывают ощущения. Но все нервы ведут
к головному или спинному мозгу — явное указание, что именно здесь находятся
центры восприятия и ответного действия. Производя опыты со стимуляцией или
повреждением различных участков головного мозга животных, Галлер наблюдал
различные типы ответного действия.
Работы Галлера продолжил немецкий врач Франц Иосиф Галль (1758—1828),
который в 1796 г. начал читать лекции по неврологии. Он показал, что нервы идут к
серому веществу головного мозга. Белое вещество мозга Галль считал связующей
субстанцией.
Подобно Галлеру, Галль предполагал, что определенные участки головного
мозга управляют определенными участками тела. Он довел это положение до
крайности, считая, что участки головного мозга контролируют не только
чувствительные восприятия и специфические мышечные движения, но и все виды эмоций и
свойства темперамента. Его последователи утверждали, что черты человека можно
определить ощупыванием выпуклостей на черепе. Эти взгляды легли в основу
псевдонауки — френологии.
Нелепости френологии заслонили тот факт, что в утверждениях Галля была доля
правды — мысль о локализации функций в головном мозге. Это положение
рационально изучал французский нейрохирург Поль Брока. Изучая тонкую структуру
головного мозга, он показал (1861), что у больных, страдавших потерей речи,
обнаруживаются повреждения определенного участка в верхнем отделе головного
мозга, на третьей извилине левой лобной доли, которая до сих пор носит
название извилины Брока.
К 1870 г. два немецких невролога, Густав Теодор Фрич (1838—1891) и Эдвард
Гитциг (1838—1907), шагнули еще дальше. Прикасаясь электрическими иглами к
мозгу живых собак, они нашли, что раздражение определенного участка вызывает
определенное мышечное движение, и таким образом смогли, так сказать, нанести
карту тела на головной мозг. Им удалось показать, что левое полушарие
головного мозга контролирует правую половину тела, а правое полушарие — левую.
Теперь уже не приходилось сомневаться, что головной мозг управляет
деятельностью тела, причем делает это высокоспецифическим образом. Появилась надежда
связать все психические функции с физиологией головного мозга. Но это
превращало психику как бы в продолжение тела, а следовательно, и укрепляло материа-
листические представления.
Топографическая организация двигательной коры мозга.
Однако более основательным и реальным было применение к нервной системе
клеточной теории. Биологи середины XIX в. обнаружили в головном и спинном
мозге нервные клетки, но природа самих нервных волокон оставалась еще не
раскрытой. Ясность в этот вопрос внес немецкий анатом Вильгельм Вальдейер (1836—
1921). В 1891 г. он пришел к выводу, что нервные волокна представляют собой
тонкие отростки нервных клеток и являются их существенной составной частью.
Следовательно, нервная система состоит из нейронов — собственно нервных
клеток со всеми их отростками. Такова суть нейронной теории. Далее Вальдейер
показал, что хотя отростки отдельных нейронов и могут значительно приближаться
друг к другу, но в местах соединений нейронов имеется только контакт,
соприкосновение нервных субстанций, а не слияние их. Зона межнейронных соединений
позже получила название синапса.
Прочную основу нейронной теории заложили работы итальянского цитолога Ка-
милло Гольджи (1844—1926) и испанского невролога Сантьяго Рамон-и-Кахаля
(1852—1934). В 1873 г. Гольджи применил для окраски клеток особый краситель,
содержащий соли серебра. Пользуясь им, он обнаружил внутриклеточные
образования (аппарат Гольджи), функции которых до сих пор не известны4.
4 Публикация была написана давно, сейчас уже известно, что аппарат Гольджи (комплекс
Гольджи) — мембранная структура эукариотической клетки, органелла, в основном
предназначенная для выведения веществ, синтезированных в эндоплазматическом ретикулуме.
- Прим. ред.
Дендрит
Концевая ветвь
(терминаль) аксона
ТТ'/Л^ Аксон * Клетка Шванна
Миелиновая оболочка
Ядро
Типичная структура нейрона.
Гольджи использовал свой метод окраски и для изучения нервной ткани.
Ученому удалось рассмотреть неизвестные прежде детали, обнаружить тонкие отростки
нервных клеток и отчетливо увидеть синапсы. Тем не менее, когда Вальдейер
выступил с нейронной теорией, Гольджи не принял ее.
Однако Рамон-и-Кахаль решительно поддержал нейронную теорию. Пользуясь
улучшенной модификацией метода окраски, он очень много сделал для укрепления
этой теории. Ему принадлежат классические работы о строении сетчатки глаза,
спинного мозга, мозжечка и других частей нервной системы.
Нейронная теория оказалась чрезвычайно полезной для разработки проблемы
поведения животных. Еще в 1730 г. Стивен Гейлс обнаружил, что обезглавленная
лягушка при уколе кожи отдергивает лапку. В этом случае тело реагирует
механически, головной мозг отключен. Так было положено начало изучению более или
менее автоматической рефлекторной деятельности, при которой ответная реакция
наступает без участия воли, следуя в соответствии с некой установленной
схемой точно за раздражением.
И человек не свободен от такой автоматической деятельности. Удар чуть ниже
коленной чашечки вызывает хорошо всем знакомое резкое движение колена. При
случайном прикосновении к горячему предмету человек отдергивает руку, даже
если он знал, что предмет горяч.
Английский физиолог Чарлз Скотт Шеррингтон (1859—1952), изучая рефлекторную
деятельность, заложил основы нейрофизиологии. Подобно тому, как ранее
Гольджи, предложив свой метод окраски клеток, дал толчок развитию нейроанатомии,
Шеррингтон обнаружил рефлекторную дугу, представляющую собой комплекс, по
крайней мере, двух, а часто и более чем двух нейронов. Ощущение, возникшее в
определенном месте, посылает импульс по нерву, через синапс и затем через
обратный нейрон к мышце или железе, стимулируя сокращение или секрецию.
Проходит ли раздражение органа чувств и стимулирование мышцы через один или
большее число промежуточных нейронов, не имеет принципиального значения.
Возникло представление, будто через одни синапсы импульсы проходят легче,
чем через другие. Так, существуют особые рефлекторные пути, которые
сравнительно легко проходят через сложную сеть переплетающихся нейронов.
Позднее предположили; что один рефлекторный путь может открыть дорогу
другому, иными словами, ответ на одно рефлекторное действие становится стимулом
для второго рефлекса, который в очередь вызывает новое ответное действие, а
оно является стимулом для третьего рефлекса и так далее. Целый ряд рефлексов
составляет более или менее полный комплекс поведения, который мы называем
инстинктом .
Поведение
Чувствительный
нейрон
Спинной мозг
Окончания
чувствительного
нейрона
Мышца
Двигательный
нейрон
Рефлекторная дуга.
Но даже такой относительно маленький и простой организм, как, например,
насекомое, представляет собой нечто большее, чем просто сумма инстинктов.
Поскольку нервные связи довольно легко передаются по наследству, то и инстинкты
наследуются и проявляются с самого рождения. Так, паук прядет паутину, хотя
он никогда не видел ее; больше того, каждый вид паука создает паутину,
характерную для данного вида.
Млекопитающие (и, в частности, человек) относительно бедны инстинктами, но
обладают способностью к обучению, приобретая на основе опыта новые формы
поведения. Несмотря на то, что систематическое изучение такого поведения с
точки зрения нейронной теории и представляет трудности, его можно анализировать
чисто эмпирически.
Применение количественных измерений к человеческой психике (по крайней
мере, к способности воспринимать окружающие раздражения) началось с работ
немецкого физиолога Эрнста Генриха Вебера (1795—1878). В 30-х годах XIX в. он
нашел, что оценка подопытным человеком различий между двумя ощущениями одного
и того же типа находится в зависимости от логарифма интенсивности ощущений.
Предположим, что в комнате, освещенной одной свечой, будет зажжена вторая,
и мы получим дополнительное освещение, которое обозначим х. Вначале одной
дополнительной свечи было достаточно, чтобы получить ощущение, что свет в
комнате стал ярче на величину х; чтобы ощутить дальнейшее повышение освещения на
ту же величину х, требуется уже две свечи, затем четыре, восемь и так далее.
Вывод о логарифмической зависимости между воздействующим на органы чувств
раздражителем и возникающим ощущением был сформулирован в 1860 г. немецким
физиком Густавом Теодором Фехнером (1801—1887), и называют его законом
Вебера—Фехнера . Так было положено начало психофизике — количественному изучению
ощущений.
Учение о поведении в целом — психология — труднее всего поддается
математическому выражению, но его можно обосновать экспериментально. Приоритет в этой
области принадлежит немецкому физиологу Вильгельму Максу Вундту (1832—1920),
создавшему в 1879 г. первую лабораторию экспериментальной психологии. Его
исследования дали начало таким экспериментам, во время которых крысы должны
были решать в лабиринте сложные задачи, а шимпанзе — придумывать, как добраться
до недоступных бананов. Позднее такие эксперименты применили и к людям,
предлагая им отвечать на специальные вопросы и решать задачи. На основе
полученных ответов давалась оценка умственных способностей человека. В 1905 г.
французский психолог Альфред Вине (1857—1912) предложил свой метод, основанный на
определении коэффициента умственных способностей, или коэффициента
интеллектуальности (КИ) .
Значительно более фундаментальные исследования, непосредственно связывающие
поведение с нервной системой, провел русский физиолог Иван Петрович Павлов
(1849—1936) , который на ранних этапах своей научной деятельности изучал
нервную регуляцию секреции пищеварительных соков, а с начала нашего века —
рефлексы вообще.
У голодной собаки при виде пищи выделяется слюна. Это целесообразный
рефлекс, так как слюна необходима для смачивания и переваривания пищи. Если
каждый раз, когда собаке показывают пищу, одновременно звенит звонок, то он
прочно связывается с видом пищи; в конце концов, слюна будет выделяться на
звонок, даже если собака не видит пищи, то есть у нее выработается условный
рефлекс. Павлов доказал, что подобным образом можно выработать любые
рефлексы.
Другое направление в психологии — бихевиоризм — утверждает, что всякое
обучение является, по существу, развитием условных рефлексов и, если можно так
сказать, новых нервных связей. Наиболее известными представителями этой школы
в ее крайнем выражении были американские психологи Джон Бродес Уотсон (1878—
1958) и Баррус Фредерик Скиннер (1904-1990).
Бихевиоризм выражает крайне механистическое понимание психики, так как
низводит все фазы психической деятельности до физических моделей сложного
сплетения нервов. По общему мнению, такая постановка вопроса является
упрощенчеством .
Изучение поведения, инстинктов и способности к обучению, проявляемой
животными в природе, получило новое развитие в работах Конрада Лоренца (1903-1989)
и Николааса Тинбергена (1907-1988), посвященных возникновению структур
поведения и значению «пусковых» механизмов отдельных актов поведения. В итоге
возникла новая отрасль биологии — этология, изучающая сложные формы поведения
животных.
Нервные
потенциалы
Мы говорим о нервной системе и импульсах, проходящих по ее путям. Но что
представляют собой эти импульсы? Древняя доктрина о духе, протекающем по
нервам, была вдребезги разбита Галлером и Галлем, но в 1791 г. , когда
итальянский физиолог Луиджи Гальвани (1737—1798) обнаружил, что мышцы
препарированной лягушки могут сокращаться под влиянием электрического тока, она
возродилась в новой форме. Гальвани объявил о существовании собственного, так
называемого «животного» электричества мышцы.
В своей первоначальной формулировке эта мысль была неверной, но,
соответственно видоизмененная, она дала плоды. Немецкий физиолог Эмиль Дюбуа-Реймон
(1818—1896) , еще будучи студентом, написал работу об электрических рыбах; с
тех пор электрические явления в животных тканях стали предметом его научного
интереса. С 1840 г. ученый приступил к усовершенствованию старых приборов и
изобрел новую, безупречную методику регистрации очень слабых электрических
токов, проходящих по нерву и мышце. Он показал, что нервный импульс
сопровождается изменениями в электрическом состоянии нерва. Нервный импульс по своей
природе, по крайней мере, частично, является электрическим, а электричество и
есть тот тончайший флюид, который искали в нервах ученые, верившие в нервный
«дух».
Электрические разряды пробегают не только по нерву, но и по мышце. В
ритмически сокращающихся мышцах, как, например, в сердце, электрические изменения
также ритмичны. В 1903 г. голландский физиолог Биллем Эйнтховен (1860—1927)
сконструировал очень чувствительный струнный гальванометр, способный
обнаруживать чрезвычайно слабые токи. Он использовал его для регистрации ритмически
изменяющихся электрических потенциалов сердца, помещая на коже специальные
электроды. К 1906 г. он установил, что по электрокардиограммам (ЭКГ), которые
он получал, можно выявить различные виды нарушений работы сердца.
Сходные методы использовал в 1929 г. немецкий психиатр Ганс Бергер (1873—
1941). Он прикреплял электроды к черепу и регистрировал ритмические изменения
потенциалов, которые сопровождают мозговую деятельность5.
Электроэнцефалограммы (ЭЭГ) очень сложны и трудны для расшифровки. Однако при значительных
повреждениях головного мозга, при наличии опухоли изменения выявить легко.
Точно так же эпилепсия, считавшаяся «священной болезнью», может быть
обнаружена по измененной ЭЭГ.
И все же открытие электрических потенциалов не дало исчерпывающего ответа
на все вопросы. Электрический импульс, проходящий через нервное окончание,
сам по себе не способен преодолеть синаптического разрыва между двумя
нейронами и вызвать новый электрический импульс в следующем нейроне.
В 1921 г. австрийский физиолог Отто Леви (1873—1961) описал химическую
передачу нервных импульсов. Нервный импульс наряду с электрическим включает в
себя и химическое изменение. Химическое вещество, освобождающееся при
возбуждении нерва переходит через синаптический разрыв и таким образом передает
нервное возбуждение. Английский физиолог Генри Холлет Дейл (1875-1968)
отождествил это химическое вещество с соединением, называемым ацетилхолином.
Позже были открыты и другие химические вещества, так или иначе связанные с
нервной деятельностью. Некоторые из них могут вызывать симптомы психических
расстройств.
Проведение нервного импульса.
Но все же нейрохимия пока находится на ранней стадии развития, хотя ей и
суждено стать новым могучим средством изучения психической деятельности
человека .
5 До Бергера русский физиолог Владимир Владимирович Правдич-Неминский осуществил при
помощи струнного гальванометра регистрацию электрических проявлений головного мозга
и предложил в 1913 г. первую классификацию потенциалов электрической активности. —
Прим. ред.
ГЛАВА XI.
КРОВЬ
Гормоны
Как бы ни был велик успех нейронной теории, она не могла решить всех
накопившихся к тому времени проблем. Электрические сигнализаторы, курсирующие по
нервным путям, не могут считаться единственными регулирующими механизмами
тела. Существуют также и химические сигнализаторы, проходящие по крови.
Так, в 1902 г. два английских физиолога, Эрнст Генри Старлинг (1866—1927) и
Уильям Мэддок Бейлисс (1860—1924), обнаружили, что даже если перерезать все
нервы, ведущие к поджелудочной железе, она все равно принимает сигналы:
выделяет пищеварительный сок сразу, как только кислая пища из желудка попадает в
кишечник. Оказалось, что слизистая оболочка тонких кишок под влиянием кислоты
желудочного сока вырабатывает вещество, которое Старлинг и Бейлисс назвали
секретином. Именно секретин и стимулирует выделение сока поджелудочной
железы. Старлинг предложил называть все вещества, выделяемые в кровь железами
внутренней секреции и осуществляющие регуляцию функций органов, гормонами (от
греческого horman — возбуждать, побуждать).
Гормональная теория оказалась чрезвычайно плодотворной; было обнаружено,
что большинство гормонов, циркулирующих с кровью в ничтожных, следовых
концентрациях, очень тонко поддерживает строгое соотношение между химическими
реакциями, иными словами, регулирует физиологические процессы в организме.
В 1901 г. американский химик Йокихи Такамине (1854—1922) выделил из
мозговой части надпочечников активное вещество в кристаллическом виде и назвал его
адреналином. Это был первый выделенный гормон с установленной структурой.
Вскоре возникло предположение, что одним из процессов, регулируемых
гормональной деятельностью, является основной обмен веществ. Магнус-Леви обратил
внимание на связь между нарушениями основного обмена и заболеваниями
щитовидной железы, а американский биохимик Эдвард Кэлвин Кендалл (1886-1972) в 1915
г. сумел выделить из щитовидной железы вещество, названное им тироксином. Оно
действительно оказалось гормоном, небольшие количества которого регулируют
основной обмен веществ.
Однако наиболее эффективными оказались результаты изучения сахарного
диабета . Эта болезнь сопровождается сложными нарушениями обмена веществ, главным
образом углеводного, что приводит к увеличению количества сахара в крови до
ненормально высокого уровня. Организм выделяет избыток сахара с мочой;
появление сахара в моче и является признаком начальной стадии диабета. До XX
столетия это заболевание почти всегда приводило к смерти.
После того как в 1889 г. два немецких физиолога, Джозеф Меринг (1849—1908)
и Оскар Минковский (1858—1931), удалив у подопытных животных поджелудочную
железу, обнаружили быстрое развитие диабета, возникло предположение, что
поджелудочная железа как-то ответственна за это заболевание. Исходя из
гормональной концепции, выдвинутой Старлингом и Бейлиссом, логично было
предположить, что поджелудочная железа выделяет гормон, регулирующий расщепление
сахара в организме.
Однако попытки выделить гормон из поджелудочной железы потерпели неудачу. И
это понятно, так как основная функция поджелудочной железы — выработка
пищеварительных соков, содержащих большой запас расщепляющих белок ферментов.
Поскольку гормон является белком (а это было доказано), он расщеплялся в
процессе экстракции.
В 1920 г. у молодого канадского врача Фредерика Гранта Бантинга (1891—1941)
возникла интересная идея: изолировать поджелудочную железу подопытных
животных путем перевязки ее протока. По мнению ученого, клетки железы, выделяющие
пищеварительный сок, должны были бы дегенерировать, так как сок перестал бы
вырабатываться, а участки, секретирующие гормон непосредственно в кровяное
русло, продолжали бы действовать. В 1921 г. Бантинг организовал лабораторию в
университете в Торонто и с помощью ассистента Чарльза Герберта Веста (1899-
1978) приступил к опытам. Ему повезло: он получил в чистом виде гормон
инсулин, который нашел широкое применение для лечения сахарного диабета. Хотя
больной, в сущности, беспрерывно подвергается утомительному лечению, жизнь
его вне опасности6.
Вслед За инсулином были получены и другие гормоны. Немецкий химик Адольф
Фридрих Бутенандт (1903-1995) в 1929 г. выделил из мочи беременных женщин и
семенников половые гормоны, управляющие развитием вторичных половых признаков
и влияющие на половой ритм у женщин.
Кендалл, открывший тироксин, и швейцарский химик Тадеуш Рейхштейн (1897-
1996) выделили целую группу гормонов из внешнего, коркового, слоя
надпочечников. В 1948 г. сотрудник Кендалла, Филипп Шоуолтер Хенч (1896-1965),
обнаружил, что один из них, кортизон, оказывает целебное действие при ревматическом
артрите. Позже он стал применяться и для лечения других болезней.
В 1924 г. аргентинский физиолог Бернардо Альберто Хуссей (1887-1971) дока-
Зал , что гипофиз, небольшая шаровидная железа внутренней секреции, которая
лежит непосредственно под головным мозгом, каким-то образом влияет на
расщепление сахара. Последующие исследования показали, что гипофиз выполняет и
другие важные функции. Американский биохимик Чо Хао-ли (род. в 1913 г.) в 30—40-
х годах выделил из гипофиза целый ряд различных гормонов.
Местонахождение гипофиза.
Одним из них, например, является «гормон роста», который регулирует рост
организма. Если он поступает в кровь в избыточном количестве, вырастает
великан, если его недостает — карлик. Наука, изучающая гормоны, — эндокринология
—ив середине XX столетия остается чрезвычайно сложным, но зато и весьма
плодотворным разделом биологии.
В основе примененного Бантингом метода получения инсулина лежали теоретические
выводы, к которым пришел в 1901 г. русский ученый Леонид Васильевич Соболев. Соболев
показал, что островки Лангерганса поджелудочной железы являются органом внутренней
секреции, имеющим непосредственное отношение к углеводному обмену. Он указал пути
для возможного получения действующего начала островков с целью рационального лечения
сахарного диабета. — Прим. ред.
Серология
Функция распространения гормонов была лишь одним из новых свойств крови,
открытых в конце XIX в. Являясь носителем антител, кровь выполняет роль
защитника организма от инфекций. (Теперь трудно поверить, что полтора века
назад врачи считали кровопускание лучшим способом помочь больному.)
Использование защитных свойств крови против микроорганизмов получило развитие в работах
двух помощников Коха, немецких бактериологов Эмиля Адольфа Беринга (1854—
1917) и Пауля Эрлиха (1854—1915). Беринг открыл, что введение животным
бактерийных культур стимулирует выработку в жидкой части крови (кровяной
сыворотке) специфических антител. Если затем эту сыворотку ввести другому
животному, оно, по крайней мере, на какое-то время, будет невосприимчиво к
данному заболеванию.
Беринг решил проверить свое открытие на дифтерии, заболевании, поражающем в
основном детей и очень часто оканчивавшемся смертью. Если ребенок выживал
после дифтерии, он становился невосприимчивым (иммунным) к этой болезни. Но
Зачем заставлять организм ребенка вырабатывать собственные антитела в борьбе с
бактериальными токсинами? Почему бы не приготовить антитела в организме
животного, а затем уже иммунную сыворотку ввести в организм больного ребенка?
Применение антитоксической сыворотки во время эпидемии дифтерии в 1892 г.
резко сократило детскую смертность. Свой эксперимент Беринг проводил при
участии Эрлиха, который, по-видимому, разработал конкретную дозировку и способы
лечения. В дальнейшем Эрлих выполнял исследования самостоятельно, тщательно
отшлифовывая методы использования сыворотки.
Его по праву можно считать основателем серологии - учения о физических,
химических и биологических свойствах сыворотки крови и о методах ее
приготовления. Когда эти методы ставят целью создание невосприимчивости к заболеванию,
наука называется иммунологией.
Бельгийский бактериолог Жюль Борде (1870—1939) был другим крупным
серологом, внесшим большой вклад в становление этой науки. В 1898 г., работая в
Париже под руководством И.И. Мечникова, он открыл, что антитела, присутствующие
в нагретой до 55° С сыворотке крови, по существу, остаются неизменными,
сохраняя способность соединяться с теми же веществами (антигенами), с которыми
они соединялись до нагревания. Однако способность сыворотки поражать бактерии
исчезает. Возникло предположение, что какой-то очень нестойкий компонент (или
группа компонентов) сыворотки действует в качестве дополнения (комплемента) к
антителу, прежде чем последнее вступает в борьбу с бактерией. Борде назвал
этот компонент алексином, а Эрлих — комплементом; последнее название принято
и сейчас.
В 1901 г. Борде показал, что, если антитело реагирует с антигеном
(чужеродным белком), комплемент истощается. Такой процесс фиксации комплемента
оказался важным для диагностики сифилиса. Эта диагностика была разработана в
1906 г. немецким бактериологом Августом фон Вассерманом (1866—1925) и до сих
пор известна как реакция Вассермана.
В реакции Вассермана сыворотка крови больного реагирует с определенными
антигенами. Если в сыворотке содержатся антитела против возбудителя сифилиса,
реакция осуществляется и комплемент исчезает. Утрата комплемента означает
положительную реакцию на сифилис. Если комплемент не теряется, реакции не
происходит и, следовательно, сифилиса у пациента нет.
Группы крови
Успехи серологии принесли в начале XX в. довольно неожиданные плоды: были
открыты индивидуальные различия человеческой крови.
На протяжении всей истории врачи пытались возместить потерю крови путем ее
переливания. Кровь здорового человека или даже животного вводилась в вену
больного. Несмотря на отдельные случайные успехи, лечение, как правило,
приводило к летальному исходу. Поэтому в большинстве европейских стран к концу
XIX в. переливание крови было запрещено.
Австрийский врач Карл Ландштейнер (1868—1943) нашел ключ к решению
проблемы. В 1900 г. он открыл, что кровь человека варьирует по способности
сыворотки к агглютинации (склеиванию в комочки и выпадению в осадок) красных
кровяных телец (эритроцитов). Сыворотка крови одного человека может склеить
эритроциты человека А, но не В, сыворотка другого, наоборот, — склеить эритроциты
человека В, но не А. Существует сыворотка, которая склеивает эритроциты и А и
В, и такая, которая вообще не склеивает эритроцитов. В 1902 г. Ландштейнер
разделил человеческую кровь на четыре группы, или типа, которые он назвал А,
В, АВ и О.
Теперь нетрудно понять, что переливание крови в одних комбинациях
безопасно, а в других вызывает смертельный исход, так как вводимые эритроциты могут
агглютинировать с эритроцитами больного. Переливание крови при тщательном
предварительном определении групп крови больного и донора сразу стало важным
помощником в медицинской практике.
В последующие сорок лет Ландштейнер и другие ученые открыли такие группы
крови, которые индифферентны при переливании крови. Все группы крови
передаются по наследству в соответствии с менделевскими законами наследственности.
Это обстоятельство в настоящее время используют при установлении отцовства.
Так, например, родители с группой крови А не могут иметь ребенка с группой
крови В.
Группа крови отца
I (0) II (A) III (В) IV (АВ)
II (А) II! (Bl II (А)
(0) I (0) (
а И0) I (0) III (В) ^
Ф 3
| 1|/Д1 И(А) 11(A) 11(A). 111(B) а
< II (А) любая 7*
I (0) I (0) IV (АВ) "U
5 О
О да
£ 1|МВ1 "MB) _ 111(B) Н(А). ПИВ) JE
_ В) любая х
g КО) 1(0) IV (АВ)
с Ф
6 П(А) П(А), III (В) II (A). Ill (В) Н(А). 111(B) *
IV (АВ) С
III (В) IV (АВ) IV (АВ) IV (АВ)
Наследование группы крови.
Кроме того, открытие групп крови позволило выдвинуть приемлемое объяснение
вековой проблемы рас. Люди всегда делили своих собратьев на некие группы;
разумеется, авторы такого деления, лишенные всяких объективных критериев, себя
обычно зачисляли в высшую группу. Даже в наше время неспециалисты склонны
делить человечество на расы лишь на основе цвета кожи.
Бельгийский астроном Ламберт Адольф Жак Кетле (1796—1874) впервые показал,
что различия между человеческими индивидуумами постепенны и не очень резки.
Они скорее количественные, чем качественные. Кетле использовал статистические
методы для изучения людей, что позволяет считать его основателем антропологии
(учения о естественной истории человека).
Кетле изучал результаты измерения объема груди шотландских солдат, данные о
росте рекрутов французской армии и т.п. и в 1835 г. пришел к выводу, что
отклонения этих показателей от средней величины столь же закономерны, как и
падение игральных костей или распределение пулевых отверстий вокруг центра
мишени. Иначе говоря, было показано, что жизнь течет по тем же законам, которые
управляют и неодушевленным миром.
Шведский анатом Андерс Адольф Ретциус (1796—1860) предложил
классифицировать расы по форме черепа. Отношение ширины черепа к его длине, помноженное
на 100, он назвал краниальным (черепным) индексом. Если краниальный индекс
меньше 80, перед вами — долихоцефал (длинноголовый); если он превышает 80 —
брахицефал (широкоголовый). Европейцев он делил на представителей северной
расы (высокие и длинноголовые), средиземноморской (невысокие и длинноголовые)
и альпийской (невысокие и широкоголовые).
Но в действительности все это не так просто: различия очень малы, за
пределами Европы они вообще стираются, наконец, краниальный индекс не строго
фиксирован в наследственности и может меняться из-за недостатка витаминов и под
влиянием окружающей среды, в которой живет ребенок.
Однако с установлением групп крови открылась заманчивая возможность
использовать их для классификации популяций человека. Во-первых, группы крови не
являются видимыми признаками. Они истинно врожденные и не поддаются влиянию
окружающей среды, свободно смешиваются в последующих поколениях, поскольку
при выборе супруга люди вовсе не задумываются над тем, какая у него (или у
нее) группа крови.
Ни одна группа крови в отдельности не может быть использована для
различения рас, но встречаемость разных групп крови приобретает значение при
сравнении большого числа людей. Можно считать, что приоритет в этой ветви
антропологии принадлежит американскому иммунологу Уильяму Клоузеру Бойду (1903-
1983). В 30-х годах он пытался выявить тип крови у населения различных частей
света. На основании полученных сведений и литературных данных в 1956 г. Бойд
подразделил человечество на тринадцать групп. Большинство групп
соответствовало географическим делениям. К его удивлению, выявилась древняя европейская
раса, характеризующаяся необычно высокой встречаемостью группы крови,
называемой Rh-отрицательной (резус-отрицательной). Древние европейцы были
вытеснены современными народами Европы, но их потомки (баски) сохранились и до
наших дней в нагорьях Западных Пиренеев.
По встречаемости групп крови можно проследить миграции народов
доисторического и даже близкого к нам времени. Например, процент группы крови В
наиболее высок среди жителей Центральной Азии и прогрессивно уменьшается на запад
и восток. Но в Западной Европе все же встречаются люди с группой крови В.
Предполагают, что это результат периодических вторжений в Европу кочевников
Центральной Азии — гуннов и монголов.
Вирусные
заболевания
Наиболее значительные успехи в борьбе с микроорганизмами, не известными во
времена Пастера и Коха, были сделаны в XX в. Пастеру не удалось отыскать
возбудителя бешенства, заболевания явно инфекционного и, согласно его теории,
вызываемого микроорганизмом. Пастер полагал, что этот микроб слишком мал и
именно поэтому его не удавалось найти с помощью существовавших в то время
приборов. Как выяснилось позже, Пастер был прав.
Инфекционный возбудитель может быть гораздо меньше обычной бактерии.
Впервые в этом убедились при изучении мозаичной болезни табака. Оказалось, что
сок больных растений заражает здоровые. В 1892 г. русский ботаник Дмитрий
Иосифович Ивановский (1864—1920) установил, что сок сохраняет свои инфекционные
свойства, даже если его пропустить через фильтры, задерживающие все известные
бактерии. В 1895 г. к этому же открытию пришел голландский ботаник Мартин
Биллем Бейеринк (1851—1931). Бейеринк назвал инфекционный агент фильтрующимся
вирусом, понимая под словом «вирус» просто ядовитое вещество. Эти открытия
двух ученых легли в основу науки вирусологии.
Оказалось, что и некоторые другие заболевания вызываются фильтрующимися
вирусами. Немецкий бактериолог Фридрих Леффлер (1852—1915) в 1898 г. установил,
что фильтрующимся вирусом вызывается ящур крупного рогатого скота, а в 1901
г. Рид доказал то же самое в отношении желтой лихорадки. Такие заболевания,
как полиомиелит, сыпной тиф, корь, свинка (эпидемический паротит), ветряная
оспа, грипп и заразный насморк (common cold), также оказались вирусными.
300 nm 18 nm
Палочковидная частица вируса табачной мозаики. Цифрами
обозначены: (1) РНК-геном вируса, (2) капсомер, состоящий всего из
одного протомера, (3) зрелый участок капсида.
Интересное научное открытие было сделано в 1915 г. Английский бактериолог
Фредерик Уильям Творт (1877—1950), проводя свои наблюдения за колониями
бактерий, обнаружил, что некоторые из них постепенно как бы окутываются туманом,
а затем и вовсе исчезают. Он профильтровал раствор с исчезнувшими колониями,
и оказалось, что в фильтрате содержится нечто вызывающее гибель колоний.
Очевидно, и у бактерий имеются вирусные болезни: паразиты становятся жертвами
еще более мелких паразитов. Канадский бактериолог Феликс д'Эрелль (1873—1949)
в 1917 г. повторил это открытие. Он назвал вирусы, поражающие бактерий,
бактериофагами , что значит «пожиратели бактерий».
Пока еще никто не может сказать, подлежит ли включению в список
заболеваний, вызываемых вирусами, рак. Роль рака — одной из самых распространенных
смертельных болезней нашего столетия — неуклонно растет, он уносит все больше
человеческих жизней. Медленное неумолимое разрастание раковой опухоли, обычно
затяжная и мучительная смерть сделали рак одной из болезней, которые наводят
ужас на человечество.
В период первых успехов микробной теории болезней полагали, что и рак —
бактериальное заболевание, но найти вызывающие его бактерии не удавалось.
После открытия вирусов стали искать раковый вирус, но опять-таки безуспешно.
Все это в сочетании с тем, что рак не заразен, склонило многих ученых к
мысли, что он вообще не микробного происхождения.
Может быть, это и так, однако не следует забывать, что, хотя вирус рака до
сих пор не обнаружен, для отдельных видов рака открыты особые вирусоподобные
агенты. В 1911 г. американский врач Фрэнсис Пейтон Раус (1879-1970) изучал
куриную опухоль, называемую саркомой. Выясняя, нет ли в саркоме особого
вируса, Раус профильтровал раковую вытяжку — оказалось, что фильтрат вызывает
образование опухолей у здоровых кур. Утверждать, что открыт вирус рака, сам
Раус не решился, но за него это сделали другие.
В течение почти четверти века вирус куриной саркомы Рауса был единственным
четким примером инфекционного фактора, способного вызвать рак. Однако после
1930 г. появились и другие примеры. Несмотря на это, наука, изучающая
опухоли, их предупреждение и лечение (онкология), является самым неясным разделом
медицины.
Хотя физическая природа вирусов в течение почти сорока лет после их
открытия оставалась неизвестной, это не мешало предпринимать возможные шаги на
пути лечения вирусных заболеваний. Оспа, по существу, первое полностью
ликвидированное вирусное Заболевание. Вакцинация против оспы стимулирует организм к
выработке антител, специфически направленных против вируса оспы. Естественно
предположить, что для каждого вирусного заболевания существует свой
серологический метод лечения.
Трудность состоит в том, что надо найти такой штамм вируса, который,
вызывая слабые проявления болезни, в то же время стимулировал бы выработку
антител против вирулентных штаммов (по аналогии с функцией, выполняемой штаммом
коровьей оспы).
Сходные методы были использованы Пастером в борьбе с бактериальными
заболеваниями, но культивировать бактерии и получать ослабленные бактериальные
штаммы сравнительно просто.
Вирусы, к сожалению, размножаются только в живых клетках, и это еще более
осложняет решение проблемы. Так, вакцина против желтой лихорадки была
получена в 30-е годы южноафриканским микробиологом Максом Тейлером (1899-1972)
после длительных внутримозговых пассажей (серии последовательных заражений)
вируса, сначала на обезьянах, а затем на белых мышах. У мышей вирус желтой
лихорадки вызывал энцефалит — воспаление головного мозга. После длительного
пассирования вируса на мышах Тейлер вновь привил его обезьянам. К этому
времени вирус был уже ослаблен, и обезьяны страдали лишь очень слабыми
приступами желтой лихорадки. Но у животных вырабатывалась полная невосприимчивость к
большинству вирулентных штаммов вируса.
Между тем американский врач Эрнест Вильям Гудпасчер (1886—1960) открыл
своего рода живой аналог питательного бульона Коха. В 1931 г. он предложил
использовать в качестве питательной среды для вирусов развивающиеся куриные
эмбрионы. Если удалить верхушку скорлупы, оставшаяся часть яйца служит как бы
естественной чашкой Петри. В 1936 г. Тейлор создал еще более безвредную
вакцину против желтой лихорадки, отобрав ослабленный вирусный штамм из штаммов,
длительно пассированных (до 200 раз) в культуре ткани куриного эмбриона.
Наиболее ярко успех нового серологического метода проявился в борьбе с
полиомиелитом. Вирус полиомиелита был выделен в 1908 г. Ландштейнером, впервые
заразившим этой болезнью обезьян. Однако обезьяны — малопригодный объект для
поисков ослабленного штамма из-за дороговизны и трудности содержания большого
числа животных.
Американский микробиолог Джон Франклин Эндерс (1897-1985) с двумя молодыми
помощниками, Томасом Хаклом Беллером (1915-2008) и Фредериком Чапманом Роб-
бинсом (1916-2003), в 1948 г. попытался культивировать вирусы в среде из
измельченных куриных эмбрионов и крови. Подобные попытки делались и раньше, но
всегда оканчивались неудачей, поскольку культура вируса вытеснялась быстро
размножающимися бактериями. Однако Эндерс добавил к среде открытый незадолго
до этого пенициллин. Последний приостанавливал рост бактерий, никак не влияя
на вирус. Вначале Эндерсу удалось успешно культивировать вирус паротита, а
Затем вирус полиомиелита (1949). Появилась возможность выращивать вирус
полиомиелита в достаточном количестве, а значит, и надежда напасть среди сотен
штаммов на ослабленный с желательными свойствами. Американский микробиолог
Альберт Брусе Сейбин (1906-1993) успешно селекционировал и очистил к 1957 г.
три типа ослабленных вакцинных штаммов для каждого из трех разновидностей
полиомиелита и создал эффективную живую вакцину.
Согласно последним данным, Эндерс со своим помощником Самуэлем Лоуренсом
Кацем (род. в 1927 г.) в начале 60-х годов нашел пригодный для изготовления
вакцины ослабленный штамм вируса кори, что, вероятно, поможет покончить и с
этой детской болезнью.
Аллергия
Механизм иммунитета не всегда используется, как нам кажется, наиболее
рациональным образом. Организм может развить способность к выработке антител
против любого чужеродного белка, даже против такого, который на первый взгляд
безвреден. Если организм сенсибилизирован (то есть его чувствительность
повышена) , он реагирует на контакт с белками различными симптомами: отеком
слизистых оболочек носа, чрезмерной выработкой слизи, кашлем, чиханием,
слезотечением, сужением бронхиол легких (астма). Такая реакция организма называется
аллергией. Часто причиной аллергии бывает присутствие какого-либо пищевого
компонента или некоторых видов цветочной пыльцы (так называемая сенная
лихорадка) .
Даже белки других людей являются чужеродными для данного индивидуума, и
организм вырабатывает против них антитела. Из этого можно заключить, что каждый
человек (за исключением близнецов) представляет собой химически особое
существо. Именно поэтому заканчиваются неудачей попытки пересадить кожу или
какой-либо орган от одного человека к другому7. Организм больного, которому
сделали пересадку, вырабатывает антитела, стараясь избавиться от чужеродного
органа или ткани. Аналогичные трудности возникают при переливании крови, но
пересадка связана с дополнительными, еще более сложными проблемами, так как
ткани в отличие от крови человека невозможно классифицировать на ряд основных
типов.
Это тем более досадно, что биологи научились поддерживать в течение
некоторого времени жизнедеятельность изолированных частей тела. Так, сердце,
удаленное у подопытного животного, можно заставить пульсировать еще довольно
долго. В 1882 г. английский врач Сидней Рингер (1834—1910) предложил раствор,
близкий по составу неорганических солей к плазме крови. Этот раствор,
выполняя роль искусственной питательной жидкости, способен в течение достаточно
длительного времени поддерживать жизнедеятельность изолированного органа.
Искусство сохранения органов жизнеспособными в питательной среде точного
ионного состава довел до совершенства французский хирург Алексис Каррель
(1873—1944). Он поддерживал рост клеток сердечной ткани куриного эмбриона в
течение более двадцати лет.
7 Публикация была написана довольно давно, сейчас уже научились делать и это. -
Прим. ред.
Из этого следует, что трансплантация (пересадка) органа была бы успешной,
если бы организм в ответ на нее не вырабатывал враждебных антител. И все же
некоторые достижения имеются уже и сегодня. В повседневную практику вошла
пересадка роговицы глаза; в Советском Союзе начиная с 1960 г. успешно
производятся единичные пересадки почек.
В 1949 г. австралийский вирусолог Франк Барнет (1899-1985) выступил с
утверждением, что способность организма к выработке антител против чужеродных
белков не врожденная, а развивается в процессе жизни, хотя и может проявиться
довольно рано. Английский биолог Питер Брайн Медавор (1915-1987) привил
мышиным эмбрионам клетки мышиных же тканей, но от мышей другой линии (не имевших
общих предков). Итак, если эмбрионы не способны образовывать антитела, то к
тому времени, когда они начнут самостоятельную жизнь и приобретут эту
способность , привитые им белки уже не должны быть чужеродными. И действительно,
оказалось, что взрослые мыши, привитые в эмбриональном состоянии, в отличие
от непривитых принимали пересадку кожи от мышей другой линии.
В 1961 г. открыли источник способности организма вырабатывать антитела. Им
оказалась зобная железа, где продуцируются лимфоциты (род белых кровяных
клеток) , в функцию которых входит образование антител. Сразу после рождения
человека лимфоциты направляются в лимфоузлы и в кровяное русло. Через некоторое
время лимфоузлы уже могут существовать сами по себе, а тимус, по достижении
человеком половой зрелости, сокращается и исчезает. Сейчас еще трудно
сказать , какое влияние окажет это открытие на возможность пересадки органов,
ГЛАВА XII.
ОБМЕН ВЕЩЕСТВ
Химио т ерапия
Борьба с бактериальными заболеваниями в некотором отношении проще, чем с
вирусными. В предыдущей главе мы уже говорили, что бактерии легче поддаются
культивированию. Кроме того, они более уязвимы. Бактерии существуют вне
клеток «хозяина» и оказывают свое вредоносное действие, либо конкурируя с ними в
пище, либо выделяя токсины. Однако их обмен веществ, как правило, отличается
от обмена веществ клеток «хозяина». Поэтому у нас всегда есть возможность
воздействовать на бактерии теми химическими веществами, которые нарушат их
обмен веществ, не влияя сколько-нибудь существенно на клеточный обмен
веществ .
тимус
Вилочковая железа (синоним: тимус, зобная железа).
Использование химических лекарственных средств для борьбы с болезнями
восходит к доисторическим временам. Лечение травами и отварами приносит порой
положительные результаты и в наши дни. Опыт приготовления таких лекарств
лекари- «травники» передавали из поколения в поколение. Например, хинин
применялся сначала как народное средство против малярийного паразита, а позже его
взяли на вооружение профессиональные медики.
Появление синтетических препаратов дало возможность подбирать для каждой
болезни специфическое лекарственное вещество. Пионером в этой области был Эр-
лих — он называл такие лекарства «волшебными пулями», отыскивающими и
убивающими микроба, не принося никакого вреда клеткам тела больного.
Эрлих работал с красителями бактерий. Зная, что эти краски вступают в
специфические соединения с определенными составными частями бактериальных
клеток , ученый попытался установить, нельзя ли ими разрушить рабочий механизм
бактерий. Ему и в самом деле удалось найти краситель — трипановый красный,
который разрушал трипаносом, — правда, они относятся к простейшим, а не к
бактериям, но это не меняет дела.
Однако Эрлих на этом не остановился. Он справедливо рассудил, что действие
трипанового красного обусловлено сочетаниями атомов азота, входящих в состав
красителя. Атомы мышьяка по своим химическим свойствам сходны с атомами
азота, но в соединениях более ядовиты. И Эрлих стал испытывать — одно за другим
— все мышьяксодержащие органические вещества, которые в то время можно было
достать или синтезировать.
В 1909 г. один из его помощников обнаружил, что соединение, известное в
лаборатории под № 606, будучи не очень эффективным против трипаносом, дало
превосходные результаты на возбудителе сифилиса. Эрлих назвал это лекарство
сальварсаном и посвятил остаток своей жизни улучшению метода его
использования для лечения сифилиса.
С получения трипанового красного и сальварсана ведет свое начало
современная химиотерапия, то есть лечение химическими препаратами (термин предложен
Эрлихом). Ученые возлагали большие надежды на то, что и другие заболевания
удастся лечить аналогичным способом. К сожалению, в течение 25 лет после
обнаружения эффективного действия сальварсана исследователям не удалось извлечь
ничего полезного из огромного списка синтетических органических веществ.
Но прошло время, и судьба вновь улыбнулась медикам. Немецкий биохимик и
врач Герхардт Домагк (1895-1964), работавший по Заданию фирмы по производству
красителей, начал систематически испытывать новые красители в надежде
использовать некоторые из них в медицине. Одним из вновь созданных препаратов был
пронтозил. В 1932 г. Домагк обнаружил, что инъекция этого красителя оказывает
сильнейшее действие на стрептококковую инфекцию у белых мышей.
Вскоре ему пришлось проверить этот препарат на собственной дочери, которая,
уколовшись иглой, внесла в организм стрептококковую инфекцию. Никакое лечение
не помогало, и Домагк в отчаянии ввел ей большую дозу пронтозила. Больная
быстро пошла на поправку, и в 1935 г. мир узнал о новом лекарстве.
Незадолго до этого группа французских бактериологов установила, что
антибактериальное действие пронтозила связано с наличием в его молекуле остатка
сульфаниламида (соединения, известного химикам еще с 1908 г.). Использование
пронтозила и других сульфаниламидных препаратов ознаменовало целую плеяду
«чудесных лекарств». Множество инфекционных болезней, особенно некоторые
разновидности пневмонии, перестали угрожать жизни человека.
Ученые долго не могли найти лекарственных веществ для борьбы с
туберкулезными бациллами. И только в 1952 г. немецким и американским исследователям
удалось обнаружить, что гидразид изоникотиновой кислоты (тубазид) удивительно
эффективно излечивает от туберкулеза. С тех пор тубазид и его производные
стали повсеместно применяться в борьбе с туберкулезом.
Антибиотики и
пестициды
И все же крупнейшие достижения химиотерапии связаны не с синтетическими
лекарствами типа сальварсана и сульфаниламида, а с природными веществами.
Американский микробиолог Рене Жюль Дюбо (1901-1982) на протяжении многих лет
изучал почвенные микроорганизмы. Как известно, в почву попадают трупы
животных, пораженных различными заболеваниями, но, за очень редким исключением,
сама почва не является источником инфекций. Это, очевидно, объясняется тем,
что в ней существуют какие-то антимикробные агенты. (Такие агенты
впоследствии получили название антибиотиков, что означает «против жизни».)
В 1939 г. Дюбо выделил из почвенных бактерий кристаллическое вещество ти-
ротрицин, состоящее из двух антибиотиков, впоследствии названных грамицидином
и тироцидином. Хотя сам по себе тиротрицин не был очень эффективным агентом,
он возродил интерес ученых к открытию, сделанному десятью годами раньше
шотландским бактериологом Александером Флемингом (1881—1955).
Работая с культурой стафилококка, Флеминг случайно оставил ее на несколько
дней открытой. Он уже совсем собирался ее выбросить, когда заметил, что туда
попали споры плесени и вокруг каждой плесневой колонии стафилококковые
бактерии отсутствуют.
Флеминг выделил эту плесень и отнес ее к виду Penicillium notatum, близкому
к обычной плесени, которая часто появляется на черством хлебе. Ученый пришел
к выводу, что плесень выделяет какое-то вещество, угнетающее рост бактерий, и
назвал это вещество пенициллином. На основе тщательного изучения он показал,
что пенициллин воздействует на одни бактерии и не влияет на другие, абсолютно
безвреден для лейкоцитов и, по-видимому, для других клеток человеческого
организма . Дальше этих выводов Флеминг не пошел8.
Плесень Penicillium notatum на чашке Петри с питательным агаром.
Открытие Дюбо возродило интерес к антибиотикам, одним из представителей
которых был пенициллин. Кроме того, начавшаяся вторая мировая война
настоятельно требовала эффективных средств для борьбы с раневыми инфекциями. Именно по-
8 Русские ученые первые отметили лечебные свойства зеленой плесени. Вячеслав Авксен-
тьевич Манассеин в 1871 г. наблюдал в эксперименте антагонизм зеленой плесени и
бактерий; Алексей Герасимович Полотебнов в 1872 г. использовал это явление на практике,
применяя для лечения гнойных ран и сифилитических язв повязки с зеленой плесенью или
ее спорами в миндальном масле. — Прим. ред.
этому английский патолог Говард Уолтер Флори (1898-1968) совместно с
английским биохимиком Эрнстом Чейном (1906-1979) пытался разрешить проблему
выделения пенициллина, определить его структуру и найти промышленные способы его
получения. К концу войны оба эти ученые возглавили большую группу
исследователей и добились блестящих успехов. Пенициллин стал и посейчас остается самым
популярным лекарством в борьбе с инфекционными заболеваниями.
Послевоенные исследования привели к открытию и других антибиотиков. Так,
американский бактериолог Соломон Ваксман (1888-1973) , которому принадлежит
термин «антибиотик», столь же систематически исследовал почвенные микробы,
как в свое время Эрлих — синтетические вещества. В 1943 г. ему удалось
выделить антибиотик, оказавшийся эффективным против тех бактерий, на которые не
действовал пенициллин. Через два года этот антибиотик поступил в широкую
продажу под названием стрептомицина.
В начале 50-х годов были открыты антибиотики широкого спектра действия (то
есть подавляющие развитие многих видов бактерий), группа тетрациклинов — ау-
реомицин, террамицин, тетрациклин.
С появлением антибиотиков борьба против бактериальных заболеваний достигла
таких успехов, которые каких-нибудь два-три десятилетия назад казались
невероятными . А между тем будущее не сулит радужных перспектив. В результате
естественного отбора выживают только те штаммы бактерий, которые имеют
естественную устойчивость к антибиотикам. Поэтому со временем отдельные антибиотики
теряют свою эффективность. Несомненно, в дальнейшем будут открыты новые
антибиотики, однако о полной победе пока говорить не приходится, да, возможно, ее
и не будет.
Химиотерапевтические средства, как правило, не действуют на вирусы.
Последние размножаются внутри живой клетки; чтобы уничтожить их химическим
воздействием, придется уничтожить саму клетку. Однако успеха можно добиться,
уничтожая многоклеточных живых существ — носителей патогенного для человека
вируса .
Так, вирус сыпного тифа переносит платяная вошь, от которой гораздо труднее
избавиться, чем, скажем, от свободно живущего комара. Тиф — чрезвычайно
опасная болезнь: на фронтах первой мировой войны от эпидемии сыпного тифа нередко
гибло больше солдат, чем от вражеской артиллерии.
В 1935 г. швейцарский химик Пауль Мюллер (1899-1965) приступил к поискам
органических соединений, способных быстро уничтожать насекомых, не угрожая
жизни других животных. В сентябре 1939 г. он окончательно установил, что для
этой цели лучше всего подходит 4,4-дихлордифенилтрихлорэтан (сокращенно ДДТ),
впервые синтезированный в 1874 г.
В 1942 г. началось промышленное производство ДДТ, а уже через год этот
препарат использовали во время эпидемии сыпного тифа в Неаполе (эпидемия
вспыхнула вскоре после оккупации города англо-американскими войсками). В
результате применения нового препарата насекомые погибли, и впервые в истории
эпидемия тифа была быстро ликвидирована. Аналогичная картина наблюдалась в конце
1945 г. в Японии.
После второй мировой войны ДДТ и другие органические инсектициды стали
применяться не только с целью предотвращения эпидемий, но и для спасения урожая
от насекомых. Вскоре вещества, уничтожающие сорняки и насекомых, были
объединены в группу пестицидов. Следует, однако, отметить, что, по мере того как у
насекомых вырабатывается устойчивость к химическим препаратам, пестициды
теряют свою эффективность. Более того, в результате беспорядочного
использования пестицидов уничтожаются огромные количества безвредных для человека
организмов , и тем самым нарушается равновесие в природе. Следовательно, излишнее
увлечение пестицидами может принести больше вреда, чем пользы.
Это весьма серьезная проблема. Учение о взаимосвязи живых организмов с ок-
ружающей средой и друг с другом (экология) является областью биологии, где
слишком много нерешенных проблем. В погоне за кратковременной выгодой
человечество меняет окружающую среду, но кто знает, возможно, даже незначительные
на первый взгляд изменения в конечном итоге приведут к необратимым потерям.
Продукты
промежуточного
обмена
Различные химические агенты, действуя на насекомых, сорняки и микробы,
нарушают их обмен веществ, иными словами, осуществляют в организме «диверсию» в
отношении его химических механизмов. Поиски таких агентов становятся все
более эффективными, по мере того как проясняется вопрос о характере процесса
обмена веществ.
В этом отношени нельзя пройти мимо Заслуг английского биохимика Артура Хар-
дена (1865—1940), который занимался ферментами дрожжевой вытяжки (напомним:
Бухнеру удалось доказать, что эта вытяжка не менее активно расщепляет сахара,
чем сами дрожжевые клетки). Еще в начале нынешнего столетия (1905) Харден
обратил внимание, чти дрожжевой экстракт вызывает бурный распад сахара и
выделение углекислоты, причем активность процесса со временем снижается. На
первый взгляд могло показаться, что эта реакция связана с истощением ферментов в
экстракте, но добавлением в раствор небольшого количества фосфата натрия
(простое неорганическое соединение) Хардену удалось активизировать действие
фермента.
Концентрация неорганического фосфата в процессе ферментативной реакции
падает, поэтому Харден стал искать в растворе какое-нибудь органическое
соединение фосфора, возникающее, как он полагал, из неорганического фосфата. Им
оказалась молекула сахара с двумя присоединившимися фосфатными группами.
Открытие Хардена положило начало изучению промежуточного обмена веществ,
поискам многочисленных (иногда очень кратковременных) соединений, которые
образуются в процессе химических реакций в тканях организма.
Попробуем вкратце рассказать об основных направлениях этих поисков.
Немецкий биохимик Отто Фриц Мейергоф (1884—1951) в опытах, которые он проводил
после окончания первой мировой войны, обнаружил, что мышечное сокращение
приводит к исчезновению гликогена (разновидность крахмала) и появлению
определенного количества молочной кислоты. Характерно, что этот процесс происходит без
поглощения кислорода. Во время отдыха мышцы часть молочной кислоты окисляется
(при этом для покрытия «кислородной задолженности» поглощается молекулярный
кислород), а возникающая таким образом энергия дает возможность большей части
молочной кислоты вновь превратиться в гликоген. К. аналогичному выводу пришел
английский физиолог Арчибалд Вивьен Хилл (1886-1977), проводя опыты по
определению количества тепла, образующегося в момент сокращения мышцы.
В 30-е годы американский биохимик Карл Фердинанд Кори (1896-1984) и его
жена Герти Тереза Кори (1896—1957) тщательно изучили детали превращения
гликогена в молочную кислоту. Выделив из мышечной ткани неизвестное до того
времени соединение — глюкозо-1-фосфат (которое теперь называется эфиром Кори), они
показали, что это первый продукт распада гликогена. Супруги Кори проследили
превращение глюкозо-1-фосфата в серию промежуточных продуктов и установили
место каждого в цепи распада. Оказалось, что одним из промежуточных продуктов
и является тот самый фосфат сахара, на который впервые указывал Харден
несколько десятилетий назад.
Тот факт, что Харден и Кори в поисках продуктов промежуточного обмена
натолкнулись на фосфатсодержащие органические соединения, имеет большое
значение. Тем самым была установлена важная роль фосфатной группы во многих меха-
низмах биохимических процессов. Американский биохимик Фриц Альберт Липман
(1899-1986) дал объяснение этому явлению. По его мнению, фосфатная группа
может занимать в молекуле одно из двух положений — с низкой энергией и с
высокой. Энергия, высвобождаемая при распаде молекул крахмала или жира,
используется для превращения низкоэнергетических фосфатов в высокоэнергетические. Так
происходит сохранение энергии в удобной организму химической форме. Распад
высокоэнергетических фосфатов высвобождает количество энергии, достаточное
для осуществления различных химических превращений, идущих с поглощением
энергии9.
Ацетил
9 -V.
0
Пируват
КоА
ДЕ1
(пирува
SH Н-НАД+
Пиру ват дегидрогеназа кЛ 4ц|
СО.-ИНАДН,Н+ 4 ж iSj
V^ Ацетил-КоА
Пир/ват карбоксилам
Вода
, Цитрат синтаза
Оксалоацетат j^4- вода
Малат дегидрогеназа
Аконитаза
Легенда
Нодород
Q V] :]■.- р и;]
Аден ел им
АТФ -jpilctllJCHJJLlT
Ккс.юро,]
is) Гера
ГТФ rpLirJHia|)iii
КоА J КофсрментЛ
Н А ДН Н и ьш 1 с 1 сам 1 [. l a.ivn и n.n n i у к.-] wi к: i
ПирувЯт дкгидрюгйнайа Ф
' D-Изоцитрат]
Цикл лимонной кислоты
НАДН, Н +
Иэоцитрат дегидрогеназа
со.
а-кетогпутарат
Сукцинил-КоА
/-НАД++| код ^
/а-кето гл утэ ра т
jf НАДН, Н++
гьКоА ]
}SH w
дегидрогеназа
Сукцинил-КоА синтаз
Сукцинат дегидрогеназа ^Сукцинат
W
Цикл Кребса — ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород.
Советские ученые Владимир Александрович Энгельгардт и Милица Николаевна Любимова в
1939 г. доказали, что миозин, составляющий основу сократительного вещества мышцы,
осуществляет химическую реакцию, доставляющую энергию для мышечного сокращения. Это
открытие легло в основу одного из важнейших положений общей биохимии — о
трансформировании энергии окислительных процессов в химическую энергию фосфорных соединений, в
первую очередь аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), и превращении в живой клетке
химической энергии в механическую. Энгельгардт в 1932 г. впервые указал на роль
процессов фосфорилирования для накопления легко мобилизуемых запасов энергии в
организме . — Прим. ред.
Те же стадии распада гликогена, которые наступают после расщепления
молочной кислоты и происходят с участием кислорода, можно изучать с помощью
метода, разработанного и примененного в 1923 г. немецким биохимиком Отто Гейнри-
хом Варбургом (1883-1970) . Метод Варбурга позволяет измерять потребление
кислорода тонкими срезами живых тканей. Опыты проводят следующим образом: на
донышко тонкой U-образной трубки, к которой прикреплена маленькая колба,
наливают окрашенный раствор. Углекислота, выделяемая тканями, поглощается
щелочным раствором в колбе. Поскольку поглощение кислорода тканями происходит
без замещения углекислотой, в колбе создается частичный вакуум и жидкость в
U-образной трубке всасывается вверх, по направлению к колбе. Скорость
потребления кислорода определяется темпом изменения уровня жидкости, измеряемым в
строго контролируемых условиях.
Метод Варбурга позволил изучить влияние различных соединений на потребление
кислорода. Соединение, восстанавливающее уровень жидкости после его падения,
можно считать промежуточным продуктом в серии реакций, связанных с
потреблением кислорода. В этой области большая заслуга принадлежит венгерскому
биохимику Альберту Сент-Дьердю (1893-1986) и английскому биохимику Гансу Адольфу
Кребсу (1900-1981) . К 1940 г. Кребс выявил все основные этапы превращения
молочной кислоты до углекислоты и воды; последовательность этих реакций часто
называют циклом Кребса (см. вкладку ниже). Еще раньше Кребс изучал основные
стадии образования продукта выделения — мочевины — из входящих в состав
белков аминокислот. Он установил, что при этом происходит отщепление азота, и
остатки молекул аминокислот распадаются, выделяя нужную энергию. Тем самым
Кребс подтвердил справедливость гипотезы Рубнера, выдвинутой почти за 50 лет
до него.
Современная схема строения клетки, основанная на наблюдениях в
электронном микроскопе (ЭПС - эндоплазматическая сеть).
Изучение внутреннего химизма клеток позволило ученым расширить
представления о тонкой структуре клетки. В начале 30-х годов появился первый
электронный микроскоп. Его отличие от обычного, светового микроскопа заключается в
том, что вместо световых лучей в нем используются электронные. Это во много
раз увеличивает его разрешающую способность. Американский физик Владимир
Зворыкин (1888-1982) усовершенствовал электронный микроскоп, приспособив его для
нужд цитологии. Стали видны частицы, не превышающие по размеру крупных
молекул . Было обнаружено, что протоплазма клетки — это комплекс мелких
высокоорганизованных структур, получивших название органелл, или частиц.
С помощью разработанных в 40-х годах методик удалось расчленить клетку и
выделить из ее протоплазмы различные органеллы. Самые крупные из них —
митохондрии. В типичной клетке печени содержится до тысячи митохондрий —
палочковидных образований длиной 0,002—0,005 мм. Детальное изучение органелл,
проведенное американским биохимиком Дэвидом Эзрой Грином (1910-1983) и его
сотрудниками, показало, что именно в митохондриях протекают реакции цикла Кребса. В
самом деле, здесь идут все реакции с участием катализирующих ферментов,
связанные с использованием молекулярного кислорода. Таким образом, оказалось,
что маленькая органелла является своеобразной энергетической станцией клетки.
Радиоактивные
изотопы
Изучению сложной цепи реакций обмена веществ в значительной мере помогло
использование особых атомов, названных изотопами. На протяжении первой трети
XX в. физики обнаружили, что большая часть элементов имеет несколько
изотопов . Организм особой разницы между ними не чувствует, но лабораторные приборы
чутко реагируют на нее.
Впервые широко использовал изотопы в биохимических исследованиях
американский ученый Рудольф Шенгеймер (1898—1941). В. 1935 г. исследователям стал
доступен редко встречающийся изотоп водорода (дейтерий), который вдвое
тяжелее обычного водорода. Шенгеймер синтезировал молекулы жира, в которых
заменил обычный водород тяжелым водородом, или дейтерием, а затем скормил эти
жиры лабораторным животным. Таким образом в ткани животных был введен тяжелый
водород, на который они реагировали так же, как и на обычный. Анализы
животных жиров, содержащих дейтерий, дали поразительные результаты.
В то время ученые полагали, что запасы жиров в организме в основном
неподвижны и мобилизуются только при голодании. Однако, исследовав состав жировой
ткани крыс, получивших дейтерий, Шенгеймер обнаружил, что на четвертые сутки
в тканях содержалась почти половина скормленного с пищей дейтерия. Другими
словами, поглощенный жир откладывается, а ранее отложенный используется, то
есть имеет место быстрый и непрерывный круговорот веществ, входящих в состав
организма. Аналогичные результаты отмечались и в опытах с мечеными
аминокислотами, в которых Шенгеймер использовал изотоп азота (тяжелый азот). Он
кормил крыс смесью аминокислот, из которых лишь одна была меченая, и вскоре
обнаружил, что мечеными оказались все аминокислоты. На основе этих исследований
Шенгеймера были выдвинуты новые представления о динамическом состоянии всех
составных частей организма.
В принципе можно проследить весь порядок обмена, последовательно используя
различные соединения с изотопами. Легче всего это сделать с помощью
радиоактивных изотопов, атомы которых отличаются не только весом, но и способностью
к распаду с выделением высокоподвижных энергетических частиц. Эти частицы
легко обнаружить, поэтому для опыта можно ограничиться минимальным
количеством радиоактивных изотопов. Созданные после окончания второй мировой войны
ядерные реакторы позволили широко получать радиоактивные изотопы. Кроме того,
был открыт радиоактивный изотоп углерода (углерод-14), который оказался
чрезвычайно полезным для исследований.
Радиоактивные изотопы помогли американскому биохимику Мелвину Кэлвину
(1911-1997) выявить тончайшие детали последовательных реакций процесса фото-
синтеза, посредством которого зеленые растения превращают солнечный свет в
химическую энергию и снабжают животный мир пищей и кислородом. Кэлвин в
течение нескольких секунд давал микроскопическим растительным клеткам доступ к
углекислоте на свету и затем убивал их. К этому моменту успевали, по-
видимому, завершиться лишь первые этапы фотосинтеза. Затем он измельчал
клетки и разделял их на составные части, используя метод хроматографии на бумаге
(о котором мы расскажем подробнее в следующей главе). Теперь оставалось
уточнить, какие из получаемых компонентов возникли в результате первого этапа
фотосинтеза .
Упрощенная схема фотосинтеза.
Кэлвину удалось ответить на этот вопрос, так как в молекуле углекислоты, с
которой соприкасались растительные клетки, содержался изотоп углерода (угле-
род-14). Любое вещество, которое образуется из этой углекислоты в процессе
фотосинтеза, само по себе становится радиоактивным, и его можно без труда
определить . Этот вывод послужил отправной точкой для целого ряда исследований,
проведенных в 50-х годах и позволивших разработать схему основных стадий
фотосинтеза .
ГЛАВА XIII.
Молекулярная
биология: белок
Ферменты и
коферменты
Процесс обмена веществ, который стал особенно хорошо известен ученым в
середине 50-х годов, можно считать своеобразным выражением ферментативной
природы клетки. Любая метаболическая реакция катализируется благодаря
специфическому ферменту; характер обмена веществ определяется природой и концентрацией
присутствующих в клетке ферментов. Следовательно, чтобы понять обмен веществ,
необходимо знать ферменты.
Харден, открывший в начале нынешнего столетия промежуточный обмен веществ,
обратил также внимание на еще одну сторону ферментативной деятельности. Он
поместил в воду дрожжевой экстракт в небольшом мешке из диализирующей
мембраны (через которую просачиваются только молекулы малых размеров). После того
как через стенки мешка вышли мелкие молекулы экстракта, последний уже не мог
расщеплять сахар. Объяснить это явление просачиванием через мембрану самого
фермента нельзя, поскольку вода, в которой находился мешок, также не
расщепляла сахара. Однако в соединении с экстрактом внутри мешка она приобретала
эту способность. Следовательно, можно сделать вывод: помимо крупных молекул,
фермент включает в себя и относительно мелкие, непрочно связанные и потому
способные просачиваться через мембрану. Эти мелкие молекулы, являющиеся
структурной частью фермента и очень важные для его функционирования, получили
название коферментов.
В середине 20-х годов шведский химик Ганс Карл Август Симон Эйлер (1873-
1964) обнаружил, что и другие ферменты содержат коферменты, однако структуру
последних удалось выяснить лишь десятилетием позже. Тогда же определили
строение витаминов, после чего уже не вызывало сомнения, что в большинстве
коферментов в качестве составной части молекулы имеются витаминоподобные
структуры.
Итак, витамины, по-видимому, являются той частью коферментов, которые не
вырабатываются самим организмом и поэтому должны быть включены в пищу. Без
витаминов построение коферментов невозможно, а без коферментов некоторые
ферменты оказываются недеятельными и, таким образом, обмен веществ нарушается. В
результате наступает авитаминоз, иногда со смертельным исходом.
Поскольку ферменты и коферменты — это катализаторы, нужные организму в
малых количествах, витамины тоже нужны в столь же небольших количествах. Этим,
собственно, и объясняется тот факт, что ничтожнейшие составные части пищи
могут оказаться крайне необходимыми для нормальной жизнедеятельности организма.
Следовые количества таких элементов, как медь, кобальт, молибден, цинк,
образуют существенную часть ферментной структуры. Были выделены ферменты,
содержащие по одному или несколько атомов этих элементов.
Что же следует сказать о самих ферментах? На протяжении прошлого столетия
ферменты считались таинственными веществами, выявляемыми лишь по их действию.
Немецкому химику Леонору Михаэлису (1875—194 9) удалось раскрыть тайну
ферментов с помощью законов и методов химической кинетики (раздела физической
химии, изучающего скорость реакций). В 1913 г. он установил зависимость
скорости реакций, катализируемых ферментами, от определенных условий. Он
предположил, что фермент образует промежуточное соединение с веществом, реакцию
которого он катализирует. Подобное допущение свидетельствует о том, что ферменты
есть не что иное, как молекулы, подчиняющиеся физико-химическим законам. Но
что же это за молекулы? По всей вероятности, это белки, так как ферментный
раствор легко теряет активность даже при слабом нагревании, а, как известно,
такую термолабильность имеют лишь белковые молекулы.
Однако все это были лишь предположения. В 20-х годах немецкий химик Рихард
Вильштеттер (1872—1942) выдвинул гипотезу, согласно которой ферменты вовсе не
являются белками. Правда, как оказалось впоследствии, эта гипотеза была
ошибочной, но научный авторитет ее автора долгое время не позволял в ней
усомниться. Через несколько лет вопрос о белковой природе ферментов был поднят
вновь, на сей раз американским биохимиком Джеймсом Бэчелором Самнером (188 7—
1955). В 1926 г. Самнер выделил из семян мечевидной канавалии фермент,
катализирующий реакцию расщепления мочевины на аммиак и углекислый газ. В процессе
получения фермента ученый обнаружил возникновение в определенный момент
мельчайших кристаллов. Выделив и растворив эти кристаллы, он получил жидкость с
повышенной активностью уреазы. Все попытки отделить эту активность от
кристаллов не увенчались успехом. Полученные кристаллы оказались ферментами и,
как показали опыты Самнера, одновременно и белками. Таким образом, уреаза
была не только первым ферментом, полученным в кристаллическом виде, но и первым
ферментом с доказанной белковой природой. Сомнениям относительно того,
распространяется ли эта закономерность на все ферменты, положили конец
исследования американского биохимика Джона Говарда Нортропа (1891-1987). В 1930 г.
ученому удалось кристаллизовать пепсин — расщепляющий белок фермент
желудочного сока; двумя годами позже — трипсин и в 1935 — химотрипсин. Трипсин и хи-
мотрипсин — расщепляющие белок ферменты поджелудочной железы. Они также
оказались белками. После этого ученые получили в кристаллическом виде еще
десятки ферментов, и все они были белками. К середине 30-х годов проблему
ферментов уже нельзя было отделить от проблемы белков.
Электрофорез и дифракция
рентгеновских лучей
Развитие химических и физических методов в первой половине текущего
столетия позволило биохимикам точнее исследовать крупные молекулы белка, которые,
по представлениям ученых, являются основой жизни. Так создалась новая область
науки — молекулярная биология, сочетающая в себе физику, химию и биологию.
Основной задачей молекулярной биологии было детальное изучение тонкой
структуры и функционирования гигантских молекул жизни.
В 1923 г. шведский химик Теодор Сведберг (1884-1971) разработал новый метод
определения размеров белковых молекул — центрифугирование. Сконструированная
им ультрацентрифуга представляла собой вращающийся сосуд, который создавал
центробежную силу, в сотни тысяч раз превышающую силу земного притяжения.
Тепловое колебание молекул воды при обычной температуре достаточно для
поддержания во взвешенном состоянии гигантских молекул белка. Оно противодействует
силе земного притяжения, но не способно противостоять центробежной силе. Во
вращающейся центрифуге молекулы белка осаждаются, или седиментируют.
Молекулярный вес белковых молекул можно определить по скорости их оседания. Так,
молекула средней величины, например молекула гемоглобина (пигмент крови),
имеет молекулярный вес, равный 67 600. Эта величина в 3700 раз превышает
молекулярный вес воды, равный 18. Другие белковые молекулы еще крупнее, их
молекулярный вес выражается сотнями тысяч единиц.
Размер и сложность белковой молекулы определяют размещение на ее
поверхности атомов, способных нести электрические заряды. При этом каждому белку
свойственно оригинальное расположение положительных и отрицательных зарядов,
способное определенным образом изменяться в зависимости от изменения
кислотности окружающей среды.
Если раствор белка поместить в электрическое поле, отдельные белковые
молекулы начинают двигаться либо к положительному, либо к отрицательному
электроду со скоростью, обусловленной характером электрического заряда, размером и
формой молекулы и т.д. Нет двух белков, которые в любых равных условиях
обладали бы одинаковой скоростью. На основе этой закономерности шведский химик
Арне Вильгельм Каурин Тизелиус (1902-1971), ученик Сведберга, в 1937 г.
сконструировал прибор, который состоял из U-образной трубки с белковой смесью,
способной перемещаться под действием электрического поля. (Это явление
перемещения в электрическом поле взвешенных в жидкости частиц называется
электрофорезом.) Ввиду того, что каждый компонент смеси движется со свойственной ему
скоростью, смесь можно постепенно разделить. U-образная трубка собирается из
особым образом соединенных секций, ее легко расчленить. Благодаря этому
каждую составную часть смеси, находящуюся в отдельной секции, можно отделить от
остальных компонентов.
Применяя соответствующие цилиндрические линзы и используя изменение
отражения светового луча при прохождении его через суспендированную смесь (по мере
изменения концентрации белков), стало возможным проследить процесс разделения
смеси. Изменение рефракции давало на фотографии волнообразные кривые, по
которым можно было вычислить количество каждого белка в смеси. В частности,
белки плазмы крови, подвергнутые электрофорезу, были разделены на множество
фракций, включая альбумин и три группы глобулинов — а, (3 и у г ~ причем
фракция у-гл°булинов содержала антитела.
В 40-е годы были разработаны методы промышленного получения различных
белковых фракций.
Ультрацентрифугирование и электрофорез зависели от общих свойств молекулы
белка. Применение рентгеновских лучей позволило биохимикам исследовать
внутреннее строение молекулы. Проходя через вещество, пучок рентгеновских лучей
рассеивается. Если частицы вещества расположены в строгом порядке (как атомы
в кристалле), то рассеяние лучей будет также упорядочено. Пучок рентгеновских
лучей, попадая на фотопленку после рассеяния кристаллом, даст симметричное
расположение точек. На основании такого рисунка можно определить положение
атомов в кристалле.
Крупные молекулы нередко состоят из более мелких единиц, равномерно
расположенных внутри молекулы. Это справедливо и для белковых молекул,
структурными единицами которых являются аминокислоты. О расположении аминокислот в
молекуле белка можно судить по тому, как рассеивается пучок рентгеновских
лучей. Хотя рассеяние луча белками выражено не столь ярко, как рассеяние
кристаллами, его все же можно использовать для анализа белков. Общая картина
пространственного расположения аминокислотных единиц была выявлена в начале
30-х годов. Выдающиеся исследования американского химика Лайнуса Полинга
(1901-1994) выявили точное распределение аминокислот и показали, что их цепь
представляет собой улиткообразную спираль.
По мере того как ученые все глубже проникали в строение белка, они получали
все более сложные результаты рентгеноструктурного анализа. Появилась
необходимость в сложных и трудоемких математических вычислениях, которые были не
под силу человеческому разуму. К счастью, в 50-х годах была создана
электронно-вычислительная машина, способная в кратчайший срок выполнять длиннейшие
ряды вычислений.
Впервые электронно-вычислительную машину применили для изучения витаминов.
Еще в 1926 г. два американских врача, Джордж Ричард Майнот (1885—1950) и
Уильям Перри Мерфи (1892-1987), заметили, что регулярное введение печени в
диету больных так называемым злокачественным малокровием спасает их от,
казалось бы, неминуемой смерти. Они предположили, что это свойство печени
обусловлено присутствием витамина. Этот витамин, получивший название В12,
удалось выделить только в 1948 г. Его молекула оказалась очень сложной; она
состоит из 183 атомов шести различных элементов. В 1956 г., используя новые
физические методы и вычислительную аппаратуру, группа ученых под руководством
шотландского химика-органика Александра Тодда (1907-1997) выяснила детальное
строение этого витамина. Поскольку среди прочих структур он содержал циан-
группу, атом кобальта и аминогруппу, витамин получил название цианокобалами-
на.
Неизбежность применения электронно-вычислительных машин при дифракционном
изучении белков стала очевидной. В 1960 г., используя метод дифракции
рентгеновских лучей и вычислительные машины, английские биохимики Макс Фердинанд
Перутц (1914-2002) и Джон Каудери Кэндрю (1917-1997) смогли дать полную
картину строения молекулы миоглобина (мышечного белка, в какой-то степени
напоминающего гемоглобин, но в четыре раза более мелкого) с точным указанием рас-
положения каждой аминокислоты.
Модель белка миоглобина.
Метод хроматографии
Выяснить строение крупных молекул посредством метода дифракции
рентгеновских лучей значительно легче, если известны химическая природа субъединиц
молекул и хотя бы в общем виде их расположение.
Прогресс в изучении химии белка был достигнут не сразу. Ученые XIX столетия
могли только весьма голословно утверждать, что белковая молекула состоит из
аминокислот. На рубеже XX в. немецкому химику Эмилю Герману Фишеру (1852—
1919) удалось показать, каким образом аминокислоты комбинируются в молекуле
белка. В 1907 г. он даже получил очень простое белковоподобное соединение,
состоящее из 18 единиц: 15 молекул одной аминокислоты и 3 молекулы другой.
Какова же структура более сложной белковой молекулы, встречающейся в
природе? И в первую очередь, каково точное число каждого типа аминокислот в
молекуле белка? Проще всего ответить на этот вопрос, расщепив белковую молекулу
на отдельные аминокислоты, и на основании химического анализа определив
относительное количество каждого компонента.
Однако для современников Фишера этот путь был неприемлем. В те времена
обычными химическими методами нельзя было различить аминокислоты, обладавшие
сходным строением. Ответ на этот вопрос пришел с появлением нового метода,
принцип которого в 1903 г. впервые разработал русский ботаник Михаил
Семенович Цвет (1872—1919). Исследуя пигменты растений, Цвет получил сложную смесь,
состоящую из столь сходных компонентов, что разделить ее существовавшими
химическими методами было почти невозможно. Тогда ученый пропустил раствор
смеси по каплям через стеклянную трубку (колонку), заполненную порошком окиси
алюминия. Поверхность частиц порошка с разной силой удерживала различные
вещества смеси. Когда смесь смывали свежим растворителем, вещества разделялись.
Компоненты, наименее прочно связанные с поверхностью порошка, смывались в
первую очередь. В конце концов, смесь оказывалась разделенной на отдельные
пигменты, каждый из которых характеризовался определенной полосой цвета в
спектре. Этот метод разделения по цвету получил название хроматографии (от
греческих слов chromatos — окраска, цвет и graphein — записывать). К
сожалению, работы Цвета прошли незамеченными. Только через полтора десятилетия
Вильштеттер, вновь применив метод Цвета, добился его признания. Хроматографию
стали широко применять для разделения сложных смесей.
Однако пользоваться колонкой из порошка окиси алюминия для разделения
ничтожных количеств смеси было чрезвычайно сложно. Требовался более простой и
надежный метод.
Выход был найден лишь в 1944 г., когда английские биохимики Арчер Джон
Портер Мартин (1910-2002) и Ричард Лоуренс Миллингтон Синдж (1914-1994)
использовали для метода хроматографии простую фильтровальную бумагу. Опыты
проводили так. Каплю смеси аминокислот просушивали близ нижнего края полоски
фильтровальной бумаги, а затем опускали его в специальный растворитель. Последний,
по закону капиллярности, поднимался по полоске вверх. Проходя через
высушенную каплю, растворитель увлекал за собой отдельные аминокислоты со скоростью,
характерной для каждой конкретной аминокислоты. В итоге смесь аминокислот
оказывалась разделенной. Расположение аминокислот на бумаге выявлялось
посредством специальных физических и химических методов. Определить количество
аминокислоты в каждом пятне не составляло труда.
Хроматограмма.
Новый метод хроматографии на бумаге оказался на редкость эффективным. Он
прост и дешев, не требует сложной аппаратуры, позволяет тщательно разделять
ничтожные количества компонентов смеси. Метод получил широкое применение во
всех областях биохимии. Им, в частности, воспользовался Кэлвин в своих
экспериментах со смесью фотосинтезирующих растительных клеток. По существу,
исследования без применения метода хроматографии на бумаге стали немыслимы. С его
помощью появилась возможность установить точное количество различных
аминокислот того или иного белка. Это в свою очередь позволило определить
аминокислотный состав одного белка за другим, подобно тому, как устанавливают
число атомов различных элементов, входящих в то или иное соединение.
Расположение
аминокислот
Но всего этого оказалось недостаточно. Как известно, химиков интересует не
только число атомов в любом соединении, но и их расположение. То же относится
и к аминокислотам в молекуле белка. Вопрос о расположении аминокислот сложен.
Даже если в молекуле всего несколько десятков аминокислот, число возможных
сочетаний астрономически велико, а если их больше 500 (как, например, в
гемоглобине, где молекула средней величины), число возможных расположений
выражается цифрой из 600 знаков. Как же из такого невообразимого числа возможностей
правильно выбрать наиболее вероятное расположение аминокислот каждого
конкретного белка?
Оказалось, что с помощью метода хроматографии на бумаге эта проблема
разрешается очень легко. Однако английскому биохимику Фредерику Сэнгеру (род. в
1918 г.) понадобилось восемь лет, чтобы исследовать этим методом молекулу
инсулина, состоящую всего из 50 аминокислот! Сэнгер расщеплял молекулу на
части, методом хроматографии на бумаге разделял короткие цепи и определял
слагающие их аминокислоты, а также порядок расположения последних. Это было
нелегкой задачей, ибо даже четырехкомпонентный фрагмент может располагаться 24
различными способами. Выявив, каким более коротким цепям дают начало длинные
цепи, Сэнгер мало-помалу воссоздал структуру более длинных цепей. К 1953 г.
он уже знал точный порядок аминокислот в молекуле инсулина.
Последовательность аминокислот в инсулине.
Вслед за Сэнгером его методом воспользовался американский биохимик Винсент
Виньо (1901-1978) . Он применил его к очень простой молекуле окситоцина
(гормона задней доли гипофиза), состоящей всего из восьми аминокислот. Установив
расположение аминокислот, Виньо попытался синтезировать соединение таким
образом, чтобы каждая аминокислота находилась на полагающемся ей месте. Синтез
был осуществлен в 1955—1956 гг.; полученный в результате синтетический окси-
тоцин по своим свойствам не уступал природному гормону. Аналитический метод
Сэнгера, равно как и синтез Виньо, впоследствии был повторен в более широком
масштабе. В 1960 г. ученые установили расположение аминокислот в ферменте,
названном рибонуклеазой. Молекула рибонуклеазы состоит из 124 аминокислот,
это в два с половиной раза превышает число аминокислот в молекуле инсулина.
Фрагменты рибонуклеазы синтезировали, после чего изучали их ферментативную
активность. Таким образом, к 1963 г. удалось установить, что для
функционирования молекулы существенно необходимы аминокислоты 12 и 13 (гистидин и метио-
нин) . Это было значительным шагом вперед в определении точного механизма
функционирования молекулы фермента.
К середине текущего столетия белковая молекула оказалась «прирученной».
ГЛАВА XIV.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ:
НУКЛЕИНОВАЯ КИСЛОТА
Вирусы и гены
Итак, молекула белка стала управляемой. И вдруг совершенно неожиданное,
поразительное открытие: химическая основа жизни вовсе не молекула белка, а
другая частичка. Только когда принялись за изучение природы фильтрующихся
вирусов , стала ясна огромная важность этого открытия.
Природа вирусов представляла загадку для целого поколения. Известно, что
вирусы вызывают заболевания, были даже разработаны методы борьбы с ними.
Однако физические свойства вирусов все еще оставались неизвестными. Решающую
роль в определении размера вирусов сыграло изобретение фильтров достаточно
мелкопористых, чтобы задерживать вирусные частицы. Вирусы оказались немного
меньше, чем мельчайшие из известных клеток, но значительно больше самой
крупной белковой молекулы. Разглядеть вирусы позволил лишь электронный микроскоп.
Их размеры варьируют в широких пределах, начиная от вирусов — мельчайших
точек — и до сравнительно крупных структур строго геометрической формы с
различимым внутренним строением. К наиболее крупным вирусам относятся
бактериофаги, которые «охотятся» за мелкими микроорганизмами; некоторые фаги имеют
хвостики и напоминают крошечных головастиков. Крупнее вирусов, но мельче
бактерий риккетсии, названные так в честь Риккетса. Риккетсии вызывают, в
частности, пятнистую лихорадку Скалистых гор — заболевание, изученное
бактериологами .
Возник вопрос, являются ли вирусы живыми организмами. В 1935 г.
американский биохимик Уэнделл Мередит Стенли (1904-1971), работая с экстрактом вируса
табачной мозаики, получил игольчатые кристаллы. Оказалось, что эти кристаллы
обладают высокой инфекционностью. Другими словами, ученый получил вирус в
кристаллическом виде, а живые кристаллы — явление трудно объяснимое.
С другой стороны, нельзя ли допустить, что клеточная теория неточна и что
клетки не являются неделимыми единицами жизни? Вирус много мельче клетки и в
противоположность ей ни при каких условиях не способен существовать
независимо. Однако вирусу удается проникнуть в клетку, размножиться там и в некоторых
основных проявлениях вести себя, как живое существо.
Нет ли каких-либо внутриклеточных образований, каких-либо доклеточных эле-
ментов, которые были бы действительной основой жизни — структурой,
управляющей остальной частью клетки? Не является ли вирус таким клеточным
компонентом, когда-то и как-то отщепившимся от клетки, но готовым заселить ее и
сделать чуждой истинному «хозяину»?
Если это так, такие доклеточые компоненты должны были бы находиться и в
нормальных клетках. Кандидатами на эту роль, вероятнее всего, следует считать
хромосомы. В первые годы нашего столетия стало очевидным, что хромосомы несут
в себе факторы, управляющие наследованием физических свойств. Это определяет
их руководящее положение в клетке, как и можно было ожидать от ключевых док-
леточных компонентов. Однако хромосома значительно крупнее вируса.
Но число хромосом гораздо меньше количества наследуемых признаков. Отсюда
можно было сделать вывод, что одна хромосома состоит из многих, возможно
тысяч, частиц, каждая из которых управляет отдельным признаком. Эти отдельные
частицы датский ботаник Вильгельм Людвиг Иогансен (1857—1927) в 1909 г.
назвал генами (в переводе с греческого — дать жизнь чему-либо).
Однако в первое десятилетие XX в. отдельного гена, как и отдельных вирусов,
еще не удавалось увидеть, хотя его проявления довольно успешно наблюдались.
Ключ к этим исследованиям подобрал американский генетик Томас Хант Морган
(1866—1945) , использовав в 1910 г. новый биологический объект — плодовую
мушку дрозофилу. Это маленькое насекомое неприхотливо, довольно легко
размножается; кроме того, наличие в клетках дрозофилы всего четырех пар хромосом
облегчает исследования.
Изучая эту мушку, поколение за поколением, Морган обнаружил огромное
количество мутаций. Ему удалось показать, что различные признаки связаны, то есть
наследуются как один комплекс. Значит, гены, управляющие этими признаками,
должны находиться на одной хромосоме, которая и наследуется как целое. Но
сцепленные друг с другом признаки связаны не на век. Бывает, что один из
признаков наследуется без связи с другим. Это происходит потому, что пары
хромосом случайно обмениваются участками (кроссинговер), так что целостность
отдельной хромосомы не абсолютна.
Подобные опыты позволили определить место каждого конкретного гена на
хромосоме. Чем больше расстояние между двумя генами, тем больше вероятность
перекрещивания произвольно расположенных генов. Изучая частоту, с которой
расщепляются два особым образом связанных признака, можно определить
относительное положение генов. В 1911 г. была составлена первая карта расположения
генов в хромосомах (для дрозофилы). Один из учеников Моргана, американский
генетик Герман Иозеф Мёллер (1890—1967), предложил метод увеличения частоты
мутаций (1919) . Он обнаружил, что повышение температуры увеличивает частоту
мутаций. Это не было результатом общего «перемешивания» генов. Всегда
оказывалось, что поражался один ген, тогда как его дубль на другой хромосоме данной
пары оставался нетронутым. Мёллер пришел к выводу, что эти изменения
происходят на молекулярном уровне. Следующим шагом в его исследованиях было
применение рентгеновских лучей, обладавших более высокой энергией, чем легкое
нагревание. Отдельный рентгеновский луч, попав в хромосому, действует на нее в
определенной точке. И действительно, в 1927 г. Мёллеру удалось доказать, что
рентгеновские лучи значительно повышают темп мутирования. Эти исследования
продолжил американский ботаник Альберт Фрэнсис Блэксли (1874-1954) . В 1937 г.
он показал, что темп мутаций можно повысить, действуя специфическими
веществами (мутагенными факторами). Лучшим мутагенным фактором оказался колхицин —
алкалоид, выделенный из безвременника (семейство ирисовых).
Таким образом, к середине 30-х годов и вирусы и гены утратили покров
таинственности. И те и другие оказались молекулами примерно одной и той же
величины и близкой химической природы. А нельзя ли гены считать «прирученными»
клеточными вирусами? И может ли вирус быть «диким геном»?
Роль ДНК
Как только получили кристаллическую форму вирусов, стало возможным вести
исследования по методу дифракции рентгеновских лучей. Вирусы, безусловно,
относились к белкам, будучи особой их разновидностью, носящей название нуклео-
протеидов. Успехи техники окрашивания препаратов позволили выяснить
химическую природу отдельных субклеточных структур. Было установлено, что хромосомы
(а следовательно, гены) также относятся к нуклеопротеидам. Молекула нуклео-
протеида состоит из молекулы белка, связанной с фосфорсодержащим веществом,
известным под названием нуклеиновой кислоты. Впервые нуклеиновые кислоты
открыл в 1868 г. швейцарский биохимик Фридрих Мишер (1844—1895) в ядрах клеток
гноя. Долгое время их считали специфически ядерным компонентом. Когда
оказалось, что нуклеиновые кислоты присутствуют и вне ядер, уже поздно было менять
название. Нуклеиновые кислоты подробно изучил немецкий биохимик Альбрехт Кос-
сель (1853—1927), которому в 1880 г. удалось расщепить их на более мелкие
составные части, включавшие фосфорную кислоту и сахар, точного состава которых
он не смог определить. Кроме того, в нуклеиновой кислоте он обнаружил два
соединения класса пуринов, молекулы которых представляли циклические соединения
с двумя кольцами, содержащими четыре атома азота. Эти вещества Коссель назвал
аденином и гуанином (а иногда просто обозначал буквами А и Г) . Он обнаружил
также три пиримидина (вещества с одним кольцом, содержащие два атома азота) ,
которые были названы им цитозином, тимином и урацилом (Ц, Т и У) .
Американский химик Фебус Арон Теодор Левин (1869—1940), изучая эти вещества на
протяжении 20-х и 30-х годов, показал, что в молекуле нуклеиновой кислоты молекула
фосфорной кислоты, молекула сахара и молекула одного из пуринов или пи-
римидинов образуют трехкомпонентное соединение, которое он назвал нуклеоти-
дом. Молекула нуклеиновой кислоты состоит из цепочки этих нуклеотидов,
подобно тому, как молекула белка — из цепей аминокислот. Нуклеотидная цепь
построена так, что молекула фосфорной кислоты одного нуклеотида связана с
сахарной группировкой соседнего нуклеотида. Это и есть сахаро-фосфатный скелет,
от которого ответвляются отдельные пурины и пиримидины.
Далее Левин показал, что сахара нуклеиновых кислот могут быть двух типов:
рибоза, содержащая только пять атомов углерода вместо шести, как это имеет
место в хорошо изученных сахарах, и дезоксирибоза, в которой на один атом
кислорода меньше, чем в рибозе. Каждая молекула нуклеиновой кислоты содержит
тот или иной сахар, но отнюдь не оба одновременно. Таким образом, различаются
два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая
(ДНК) . Каждая нуклеиновая кислота включает пурины и пиримидины четырех
различных типов. В ДНК нет урацила, в ее состав входят А, Г, Ц и Т, в то время
как в РНК нет тимина, а только А, Г, Ц и У. Шотландский химик Александр Тодд
(1907-1997) подтвердил данные Левина, синтезировав в 40-х годах различные
нуклеотиды.
Вначале биохимики не придали большого значения нуклеиновым кислотам. Хотя и
было известно, что белковая молекула связана с различными небелковыми
дополнениями, вроде Сахаров, жиров, металл- и витаминсодержащих соединений и т.д.,
считалось, что белок представляет собой основную часть молекулы. Даже после
того, как нуклеопротеиды обнаружили в хромосомах и вирусах, биохимики не
потеряли уверенности, что нуклеиновые кислоты — это второстепенная часть
молекулы.
В 90-х годах прошлого столетия Коссель провел наблюдение, все значение
которого стало понятно гораздо позже.
Сперматозоиды почти целиком состоят из тесно лежащих хромосом и содержат
химические вещества, несущие полную информацию, благодаря которой потомству
передаются отцовские наследственные признаки. Однако Коссель нашел, что белки
сперматозоидов значительно проще, чем белки других тканей, в то время как
нуклеиновая кислота подобна нуклеиновой кислоте тканей тела. Отсюда с большой
вероятностью вытекало, что наследственная информация заключена скорее в
неизменных молекулах нуклеиновых кислот спермы, чем в ее чрезвычайно упрощенном
белке.
Но вера в молекулу белка еще не была поколеблена, так как результаты
исследований 30-х годов говорили о слишком простом, чтобы нести наследственную
информацию, строении нуклеиновых кислот, представляющих очень мелкие молекулы,
которые состоят только из четырех нуклеотидов.
Поворотным пунктом явились исследования, проведенные в 1944 г. рядом ученых
под руководством американского бактериолога Освальда Теодора Эвери (1877—
1955) , работавших со штаммами пневмококков (возбудителей пневмонии). У части
штаммов была гладкая форма (S-штаммы) и наружная оболочка вокруг клетки
(капсула) , у другой — шероховатая без оболочки (R-штаммы).
По-видимому, у R-штаммов отсутствовала способность синтезировать вещество
капсулы. Вытяжка из S-штаммов, добавленная к R-штаммам, превращала последние
в S-штаммы. Сама по себе вытяжка не может образовывать капсулы, но, по-
видимому, вызывает такие изменения в R-штаммах, которые позволяют бактерии
справиться с этой задачей. Вытяжка несет генетическую информацию, необходимую
для изменения физических свойств бактерии. Но самая поразительная часть опыта
выявилась при анализе вытяжки, которая представляла собой раствор, состоящий
исключительно из нуклеиновой кислоты без примеси каких-либо белков. Итак, по
крайней мере, в этом случае, нуклеиновые кислоты, а не белок были
генетическим материалом. С этого момента стало ясно, что именно нуклеиновая кислота —
первичная и ключевая основа жизни. А так как в том же, 1944 г. впервые
осуществили метод хроматографии на бумаге, то 1944 г., так же как и 1859 г., когда
вышло в свет «Происхождение видов», можно справедливо назвать годом
величайших биологических событий.
Бактериофаг Т4 впрыскивает молекулу ДНК (синяя нить)
в клетку через ее мембрану (красная). Белок
бактериофага показан фиолетовым цветом.
Начиная с 1944 г. новый взгляд на нуклеиновые кислоты получил наибольшее
обоснование благодаря исследованиям вирусологов. Было показано, что вирусы
имеют внешнюю белковую оболочку, внутри которой находится молекула
нуклеиновой кислоты. В 1955 г. американскому биохимику Гейнцу Френкель-Конрату (1910-
1999) удалось разделить вирус на две составные части и вновь соединить их.
Белковая часть сама по себе не обладала никакими инфекционными свойствами,
она была мертва. Часть, содержащая нуклеиновую кислоту, была живой,
инфекционной, хотя наибольшую активность проявляла в присутствии белкового
компонента .
Использование радиоактивных изотопов показало, что при внедрении
бактериофага в бактериальную клетку проникает только та его часть, которая состоит из
нуклеиновой кислоты, а белковая остается снаружи. Внутри клетки нуклеиновая
кислота вызывает образование не только новых молекул нуклеиновой кислоты,
подобных себе (а не нуклеиновой кислоте клетки), но и молекул белка,
характерного для бактериофага, а не для клетки. Не остается никаких сомнений, что
именно молекула нуклеиновой кислоты, а не белок несет генетическую
информацию.
Молекулы вируса содержат либо ДНК, либо РНК, либо обе нуклеиновые кислоты
одновременно. В клетке, однако, ДНК обнаружена исключительно в генах. А
поскольку гены являются единицами наследственности, окончательно проясняется
Значение ДНК.
Структура
нуклеинов ой
кислоты
С работ Эвери началось энергичное изучение нуклеиновых кислот. Впечатление,
что нуклеиновые кислоты представляют собой мелкие молекулы, создавалось
потому, что ранние методы их выделения были достаточно грубы и расщепляли
молекулу на более мелкие фрагменты. Более тонкие методы показали, что молекулы
нуклеиновой кислоты крупнее даже самых больших молекул белка.
Американский биохимик Эрвин Чаргафф (1905-2002) расщепил молекулу
нуклеиновой кислоты и подверг ее фрагменты хроматографическому разделению на бумаге.
В конце 40-х годов он показал, что в молекуле ДНК: число пуриновых групп
равно числу пиримидиновых. А если говорить конкретно, то число групп аденина
(пурин) обычно равно числу тиминовых (пиримидин), в то время как количество
групп гуанина (пурин) равно числу цитозиновых (пиримидин). Это можно выразить
так: А-Т и Г-Ц.
Английский физик Маурис Хью Фредерик Уилкинс (1916-2004) в начале 50-х
годов применил к изучению ДНК метод дифракции рентгеновских лучей. Его коллеги
по Кембриджскому университету английский биохимик Фрэнсис Гарри Комптон Крик
(1916-2004) и американский биохимик Джеймс Дьюк Уотсон (род. в 1928 г.)
попытались представить структуру молекулы так, чтобы она объясняла данные Уилкин-
са. Незадолго до этого Полинг выдвинул гипотезу винтообразного спиралевидного
строения белков. Крику и Уотсону казалось, что молекула ДНК, построенная по
винтообразной спирали, соответствовала бы данным Уилкинса.
Однако им пришлось допустить существование двойной винтообразной спирали,
чтобы объяснить также и данные Чаргаффа. Образно они представляли себе
молекулу состоящей из двух сахаро-фосфатных скелетов, извивающихся вокруг общей
оси и создающих цилиндрическую форму молекулы. Внутрь, к центру цилиндра,
ответвляются пурины и пиримидины. Для сохранения одинакового диаметра на всем
протяжении цилиндра крупные молекулы пуринов должны примыкать к мелким
молекулам пиримидинов, то есть А к Т, Г к Ц, что и объясняет данные Чаргаффа.
Более того, возникает приемлемое объяснение основных стадий митоза,
удвоения хромосом и близкого к этой проблеме механизма репродуцирования вируса в
клетке. Каждая молекула ДНК образует отпечаток самой себя (реплику) следующим
образом: оба сахаро-фосфатных скелета развертываются, и каждый служит моделью
для нового комплекта. В каком бы месте скелета ни находился аденин, из
наличных запасов клетки выбирается именно молекула тимина, и наоборот. Где бы ни
размещалась молекула гуанина, она выбирает именно молекулу цитозина, и
наоборот. Таким образом, скелет 1 образует новый скелет 2, в то время как скелет 2
образует новый скелет 1. Довольно быстро возникают две двойные винтообразные
спирали там, где до этого существовала лишь одна. Если молекула ДНК
реплицирует себя по всей длине хромосомы (или вируса), то процесс кончается
образованием двух идентичных хромосом там, где была только одна. Но не всегда этот
процесс протекает до конца вполне гладко. Если какое-либо воздействие
нарушает ход репликации, новая молекула ДНК несколько отличается от своего
«предка» ; в этом случае мы имеем дело с мутацией.
Структура и удвоение ДНК.
Модель молекулы ДНК, созданная Уотсоном и Криком, увидела свет в 1953 г.
Генетический код
Но как молекула нуклеиновой кислоты передает информацию, касающуюся
физических свойств? Ответ на этот вопрос дали результаты исследований американских
генетиков Джорджа Уэлса Бидла (1903-1989) и Эдварда Лаури Тэтума (1909-1975).
В 1941 г. они начали серию экспериментов с плесневым грибком Neurospora
crassa, способным благодаря синтезу аминокислот из более простых
азотсодержащих соединений жить на питательной среде, лишенной аминокислот.
Если подействовать на плесень рентгеновскими лучами, возникают мутанты.
Некоторые из них теряют способность продуцировать нужные аминокислоты. Один му-
тантный штамм, например, потерял способность образовывать аминокислоту лизин,
и, чтобы поддержать жизнь этого штамма, ее приходилось вводить в питательную
среду. Подобная дефективность, как показали Бидл и Тэтум, зависит от
отсутствия специфического фермента, имеющегося у нормального немутантного штамма.
Отсюда они сделали вывод, что способность продуцировать лизин представляет
специфическую функцию особого гена, управляющего образованием данного
фермента .
Молекулы нуклеиновой кислоты, передаваемые через сперматозоид или
яйцеклетку , обладают способностью продуцировать особый набор ферментов. Назначение
этих ферментов — управлять химизмом клетки. Химизм клетки в свою очередь
ответствен за все свойства, наследственность которых и изучали Бидл и Тэтум.
Таким образом, можно было перекинуть мостик от ДНК к физическим признакам
организма . Так как ДНК генов остается в пределах ядра, а синтез белка протекает
вне ядра, образование ферментов генами, вероятно, проходит через
промежуточные продукты. Электронно-микроскопическое изучение клетки раскрыло более
тонкие детали ее строения и определило точное место белкового синтеза.
В клетке в большом количестве были найдены организованные гранулы,
значительно более мелкие, чем митохондрии, и потому названные микросомами (от
греческих слов mikros — малый и soma — тело).
В 1956 г. одному из наиболее энергичных исследователей микросом, американцу
Джорджу Эмилю Паладе (1912-2008), удалось показать, что они богаты РНК
(поэтому их переименовали в рибосомы). Тогда и обнаружили, что именно рибосомы
являются местом синтеза белка.
Но генетическая информация от хромосом должна дойти до рибосом. Это
осуществляет особая разновидность РНК названная информационной; информационная РНК
точно повторяет структуру определенного участка ДНК хромосом, составляющего
единицу наследственной информации — ген, и переносится из ядра в цитоплазму
клетки, где и прикрепляется к рибосоме. Но для того, чтобы синтезировались
белки, необходимы аминокислоты, которые образуются при помощи ферментов в
самой клетке или поступают с пищевыми продуктами. Проблему доставки аминокислот
в рибосомы впервые изучил американский биохимик Мелон Буш Хогленд (род. в
1921 г.) . Он установил, что каждая аминокислота, прежде чем попасть к месту
синтеза белков, соединяется с транспортной РНК, которая и переносит их на
соответствующее место информационной РНК.
Оставалось неясным: как молекула данной транспортной РНК прикрепляется к
данной аминокислоте? Проще всего было бы представить, что аминокислота
прикрепляется к пуринам и пиримидинам нуклеиновой кислоты; к каждому пурину или
пиримидину — разные аминокислоты. Однако из 20 различных аминокислот молекулы
белка на молекулу нуклеиновой кислоты приходится лишь четыре пурина и
пиримидина. По этой причине вполне очевидно, что к каждой аминокислоте должна
подходить комбинация, по крайней мере, из трех нуклеотидов. (Из трех нуклеотидов
возможны 64 различные комбинации.)
Подгон комбинаций тринуклеотидов к аминокислоте (то есть, какая комбинация
нуклеотидов, и в какой последовательности в составе информационной РНК соот-
ветствует определенной аминокислоте) представлял самую важную биологическую
проблему начала 60-х годов, относящуюся к расшифровке генетического кода. В
этом направлении наиболее активно работает американский биохимик Северо Очоа
(1905-1993).
Упрощенная схема синтеза белка.
Происхождение жизни
Итак, достижения молекулярной биологии к середине XX в. чрезвычайно сильно
укрепили материалистические позиции. Всю генетику можно было истолковать с
точки зрения химии, согласно законам, одинаково справедливым для живой и
неживой природы. Даже мозг подвергался этому натиску. Вполне возможно, что
процессы обучения и запоминания являются не только процессами возникновения и
закрепления нервных путей, но и представляют собой синтез и сохранение
специфических молекул РНК.
Оставался незатронутым лишь один аспект биологии XIX в., в котором еще
господствовала виталистическая точка зрения, — факт недоказанности
самопроизвольного зарождения. Если формы жизни действительно никогда не могли
развиться из неживой материи, как тогда возникла жизнь? Легче всего было
предположить, что жизнь создана сверхъестественными силами. В 1908 г. шведский химик
Сванте Август Аррениус (1859—1927) выдвинул гипотезу происхождения жизни без
участия сверхъестественных сил. Он высказал мысль, что жизнь на Земле
началась тогда, когда на нашу планету из космоса попали зародыши жизни. «Частицы
жизни», носящиеся в бескрайних космических пространствах, переносимые
давлением света от звезд, оседали то здесь, то там, осеменяя ту или иную планету.
Гипотеза Аррениуса лишь отодвигала решение проблемы. Если жизнь была занесена
на нашу планету извне, как она возникла там, откуда к нам попала?
А может быть, жизнь все-таки возникла из неживой материи? Колбы Пастера
сохранялись стерильными в течение какого-то ограниченного времени; а если их
оставить на миллиарды лет? Или вместо колб представить целый океан раствора в
условиях, далеких от современных?
Нет причин думать, что основные химические вещества, складывающие живое,
существенно менялись на протяжении веков. Весьма вероятно, что они не измени-
лись. Действительно, аминокислоты, выделенные в небольших количествах из
некоторых ископаемых организмов, насчитывающих десятки миллионов лет, оказались
идентичными аминокислотам, встречающимся в живых тканях современных
организмов . И все же химизм мира в целом мог измениться.
Новые данные по химии Вселенной позволили американскому химику Гарольду
Клейтону Ури (1893-1981) предположить, что первичная атмосфера Земли состояла
из водорода и водородсодержащих газов, таких, как метан и аммиак; в ней
совершенно отсутствовал свободный кислород, а значит, в ее верхних слоях не
было озона (одной из форм кислорода). Сейчас такой слой озона существует и
поглощает значительную часть ультрафиолетовых лучей солнечного света. В бедной
первичной атмосфере несущая энергию радиация, возможно, проникала до океана,
где и вызывала такие реакции, которых в настоящее время уже не может быть.
Постепенно могли создаваться комплексы молекул; при отсутствии жизни они не
потреблялись, а скапливались. В итоге реплицирующиеся молекулы создавали
комплекс нуклеиновых кислот, и это было основой жизни.
Благодаря мутациям и действию естественного отбора образовывались все более
активные формы нуклеиновых кислот. Эти кислоты могли превратиться в клетки;
последние, возможно, начали синтезировать хлорофилл. Фотосинтез (с помощью
других процессов, в которые не вовлекались, вероятно, живые организмы) мог
обогатить первичную атмосферу Земли свободным кислородом. А в такой атмосфере
и в мире, где кишит жизнь, самопроизвольное зарождение описанного выше типа,
вероятно, было бы уже невозможно.
Эта гипотеза, хотя и тщательно продуманная, в значительной степени остается
гипотезой. Однако в 1953 г. один из учеников Ури, Стенли Ллойд Миллер (1930-
2007), поставил очень интересный опыт. Он взял тщательно очищенную и
стерилизованную воду и добавил к ней «атмосферу» из водорода, аммиака и метана.
Миллер заставлял эту смесь циркулировать в герметически изолированном приборе,
через который пропускал электрические разряды, имитирующие ультрафиолетовое
солнечное излучение, Опыт шел в течение недели, после чего Миллер разделил
содержимое прибора методом хроматографии на бумаге. В растворе обнаружились
простые органические соединения и даже несколько простейших аминокислот.
В 1962 г. схожие опыты были повторены в Калифорнийском университете. К
атмосфере добавляли этан (соединение, очень сходное с метаном, но содержащее
два атома углерода). В результате было получено еще большее разнообразие
органических соединений. И наконец, в 1963 г. подобным же образом синтезировали
аденозинтрифосфат, один из основных высокоэнергетических фосфатов.
Если это воспроизводимо в течение недели в небольшом приборе, чего же можно
ожидать за миллиарды лет в огромном океане и одевающей его атмосфере?
Очень трудно представить процесс эволюции на ранних этапах существования
Земли, но когда мы попадем на Луну, мы, возможно, познакомимся с химическими
процессами дожизненных формаций. А если доберемся до Марса, вероятно, изучим
простые формы жизни, развивающиеся в условиях, совершенно отличных от условий
Земли. Все это, несомненно, послужит углубленному пониманию земных проблем.
Даже на нашей собственной планете мы с каждым годом узнаем все больше
нового. В 1960 г. человек проник в самые недоступные глубины океана, в условия,
совершенно чуждые ему. Вероятно, именно в океане мы установим контакт с
нечеловеческим разумом, каким, по-видимому, обладают дельфины.
А человеческий мозг — не раскроет ли он свои секреты, если подойти к его
изучению с позиций молекулярной биологии? Благодаря успехам кибернетики и
электроники, возможно, удастся создать неодушевленные мыслящие системы.
Но зачем предаваться гаданиям, когда нужно только подождать? Пожалуй, в том
и заключается великолепие науки, что в будущем она обещает гораздо более
удивительное и великое, чем все, что сделано ею в прошлом. Сколько нового еще
будет открыто нашими современниками?
История
КРИВАЯ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ
С.Г. Бернатосян
(продолжение)
От редакции
Мы долго не решались дать дорогу этому материалу - уж больно
он смахивает на «желтую прессу». Но и отмахнуться от него так
просто нельзя - приводимые в нем сведения могут оказаться
достаточно верными, хотя может быть и не всегда правильно
интерпретируемыми . В конце концов, мы решили сопроводить каждую
статейку выдержками из Википедии, выделив их цветом. Наши
читатели достаточно разумны и образованы (иначе они бы не
читали этот журнал), и вполне могут разобраться сами - где
истина , а где ее искажение.
КТО ОТКРЫЛ ТЕОРИЮ
ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ?
Открытие явления электромагнитной индукции и сформулированная Максвеллом
теория электромагнитного поля дали мощный импульс развитию дальнейших
революционных событий в физике. На научном небосклоне взошла новая звезда огромной
величины — ослепительная звезда Гендрика Антона Лоренца. Развивая учение Фа-
радея и опираясь на электромагнитную теорию Максвелла, он создаёт
классическую электронную теорию, рассматривающую вкупе электрические, магнитные и
оптические свойства веществ и электромагнитных явлений на основе движения
дискретных электрических зарядов. Сложные математические выкладки этой теории
получили название уравнений Лоренца—Максвелла.
Мы уже знаем, что идея дискретности электричества возникала в умах великих
людей не раз. В разные времена её выдвигали Фарадей и Франклин. Решительно
высказывался за неё и отстаивал свой приоритет ирландский физик Джордж Джон-
стон Стоней, доказывавший, что именно им была дана количественная оценка
минимального электрического заряда и предложено название "электрон".
Но понадобился гений Лоренца, чтобы с введением в теорию электричества
дискретности связать воедино все явления и раскрыть единый электронный механизм.
Это случилось в 1892 году, когда вышел в свет большой фундаментальный труд
Лоренца "Электромагнитная теория Максвелла и её приложение к движущимся
телам" . В этой работе уже заметны контуры будущей перспективной области знаний
— электродинамики движущихся тел. Но что особенно важно: Лоренц уже тогда
выдвигает ошеломляющую гипотезу о сокращении размеров движущихся тел в
направлении движения Земли.
И сразу же он берётся за поиск ответа на труднейший вопрос: как сопоставить
изменения в кинетике этих тел с допущением полной невозможности определения
величины абсолютного движения? Затем он оперирует уже со временем, по-разному
протекающим для покоящихся и совершающих движение тел. Наконец, в статье
"Электромагнитные явления в системе, движущейся со скоростью, меньшей
скорости света", Лоренц математически определяет зависимость между
пространственными координатами и временем в различных системах отсчёта. Этот вывод
напрямую ведёт к положениям физической теории относительности, которые сразу же
после Лоренца обнародывает Анри Пуанкаре.
Большой поклонник таланта Пуанкаре, академик А.А. Логунов69, исследуя его
труды, относящиеся к разработке теории относительности и законов
релятивистской механики, в своих книгах "К работам Анри Пуанкаре" и "О динамике
электрона" отмечает, что в работах Лоренца и не менее гениального француза
имеется почти все основное, что составляет содержание теории относительности". В
то же время Логунов считает, что гипотеза Лоренца о сокращении движущихся тел
принадлежит всё-таки Пуанкаре, поскольку тот подтвердил её расчётами, но
великодушно отдал приоритет Лоренцу. По убеждению Логунова, Пуанкаре нашёл в
трудах своего предшественника, наряду с очевидным, такие откровения, которых
там и в помине не было. "Он, вероятно, как никто другой, — замечал о Пуанкаре
Логунов, — всегда крайне высоко ценил и отмечал каждого, кто дал толчок его
мысли и доставил радость творчества. Ему абсолютно чужды личные приоритетные
соображения... Заслуживает внимание то обстоятельство, что, развивая в своих
статьях о динамике электрона совершенно новые идеи, исправляя и дополняя Ло-
Анатолий Алексеевич Логунов (род. 192 6) — советский и российский физик-теоретик.
С 1977 по 1992 годы — ректор Московского государственного университета имени М.В.
Ломоносова.
ренца, Пуанкаре максимальным образом отдаёт дань Лоренцу как
первооткрывателю, предоставляя другим судить о его личном вкладе в создание теории
относительности" .
Будучи крайне порядочным человеком, никогда не зарившимся на чужое добро,
сам Лоренц от неожиданного "подарка" Пуанкаре поспешно, с присущим ему
достоинством, отказался. "Пуанкаре получил полную инвариантность уравнений
электродинамики и сформулировал "постулат относительности" — термин, впервые
введённый им, — указал он в своей работе "Две статьи Анри Пуанкаре о
математической физике". — В самом деле, исходя из точки зрения, которую я упустил, он
вывел эти формулы (имеются в виду формулы преобразования скоростей электрона
и плотности заряда. — СБ.) и, исправляя, таким образом, недостатки моей
работы, никогда в них меня не упрекнул".
В своих математических расчётах Лоренц использовал предложенную английским
физиком и математиком Оливером Хевисайдом рационализированную гауссову
систему единиц. Кроме того, он нашёл применение и другим идеям англичанина,
которые излагались в фундаментальном пятитомном труде "Электромагнитная теория".
Тогда почему же отдельные математические выводы Хевисайда сегодня отнесены к
заслугам Эйнштейна? Из-за непомерной популярности последнего и его
непререкаемого авторитета? И отчего за кадром этого открытия века остался Пуанкаре,
практически сказавший первое весомое слово?
Нет, история рождения теории относительности явно требует того, чтобы в неё
были внесены некоторые поправки. Широко разрекламированная личность Эйнштейна
как единственного автора новой революционной теории довлеет над остальными
настолько, что вроде бы и сомневаться неудобно в том, что только он и
совершил этот небывалый по масштабу переворот в науке. И наряду с этим допускается
проявление высшей несправедливости в отношении одной из самых ярких
личностей, когда-либо рождённой человечеством, — Анри Пуанкаре.
Принижению мировой роли Пуанкаре в особенности способствовал основатель со-
70 _
ветского государства В.И. Ленин , разразившийся в книге "Материализм и
эмпириокритицизм" самой безосновательной и уничтожающей критикой в адрес этого
блестящего французского математика, физика, астронома, историка науки и
философа, оставившего свыше тысячи (!) работ в самых разных областях знаний.
Затем (стыдно сказать!) доступ к его трудам в большевистской России вообще был
напрочь закрыт из-за того, что он, дескать, имел родственные узы с Раймоном
Пуанкаре, тогдашним президентом Франции — ярым антикоммунистом и
организатором интервенции со стороны иностранных государств против России после победы
в ней Октябрьской революции.
Совершенно очевидно, и незачем здесь что-то скрывать, что Пуанкаре раньше
Эйнштейна сформулировал принцип относительности и рассматривал его в
контексте других фундаментальных законов природы. Свои воззрения по поводу
несостоятельности концепции ньютоновского абсолютного движения в пространстве
Пуанкаре скрупулёзно и последовательно изложил в вышедших друг за другом
статьях "Наука и гипотеза" и "Ценность науки" в 1903—1904 годах. Первая его статья
в русском переводе (1904 год) появилась даже на целый год раньше
эйнштейновской "К электродинамике движущихся сред", где обсуждались принцип
относительности и вытекающие из него новые пространственно-временные представления об
70 Владимир Ильич Ульянов (псевдоним Ленин; 1870—1924) — российский и советский
политический и государственный деятель мирового масштаба, революционер, создатель
Российской социал-демократической рабочей партии (большевиков), один из организаторов и
руководителей Октябрьской революции 1917 года в России, председатель Совета Народных
Комиссаров (правительства) РСФСР, создатель первого в мировой истории
социалистического государства.
окружающем нас мире. В этих и последующих работах "О динамике электрона" и
"Измерение времени" Пуанкаре фактически осветил всё то, что на сегодня
составляет основное содержание теории относительности.
Единственным его научным заблуждением, как считается в учёных кругах, было
допущение в природе эскалации скоростей движения выше скорости света. Но
разве последние совершенные исследования не показывают, что Пуанкаре и здесь,
скорей всего, не ошибался? Во всяком случае, выдающиеся теоретики все смелее
оперируют со скоростями движения материи, превышающими световую скорость.
Кстати, сам Эйнштейн достаточно уважительно относился к пионерским работам
Пуанкаре, после знакомства с которыми он разом разрешил все проблемы и
противоречия в научном мире, связанные с выходом на принципиально новый
фундаментальный закон физики.
После того, как теория относительности заявила о себе в полный голос,
многие крупные специалисты того времени удивлялись, отчего вдруг судьба отдала
все лавры молодому эксперту Бернского патентного бюро, чьё образование явно
уступало глубоким и всеохватывающим знаниям Пуанкаре? Как это вообще могло
случиться? Хотя кое-кто из столпов науки, в том числе и Луи де Бройль71,
полагали, что Пуанкаре при всём его превосходстве над Эйнштейном, "так и не
сделал решающего последнего шага" в создании цельной теории. Изначально
такого мнения придерживался и В. Паули72, хотя под конец жизни изменил его: "В
совпадении результатов, полученных независимо друг от друга Эйнштейном и
Пуанкаре, я усматриваю глубокий смысл гармонии математического метода и анали-
«33. • • • •
Так в связи со всем сказанным, нам все же стоит изменить традиционный
взгляд на теорию относительности и связывать её в будущем не только с именем
Альберта Эйнштейна, но и Анри Пуанкаре? Ведь в разработке релятивистской
теории гравитации Пуанкаре тоже на целых десять лет опередил Эйнштейна. И именно
эта теория, исчерпывающе объясняющая с помощью сложного математического
аппарата физическую сущность тяготения, составила ядро работы Эйнштейна "Основы
общей теории относительности", увидевшей свет в 1916 году.
Неважно, что сам Пуанкаре не был в этом вопросе первопроходцем. Раньше его,
в 1904 году, релятивистский закон изменения массы со скоростью гениально
вывел Гендрик Антон Лоренц. Но именно Пуанкаре блестяще завершил его работу,
доказав, что данный закон распространим на любую материю.
Мало того, Эйнштейн в своих работах прямо оперирует отдельными научными
представлениями Анри Пуанкаре. В частности, из труда "Измерение времени",
датированного 1898 годом, он заимствует у французского математика рассуждения
об одновременности протекания разноместных событий. Гений Пуанкаре предвидел
условность данного явления, а также условность понятия о неизменности
скорости света, распространяющегося в диаметрально противоположных направлениях.
"Мы не можем непосредственно на основе интуиции, — отмечал Пуанкаре, —
определить ни одновременность, ни равенство двух промежутков времени". И это
глубочайшее заключение он не оставил без серьёзных математических
доказательств .
Раскрывая, например, понятия "одновременности и времени", Эйнштейн объяснял
71 Луи Виктор Пьер Раймон, 7-й герцог Брольи, более известный как Луи де Бройль (фр.
Louis-Victor-Pierre-Raymond, 1892—1987) — французский физик-теоретик, один из
основоположников квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике за 192 9 год,
член Французской академии наук (с 1933 года) и её непременный секретарь (с 1942
года) , член Французской академии (с 1944 года).
72 Вольфганг Эрнст Паули (нем. Wolfgang Ernst Pauli; 1900—1958) — лауреат
Нобелевской премии по физике за 1945 год.
их на примере синхронизации часов, пространственно разделённых световыми
сигналами. Этим сравнением пестрят почти все его публичные выступления и лекции.
"Часы" Эйнштейна сделались чуть ли не ходячей легендой. Но разве не о том же
самом говорил Пуанкаре ещё в 1900 году?!
Точно также известный "парадокс близнецов", приписанный фантазии Эйнштейна,
на самом деле обнаружил и использовал в качестве иллюстрации своих трудов
французский мыслитель Поль Ланжевен. А до него эффект отставания движущихся
часов был замечен и изучен английским физиком Джозефом Лармором73 в 1900
году.
Ланжевен также независимо от Эйнштейна установил очень важную
закономерность, объясняющую связь массы и энергии. Более того, Ланжевен был первым,
кто на основе этой связи просчитал реальные отклонения масс атомов от
целочисленных значений. Мы же знаменитую формулу Е = тс2 продолжаем автоматически
считать формулой Эйнштейна, игнорируя колоссальный вклад в разрешение этой
проблемы П. Ланжевена, Ф. Газенёрля74, А. Пуанкаре, О. Хевисайда и Дж.Дж.
Томсона.
Кому-то, конечно, вышеприведённые доводы могут показаться кощунственными по
отношению к памяти Эйнштейна. Но ведь все они — чистая правда. Многие из
положений, высказанные молодым физиком-теоретиком, уже были выдвинуты его
предшественниками. Да и что в том удивительного? Достаточно в качестве аналогии
вспомнить одну литературную загадку, над которой в наше время ломало голову
немало умов, интересующихся историей науки и психологии научного творчества.
Вопрос ставился так: каким образом Александр Блок75 ещё за год до
теоретических интерпретаций Эйнштейна в стихотворении "Моей матери" сумел прозреть
одно из следствий теории относительности — "Парадокс близнецов"? Воспроизведём
этот текст:
Нам казалось: мы кратко блуждали.
Нет, мы прожили долгие жизни...
Возвратились — и нас не узнали,
И не встретили в милой отчизне.
Что можно к нему добавить? Произошла просто непостижимая вещь: поэт
обскакал физика! Сколько версий на этот счёт не выдавала шокированная
прозорливостью Блока отечественная и зарубежная литература: от "высосанных из пальца"
до самых "заземлённых"! На самом же деле истоки блоковского "ведовства"
объяснялись просто. Располагая уникальной библиотекой, Блок узнал о "парадоксе
близнецов" ещё до работ Эйнштейна из других, более ранних, источников и не
"предвосхитил" его открытие, как это утверждают некоторые оригиналы, а
отразил в поэтической форме мысли, скажем, того же Ланжевена.
И вот ещё над чем в ключе нашего разговора стоит поразмышлять: почему
Альберт Эйнштейн сразу же не имел чести быть удостоенным Нобелевской премии76 за
перевернувшую мир теорию относительности и лишь через годы после потрясающего
73 Джозеф Лармор (англ. Sir Joseph Larmor, 1857—1942) — ирландский физик и
математик. С 1903 по 1932 профессор на кафедре математики Кембриджского университета.
Лармор опубликовал в 1897 году теорию преобразования Лоренца, за два года до Лоренца и
за восемь лет до Эйнштейна.
74 В 1904 году австрийский физик Ф. Газенёрль (1874—1915) показал, что
электромагнитное излучение, заключенное в замкнутой полости с отражающими стенками,
увеличивает массу системы на величину, равную произведению энергии излучения на 8/Зс2.
75 Александр Александрович Блок (1880—1921) — русский поэт.
76 Нобелевскую премию, как правило, не дают за чисто теоретические работы, не
имеющие практического приложения или не подтвержденные в эксперименте.
рывка вперёд получил эту престижную премию за куда менее значимое открытие
квантовых законов фотоэффекта? Неужели в Нобелевском комитете догадывались,
на какой научной платформе эта грандиозная теория родилась, и потому не
спешили накалять страсти?
Конечно, никто здесь не собирается умалить вклад Альберта Эйнштейна в
современное развитие физики. Такая цель не стоит. Но не отдать дань заслугам
других талантливых людей было бы совсем нехорошо. Каждый учёный должен
занимать своё место на иерархической лестнице корифеев науки не по усмотрению
заинтересованных лиц или причудам фортуны, а соответственно лепте,
действительно вложенной им в прогресс научной мысли. Уникальная теория относительности,
как мы убедились, есть плод коллективного разума многих учёных, так почему
именно Эйнштейну должна достаться единоличная слава? Было бы вернее разделить
её между всеми, кто проложил ему дорогу к знаменитой формуле, сделавшей
"теорию века" красивой, целостной, стройной и безупречной. Но этого не
случилось, и Альберт Эйнштейн, будучи просто незаурядным мыслителем, сделался
благодаря разным подпевалам и не слишком добросовестным историкам науки не
только символом нашей эпохи, её идеалом и кумиром, но и в какой-то степени её
жертвой, невольно оказавшись причастным к очередной научной мистификации.
Ореол "единственного и неповторимого" провидца в физической науке ему
бездумно навязывала и вездесущая пресса, и малоосведомлённые в ней историографы. В
какой-то степени сооружению несоответствующего заслугам Эйнштейна пьедестала
помогла и атмосфера самого общества, вконец растерявшегося от
головокружительных успехов современной науки, способной, благодаря работам физиков-
теоретиков, высвобождать колоссальные запасы внутриатомной энергии.
Так уж случилось, что после ухода из жизни таких исполинов мысли, как Ре-
зерфорд77, Рентген78, супругов Кюри79 и других учёных подобного размаха, новая
плеяда представителей чисто экспериментальной науки XX столетия не смогла
неверному представлению о теоретической физике как о персоне № 1 выдвинуть хоть
какое-либо серьёзное возражение. И поэтому нет ничего странного в том, что
"золотой век", в который она вступила, имена Бора80, Планка81, Эренфеста82,
77 Эрнест Резерфорд (англ. Ernest Rutherford; 1871—1937) — британский физик
новозеландского происхождения. Известен как «отец» ядерной физики, создал планетарную
модель атома. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года.
78 Вильгельм Конрад Рентген (нем. Wilhelm Conrad Rontgen; 1845—1923) — немецкий
физик, работавший в Вюрцбургском университете. С 1875 профессор в Хоэнхайме, 1876
профессор физики в Страсбурге, с 1879 в Гиссене, с 1885 в Вюрцбурге, с 1899 в Мюнхене.
Первый в истории физики лауреат Нобелевской премии (1901). Открыл излучение
названное его именем.
79 Мария Склодовская-Кюри (фр. Marie Curie; 1867—1934) — польско-французский учёный-
экспериментатор (физик, химик), педагог, общественный деятель. Дважды лауреат
Нобелевской премии: по физике (1903) и химии (1911). Основала институты Кюри в Париже и
в Варшаве. Жена Пьера Кюри, вместе с ним занималась исследованием радиоактивности.
Совместно с мужем открыла элементы радий и полоний. Пьер Кюри (фр. Pierre Curie;
1859—1906) — французский учёный-физик, один из первых исследователей
радиоактивности, член Французской Академии наук, лауреат Нобелевской премии по физике за 1903
год.
80 Нильс Хенрик Давид Бор (дат. Niels Henrik David Bohr; 1885—1962) — датский физик-
теоретик и общественный деятель, один из создателей современной физики. Лауреат
Нобелевской премии по физике (1922). Член Датского королевского общества (1917) и его
президент с 1939. Был членом более чем 20 академий наук мира, в том числе
иностранным почётным членом АН СССР (1929; членом-корреспондентом — с 1924). Бор известен
как создатель первой квантовой теории атома и активный участник разработки основ
квантовой механики. Также он внёс значительный вклад в развитие теории атомного ядра
и ядерных реакций, процессов взаимодействия элементарных частиц со средой.
Паули83, Дирака84, Гейзенберга85, Шрёдингера86, Ландау87 и, в первую очередь,
Эйнштейна не подлежали обсуждению. Недоверчивое и скептическое отношение к
теоретикам, свойственное среде учёных начала столетия, исходя из высказываний
и действий того же Томсона, Резерфорда, Иоффе88 и других, резко сменилось
восторженным преклонением перед всеми последующими теоретическими
разработками и их авторами.
Сам Эйнштейн со своими броскими статьями и оригинальными лекциями вполне
вписывался в общую картину. Склонность к саморекламе, его характер и
поведение работали на руку "заказным" биографам, стремящимся вылепить облик
современного героя науки как можно монументальнее. Нобелевский лауреат частенько
шутил, что провидение превратило его в большой авторитет в отместку за то,
что он в молодости не считался с авторитетами.
Сдержанной иронией проникнут и ответ Эйнштейна на вопрос, почему именно он,
а не другие, создал теорию относительности. "Нормальный взрослый человек, —
писал Эйнштейн, — вряд ли станет размышлять о проблемах пространства-времени.
Он полагает, что разобрался в этом ещё в детстве. Я же, напротив, развивался
так медленно, что, только повзрослев, начал раздумывать о пространстве и
времени". Если же воспринять эту фразу на полном серьёзе, то получится, что, по
мнению Эйнштейна, для того чтобы сделать открытие, учёному необходимо впасть
81 Макс Карл Эрнст Людвиг Планк (нем. Max Karl Ernst Ludwig Planck; 1858—1947) —
выдающийся немецкий физик. Как основатель квантовой теории предопределил основное
направление развития физики с начала XX века.
82 Пауль Эренфест (нем. Paul Ehrenfest, 1880—1933) — австрийский и нидерландский
физик-теоретик. Член Нидерландской АН, иностранный член АН СССР (1924). Создатель
крупной научной школы.
83 Вольфганг Эрнст Паули (нем. Wolfgang Ernst Pauli; 1900—1958) — лауреат
Нобелевской премии по физике за 1945 год.
84 Поль Адриен Морис Дирак (фр. Paul Adrien Maurice Dirac; 1902—1984) — английский
физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по
физике 1933 года (совместно с Эрвином Шрёдингером). Член Лондонского королевского
общества (1930), а также ряда академий наук мира, в том числе иностранный член
Академии наук СССР (1931), Национальной академии наук США (1949) и Папской академии
наук (1961).
85 Вернер Карл Гейзенберг (нем. Werner Karl Heisenberg; 1901—1976) — немецкий физик-
теоретик, один из создателей квантовой механики. Лауреат Нобелевской премии по
физике (1932). Член ряда академий и научных обществ мира.
86 Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер (нем. Erwin Rudolf Josef Alexander
Schrodinger; 1887—1961) — австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой
механики. Лауреат Нобелевской премии по физике (1933). Член ряда академий наук мира,
в том числе иностранный член Академии наук СССР (1934).
87 Лев Давидович Ландау (часто именуемый Дау; 1908—1968) — выдающийся советский
физик-теоретик, академик АН СССР (избран в 194 6). Лауреат Нобелевской премии, медали
имени Макса Планка, Ленинской и трёх Сталинских премий, Герой Социалистического
Труда (1954). Член Лондонского королевского общества и академий наук Дании,
Нидерландов, США (Национальной академии наук США и Американской академии искусств и наук),
Французского физического общества и Лондонского физического общества. Инициатор
создания и соавтор Курса теоретической физики, выдержавшего многократные издания и
переведённого на многие языки.
88 Абрам Фёдорович Иоффе (1880—1960) — российский и советский физик, организатор
науки, обыкновенно именуемый «отцом советской физики», академик (1920), вице-
президент АН СССР (1942—1945), создатель научной школы, давшей многих выдающихся
советских физиков, таких как А. Александров, М. Бронштейн, Я. Дорфман, П. Капица, И.
Кикоин, Б. Константинов, И. Курчатов, Н. Семёнов, Я. Френкель и другие.
в забытый мир детства , с тем, чтобы, имея сложившееся мировоззрение,
поточнее ответить себе самому на разные детские "почемучки".
Как бы ни было, в любой шутке есть доля истины. Даже вспоминая в преклонном
возрасте свои первые юношеские опыты, Эйнштейн говорил, что его не покидала
мысль найти разумный ответ на парадоксальный вопрос: "Что будет с ним, если
он начнёт преследовать световые волны с той же скоростью?" Подобные
головоломки, одолевавшие молодого исследователя, по его словам, и привели, в конце
концов, к разрешению вопроса о теории относительности.
В другой раз, когда его дотошно расспрашивали, как все же рождаются
открытия, переделывающие весь мир, он в духе Бернарда Шоу острил: "Очень просто.
Все знают, что сделать это невозможно. Но вот появляется невежда, который
этого не знает. Он-то и делает открытие".
От вопроса же своего малолетнего сына, чего он такого сверхподобного
совершил, что стал знаменитостью, Эйнштейн "отделался", воспользовавшись
художественным образом: "Когда слепой жук ползёт по развесистому стволу дерева, он не
замечает, что прошёл по искривлённому маршруту. Я же, к счастью, в отличие от
слепого жука, заметил кривизну пространства". И от этой "правды" тоже уйти
нельзя. Да, именно эйнштейновское учение о кривизне пространства повергло в
шок мир и позволило посмотреть на Вселенную совершенно другим взглядом. Так
что, несмотря ни на что, за счёт редкого обаяния, умения подать серьёзнейшие
научные проблемы самым доступным языком, насыщенным разными каламбурами и
остротами, Эйнштейн остаётся нам глубоко симпатичен. И за одно это мы склонны
больше его оправдывать, нежели в чём-то винить. Вероятно, также отнеслись бы
к нему, если бы состоялось их личное знакомство, обойдённые вниманием эпохи
его соавторы по теории относительности.
Жюль Анри Пуанкаре (фр. Jules Henri Poincare; 1854—
1912) — французский математик, физик, астроном и философ.
Глава Парижской академии наук (1906), член Французской
академии (1908) [1] и ещё более 30 академий мира, в том
числе иностранный член-корреспондент Петербургской
академии наук (1895).
Историки причисляют Анри Пуанкаре к величайшим
математикам всех времён. Он считается, наряду с Гильбертом,
последним математиком-универсалом, учёным, способным
охватить все математические результаты своего времени. Его
перу принадлежат более 500 статей и книг. «Не будет
преувеличением сказать, что не было такой области современной
ему математики, „чистой" или „прикладной", которую бы он не обогатил
замечательными методами и результатами».
Среди его самых крупных достижений:
• Создание топологии.
• Качественная теория дифференциальных уравнений.
• Теория автоморфных функций.
• Разработка новых, чрезвычайно эффективных методов небесной механики.
• Создание математических основ теории относительности.
• Наглядная модель геометрии Лобачевского.
И тем не менее это близко к истине, поскольку все дети гениальны - им требуется
за короткий срок освоить и понять то, что человечество создавало тысячелетия.
С самого детства за Анри закрепилась репутация рассеянного человека,
которую он сохранил на всю жизнь. В детстве он перенёс дифтерию, которая
осложнилась временным параличом ног и мягкого нёба. Болезнь затянулась на несколько
месяцев, в течение которых он не мог ни ходить, ни говорить. За это время у
него очень сильно развилось слуховое восприятие и, в частности, появилась
необычная способность — цветовое восприятие звуков, которое осталось у него до
конца жизни.
Хорошая домашняя подготовка позволила Анри в восемь с половиной лет
поступить сразу на второй год обучения в лицее. Там его отметили как прилежного и
любознательного ученика с широкой эрудицией. На этом этапе его интерес к
математике умерен — через некоторое время он переходит на отделение
словесности. 5 августа 1871 года Пуанкаре получил степень бакалавра словесности с
оценкой «хорошо». Через несколько дней Анри изъявил желание участвовать в
экзаменах на степень бакалавра (естественных) наук, который ему удалось сдать,
но лишь с оценкой «удовлетворительно», поскольку на письменном экзамене по
математике он по рассеянности ответил не на тот вопрос.
В последующие годы математические таланты Пуанкаре проявлялись всё более и
более явно. В октябре 1873 года он стал студентом престижной парижской
Политехнической школы, где на вступительных экзаменах занял первое место. Его
наставником по математике был Шарль Эрмит. В следующем году Пуанкаре
опубликовал в «Анналах математики» свою первую научную работу по дифференциальной
геометрии.
По результатам двухлетнего обучения (1875) Пуанкаре приняли в Горную школу,
наиболее авторитетное в то время специальное высшее учебное заведение. Там он
через несколько лет (1879), под руководством Эрмита, защитил докторскую
диссертацию, о которой Гастон Дарбу, входивший в состав комиссии, сказал: «С
первого же взгляда мне стало ясно, что работа выходит за рамки обычного и с
избытком заслуживает того, чтобы её приняли. Она содержала вполне достаточно
результатов, чтобы обеспечить материалом много хороших диссертаций».
Получив учёную степень, Пуанкаре начал преподавательскую деятельность в
университете города Кан в Нормандии (декабрь 1879 года). Тогда же он
опубликовал свои первые серьёзные статьи — они посвящены введённому им классу авто-
морфных функций.
Оригинальность, широта и высокий научный уровень работ Пуанкаре сразу
поставили его в ряд крупнейших математиков Европы и привлекли внимание других
видных математиков. В 1881 году Пуанкаре был приглашён занять должность
преподавателя на Факультете наук в Парижском университете и принял это
приглашение. Параллельно, с 1883 по 1897, он преподавал математический анализ в
Высшей Политехнической школе.
В 1881—1882 годах Пуанкаре создал новый раздел математики — качественную
теорию дифференциальных уравнений. Он показал, каким образом можно, не решая
уравнения (поскольку это не всегда возможно), получить практически важную
информацию о поведении семейства решений. Этот подход он с большим успехом
применил к решению задач небесной механики и математической физики.
Десятилетие после завершения исследования автоморфных функций (1885—1895)
Пуанкаре посвятил решению нескольких сложнейших задач астрономии и
математической физики. Он исследовал устойчивость фигур планет, сформированных в
жидкой (расплавленной) фазе, и обнаружил, кроме эллипсоидальных, несколько
других возможных фигур равновесия.
В 1885 году король Швеции Оскар II организовал математический конкурс и
предложил участникам на выбор четыре темы. Самой сложной была первая:
рассчитать движение гравитирующих тел Солнечной системы. Пуанкаре показал, что эта
задача (т.н. задача трёх тел) не имеет законченного математического решения.
Тем не менее, Пуанкаре вскоре предложил эффективные методы её приближённого
решения. В 1889 году Пуанкаре (совместно с Полем Аппелем, исследовавшим
четвёртую тему), получил премию шведского конкурса. Один из двух судей, Миттаг-
Леффлер, писал о работе Пуанкаре: «Премированный мемуар окажется среди самых
значительных математических открытий века». Второй судья, Вейерштрасс,
заявил, что после работы Пуанкаре «начнётся новая эпоха в истории небесной
механики» . За этот успех французское правительство наградило Пуанкаре орденом
Почётного легиона.
Осенью 1886 года 32-летний Пуанкаре возглавил кафедру математической физики
и теории вероятностей Парижского университета. Символом признания Пуанкаре
ведущим математиком Франции стало избрание его президентом Французского
математического общества (1886) и членом Парижской академии наук (1887).
В 1889 году выходит фундаментальный «Курс математической физики» Пуанкаре в
10 томах, а в 1892—1893 годах — два тома монографии «Новые методы небесной
механики» (третий том был опубликован в 1899 году).
С 1893 года Пуанкаре — член престижного Бюро долгот (в 1899 году избран его
президентом). С 1896 года переходит на университетскую кафедру небесной
механики, которую занимал до конца жизни. В этот же период, продолжая работы по
астрономии, он одновременно реализует давно продуманный замысел создания
качественной геометрии, или топологии: с 1894 года он начинает публикацию
статей, посвященных построению новой, исключительно перспективной науки.
В августе 1900 года Пуанкаре руководил секцией логики Первого Всемирного
философского конгресса, проходившего в Париже. Там он выступил с программным
докладом «О принципах механики», где изложил свою конвенционалистскую
философию: принципы науки суть временные условные соглашения, приспособленные к
опыту, но не имеющие прямых аналогов в реальности. Эту платформу он
впоследствии детально обосновал в книгах «Наука и гипотеза» (1902), «Ценность науки»
(1905) и «Наука и метод» (1908). В них он также описал своё видение сущности
математического творчества, в котором главную роль играет интуиция, а логике
отведена роль обоснования интуитивных прозрений. Ясный стиль и глубина мысли
обеспечила этим книгам значительную популярность, они были сразу же
переведены на многие языки. Одновременно в Париже проходил Второй Международный
конгресс математиков, где Пуанкаре был избран председателем (все конгрессы были
приурочены к Всемирной выставке 1900 г.).
В 1903 году Пуанкаре был включён в группу из 3 экспертов, рассматривавших
улики по «делу Дрейфуса». На основании единогласно принятого экспертного
заключения кассационный суд признал Дрейфуса невиновным.
Основной сферой интересов Пуанкаре в XX веке становятся физика (особенно
электромагнетизм) и философия науки. Пуанкаре показывает глубокое понимание
электромагнитной теории, его проницательные замечания высоко ценят и
учитывают Лоренц и другие ведущие физики. С 1890 года Пуанкаре опубликовал серию
статей по теории Максвелла, а в 1902 году начал читать курс лекций по
электромагнетизму и радиосвязи. В своих статьях 1904—1905 годов Пуанкаре далеко
опережает Лоренца в понимании ситуации, фактически создав математические
основы теории относительности (физический фундамент этой теории разработал
Эйнштейн в 1905 году).
В 1906 году Пуанкаре избран президентом Парижской академии наук. В 1908
году он тяжело заболел и не смог сам прочитать свой доклад «Будущее математики»
на Четвёртом математическом конгрессе. Первая операция закончилась успешно,
но спустя 4 года состояние Пуанкаре вновь ухудшилось. Скончался в Париже
после операции от эмболии 17 июля 1912 года в возрасте 58 лет. Похоронен в
семейном склепе на кладбище Монпарнас.
Вероятно, Пуанкаре предчувствовал свою неожиданную смерть, так как в
последней статье описал нерешённую им задачу («последнюю теорему Пуанкаре»),
чего никогда раньше не делал. Спустя несколько месяцев эта теорема была
доказана Джорджем Биркгофом. Позже при содействии Биркгофа во Франции был создан
Институт теоретической физики имени Пуанкаре.
Математическая деятельность Пуанкаре носила междисциплинарный характер,
благодаря чему за тридцать с небольшим лет своей напряжённой творческой
деятельности он оставил фундаментальные труды практически во всех областях
математики. Работы Пуанкаре, опубликованные Парижской Академией наук в 1916—1956,
составляют 11 томов. Это труды по созданной им топологии, автоморфным
функциям, теории дифференциальных уравнений, интегральным уравнениям, неевклидовой
геометрии, теории вероятностей, теории чисел, небесной механике, физике,
философии математики и философии науки.
Во всех разнообразных областях своего творчества Пуанкаре получил важные и
глубокие результаты. Хотя в его научном наследии немало крупных работ по
«чистой математике» (абстрактная алгебра, алгебраическая геометрия, теория
чисел и др.), всё же существенно преобладают труды, результаты которых имеют
непосредственное прикладное применение. Особенно это заметно в его работах
последних 15—20 лет. Тем не менее, открытия Пуанкаре, как правило, имели
общий характер и позднее с успехом применялись в других областях науки.
Творческий метод Пуанкаре опирался на создание интуитивной модели
поставленной проблемы: он всегда сначала полностью решал задачи в голове, а затем
записывал решение. Пуанкаре обладал феноменальной памятью и мог слово в слово
цитировать прочитанные книги и проведённые беседы (память, интуиция и
воображение Анри Пуанкаре даже стали предметом настоящего психологического
исследования) . Кроме того, он никогда не работал над одной задачей долгое время,
считая, что подсознание уже получило задачу и продолжает работу, даже когда
он размышляет о других вещах. Свой творческий метод Пуанкаре подробно описал
в докладе «Математическое творчество» (парижское Психологическое общество,
1908).
На протяжении XIX века практически все видные математики Европы участвовали
в развитии теории эллиптических функций, оказавшихся чрезвычайно полезными
при решении дифференциальных уравнений. Всё же эти функции не вполне
оправдали возлагавшиеся на них надежды, и многие математики стали задумываться над
тем, нельзя ли расширить класс эллиптических функций так, чтобы новые функции
были применимы и для тех уравнений, где эллиптические функции бесполезны.
Пуанкаре впервые нашёл эту мысль в статье Лазаря Фукса, виднейшего в те
годы специалиста по линейным дифференциальным уравнениям (1880). В течение
нескольких лет Пуанкаре далеко развил идею Фукса, создав теорию нового класса
функций, который он, с обычным для Пуанкаре равнодушием к вопросам
приоритета, предложил назвать фуксовы функции (фр. les fonctions fuchsiennes) — хотя
имел все основания дать этому классу своё имя. Дело закончилось тем, что
Феликс Клейн предложил название «автоморфные функции», которое и закрепилось в
науке. Пуанкаре вывел разложение этих функций в ряды, доказал теорему
сложения и теорему о возможности униформизации алгебраических кривых (то есть
представления их через автоморфные функции; это 22-я проблема Гильберта,
решённая Пуанкаре в 1907 году). Эти открытия «можно по справедливости считать
вершиной всего развития теории аналитических функций комплексного переменного
в XIX веке».
При разработке теории автоморфных функций Пуанкаре обнаружил их связь с
геометрией Лобачевского, что позволило ему изложить многие вопросы теории
этих функций на геометрическом языке. Он опубликовал наглядную модель геомет-
рии Лобачевского, с помощью которой иллюстрировал материал по теории функций.
После работ Пуанкаре эллиптические функции из приоритетного направления
науки превратились в ограниченный частный случай более мощной общей теории.
Открытые Пуанкаре автоморфные функции позволяют решить любое линейное
дифференциальное уравнение с алгебраическими коэффициентами и находят широкое
применение во многих областях точных наук.
После защиты докторской диссертации, посвященной изучению особых точек
системы дифференциальных уравнений, Пуанкаре написал ряд мемуаров под общим
названием «О кривых, определяемых дифференциальными уравнениями» (1881—1882 —
для уравнений 1-го порядка, дополнил в 1885—1886 годах для уравнений 2-го
порядка) . В этих статьях он построил новый раздел математики, который получил
название «качественная теория дифференциальных уравнений». Пуанкаре показал,
что даже если дифференциальное уравнение не решается через известные функции,
тем не менее, из самого вида уравнения можно получить обширную информацию о
свойствах и особенностях поведении семейства его решений. В частности,
Пуанкаре исследовал характер хода интегральных кривых на плоскости, дал
классификацию особых точек (седло, фокус, центр, узел), ввёл понятия предельного
цикла и индекса цикла, доказал, что число предельных циклов всегда конечно, за
исключением нескольких специальных случаев. Пуанкаре разработал также общую
теорию интегральных инвариантов и решения уравнений в вариациях. Для
уравнений в конечных разностях он создал новое направление — асимптотический анализ
решений. Все эти достижения он применил для исследования практических задач
математической физики и небесной механики, а использованные методы стали
основой его топологических работ.
Пуанкаре много занимался также дифференциальными уравнениями в частных
производных, в основном при исследовании задач математической физики. Он
существенно дополнил методы математической физики, в частности, внёс существенный
вклад в теорию потенциала, теорию теплопроводности, исследовал колебания
трёхмерных тел, ряд задач теории электромагнетизма. Ему принадлежат также
труды по обоснованию принципа Дирихле, для чего он разработал в статье «Об
уравнениях с частными производными» т.н. метод выметания (фр. methode de
balayage).
Уже в первых работах Пуанкаре успешно применил теоретико-групповой подход,
ставший для него важнейшим инструментом во многих дальнейших исследованиях —
от топологии до теории относительности. Пуанкаре первым ввёл теорию групп в
физику; в частности, он первым исследовал группу преобразований Лоренца. Он
также внёс большой вклад в теорию дискретных групп и их представлений.
В ранний период творчества Пуанкаре исследовал кубические тернарные и ква-
тернарные формы.
Предмет топологии ясно определил ещё Феликс Клейн в своей «Эрлангенской
программе» (1872): это геометрия инвариантов произвольных непрерывных
преобразований, своего рода качественная геометрия. Сам термин «топология» (вместо
применявшегося ранее Analysis situs) ещё ранее предложил Иоганн Бенедикт
Листинг. Некоторые важные понятия ввели Энрико Бетти и Бернхард Риман. Однако
фундамент этой науки, причём достаточно детально разработанный для
пространства любого числа измерений, создал Пуанкаре. Его первая статья на эту тему
появилась в 1894 году.
Исследования в геометрии привели Пуанкаре к абстрактному топологическому
определению гомотопии и гомологии. Также он впервые ввёл основные понятия и
инварианты комбинаторной топологии, такие как числа Бетти, фундаментальную
группу, доказал формулу, связывающую число рёбер, вершин и граней п-мерного
многогранника (формула Эйлера — Пуанкаре), дал первую точную формулировку
интуитивного понятия размерности.
Пуанкаре опубликовал две классические монографии: «Новые методы небесной
механики» (1892—1899) и «Лекции по небесной механике» (1905—1910) . В них он
успешно применил результаты своих исследований к задаче о движении трёх тел,
детально изучив поведение решения (периодичность, устойчивость,
асимптотичность и т.д.). Им введены методы малого параметра, неподвижных точек,
интегральных инвариантов, уравнений в вариациях, исследована сходимость
асимптотических разложений. Обобщив теорему Брунса (1887), Пуанкаре доказал, что
задача трёх тел принципиально не интегрируема. Другими словами, общее решение
задачи трёх тел нельзя выразить через алгебраические или через однозначные
трансцендентные функции координат и скоростей тел. Его работы в этой области
считаются крупнейшими достижениями в небесной механике со времён Ньютона.
Эти работы Пуанкаре содержат идеи, ставшие позднее базовыми для
математической «теории хаоса» (см., в частности, теорему Пуанкаре о возвращении) и
общей теории динамических систем.
Пуанкаре принадлежат важные для астрономии труды о фигурах равновесия гра-
витирующей вращающейся жидкости. Он ввёл важное понятие точек бифуркации,
доказал существование фигур равновесия, отличных от эллипсоида, в том числе
кольцеобразных и грушевидных фигур, исследовал их устойчивость. За это
открытие Пуанкаре получил золотую медаль Лондонского королевского астрономического
общества (1900).
Как член Бюро долгот, Пуанкаре участвовал в измерительных работах этого
учреждения и опубликовал несколько содержательных работ по проблемам геодезии,
гравиметрии и теории приливов.
С конца 1880-х годов и до конца жизни Пуанкаре много усилий посвящает
электромагнитной теории Максвелла и её дополненному Лоренцом варианту. Он активно
переписывается с Генрихом Герцем и Лоренцом, нередко подсказывая им
правильные идеи. В частности, преобразования Лоренца Пуанкаре выписал в современном
виде, в то время как Лоренц несколько ранее предложил их приближённый
вариант . Тем не менее, именно Пуанкаре назвал эти преобразования именем Лоренца.
Именно по инициативе Пуанкаре молодой Антуан Анри Беккерель занялся
изучением связи фосфоресценции и рентгеновских лучей (1896), и в ходе этих опытов
была открыта радиоактивность урановых соединений. Пуанкаре первым вывел закон
затухания радиоволн.
В последние два года жизни Пуанкаре живо интересовался квантовой теорией. В
обстоятельной статье «О теории квантов» (1911) он доказал, что невозможно
получить закон излучения Планка без гипотезы квантов, тем самым, похоронив все
надежды как-то сохранить классическую теорию.
Имя Пуанкаре напрямую связано с успехом теории относительности. Он
деятельно участвовал в развитии теории Лоренца. В этой теории принималось, что
существует неподвижный эфир, и скорость света относительно эфира не зависит от
скорости источника. При переходе к движущейся системе отсчёта выполняются
преобразования Лоренца вместо галилеевых (Лоренц считал эти преобразования
реальным изменением размеров тел). Именно Пуанкаре дал правильную
математическую формулировку этих преобразований (сам Лоренц предложил всего лишь их
приближение первого порядка) и показал, что они образуют группу
преобразований .
Ещё в 1898 году, Задолго до Эйнштейна, Пуанкаре в своей работе «Измерение
времени» сформулировал общий (не только для механики) принцип
относительности, а затем даже ввёл четырёхмерное пространство-время, теорию которого
позднее разработал Герман Минковский. Тем не менее, Пуанкаре продолжал
использовать концепцию эфира, хотя придерживался мнения, что его никогда не
удастся обнаружить — см. доклад Пуанкаре на физическом конгрессе, 1900 год. В
этом же докладе Пуанкаре впервые высказал мысль, что одновременность событий
не абсолютна, а представляет собой условное соглашение («конвенцию»). Было
высказано также предположение о предельности скорости света.
Под влиянием критики Пуанкаре Лоренц в 1904 году предложил новый вариант
своей теории. В ней он предположил, что при больших скоростях механика
Ньютона нуждается в поправках. В 1905 году Пуанкаре далеко развил эти идеи в
статье «О динамике электрона». Предварительный вариант статьи появился 5 июня
1905 года в Comptes Rendus, развёрнутый был закончен в июле 1905 года,
опубликован в январе 1906 года, почему-то в малоизвестном итальянском
математическом журнале.
В этой итоговой статье снова и чётко формулируется всеобщий принцип
относительности для всех физических явлений (в частности, электромагнитных,
механических и также гравитационных), с преобразованиями Лоренца, как единственно
возможными преобразованиями координат, сохраняющими одинаковую для всех
систем отсчёта запись физических уравнений. Пуанкаре нашёл выражение для
четырёхмерного интервала как инварианта преобразований Лоренца: г2 + (ict)2,
четырёхмерную формулировку принципа наименьшего действия. В этой статье он
также предложил первый набросок релятивистской теории гравитации; в его модели
тяготение распространялось в эфире со скоростью света, а сама теория была
достаточно нетривиальной, чтобы снять полученное ещё Лапласом ограничение
снизу на скорость распространения гравитационного поля. Предварительное
краткое сообщение вышло до поступления в журнал работы Эйнштейна, последняя,
большая статья также поступила к издателям раньше эйнштейновской, однако к
моменту ее выходя в печать первая статья Эйнштейна по теории относительности
уже увидела свет.
Эйнштейн в своих первых работах по теории относительности использовал по
существу ту же математическую модель, что и Пуанкаре: преобразования Лоренца,
релятивистская формула сложения скоростей и др. Однако, в отличие от
Пуанкаре, Эйнштейн сделал решительный вывод: нелепо привлекать понятие эфира только
для того, чтобы доказать невозможность его наблюдения. Он полностью упразднил
как понятие эфира, так и опирающиеся на него понятия абсолютного движения и
абсолютного времени, которые продолжал использовать Пуанкаре. Именно эта
теория, по предложению Макса Планка, получила название теории относительности
(Пуанкаре предпочитал говорить о субъективности или условности).
Все новые эффекты, которые Лоренц и Пуанкаре считали динамическими
свойствами эфира, в теории относительности Эйнштейна вытекают из объективных
свойств пространства и времени, то есть перенесены Эйнштейном из динамики в
кинематику. В этом главное отличие подходов Пуанкаре и Эйнштейна,
замаскированное внешним сходством их математических моделей: они по-разному понимали
глубокую физическую (а не только математическую) сущность этих моделей.
Перенос в кинематику позволил Эйнштейну создать целостную и всеобщую теорию
пространства и времени, а также решить в её рамках ранее не поддававшиеся
проблемы — например, запутанный вопрос о разных видах массы, зависимости массы
от энергии, соотношения местного и «абсолютного» времени и др. Сейчас эта
теория носит имя «специальная теория относительности» (СТО). Ещё одно
существенное отличие позиций Пуанкаре и Эйнштейна заключалось в том, что лоренцево
сокращение длины, рост инертности со скоростью и др. релятивистские выводы
Пуанкаре понимал как абсолютные эффекты, а Эйнштейн — как относительные, не
имеющие физических последствий в собственной системе отсчёта. То, что для
Эйнштейна было реальным физическим временем в движущейся системе отсчёта, Пу-
анкаре называл временем «кажущимся», «видимым» (фр. temps apparent) и ясно
отличал его от «истинного времени» (фр. le temps vrai).
Вероятно, недостаточно глубокий анализ физической сущности СТО в работах
Пуанкаре и послужил причиной того, что физики не обратили на эти работы того
внимания, которого они заслуживали; соответственно, широкий резонанс первой
же статьи Эйнштейна в огромной степени был вызван ясным и глубоким анализом
основ исследуемой физической картины.
Обоснование новой механики также было различным. У Эйнштейна в статьях 1905
года принцип относительности с самого начала не утверждается как вывод из
динамических соображений и экспериментов, а кладётся в основу физики как
кинематическая аксиома (также для всех явлений без исключения). Из этой аксиомы и
из постоянства скорости света математический аппарат Лоренца-Пуанкаре
получается автоматически. Отказ от эфира позволил подчеркнуть, что «покоящаяся» и
«движущаяся» системы координат совершенно равноправны, и при переходе к
движущейся системе координат те же эффекты обнаруживаются уже в покоящейся.
Эйнштейн, по его позднейшему признанию, в момент начала работы над теорией
относительности не был знаком ни с последними публикациями Пуанкаре
(вероятно, только с его работой 1900 года, во всяком случае, не с работами 1904
года) , ни с последней статьёй Лоренца (1904 год) . Как Эйнштейн, так и авторы
других первых работ по теории относительности (даже во Франции) не ссылались
на работы Пуанкаре.
Вскоре после появления работ Эйнштейна по теории относительности (1905 год)
Пуанкаре прекратил публикации на эту тему. Ни в одной работе последних семи
лет жизни он не упоминал ни имени Эйнштейна, ни теории относительности (кроме
одного случая, когда он сослался на эйнштейновскую теорию фотоэффекта).
Пуанкаре по-прежнему продолжал обсуждать свойства эфира и упоминал абсолютное
движение относительно эфира.
Встреча и беседа двух великих учёных произошла лишь однажды — в 1911 году
на Первом Сольвеевском конгрессе.
Несмотря на неприятие теории относительности, лично к Эйнштейну Пуанкаре
относился с большим уважением. Сохранилась характеристика Эйнштейна, которую
дал Пуанкаре в конце 1911 года. Характеристику запросила администрация
цюрихского Высшего политехнического училища в связи с приглашением Эйнштейна на
должность профессора училища.
В апреле 1909 года Пуанкаре по приглашению Гильберта приехал в Гёттинген и
прочитал там ряд лекций, в том числе о принципе относительности. Пуанкаре ни
разу не упомянул в этих лекциях не только Эйнштейна, но и гёттингенца Минков-
ского. О причинах «молчания Пуанкаре» высказывалось множество гипотез.
Некоторые историки науки предположили, что всему виной обида Пуанкаре на немецкую
школу физиков, которая недооценивала его заслуги в создании релятивистской
теории. Другие считают это объяснение неправдоподобным, так как Пуанкаре
никогда в жизни не был замечен в обидах по поводу приоритетных споров, а теорию
Эйнштейна предпочли не только в Германии, но и в Великобритании и даже в
самой Франции (например, Ланжевен). Даже Лоренц, теорию которого Пуанкаре
стремился развить, после 1905 года предпочитал говорить о «принципе
относительности Эйнштейна». Выдвигалась и такая гипотеза: эксперименты Кауфмана,
проведённые в эти годы, поставили под сомнение принцип относительности и формулу
зависимости инертности от скорости, так что не исключено, что Пуанкаре решил
просто подождать с выводами до прояснения этих вопросов.
В Гёттингене Пуанкаре сделал важное предсказание: релятивистские поправки к
теории тяготения должны объяснить вековое смещение перигелия Меркурия.
Предсказание вскоре сбылось (1915), когда Эйнштейн закончил разработку общей
теории относительности.
Немного проясняет позицию Пуанкаре его лекция «Пространство и время», с
которой он выступил в мае 1912 года в Лондонском университете. Пуанкаре считает
первичными в перестройке физики принцип относительности и новые законы
механики. Свойства пространства и времени, по мнению Пуанкаре, должны выводиться
из этих принципов или устанавливаться конвенционально. Эйнштейн же поступил
наоборот — вывел динамику из новых свойств пространства и времени. Пуанкаре
по-прежнему считает переход физиков на новую математическую формулировку
принципа относительности (преобразования Лоренца вместо галилеевых) делом
соглашения .
Это видно также из сравнения подходов Пуанкаре и Эйнштейна. То, что
Эйнштейн понимает как относительное, но объективное, Пуанкаре понимает как чисто
субъективное, условное (конвенциональное). Различие в позициях Пуанкаре и
Эйнштейна и его возможные философские корни подробно исследованы историками
науки.
Основоположник квантовой механики Луи де Бройль, первый лауреат медали
имени Пуанкаре (1929 год), винит во всём его позитивистские взгляды.
Вклад Пуанкаре в создание специальной теории относительности (СТО)
физиками-современниками и более поздними историками науки оценивается по-разному.
Спектр их мнений простирается от пренебрежения этим вкладом до утверждений,
что понимание Пуанкаре было не менее полным и глубоким, чем понимание других
основателей, включая Эйнштейна. Однако подавляющее большинство историков
придерживаются достаточно сбалансированной точки зрения, отводящей обоим (а
также Лоренцу и присоединившимся позднее к разработке теории Планку и Минковско-
му) значительную роль в успешном развитии релятивистских идей.
П. С. Кудрявцев в курсе истории физики высоко оценивает роль Пуанкаре. Он
цитирует слова Д.Д. Иваненко и В.К. Фредерикса о том, что «статья Пуанкаре с
формальной точки зрения содержит в себе не только параллельную ей работу
Эйнштейна, но в некоторых своих частях и значительно более позднюю — почти на
три года — статью Минковского, а отчасти даже и превосходит последнюю». Вклад
Эйнштейна, по мнению П.С. Кудрявцева, заключался в том, что именно ему
удалось создать целостную теорию максимальной общности и прояснить её физическую
сущность.
Сам Эйнштейн в 1953 году в приветственном письме оргкомитету конференции,
посвященной 50-летию теории относительности (состоялась в 1955 году), писал:
«Я надеюсь, что будут должным образом отмечены заслуги Г.А. Лоренца и А.
Пуанкаре» .
Отзывы о Пуанкаре как о человеке чаще всего восторженные. В любой ситуации
он неизменно выбирал благородную позицию. В научных спорах был твёрд, но
неукоснительно корректен. Никогда не был замешан в скандалах, приоритетных
спорах , оскорблениях. Равнодушен к славе: он неоднократно добровольно уступал
научный приоритет, даже если имел серьёзные права на него; например, он ввёл
термины «фуксовы функции», «группа Клейна», «устойчивость по Пуассону»,
«числа Бетти» — хотя имел все основания назвать эти объекты своим именем. Как уже
отмечалось выше, он первым выписал в современном виде преобразования Лоренца
(наряду с Лармором), однако назвал их именем Лоренца, который ранее дал их
неполное приближение. Друзья Пуанкаре отмечают его скромность, остроумие,
терпимость, чистосердечность и доброжелательность. Внешне он мог производить
впечатление человека замкнутого и малообщительного, но в действительности
такое поведение было следствием его застенчивости и постоянной
сосредоточенности .
В то время всеобщего разгула национализма он осуждал шовинистические акции.
Пуанкаре считал, что величие Франции должно достигаться благодаря моральному
достоинству её сынов, славе её литературы и искусства, благодаря открытиям её
учёных.
Пуанкаре писал в книге «Наука и гипотеза», что «невозможна реальность,
которая была бы полностью независима от ума, постигающего её». Он считал, что
основные принципы любой научной теории не являются ни априорными
умозрительными истинами (как, например, считал Кант), ни идеализированным отражением
объективной реальности (точка зрения Эйнштейна). Они, по его мнению, суть
условные соглашения, единственным абсолютным условием которых является
непротиворечивость. Выбор тех или иных научных принципов из множества возможных,
вообще говоря, произволен, однако реально учёный руководствуется, с одной
стороны, желанием максимальной простоты теории, с другой — необходимостью её
успешного практического использования. Но даже при соблюдении этих требований
имеется некоторая свобода выбора, обусловленная относительным характером
самих этих требований.
Эта философская доктрина получила впоследствии название конвенционализма.
Она хорошо соответствует практике выбора математических моделей в
естествознании, но её применимость к физике, где важен выбор не только моделей, но и
понятий, соотносимых с реальностью, вызывала споры.
Во времена Пуанкаре набирала силу третья волна позитивизма, в рамках
которой, в частности, математика провозглашалась частью логики (эту идею
проповедовали такие выдающиеся учёные, как Рассел и Фреге) или бессодержательным
набором аксиоматических теорий (Гильберт и его школа). Пуанкаре был
категорически против такого рода формалистических взглядов. Он считал, что в основе
деятельности математика лежит интуиция, а сама наука не допускает полного
аналитического обоснования. Логика необходима лишь постольку, поскольку без
строгого логического обоснования интуитивно полученные утверждения не могут
считаться заслуживающими доверия.
В соответствии с этими принципами Пуанкаре отвергал не только логицизм
Рассела и формализм Гильберта, но и канторовскую теорию множеств — хотя до
обнаружения парадоксов проявлял к ней интерес и пытался использовать. Он
решительно заявил, что отвергает концепцию актуальной бесконечности (то есть
бесконечное множество как математический объект) и признаёт только потенциальную
бесконечность. Во избежание парадоксов Пуанкаре выдвинул требование, чтобы
все математические определения были строго предикативными, то есть они не
должны содержать ссылок не только на определяемое понятие, но и на множество,
его содержащее — в противном случае определение, включая новый элемент,
изменяет состав этого множества, и возникает порочный круг.
Многие мысли Пуанкаре позже взяли на вооружение Брауэр и другие интуициони-
сты.
Оливер Хевисайд (англ. Oliver Heaviside, 1850—1925) —
английский учёный-самоучка, инженер, математик и физик.
Впервые применил комплексные числа для изучения
электрических цепей, разработал технику применения
преобразования Лапласа для решения дифференциальных уравнений,
переформулировал уравнения Максвелла в терминах трехмерных
векторов, напряженностей электрического и магнитного
полей и электрической и магнитной индукций, и, независимо
от других математиков, создал векторный анализ. Несмотря
на то, что Хевисайд большую часть жизни был не в ладах с
научным сообществом, его работы изменили облик
математики и физики.
Хевисайд родился в Англии, лондонском районе Кэмден (Camden), в семье
Томаса Хевисайда и Рейчел Елизабет Вест и был младшим из их четырёх сыновей. Отец
работал гравером и художником. В раннем детстве Оливер переболел скарлатиной,
в результате чего серьёзно пострадал его слух, и он был слабослышащим всю
оставшуюся жизнь. Это обстоятельство серьёзно повлияло на его детство, так как
из-за проблем со слухом он не мог нормально общаться с ровесниками. Несмотря
на хорошую успеваемость (в 1865 году был 5-м из 500 учеников) , Оливер бросил
школу в 16 лет и самостоятельно изучал азбуку Морзе, теорию электричества,
электротехнику и занимался языками — немецким и датским.
В 1868 году Хевисайд переезжает в Данию и становится телеграфистом, где
быстро осваивает тонкости профессии телеграфиста. В 1871 году он возвращается в
Англию и занимает пост старшего телеграфиста в Большой северной телеграфной
компании в Ньюкасле, где отвечает за международный телеграфный трафик
компании. В 1872-73 годах публикует свои первые работы по электричеству, которыми
серьёзно заинтересовался Джеймс Максвелл. Максвелл упоминает про исследования
Хевисайда во втором издании своей книги «Исследования по электричеству и
магнетизму», что вдохновляет Оливера на более серьёзные занятия наукой. В 1874
году он оставляет должность телеграфиста и занимается исследованиями частным
порядком в доме своих родителей. В это время он разработал теорию линий
передачи (также известную как «телеграфные уравнения»). Хевисайд математически
доказал, что равномерно распределённая ёмкость телеграфной линии минимизирует
одновременно затухание и искажение сигнала. Если ёмкость достаточно велика и
электрическое сопротивление изоляции не слишком велико, в линии не будет
искажений, и все частоты будут затухать одинаково. Уравнения Хевисайда
способствовали дальнейшему развитию телеграфной связи.
В 1880 году Хевисайд исследовал скин-эффект в телеграфных линиях передачи и
переписал результаты Максвелла из их первоначальной формы в терминах
современного векторного анализа, таким образом, сведя систему из 20 уравнений с 12
переменными к 4 дифференциальным уравнениям, известным как уравнения
Максвелла. Четыре уравнения Максвелла описывают природу неподвижных и движущихся
заряженных частиц и магнитных диполей, и отношения между ними, а именно
электромагнитную индукцию.
Между 1880 и 1887 годами, Оливер Хевисайд разрабатывал операционное
исчисление (он ввёл обозначение D для дифференциального оператора), метод решения
дифференциальных уравнений с помощью сведения к обыкновенным алгебраическим
уравнениям, который по началу вызвал бурную полемику из-за отсутствия
строгого обоснования. Тогда он произнёс известную фразу: «Математика есть наука
экспериментальная, определения появляются последними». Это было ответом на
критику за использование ещё не вполне определённых операторов.
В 1887 году Хевисайд предложил добавить катушки индуктивности к
трансатлантическому телеграфному кабелю (увеличив тем самым собственную ёмкость) для
коррекции возникавших искажений. По политическим причинам этого сделано не
было. Позднее, сербский физик Михайло Пупин разработал способ увеличения
дальности передачи для телефонных линий с помощью установки удлинительных
катушек через определённые интервалы вдоль линии передачи. Этот метод следовал
идеям Хевисайда.
В двух работах 1888 года и 1889 года Хевисайд вычислил деформацию
электрического и магнитного полей вокруг движущегося заряда, а также эффекты
вхождения заряда в плотную среду. Он предсказал излучение Вавилова—Черенкова и
вдохновил Фитцжеральда предложить понятие так называемого сокращения Лоренца—
Фитцжеральда.
В 1889 году, после открытия Томсоном электрона, Хевисайд начал работу над
концепцией электромагнитной массы. Хевисайд считал её настолько же настоящей,
как и массу материальную, способной производить такие же эффекты. Вильгельм
Вин позднее проверил результат Хевисайда для малых ускорений.
В 1891 году Британское Королевское Общество признало вклад Хевисайда в
математическое описание электромагнитных явлений, присвоив звание Члена
Королевского Общества. В 1905 году Хевисайд стал почётным доктором Университета
Гёттингена.
В 1902 году Хевисайд предсказал существование в ионосфере слоя
Кеннелли—Хевисайда . Предположения Хевисайда включали способы передачи радиосигналов в
обход кривизны земной поверхности. Существование ионосферы было подтверждено
в 1923 году. Предсказания Хевисайда, вместе с теорией излучения Планка,
возможно, повлияли на прекращение попыток обнаружить радиоизлучение Солнца и
других астрономических объектов. Какая бы ни была причина, по всей видимости,
попыток не было в течение 30 лет, до изобретения в 1932 году Карлом Янским
радиоастрономии.
Будучи всю жизнь не в ладах с научным сообществом, в последние годы жизни
учёный стал весьма эксцентричен. Хотя в молодости Хевисайд активно занимался
велосипедным спортом, на шестом десятке лет его здоровье серьёзно ухудшилось.
В этот период Хевисайд подписывал корреспонденцию своим именем с инициалами
W.O.R.M (червь), хотя эти буквы ничего не обозначали. Хевисайд начал красить
ногти в розовый цвет и использовать гранитные глыбы вместо домашней мебели.
Хевисайд умер в Торки (Девон), и похоронен на кладбище Пейнтон. Большая часть
признания пришла к нему после смерти.
Альберт Эйнштейн (нем. Albert Einstein, 1879—1955) —
физик-теоретик, один из основателей современной
теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике
1921 года, общественный деятель-гуманист. Жил в
Германии (1879-1893, 1914-1933), Швейцарии (1893-1914) и США
(1933—1955). Почётный доктор около 20 ведущих
университетов мира, член многих Академий наук, в том числе
иностранный почётный член АН СССР (1926).
Эйнштейн — автор более 300 научных работ по физике, а
также около 150 книг и статей в области истории и
философии науки, публицистики и др. Он разработал несколько
значительных физических теорий:
• Специальная теория относительности (1905). В её
рамках — закон взаимосвязи массы и энергии: Е = тс2.
• Общая теория относительности (1907—1916).
• Квантовая теория фотоэффекта.
• Квантовая теория теплоёмкости.
• Квантовая статистика Бозе—Эйнштейна.
• Статистическая теория броуновского движения, заложившая основы теории
флуктуации.
• Теория индуцированного излучения.
• Теория рассеяния света на термодинамических флуктуациях в среде.
Он также предсказал «квантовую телепортацию» и предсказал и измерил
гиромагнитный эффект Эйнштейна—деХааза. С 1933 года работал над проблемами
космологии и единой теории поля. Активно выступал против войны, против применения
ядерного оружия, за гуманизм, уважение прав человека, взаимопонимание между
народами.
Эйнштейну принадлежит решающая роль в популяризации и введении в научный
оборот новых физических концепций и теорий. В первую очередь это относится к
пересмотру понимания физической сущности пространства и времени и к
построению новой теории гравитации взамен ньютоновской. Эйнштейн также, вместе с
Планком, заложил основы квантовой теории. Эти концепции, многократно
подтверждённые экспериментами, образуют фундамент современной физики.
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в южно-германском городе Ульме,
в небогатой еврейской семье. Летом 1880 года семья переселилась в Мюнхен, где
его отец - Герман Эйнштейн вместе с братом Якобом основал небольшую фирму по
торговле электрическим оборудованием.
Начальное образование Альберт Эйнштейн получил в местной католической
школе. Около 12 лет пережил состояние глубокой религиозности, однако, вскоре
чтение научно-популярных книг сделало его вольнодумцем и навсегда породило
скептическое отношение к авторитетам. Из детских впечатлений Эйнштейн позже
вспоминал как наиболее сильные: компас, «Начала» Евклида и (около 1889 года)
«Критику чистого разума» Иммануила Канта. Кроме того, по инициативе матери он
с шести лет начал заниматься игрой на скрипке. Увлечение музыкой сохранялось
у Эйнштейна на протяжении всей жизни. Уже находясь в США в Принстоне, в 1934
году Альберт Эйнштейн дал благотворительный концерт, где исполнял на скрипке
произведения Моцарта в пользу эмигрировавших из нацистской Германии учёных и
деятелей культуры.
В гимназии он не был в числе первых учеников (исключение составляли
математика и латынь). Укоренившаяся система механического заучивания материала
учащимися (которая, как он считал, наносит вред самому духу учёбы и творческому
мышлению), а также авторитарное отношение учителей к ученикам вызывало у
Альберта Эйнштейна неприятие, поэтому он часто вступал в споры со своими
преподавателями .
В 1894 году Эйнштейны переехали из Мюнхена в итальянский город Павию, близ
Милана, куда братья Герман и Якоб перевели свою фирму. Сам Альберт оставался
с родственниками в Мюнхене ещё некоторое время, чтобы окончить все шесть
классов гимназии. Так и не получив аттестата зрелости, в 1895 году он
присоединился к своей семье в Павии.
Осенью 1895 года Альберт Эйнштейн прибыл в Швейцарию, чтобы сдать
вступительные экзамены в Высшее техническое училище (Политехникум) в Цюрихе и стать
преподавателем физики. Блестяще проявив себя на экзамене по математике, он в
то же время провалил экзамены по ботанике и французскому языку, что не
позволило ему поступить в Цюрихский Политехникум. Однако директор училища
посоветовал молодому человеку поступить в выпускной класс школы в Аарау
(Швейцария) , чтобы получить аттестат и повторить поступление.
В кантональной школе Аарау Альберт Эйнштейн посвящал своё свободное время
изучению электромагнитной теории Максвелла. В сентябре 1896 года он успешно
сдал все выпускные экзамены в школе, за исключением экзамена по французскому
языку, и получил аттестат, а в октябре 1896 года был принят в Политехникум на
педагогический факультет. Здесь он подружился с однокурсником, математиком
Марселем Гроссманом (1878—1936), а также познакомился с сербской студенткой
факультета медицины Милевой Марич (на 4 года старше его), впоследствии
ставшей его женой. В этом же году Эйнштейн отказался от германского гражданства.
Чтобы получить швейцарское гражданство, требовалось уплатить 1 ООО
швейцарских франков, однако бедственное материальное положение семьи позволило ему
сделать это только спустя 5 лет. Предприятие отца в этом году окончательно
разорилось, родители Эйнштейна переехали в Милан, где Герман Эйнштейн, уже
без брата, открыл фирму по торговле электрооборудованием.
Стиль и методика преподавания в Политехникуме существенно отличались от
закостеневшей и авторитарной прусской школы, поэтому дальнейшее обучение
давалось юноше легче. У него были первоклассные преподаватели, в том числе
замечательный геометр Герман Минковский (его лекции Эйнштейн часто пропускал, о
чём потом искренне сожалел) и аналитик Адольф Гурвиц.
В 1900 году Эйнштейн закончил Политехникум, получив диплом преподавателя
математики и физики. Экзамены он сдал успешно, но не блестяще. Многие
профессора высоко оценивали способности студента Эйнштейна, но никто не захотел
помочь ему продолжить научную карьеру.
Хотя в следующем, 1901 году, Эйнштейн получил гражданство Швейцарии, но
вплоть до весны 1902 года не мог найти постоянное место работы — даже
школьным учителем. Вследствие отсутствия заработка он буквально голодал, не
принимая пищу несколько дней подряд. Это стало причиной болезни печени, от которой
учёный страдал до конца жизни.
Несмотря на лишения, преследовавшие его в 1900—1902 гг. , Эйнштейн находил
время для дальнейшего изучения физики. В 1901 г. берлинские «Анналы физики»
опубликовали его первую статью «Следствия теории капиллярности» (Folgerungen
aus den Capillaritatserscheinungen), посвященную анализу сил притяжения между
атомами жидкостей на основании теории капиллярности.
Преодолеть трудности помог бывший однокурсник Марсель Гроссман,
рекомендовавший Эйнштейна на должность эксперта III класса в Федеральное Бюро
патентования изобретений (Берн) с окладом 3 500 франков в год (в годы студенчества
он жил на 100 франков в месяц.
Эйнштейн работал в Бюро патентов с июля 1902 по октябрь 1909, занимаясь
преимущественно экспертной оценкой заявок на изобретения. В 1903 году он стал
постоянным работником Бюро. Характер работы позволял Эйнштейну посвящать
свободное время исследованиям в области теоретической физики.
В октябре 1902 г. Эйнштейн получил известие из Италии о болезни отца;
Герман Эйнштейн умер спустя несколько дней после приезда сына.
6 января 1903 года Эйнштейн женился на двадцатисемилетней Милеве Марич. У
них родились трое детей.
1905 год вошёл в историю физики как «Год чудес» (лат. Annus Mirabilis). В
этом году «Анналы физики» — ведущий физический журнал Германии — опубликовал
три выдающиеся статьи Эйнштейна, положившие начало новой научной революции:
1. «К электродинамике движущихся тел» (нем. Zur Elektrodynamik bewegter
Korper). С этой статьи начинается теория относительности.
2. «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и
превращения света» (нем. Uber einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichts
betreffenden heuristischen Gesichtspunkt). Одна из работ, заложивших
фундамент квантовой теории.
3. «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молеку-
лярно-кинетической теорией теплоты» (нем. Uber die von der
molekularkinetischen Theorie der Warme geforderte Bewegung von in
ruhenden Flussigkeiten suspendierten Teilchen) — работа, посвященная
броуновскому движению и существенно продвинувшая статистическую физику.
В течение всего XIX века материальным носителем электромагнитных явлений
считалась гипотетическая среда — эфир. Однако к началу XX века выяснилось,
что свойства этой среды трудно согласовать с классической физикой. С одной
стороны, аберрация света наталкивала на мысль, что эфир абсолютно неподвижен,
с другой — опыт Физо свидетельствовал в пользу гипотезы, что эфир частично
увлекается движущейся материей. Опыты Майкельсона (1881) , однако, показали,
что никакого «эфирного ветра» не существует.
В 1892 году Лоренц и (независимо от него) Джордж Френсис Фицджеральд
предположили, что эфир неподвижен, а длина любого тела сокращается в направлении
его движения. Оставался, однако, открытым вопрос, почему длина сокращается в
точности в такой пропорции, чтобы компенсировать «эфирный ветер» и не дать
обнаружить существование эфира. Одновременно изучался вопрос, при каких
преобразованиях координат уравнения Максвелла инвариантны. Правильные формулы
впервые выписали Лармор (1900) и Пуанкаре (1905), последний доказал их
групповые свойства и предложил назвать преобразованиями Лоренца.
Пуанкаре также дал обобщённую формулировку принципа относительности,
охватывающего и электродинамику. Тем не менее, он продолжал признавать эфир, хотя
придерживался мнения, что его никогда не удастся обнаружить. В докладе на
физическом конгрессе (1900) Пуанкаре впервые высказывает мысль, что
одновременность событий не абсолютна, а представляет собой условное соглашение
(«конвенцию») . Было высказано также предположение о предельности скорости света.
Таким образом, в начале XX века существовали две несовместимые кинематики:
классическая, с преобразованиями Галилея, и электромагнитная, с
преобразованиями Лоренца.
Эйнштейн, размышляя на эти темы в значительной степени независимо,
предположил, что первая есть приближённый случай второй для малых скоростей, а то,
что считалось свойствами эфира, есть на деле проявление объективных свойств
пространства и времени. Эйнштейн пришёл к выводу, что нелепо привлекать
понятие эфира только для того, чтобы доказать невозможность его наблюдения, и что
корень проблемы лежит не в динамике, а глубже — в кинематике. В упомянутой
выше основополагающей статье «К электродинамике движущихся тел» он предложил
два постулата: всеобщий принцип относительности и постоянство скорости света;
из них без труда выводятся лоренцево сокращение, формулы преобразования
Лоренца, относительность одновременности, ненужность эфира, новая формула
сложения скоростей, возрастание инерции со скоростью и т.д. В другой его статье,
которая вышла в конце года, появилась и формула Е = тс2, определяющая связь
массы и энергии.
Часть учёных сразу приняли эту теорию, которая позднее получила название
«специальная теория относительности» (СТО); Планк (1906) и сам Эйнштейн
(1907) построили релятивистскую динамику и термодинамику. Бывший учитель
Эйнштейна, Минковский, в 1907 году представил математическую модель кинематики
теории относительности в виде геометрии четырёхмерного неевклидова мира и
разработал теорию инвариантов этого мира (первые результаты в этом
направлении опубликовал Пуанкаре в 1905 году).
Однако немало учёных сочли «новую физику» чересчур революционной. Она
отменяла эфир, абсолютное пространство и абсолютное время, ревизовала механику
Ньютона, которая 200 лет служила опорой физики и неизменно подтверждалась
наблюдениями. Время в теории относительности течёт по-разному в разных системах
отсчёта, инерция и длина зависят от скорости, движение быстрее света
невозможно, возникает «парадокс близнецов» — все эти необычные следствия были
неприемлемы для консервативной части научного сообщества. Дело осложнялось
также тем, что СТО не предсказывала поначалу никаких новых наблюдаемых эффектов,
а опыты Вальтера Кауфманна (1905—1909) многие истолковывали как опровержение
краеугольного камня СТО — принципа относительности (этот аспект окончательно
прояснился, в пользу СТО, только в 1914—1916 годах). Некоторые физики уже
после 1905 года пытались разработать альтернативные теории (например, Ритц в
1908 году), однако позже выяснилось неустранимое расхождение этих теорий с
экспериментом.
Многие видные физики остались верными классической механике и концепции
эфира, среди них Лоренц, Дж.Дж. Томсон, Ленард, Лодж, Нернст, Вин. При этом
некоторые из них (например, сам Лоренц) не отвергали результатов специальной
теории относительности, однако интерпретировали их в духе теории Лоренца,
предпочитая смотреть на пространственно-временную концепцию Эйнштейна-
Минковского как на чисто математический приём.
Решающим аргументом в пользу истинности СТО стали опыты по проверке Общей
теории относительности. Со временем постепенно накапливались и опытные
подтверждения самой СТО. На ней основаны квантовая теория поля, теория
ускорителей, она учитывается при проектировании и работе спутниковых систем навигации
(здесь оказались нужны даже поправки общей теории относительности) и т.д.
Для разрешения проблемы, вошедшей в историю под названием «Ультрафиолетовой
катастрофы», и соответствующего согласования теории с экспериментом Макс
Планк предположил (1900) , что поглощение света веществом происходит дискретно
(неделимыми порциями), и энергия поглощаемой порции зависит от частоты света.
Некоторое время эту гипотезу даже сам её автор рассматривал как условный
математический приём, однако, Эйнштейн во второй из вышеупомянутых статей
предложил далеко идущее её обобщение и с успехом применил для объяснения свойств
фотоэффекта. Эйнштейн выдвинул тезис, что не только процесс поглощения, но и
само электромагнитное излучение дискретно; позднее эти порции (кванты)
получили название фотонов. Этот тезис позволил ему объяснить две загадки
фотоэффекта : почему фототок возникал не при всякой частоте света, а только начиная
с определённого порога, зависящего только от вида металла, а энергия и
скорость вылетающих электронов зависели не от интенсивности света, а только от
его частоты. Теория фотоэффекта Эйнштейна с высокой точностью соответствовала
опытным данным, что позднее подтвердили эксперименты Милликена (1916).
Первоначально эти взгляды встретили непонимание большинства физиков, даже
Планка Эйнштейну пришлось убеждать в реальности квантов. Постепенно, однако,
накопились опытные данные, убедившие скептиков в дискретности
электромагнитной энергии. Последнюю точку в споре поставил эффект Комптона (1923).
В 1907 году Эйнштейн опубликовал квантовую теорию теплоёмкости (старая
теория при низких температурах сильно расходилась с экспериментом). Позже (1912)
Дебай, Борн и Карман уточнили теорию теплоёмкости Эйнштейна, и было
достигнуто отличное согласие с опытом.
В 1827 году Роберт Броун наблюдал под микроскопом и впоследствии описал
хаотическое движение цветочной пыльцы, плававшей в воде. Эйнштейн, на основе
молекулярной теории, разработал статистико-математическую модель подобного
движения, причём на основании его модели можно было, помимо прочего, с
хорошей точностью оценить размер молекул и их количество в единице объёма.
Одновременно к аналогичным выводам пришёл Смолуховский, чья статья была
опубликована на несколько месяцев позже, чем Эйнштейна. Свои работы по статистической
механике, под названием «Новое определение размеров молекул», Эйнштейн
представил в Политехникум в качестве диссертации и в том же 1905 году получил
звание доктора философии (эквивалент кандидата естественных наук) по физике.
В следующем году Эйнштейн развил свою теорию в новой статье «К теории
броуновского движения», и в дальнейшем неоднократно возвращался к этой теме.
Вскоре (1908) измерения Перрена полностью подтвердили адекватность модели
Эйнштейна, что стало первым экспериментальным доказательством молекулярно-
кинетической теории, подвергавшейся в те годы активным атакам со стороны
позитивистов .
Макс Борн писал (1949): «Я думаю, что эти исследования Эйнштейна больше,
чем все другие работы, убеждают физиков в реальности атомов и молекул, в
справедливости теории теплоты и фундаментальной роли вероятности в законах
природы». Работы Эйнштейна по статистической физике цитируются даже чаще, чем
его работы по теории относительности. Выведенная им формула для коэффициента
диффузии и его связи с дисперсией координат оказалась применимой в самом
общем классе задач: марковские процессы диффузии, электродинамика и т.п.
Позднее, в статье «К квантовой теории излучения» (1917) Эйнштейн, исходя из
статистических соображений, впервые предположил существование нового вида
излучения, происходящего под воздействием внешнего электромагнитного поля
(«индуцированное излучение»). В начале 1950-х годов был предложен способ усиления
света и радиоволн, основанный на использовании индуцированного излучения, а в
последующие годы оно легло в основу теории лазеров.
Работы 1905 года принесли Эйнштейну, хотя и не сразу, всемирную славу. 30
апреля 1905 он направил в университет Цюриха текст своей докторской
диссертации на тему «Новое определение размеров молекул». Рецензентами были
профессора Кляйнер и Буркхард. 15 января 1906 года он получил степень доктора наук по
физике. Он переписывается и встречается с самыми знаменитыми физиками мира, а
Планк в Берлине включает теорию относительности в свой учебный курс. В
письмах его называют «г-н профессор», однако ещё четыре года (до октября 1909
года) Эйнштейн продолжает службу в Бюро патентов; в 1906 году его повысили в
должности (он стал экспертом II класса) и прибавили оклад. В октябре 1908
года Эйнштейна пригласили читать факультатив в Бернский университет, однако,
без всякой оплаты. В 1909 году он побывал на съезде натуралистов в
Зальцбурге, где собралась элита немецкой физики, и впервые встретился с Планком; за 3
года переписки они быстро стали близкими друзьями и сохранили эту дружбу до
конца жизни.
После съезда Эйнштейн наконец получил оплачиваемую должность
экстраординарного профессора в Цюрихском университете (декабрь 1909 года), где преподавал
геометрию его старый друг Марсель Гроссман. Оплата была небольшой, особенно
для семьи с двумя детьми, и в 1911 году Эйнштейн без колебаний принял
приглашение возглавить кафедру физики в пражском Немецком университете. В этот
период Эйнштейн продолжает публикацию серии статей по термодинамике, теории
относительности и квантовой теории. В Праге он активизирует исследования по
теории тяготения, поставив целью создать релятивистскую теорию гравитации и
осуществить давнюю мечту физиков — исключить из этой области ньютоновское
дальнодействие.
В 1911 году Эйнштейн участвовал в Первом Сольвеевском конгрессе (Брюссель),
посвященном квантовой физике. Там произошла его единственная встреча с
Пуанкаре, который продолжал отвергать теорию относительности, хотя лично к
Эйнштейну относился с большим уважением.
Спустя год Эйнштейн вернулся в Цюрих, где стал профессором родного
Политехникума и читал там лекции по физике. В 1913 году он посетил Конгресс
естествоиспытателей в Вене, навестил там 75-летнего Эрнста Маха; когда-то критика
Махом ньютоновской механики произвела на Эйнштейна огромное впечатление и
идейно подготовила к новациям теории относительности.
В конце 1913 года, по рекомендации Планка и Нернста, Эйнштейн получил
приглашение возглавить создаваемый в Берлине физический исследовательский
институт ; он зачислен также профессором Берлинского университета. Помимо близости
к другу Планку эта должность имела то преимущество, что не обязывала
отвлекаться на преподавание. Он принял приглашение, и в предвоенный 1914 год
убеждённый пацифист Эйнштейн прибыл в Берлин. Милева с детьми осталась в Цюрихе,
их семья распалась. В феврале 1919 года они официально развелись.
Гражданство Швейцарии, нейтральной страны, помогало Эйнштейну выдерживать
милитаристское давление после начала войны.
Ещё Декарт объявил, что все процессы во Вселенной объясняются локальным
взаимодействием одного вида материи с другим, и с точки зрения науки этот
тезис близкодействия был естественным. Однако ньютоновская теория всемирного
тяготения резко противоречила тезису близкодействия — в ней сила притяжения
передавалась непонятно как через совершенно пустое пространство, причём
бесконечно быстро. По существу ньютоновская модель была чисто математической,
без какого-либо физического содержания. На протяжении двух веков делались
попытки исправить положение и избавиться от мистического дальнодействия,
наполнить теорию тяготения реальным физическим содержанием — тем более, что после
Максвелла гравитация осталась единственным в физике пристанищем
дальнодействия. Особенно неудовлетворительной стала ситуация после утверждения
специальной теории относительности, так как теория Ньютона не была лоренц-
ковариантной. Однако до Эйнштейна исправить положение никому не удалось.
Основная идея Эйнштейна была проста: материальным носителем тяготения
является само пространство (точнее, пространство-время). Тот факт, что гравитацию
можно рассматривать, как проявление свойств геометрии четырёхмерного
неевклидова пространства, без привлечения дополнительных понятий, есть следствие
того, что все тела в поле тяготения получают одинаковое ускорение («принцип
эквивалентности» Эйнштейна). Четырёхмерное пространство-время при таком подходе
оказывается не «плоской и безразличной сценой» для материальных процессов, у
него имеются физические атрибуты, и в первую очередь — метрика и кривизна,
которые влияют на эти процессы и сами зависят от них. Если специальная теория
относительности — это теория неискривлённого пространства, то общая теория
относительности, по замыслу Эйнштейна, должна была рассмотреть более общий
случай, пространство-время с переменной метрикой (псевдориманово
многообразие) . Причиной искривления пространства-времени является присутствие материи,
и чем больше её энергия, тем искривление сильнее. Ньютоновская же теория
тяготения представляет собой приближение новой теории, которое получается, если
учитывать только «искривление времени», то есть изменение временной
компоненты метрики, д0о (пространство в этом приближении евклидово). Распространение
возмущений гравитации, то есть изменений метрики при движении тяготеющих
масс, происходит с конечной скоростью. Дальнодействие с этого момента
исчезает из физики.
Математическое оформление этих идей было достаточно трудоёмким и заняло
несколько лет (1907—1915). Эйнштейну пришлось овладеть тензорным анализом и
создать его четырёхмерное псевдориманово обобщение; в этом ему помогли
консультации и совместная работа сначала с Марселем Гроссманом, ставшим
соавтором первых статей Эйнштейна по тензорной теории гравитации, а затем и с
«королём математиков» тех лет, Давидом Гильбертом. В 1915 г. главные уравнения
общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), обобщающие ньютоновские, были
опубликованы почти одновременно в статьях Эйнштейна и Гильберта.
Новая теория тяготения предсказала два ранее неизвестных физических
эффекта, вполне подтверждённые наблюдениями, а также точно и полностью объяснила
вековое смещение перигелия Меркурия, долгое время приводившее в недоумение
астрономов. После этого теория относительности стала практически
общепризнанным фундаментом современной физики. Кроме астрофизики, ОТО нашла практическое
применение, как уже упоминалось выше, в системах глобального позиционирования
(Global Positioning Systems, GPS), где расчёты координат производятся с очень
существенными релятивистскими поправками.
В 1915 году в разговоре с нидерландским физиком Вандером де Хаазом Эйнштейн
предложил схему и расчёт опыта, который после успешной реализации получил
название «эффект Эйнштейна-деХааза». Результат опыта воодушевил Нильса Бора,
двумя годами ранее создавшего планетарную модель атома, поскольку подтвердил,
что внутри атомов существуют круговые электронные токи, причём электроны на
своих орбитах не излучают. Именно эти положения Бор и положил в основу своей
модели. Кроме того, обнаружилось, что суммарный магнитный момент получается
вдвое больше ожидаемого; причина этого разъяснилась, когда был открыт спин —
собственный момент импульса электрона.
По окончании войны Эйнштейн продолжал работу в прежних областях физики, а
также занимался новыми областями — релятивистской космологией и «Единой
теорией поля», которая, по его замыслу, должна была объединить гравитацию,
электромагнетизм и (желательно) теорию микромира. Первая статья по космологии,
«Космологические соображения к общей теории относительности», появилась в
1917 году. После этого Эйнштейн пережил загадочное «нашествие болезней» —
кроме серьёзных проблем с печенью, обнаружилась язва желудка, затем желтуха и
общая слабость. Несколько месяцев он не вставал с постели, но продолжал
активно работать. Только в 1920 году болезни отступили.
В июне 1919 года Эйнштейн женился на своей двоюродной сестре со стороны
матери Эльзе Лёвенталь (урождённой Эйнштейн, 1876—1936) и удочерил двух её
детей. В конце года к ним переехала его тяжелобольная мать Паулина; она
скончалась в феврале 1920 года. Судя по письмам, Эйнштейн тяжело переживал её
смерть.
Осенью 1919 года английская экспедиция Артура Эддингтона в момент затмения
зафиксировала предсказанное Эйнштейном отклонение света в поле тяготения
Солнца. При этом измеренное значение соответствовало не ньютоновскому, а
эйнштейновскому закону тяготения. Сенсационную новость перепечатали газеты всей
Европы, хотя суть новой теории чаще всего излагалась в беззастенчиво
искажённом виде. Слава Эйнштейна достигла небывалых высот.
В мае 1920 года Эйнштейн, вместе с другими членами Берлинской академии
наук, был приведен к присяге как государственный служащий и по закону стал
считаться гражданином Германии. Однако швейцарское гражданство он сохранил до
конца жизни. В 1920-е годы, получая отовсюду приглашения, он много
путешествовал по Европе (по швейцарскому паспорту), читал лекции для учёных,
студентов и для любознательной публики. Навестил и США, где в честь именитого гостя
была принята специальная приветственная резолюция Конгресса (1921). В конце
1922 года посетил Индию, где имел продолжительное общение с Тагором, и Китай.
Зиму Эйнштейн встретил в Японии. В 1923 году выступил в Иерусалиме, где
намечалось вскоре (1925) открыть Еврейский университет.
Эйнштейна неоднократно номинировали на Нобелевскую премию по физике, однако
члены Нобелевского комитета долгое время не решались присудить премию автору
столь революционных теорий. В конце концов, был найден дипломатичный выход:
премия за 1921 год была присуждена Эйнштейну (в самом конце 1922 года) За
теорию фотоэффекта, то есть за наиболее бесспорную и хорошо проверенную в
эксперименте работу; впрочем, текст решения содержал нейтральное добавление:
«... и за другие работы в области теоретической физики».
Естественно, традиционную Нобелевскую речь (1923) Эйнштейн посвятил теории
относительности.
В 1924 году молодой индийский физик Шатьендранат Бозе в кратком письме
обратился к Эйнштейну с просьбой помочь в публикации статьи, в которой выдвигал
предположение, положенное в основу современной квантовой статистики. Бозе
предложил рассматривать свет в качестве газа из фотонов. Эйнштейн пришёл к
выводу, что эту же статистику можно использовать для атомов и молекул в
целом. В 1925 году Эйнштейн опубликовал статью Бозе в немецком переводе, а
затем собственную статью, в которой излагал обобщённую модель Бозе, применимую
к системам тождественных частиц с целым спином, называемых бозонами. На
основании данной квантовой статистики, известной ныне как статистика
Бозе—Эйнштейна, оба физика ещё в середине 1920-х годов теоретически обосновали
существование пятого агрегатного состояния вещества — конденсата Бозе—Эйнштейна.
Суть «конденсата» Бозе—Эйнштейна состоит в переходе большого числа частиц
идеального бозе-газа в состояние с нулевым импульсом при температурах,
приближающихся к абсолютному нулю, когда длина волны де Бройля теплового
движения частиц и среднее расстояние между этими частицами сводятся к одному
порядку. Начиная с 1995 года, когда первый подобный конденсат был получен в
университете Колорадо, учёные практически доказали возможность существования
конденсатов Бозе—Эйнштейна из водорода, лития, натрия, рубидия и гелия.
Как личность огромного и всеобщего авторитета, Эйнштейна постоянно
привлекали в эти годы к разного рода политическим акциям, где он выступал за
социальную справедливость, за интернационализм и сотрудничество между странами. В
1923 году Эйнштейн участвовал в организации общества культурных связей
«Друзья новой России». Неоднократно призывал к разоружению и объединению Европы,
к отмене обязательной воинской службы.
В 1928 году Эйнштейн проводил в последний путь Лоренца, с которым очень
подружился в его последние годы. Именно Лоренц выдвинул кандидатуру Эйнштейна
на Нобелевскую премию в 1920 году и поддержал её в следующем году.
В 1929 году мир шумно отметил 50-летие Эйнштейна. Юбиляр не принял участия
в торжествах и скрылся на своей вилле близ Потсдама, где с увлечением
выращивал розы. Здесь он принимал друзей — деятелей науки, Тагора, Эммануила Ласке-
ра, Чарли Чаплина и других.
В 1931 году Эйнштейн снова побывал в США. В Пасадене его очень тепло
встретил Майкельсон, которому оставалось жить четыре месяца. Вернувшись летом в
Берлин, Эйнштейн в выступлении перед Физическим обществом почтил память
замечательного экспериментатора, заложившего первый камень фундамента теории
относительности .
Помимо теоретических исследований, Эйнштейну принадлежат и несколько
изобретений , в том числе:
• измеритель очень малых напряжений (совместно с Конрадом Габихтом);
• устройство, автоматически определяющее время экспозиции при фотосъёмке;
• оригинальный слуховой аппарат;
• бесшумный холодильник (совместно с Силардом);
• гирокомпас.
Примерно до 1926 года Эйнштейн работал в очень многих областях физики, от
космологических моделей до исследования причин речных извилин. Далее он, за
редким исключением, сосредотачивает усилия на квантовых проблемах и Единой
теории поля.
Рождение квантовой механики происходило при активном участии Эйнштейна.
Публикуя свои основополагающие работы, Шрёдингер признал (1926), что на него
оказали большое влияние «краткие, но бесконечно дальновидные замечания
Эйнштейна» .
В 1927 году на Пятом Сольвеевском конгрессе Эйнштейн решительно выступил
против «копенгагенской интерпретации» Макса Борна и Нильса Бора, трактующей
математическую модель квантовой механики как существенно вероятностную.
Эйнштейн заявил, что сторонники этой интерпретации «из нужды делают
добродетель», а вероятностный характер свидетельствует лишь о том, что наше знание
физической сущности микропроцессов неполно. Он ехидно заметил: «Бог не играет
в кости» (нем. Der Herrgott wurfelt nicht), на что Нильс Бор возразил: «Эйн-
штейн, не указывай Богу, что ему делать». Эйнштейн принимал «копенгагенскую
интерпретацию» лишь как временный, незавершённый вариант, который по мере
прогресса физики должен быть заменён полной теорией микромира. Он и сам
предпринимал попытки создать детерминистическую нелинейную теорию, приближённым
следствием которой оказалась бы квантовая механика.
Эйнштейн вёл полемику на эту тему до конца жизни, хотя мало кто из физиков
разделял его точку зрения. Две его статьи содержали описание мысленных
экспериментов, которые, по его мнению, наглядно показывали неполноту квантовой
механики; наибольший резонанс получил так называемый «Парадокс
Эйнштейна—Подольского— Розена» (май 1935). Обсуждение этой важной и интересной проблемы
продолжается и в наши дни.
По мере нарастания экономического кризиса в Веймарской Германии усиливалась
политическая нестабильность, содействовавшая усилению радикально-
националистических и антисемитских настроений. Участились оскорбления и
угрозы в адрес Эйнштейна, в одной из листовок даже предлагалась крупная награда
(50 ООО марок) за его голову. После прихода к власти нацистов все труды
Эйнштейна были либо приписаны «арийским» физикам, либо объявлены искажением
истинной науки. Ленард, возглавивший группу «Немецкая физика», провозглашал:
«Наиболее важный пример опасного влияния еврейских кругов на изучение природы
представляет Эйнштейн со своими теориями и математической болтовнёй,
составленной из старых сведений и произвольных добавок... Мы должны понять, что
недостойно немца быть духовным последователем еврея». Во всех научных кругах
Германии развернулась бескомпромиссная расовая чистка.
В 1933 году Эйнштейну пришлось покинуть Германию, к которой он был очень
привязан, навсегда. Вместе с семьёй он выехал в Соединённые Штаты Америки с
гостевыми визами. В скором времени в знак протеста против преступлений
нацизма он отказался от немецкого гражданства и членства в Прусской и Баварской
академиях наук.
После переезда в США Альберт Эйнштейн получил должность профессора физики в
недавно созданном Институте перспективных исследований (Принстон, штат Нью-
Джерси) . Старший сын, Ганс-Альберт (1904—1973), вскоре последовал За ним
(1938); впоследствии он стал признанным специалистом по гидравлике и
профессором Калифорнийского университета (1947). Младший сын Эйнштейна, Эдуард
(1910—1965) , около 1930 года заболел тяжёлой формой шизофрении и закончил
свои дни в цюрихской психиатрической лечебнице. Двоюродная сестра Эйнштейна,
Лина, погибла в Освенциме, другая сестра, Берта Дрейфус, умерла в концлагере
Терезиенштадт.
В США Эйнштейн мгновенно превратился в одного из самых известных и
уважаемых людей страны, получив репутацию гениальнейшего учёного в истории, а также
олицетворения образа «рассеянного профессора» и интеллектуальных возможностей
человека вообще. В январе следующего, 1934 года он был приглашён в Белый дом
к президенту Франклину Рузвельту, имел с ним сердечную беседу и даже провёл
там ночь. Ежедневно Эйнштейн получал сотни писем разнообразного содержания,
на которые (даже на детские) старался ответить. Будучи естествоиспытателем с
мировым именем, он оставался доступным, скромным, нетребовательным и
приветливым человеком.
В декабре 1936 года от болезни сердца умерла Эльза; тремя месяцами ранее в
Цюрихе скончался Марсель Гроссман. Одиночество Эйнштейна скрашивали сестра
Майя, падчерица Марго (дочь Эльзы от первого брака), секретарь Эллен Дюкас и
кот Тигр. К удивлению американцев, Эйнштейн так и не обзавёлся автомобилем и
телевизором. Майя после инсульта в 1946 году была частично парализована, и
каждый вечер Эйнштейн читал книги своей любимой сестре.
В августе 1939 года Эйнштейн подписался под письмом, написанным по инициа-
тиве физика-эмигранта из Венгрии Лео Силарда на имя президента США Франклина
Делано Рузвельта. Письмо обращало внимание президента на возможность того,
что нацистская Германия обзаведётся атомной бомбой. После нескольких месяцев
размышлений Рузвельт решил серьёзно отнестись к этой угрозе и открыл
собственный проект по созданию атомного оружия. Сам Эйнштейн в этих работах
участия не принимал. Позже он сожалел о подписанном им письме, понимая, что для
нового руководителя США Гарри Трумэна ядерная энергия служит инструментом
устрашения. В дальнейшем он критиковал разработку ядерного оружия, его
применение в Японии и испытания на атолле Бикини (1954) , а свою причастность к
ускорению работ над американской ядерной программой считал величайшей трагедией
своей жизни. Широкую известность получили его афоризмы: «Мы выиграли войну,
но не мир»; «Если третья мировая война будет вестись атомными бомбами, то
четвёртая — камнями и палками».
Во время войны Эйнштейн консультировал Военно-морские силы США и
способствовал решению различных технических проблем.
В послевоенные годы Эйнштейн стал одним из основателей Пагуошского движения
учёных за мир. Хотя его первая конференция проводилась уже после смерти
Эйнштейна (1957) , но инициатива созвания такого движения была выражена в
получившем широкую известность Манифесте Рассела—Эйнштейна (написанном совместно
с Бертраном Расселом), предупреждавшем также об опасности создания и
применения водородной бомбы. В рамках этого движения Эйнштейн, бывший его
председателем, совместно с Альбертом Швейцером, Бертраном Расселом, Фредериком Жолио-
Кюри и другими всемирно известными деятелями науки вёл борьбу против гонки
вооружений, создания ядерного и термоядерного оружия. Эйнштейн призывал
также, во имя предотвращения новой войны, к созданию всемирного правительства,
За что удостоился резкой критики в советской печати (1947).
До конца жизни Эйнштейн продолжал работу над исследованием проблем
космологии, но главные усилия он направил на создание единой теории поля. Ему
помогали в этом профессиональные математики, в том числе (в Принстоне) Джон Кеме-
ни. Формально некоторые успехи в этом направлении были — он разработал даже
две версии единой теории поля. Обе модели были математически изящны, из них
вытекала не только общая теория относительности, но и вся электродинамика
Максвелла — однако они не давали никаких новых физических следствий. А чистая
математика, в отрыве от физики, Эйнштейна никогда не интересовала, и он
забраковал обе модели. Сначала (1929) Эйнштейн пытался развить идеи Калуцы и
Клейна — мир имеет пять измерений, причём пятое имеет микроразмеры и поэтому
невидимо. Получить с её помощью новые физически интересные результаты не
удалось, и многомерная теория была вскоре оставлена (чтобы позже возродиться в
теории суперструн). Вторая версия Единой теории (1950) основывалась на
предположении, что пространство-время имеет не только кривизну, но и кручение;
она тоже органично включала ОТО и теорию Максвелла, однако найти
окончательную редакцию уравнений, которая описывала бы не только макромир, но и
микромир, так и не удалось. А без этого теория оставалась не более чем
математической надстройкой над зданием, которое в этой надстройке совершенно не
нуждалось .
Вейль вспоминал, что Эйнштейн как-то сказал ему: «Умозрительно, без
руководящего наглядного физического принципа, физику нельзя конструировать».
В 1955 году Здоровье Эйнштейна резко ухудшилось. Он написал завещание и
сказал друзьям: «Свою задачу на земле я выполнил». Последним его трудом стало
незаконченное воззвание с призывом предотвратить ядерную войну.
Учёный, перевернувший представления человечества о Вселенной, Альберт
Эйнштейн умер 18 апреля 1955 года, на 77-м году жизни в Принстоне от аневризмы
аорты. Перед смертью он произнёс несколько слов по-немецки, но американская
медсестра не смогла их потом воспроизвести. Не воспринимая никаких форм
культа личности, он запретил пышное погребение с громкими церемониями, для чего
пожелал, чтобы место и время захоронения не разглашались. 19 апреля 1955 года
без широкой огласки состоялись похороны великого учёного, на которых
присутствовало всего 12 самых близких друзей. Его тело было сожжено в крематории
Юинг-Семетери (Ewing Cemetery), а пепел развеян по ветру.
Близкие знакомые описывают Эйнштейна как человека общительного,
дружелюбного, жизнерадостного, остроумного, с превосходным чувством юмора, отмечают его
доброту, готовность помочь в любую минуту, полное отсутствие снобизма,
покоряющее человеческое обаяние.
Эйнштейн страстно любил музыку, особенно сочинения XVIII века. В разные
годы среди предпочитаемых им композиторов были Бах, Моцарт, Шуман, Гайдн и
Шуберт, а в последние годы — Брамс. Хорошо играл на скрипке, с которой нигде не
расставался. Из художественной литературы с восхищением отзывался о прозе
Льва Толстого, Достоевского, Диккенса, пьесах Брехта. Увлекался также
филателией, садоводством, плаванием на яхте (даже написал статью о теории
управления яхтой). В частной жизни был неприхотлив, в конце жизни неизменно
появлялся в любимом тёплом свитере.
Несмотря на свой колоссальный научный авторитет, он не страдал излишним
самомнением, охотно допускал, что может ошибаться, и если это случалось,
публично признавал своё заблуждение. Так произошло, например, в 1922 году, когда
он раскритиковал статью Александра Фридмана, предсказавшего расширение
Вселенной. Получив затем письмо от Фридмана с разъяснением спорных деталей,
Эйнштейн в том же журнале сообщил, что был неправ, а результаты Фридмана ценны и
«проливают новый свет» на возможные модели космологической динамики.
Самым ненавистным словом в немецком языке для него было Zwang — насилие,
принуждение.
Лечащий врач Эйнштейна, Густав Букки, рассказывал, что Эйнштейн терпеть не
мог позировать художнику, но стоило тому признаться, что рассчитывает
благодаря его портрету выбраться из нужды, как Эйнштейн тут же соглашался и
терпеливо высиживал перед ним долгие часы.
В конце жизни Эйнштейн кратко сформулировал свою систему ценностей:
«Идеалами, освещавшими мой путь и сообщавшими мне смелость и мужество, были добро,
красота и истина».
Альберт Эйнштейн был убеждённым демократическим социалистом, гуманистом,
пацифистом и антифашистом. Авторитет Эйнштейна, достигнутый благодаря его
революционным открытиям в физике, позволял учёному активно влиять на
общественно-политические преобразования в мире.
В эссе под названием «Почему социализм?» («Why Socialism?*), изданном в
качестве статьи в крупнейшем марксистском журнале США «Monthly Review», Альберт
Эйнштейн изложил своё видение социалистических преобразований. В частности,
учёный обосновал нежизнеспособность экономической анархии капиталистических
отношений, являющихся причиной социальной несправедливости, а главным пороком
капитализма называл «пренебрежение человеческой личностью». Осуждая
отчуждение человека при капитализме, стремление к наживе и приобретательству,
Эйнштейн отмечал, что демократическое общество само по себе не может ограничить
своеволие капиталистической олигархии, и обеспечение прав человека становится
возможным только в условиях плановой экономики. Следует отметить, что статья
была написана по приглашению экономиста-марксиста Пола Суизи в разгар маккар-
тистской «охоты на ведьм» и выражала гражданскую позицию учёного.
Эйнштейн выступал за построение демократического социализма, который
соединил бы социальную защиту населения и планирование экономики с демократическим
режимом и уважением к правам человека. О Ленине он писал: «Я уважаю в Ленине
человека, который всю свою силу с полным самопожертвованием своей личности
использовал для осуществления социальной справедливости. Его метод кажется
мне нецелесообразным. Но одно несомненно: люди, подобные ему, являются
хранителями и обновителями совести человечества». Эйнштейн не одобрял тоталитарные
методы построения социалистического общества, наблюдавшиеся в СССР; в письме
советским учёным (1948) Эйнштейн указал на такие негативные черты советского
строя, как всемогущество бюрократии, тенденцию превратить советскую власть в
«своего рода церковь, и клеймить как предателей и мерзких злодеев всех, кто к
ней не принадлежит». В 1938 году Эйнштейн написал Сталину и другим
руководителям СССР несколько писем, в которых просил гуманно отнестись к
репрессированным в СССР иностранным физикам-эмигрантам. В частности, Эйнштейн
беспокоился о судьбе Фрица Нётера, брата Эмми Нётер, который надеялся найти в СССР
убежище, но в 1937 году был арестован и вскоре (в сентябре 1941 года)
расстрелян. При этом Эйнштейн всегда оставался сторонником сближения и
сотрудничества западных демократий и социалистического лагеря.
Он отвергал национализм в любых его проявлениях и называл его «корью
человечества» .
В годы войны Эйнштейн, временно отказавшись от своего принципиального
пацифизма, принимал активное участие в борьбе с фашизмом, а его племянник,
анархо-синдикалист Карл Эйнштейн, воевал на стороне Испанской республики на
фронтах Гражданской войны в Испании. После войны Эйнштейн поддерживал
ненасильственные средства борьбы за права народных масс, особо отмечая заслуги Махатмы
Ганди: «Я считаю воззрения Ганди наиболее выдающимися из всех политиков -
наших современников. Мы должны стараться совершать поступки в этом духе: не
использовать насилие для борьбы за наши права». Вместе с Джулианом Хаксли,
Томасом Манном и Джоном Дьюи входил в консультативный совет Первого
гуманистического общества Нью-Йорка (First Humanist Society of New York).
Будучи противником колониализма и империализма, Альберт Эйнштейн, наряду с
Анри Барбюсом и Джавахарлалом Неру, участвовал в Брюссельском конгрессе
Антиимпериалистической лиги (1927). Он активно содействовал борьбе негритянского
населения США за гражданские права, будучи на протяжении двух десятилетий
близким другом известного и в СССР темнокожего певца и актёра Поля Робсона.
Узнав, что престарелый Уильям Дюбуа объявлен «коммунистическим шпионом»,
Эйнштейн потребовал вызвать его в качестве свидетеля защиты, и дело вскоре было
закрыто. Решительно осудил «дело Оппенгеймера», которого в 1953 году обвинили
в «коммунистических симпатиях» и отстранили от секретных работ. В 194 6 году
Эйнштейн был в числе активистов, сотрудничавших в деле открытия светского
еврейского университета на базе Миддлсекского университета, однако, когда его
предложение назначить президентом вуза британского экономиста-лейбориста
Гарольда Ласки было отвергнуто (как человека, якобы «чуждого американским
принципам демократии»), физик отозвал свою поддержку и позже, когда заведение
было открыто в качестве университета Луиса Брандейса, отказался от почётной
степени в нём.
Из-за своей «левизны» учёный часто подвергался нападкам со стороны право-
консервативных кругов в США. Ещё в 1932 году организация «Вумэн Пэтриот Кор-
порэйшн» обратилась в Госдепартамент с письмом, требовавшим не допускать
Эйнштейна в США, утверждая, что «сам Сталин не связан с таким множеством анархо-
коммунистических групп», как он. Во время разгула маккартизма ФБР располагало
личным делом «неблагонадёжного» Эйнштейна, состоявшим из 1427 страниц. В
частности, он обвинялся в том, что «проповедует доктрину, направленную на
установление анархии». Архивы ФБР также свидетельствуют о том, что физик был
объектом пристального внимания со стороны спецслужб, поскольку на протяжении
1937—1955 годов Эйнштейн «состоял или был спонсором и почётным членом в 34
коммунистических фронтах», являлся почётным председателем трёх подобных
организаций, и среди его близких друзей были лица, «сочувствующие
коммунистической идеологии».
Встревоженный быстрым ростом антисемитизма в Германии, Эйнштейн поддержал
призыв сионистского движения создать еврейский национальный очаг в Палестине
и выступил на эту тему с рядом статей и речей. Особенно активное содействие с
его стороны получила идея открыть Еврейский университет в Иерусалиме (1925).
Последовательный интернационалист, он выступал в защиту прав всех
угнетённых народов — евреев, индийцев, американских негров и др. Хотя изначально он
считал, что еврейский очаг может обойтись без отдельного государства, границ
и армии, в 1947 году Эйнштейн приветствовал создание государства Израиль,
надеясь на двунациональное арабско-еврейское решение Палестинской проблемы. Он
писал Паулю Эренфесту в 1921 году: «Сионизм являет собою поистине новый
еврейский идеал и может вернуть еврейскому народу радость существования». Уже
после Холокоста он заметил: «Сионизм не защитил германское еврейство от
уничтожения. Но тем, кто выжил, сионизм дал внутренние силы перенести бедствие с
достоинством, не утратив здорового самоуважения». В 1952 году к Эйнштейну
даже поступило предложение стать вторым президентом Израиля, от которого учёный
вежливо отказался, сославшись на отсутствие опыта подобной работы. Все свои
письма и рукописи (и даже копирайт на коммерческое использование своего
образа и имени) Эйнштейн завещал Еврейскому университету в Иерусалиме.
Эйнштейн всегда интересовался философией науки и оставил ряд глубоких
исследований на эту тему. Юбилейный сборник 194 9 года к его 70-летию назывался
(надо полагать, с его ведома и согласия) «Альберт Эйнштейн. Философ-учёный».
Наиболее близким к себе по мировосприятию философом Эйнштейн считал Спинозу.
Рационализм у них обоих был всеохватывающим и распространялся не только на
сферу науки, но также на этику и другие аспекты человеческой жизни: гуманизм,
интернационализм, свободолюбие и др. хороши не только сами по себе, но и
потому, что они наиболее разумны. Законы природы объективно существуют, и они
постижимы по той причине, что они образуют мировую гармонию, разумную и
эстетически привлекательную одновременно. В этом главная причина неприятия
Эйнштейном «копенгагенской интерпретации» квантовой механики, которая, по его
мнению, вносила в картину мира иррациональный элемент, хаотическую
дисгармонию.
В науке эти принципы означали решительное несогласие с модными тогда
позитивистскими концепциями Маха, Пуанкаре и других, а также отрицание
кантианства с его идеями «априорного знания». Позитивизм сыграл определённую
положительную роль в истории науки, так как стимулировал скептическое отношение
ведущих физиков, включая Эйнштейна, к прежним предрассудкам (прежде всего — к
концепции абсолютного пространства и абсолютного времени). Известно, что
Эйнштейн в письме к Маху назвал себя его учеником. Однако философию позитивистов
Эйнштейн называл глупостью.
Философия Эйнштейна была основана на совершенно иных принципах. В той же
автобиографии Эйнштейн чётко формулирует два критерия истины в физике: теория
должна иметь «внешнее оправдание» и «внутреннее совершенство». Первое
означает, что теория должна согласовываться с опытом, а второе — что она должна из
минимальных предпосылок раскрывать максимально глубокие закономерности
универсальной и разумной гармонии законов природы. Эстетические качества теории
(оригинальная красота, естественность, изящество) тем самым становятся
немаловажными физическими достоинствами.
Веру в объективную реальность, существующую независимо от человеческого
восприятия, Эйнштейн отстаивал во время своих знаменитых бесед с Рабиндрана-
том Тагором, который столь же последовательно такую реальность отрицал.
Религиозные взгляды Эйнштейна являются предметом давних споров. Некоторые
утверждают, что Эйнштейн верил в существование Бога, другие называют его
атеистом. И те и другие использовали для подтверждения своей точки зрения
слова великого учёного.
В 1921 году Эйнштейн получил телеграмму от нью-йоркского раввина Герберта
Гольдштейна: «Верите ли вы в Бога тчк оплаченный ответ 50 слов». Эйнштейн
уложился в 24 слова: «Я верю в Бога Спинозы, который проявляет себя в
закономерной гармонии бытия, но вовсе не в Бога, который хлопочет о судьбах и делах
людей». Ещё более резко он выразился в интервью «Нью-Йорк Тайме» (ноябрь 1930
года): «Я не верю в Бога, который награждает и карает, в Бога, цели которого
слеплены с наших человеческих целей. Я не верю в бессмертие души, хотя слабые
умы, одержимые страхом или нелепым эгоизмом, находят себе пристанище в такой
вере».
В 1940 году он описал свои взгляды в журнале «Nature», в статье под
названием «Наука и религия».
Он утверждает, что все конфликты между наукой и религией «происходили в
результате фатальных ошибок», в результате непонимания того, что «сферы религии
и науки сами по себе ясно разграничены». В то же время «между ними существует
сильная взаимосвязь и взаимозависимость». «Наука без религии хрома, религия
без науки слепа... Подлинного конфликта между религией и наукой не может быть».
Он снова пишет, что не верит в персонифицированного Бога
В 1950 году в письме М. Берковитцу Эйнштейн писал: «По отношению к Богу я
агностик. Я убеждён, что для отчётливого понимания первостепенной важности
нравственных принципов в деле улучшения и облагораживания жизни не требуется
понятие законодателя, особенно — законодателя, работающего по принципу
награды и наказания».
В 1954 году, за полтора года до смерти, Эйнштейн так охарактеризовал свое
отношение к религии: «Слово „Бог" для меня всего лишь проявление и продукт
человеческих слабостей, а Библия — свод почтенных, но все же примитивных
легенд, которые, тем не менее, являются довольно ребяческими. Никакая, даже
самая изощрённая, интерпретация не сможет это (для меня) изменить».
Наиболее полный обзор религиозных взглядов Эйнштейна опубликовал его друг,
Макс Джеммер, в книге «Эйнштейн и религия» (1999) .
Разносторонняя научная и политическая активность Альберта Эйнштейна вызвала
появление обширной мифологии, а также немалого количества нетрадиционных
оценок разных аспектов его деятельности. Уже при жизни учёного возникла обширная
литература, преуменьшающая или отрицающая его значение в современной физике.
Значительную роль в её возникновении сыграли «арийские» физики Филипп Ленард
и Иоганнес Штарк, а также математик Э. Уиттекер. Особенное распространение
такая литература получила в нацистской Германии, где, например, специальная
теория относительности целиком приписывалась «арийским» учёным Лоренцу и
Пуанкаре , а Эйнштейн подвергался антисемитским нападкам и обвинялся в плагиате.
Подобные обвинения и преуменьшение его роли в развитии современной физики
продолжаются и в настоящее время. Например, не так давно была воскрешена
версия о присвоении Эйнштейном научных открытий первой жены, Милевы Марич.
Ниже приводится краткая сводка таких мифов, а также тех альтернативных
версий, которые обсуждались в серьёзной литературе.
Один из многочисленных мифов, связанных с Эйнштейном, состоит в том, что
Милева Марич, его первая жена, якобы помогала ему в разработке теории
относительности или даже была её истинным автором. Этот вопрос исследовался
историками, см. Mileva Marie: Role in physics. Документальных подтверждений для
такого заключения не обнаружено. Милева не показала особых способностей к мате-
матике или физике, она даже не смогла (с двух попыток) сдать выпускные
экзамены в Политехникуме. Неизвестна ни одна её научная работа — ни в годы жизни
с Эйнштейном, ни позже (она умерла в 1948 году).
В обсуждении истории специальной теории относительности (СТО) время от
времени возникает обвинение в адрес Эйнштейна: почему в первой своей статье «К
электродинамике движущихся тел» он не сослался на работы предшественников, в
частности на работы Пуанкаре и Лоренца? Иногда даже утверждается, что СТО
создал Пуанкаре, а в статье Эйнштейна ничего нового не содержалось.
Лоренц до конца жизни так и не стал сторонником теории относительности и
всегда отказывался от чести считаться её «предтечей»: «Основная причина, по
которой я не смог предложить теории относительности, заключается в том, что я
придерживался представления, будто лишь переменная t может считаться истинным
временем, а предложенное мной местное время t' должно рассматриваться только
в качестве вспомогательной математической величины». В письме Эйнштейну
Лоренц вспоминал: «Я ощущал необходимость более общей теории, которую пытался
разработать позднее... Заслуга в разработке такой теории принадлежит Вам (и, в
меньшей степени, Пуанкаре)».
Недостаточное внимание к содержательным работам Пуанкаре действительно
имело место, но, по справедливости, этот упрёк следует адресовать не только к
Эйнштейну, но ко всем физикам начала XX века. Даже во Франции в работах по
СТО вклад Пуанкаре сначала игнорировался, и лишь после окончательного
утверждения СТО (1920-е годы) историки науки вновь обнаружили забытые работы и
воздали Пуанкаре должное.
Причины этого — отсутствие системности в релятивистских статьях Пуанкаре и
существенные различия Эйнштейна и Пуанкаре в физическом понимании релятивизма
(см. выше о Пуанкаре). Формулы, приведённые у Эйнштейна, при внешнем сходстве
с формулами Пуанкаре имели иное физическое содержание.
Необходимо также отметить, что ни Лоренц, ни Пуанкаре никогда не оспаривали
приоритет Эйнштейна в теории относительности. Лоренц относился к Эйнштейну
очень тепло (именно он рекомендовал Эйнштейна на Нобелевскую премию), а
Пуанкаре дал Эйнштейну высокую и дружественную оценку в своей известной
характеристике .
Закон взаимосвязи массы с энергией Е=тс2 — самая известная формула
Эйнштейна . Некоторые источники приоритет Эйнштейна ставят под сомнение, указывая,
что сходные или даже такие же формулы обнаружены историками науки в более
ранних работах Умова (1873), Дж.Дж. Томсона (1881), Хевисайда (1890), Анри
Пуанкаре (1900) и Ф. Газенорля (1904). Все эти исследования относились к
частному случаю — к предполагаемым свойствам эфира или заряженных тел.
Например, Умов изучал возможную зависимость плотности эфира от плотности энергии
электромагнитного поля, а австрийский физик Ф. Газенорль в работах 1904—1905
годов, предположил, что энергия излучения эквивалентна дополнительной
«электромагнитной массе» и связана с ней формулой: Е = 3/4 тс2.
Эйнштейн первый представил это соотношение как всеобщий закон динамики,
относящийся ко всем видам материи и не ограниченный электромагнетизмом. Кроме
того, большинство перечисленных учёных связывали этот закон с существованием
особой «электромагнитной массы», зависящей от энергии. Эйнштейн объединил все
виды масс и отметил обратную зависимость: инертность любого физического
объекта растёт с ростом энергии.
Как уже говорилось выше, окончательные уравнения гравитационного поля общей
теории относительности (ОТО) были выведены практически одновременно (разными
способами) Эйнштейном и Гильбертом в ноябре 1915 года. До недавнего времени
считалось, что Гильберт получил их на 5 дней раньше, но опубликовал позже:
Эйнштейн представил в Берлинскую академию свою работу, содержащую правильный
вариант уравнений, 25 ноября, а заметка Гильберта «Основания физики» была
озвучена на 5 дней ранее, 20 ноября 1915 года на докладе в Гёттингенском
математическом обществе, и затем передана Королевскому научному обществу в Гёт-
тингене. Статья Гильберта была опубликована 31 марта 1916 года. Двое учёных
при подготовке своих рукописей вели оживлённую переписку, часть которой
сохранилась ; из неё ясно видно, что оба исследователя оказывали друг на друга
взаимное и плодотворное влияние. В литературе уравнения поля называются
«уравнения Эйнштейна».
В 1997 году были обнаружены новые документы, а именно корректура статьи
Гильберта, датированная 6 декабря. Из этой находки сделавший её Л. Корри с
соавторами сделали вывод, что Гильберт выписал «правильные» уравнения поля не
на 5 дней раньше, а на 4 месяца позже Эйнштейна. Оказалось, что работа
Гильберта, подготовленная к печати раньше эйнштейновской, в двух отношениях
существенно отличается от своего окончательного печатного варианта:
1. В ней нет уравнений поля в их классической форме, впервые
опубликованных в статье Эйнштейна (не раскрыто выражение с абсолютной
производной) . Позже, правда, обнаружилось, что верхняя треть 8-го листа
корректуры зачем-то была отрезана; однако контекст этой лакуны не даёт
оснований предполагать, что именно этот фрагмент содержал уравнения поля.
2. Помимо уравнений поля, Гильберт ввёл дополнительно 4 необщековариантных
условия, которые, по его мнению, необходимы для однозначности решения
уравнений.
Это означает, что вариант Гильберта был вначале не закончен и не вполне об-
щековариантен, окончательный вид работа приняла только перед печатью, когда
эйнштейновская работа уже увидела свет. В ходе завершающей правки Гильберт
вставил в свою статью ссылки на параллельную декабрьскую работу Эйнштейна,
добавил замечание о том, что уравнения поля можно представить и в ином виде
(далее он выписал классическую формулу Эйнштейна, но без доказательства), и
убрал все рассуждения о дополнительных условиях. Историки полагают, что эта
правка во многом была проведена под влиянием эйнштейновской статьи.
Вывод Л. Корри был также подтверждён в статье Т. Зауэра.
В дальнейшей полемике, кроме Корри, участвовал Ф. Винтерберг, критиковавший
Корри (в частности, за умолчание о наличии лакуны в корректуре).
Академик А.А. Логунов (с соавторами) также предпринял попытку оспорить
приведенные Корри и повторенные рядом других авторов выводы. Он отметил, что не
сохранившаяся часть 8-го листа может содержать что-то существенное, например,
уравнения в классическом виде, и, кроме того, эти уравнения могут быть
получены «тривиальным путём» из явно выписанного в корректуре лагранжиана. На
этом основании Логунов предложил называть уравнения поля «уравнениями
Гильберта-Эйнштейна» . Это предложение Логунова не получило заметной поддержки
научного сообщества.
Недавняя статья Ивана Тодорова содержит довольно полный обзор современной
ситуации и истории вопроса. Тодоров характеризует реакцию Логунова как
слишком гневную (uncommonly angry reaction), однако считает, что она
спровоцирована чрезмерной односторонностью позиции Корри с соавторами. Он соглашается с
тем, что «только на этапе печати Гильберт убрал все дополнительные условия и
признал безусловную физическую значимость ковариантных уравнений» (англ. Only
at the stage of proofreading does Hilbert suppress all extra conditions and
recognize the unqualified physical relevance of the covariant equation), но
отмечает, что влияние Гильберта и сотрудничество с ним было решающим для
принятия общековариантности также и самим Эйнштейном. Тодоров не находит полез-
ным для истории науки излишнюю конфликтность и считает, что гораздо более
правильным было бы, по примеру самих Эйнштейна и Гильберта, вообще не делать
приоритетный вопрос камнем преткновения.
Следует подчеркнуть также, что собственно приоритет Эйнштейна в создании
общей теории относительности никогда не оспаривался, в том числе и
Гильбертом. Один из мифов, связанных с Эйнштейном, утверждает, что Гильберт сам, без
всякого влияния Эйнштейна, вывел главные уравнения ОТО. Сам Гильберт так не
считал и никогда не претендовал на приоритет в какой-либо части ОТО.
Встречается утверждение, что Эйнштейн, поначалу отрицавший эфир в своей
работе 1905 г. «К электродинамике движущихся тел», где он называл введение
«светоносного эфира» излишним, позднее признал его существование и даже
написал работу под названием «Эфир и теория относительности» (1920).
Здесь чисто терминологическая путаница. Светоносный эфир Лоренца—Пуанкаре
Эйнштейн никогда не признавал. В упомянутой статье он предлагает вернуть
термину «эфир» его исконный (с античных времён) смысл: материальный заполнитель
пустоты. Другими словами, и Эйнштейн об этом прямо пишет, эфир в новом
понимании — это физическое пространство общей теории относительности.
Этот новый смысл старого термина не нашёл, однако, поддержки в научном
мире, и Эйнштейн больше не настаивал на своём предложении.
Поль Ланжевен (фр. Paul Langevin; 1872—1946) —
французский физик и общественный деятель, создатель теории
диамагнетизма и парамагнетизма.
Член Парижской Академии наук (1934) , член-
корреспондент Российской академии наук (1924) и
почётный член Академии наук СССР (1929) , иностранный член
Лондонского королевского общества (1928).
Ланжевен родился в Париже в семье рабочего. Учился в
Высшей школе промышленной физики и химии (ESPCI), затем
в Высшей нормальной школе, по окончанию которой учился
и работал в Кембридже, в Кавендишской лаборатории под
руководством сэра Дж.Дж. Томсона. Занимался изучением
электропроводности газов.
После возвращения в Сорбонну он в 1902 году под
научным руководством Пьера Кюри получил докторскую степень. В 1904 году стал
профессором физики в Коллеж де Франс. В 1926 году Поль Ланжевен возглавил Высшую
школу промышленной физики и химии, в которой получил образование. В 1934 году
становится членом Академии наук.
Известен своими работами по парамагнетизму и диамагнетизму, он разработал
современную интерпретацию этого явления с точки зрения спинов электронов в
атомах. Его самая известная работа заключалась в применении ультразвука с
использованием пьезоэлектрического эффекта Пьера Кюри. Во время Первой мировой
войны он работал над обнаружением подводных лодок с помощью этих звуков. За
свою карьеру Поль Ланжевен многое сделал и для распространения теории
относительности во Франции, а также сформулировал Парадокс близнецов.
Был научным руководителем Луи де Бройля. Диссертация Бройля, которую тот
защищал в Сорбонне в 1924 году не была понята до конца комиссией из
крупнейших учёных, в которую входил и Ланжевен. Однако именно Ланжевен послал
диссертацию Бройля Эйнштейну.
************************
НЕОСВЕТИВШИЕСЯ
ОЗАРЕНИЯ
АНАНИЯ ШИРАКАЦИ
Итак, история исследования электрических и электромагнитных явлений
показала нам, как действует закон неуничтожимости ценных идей, и какие убытки и
приобретения являются его следствием. И тут невольно напрашивается другой
вопрос: распространяется ли он на все процессы познания природы или же
проявляется в исключительных случаях?
Бесспорно, что каждая идея, более или менее достойная внимания, имеет право
на существование. Однако в процессе развития научной мысли человечеством всё-
таки отбираются наиболее перспективные и принципиально важные для текущего
момента идеи, а все остальные, независимо от их весомости, так или иначе,
остаются невостребованными. Но проходит какое-то время и, исходя из новых
людских потребностей, они вновь всплывают на поверхность, но уже качественно
изменёнными, как будто только и ждали, когда откроются перспективы их
использования и представится возможность заявить о себе с новой, неожиданной стороны.
Кажется, только в 1676 году в математике появилось такое понятие, как бином
Ньютона, названное в честь первооткрывателя. На самом же деле к нему в разные
90
времена и независимо от Ньютона своим путём пришли Тарталья, Ферма и
Паскаль. А за три столетия до них тем же самым биномом успешно оперировал в
своих трудах выдающийся мыслитель Востока Омар Хайям, более известный как поэт и
астроном, нежели чем математик или физик.
Ещё примеры? Да их бесчисленное множество. Оказывается, устройство паровой
машины за два тысячелетия до Уатта было описано древнегреческим инженером Ге-
роном. Совсем недалеко ушёл от способа, который применяли древние греки,
современный метод точного расчёта диаметра Земли. Идею расширяющейся Вселенной,
считающуюся вершиной научной мысли XX столетия, можно обнаружить ещё в
анналах Древней Индии.
В унисон современным учёным объяснял многие природные явления живший в VII
веке выдающийся армянский мыслитель Ананий Ширакаци. В его многочисленных
трудах по астрономии, математике и естествознанию, которые дошли до нас и
заботливо хранятся в Ереванском Матенадаране древних рукописей, да и других
крупнейших книгохранилищах, можно найти логические выкладки, вошедшие в
научные издания гораздо более позднего времени. Ширакаци, оказывается, в своих
расчётах давным-давно использовал арифметическую и геометрическую прогрессии,
составлял и применял таблицы обратных величин и первым начал оперировать в
вычислениях "большими" числами, вплоть до 9-1010.
Велик вклад этого выдающегося армянского учёного и в астрономию. Его идеи,
изложенные в многочисленных сочинениях "О небесных движениях", "Об
астрономической геометрии", "Космография и теория календаря", почти всегда опережали
время. Рассматривая концепцию шарообразности Земли, Ширакаци, например,
значительно раньше европейских учёных доказал, что земной шар никак не может
никуда падать, так как удерживается в равновесии взаимным влиянием
противодействующих сил. Он абсолютно верно толковал солнечные и лунные затмения, не
ограничиваясь расхожими объяснениями этих явлений "вмешательством божественных
сил". В лунном блеске видел отражение солнечного света, а чередующиеся на
Земле приливы и отливы морей и океанов достоверно объяснял влиянием её
спутника — Луны. Небезынтересны его воззрения и на природу Млечного пути. Он
первым высказал предположение, что Млечный путь — это только часть Вселенной, с
более плотно расположенными, но слабо светящимися звёздами.
Пьер де Ферма (1601—1665). О нем будет далее.
При изучении наследия Ширакаци, как мыльные пузыри, лопаются и притязания
западных историков науки на причастность к созданию первых учебных пособий по
арифметике. В нём имеется рукопись, явно указывающая на то, что автором
такого учебника был этот удивительный человек.
Разумеется, жилось ему и его ученикам непросто. Они подвергались
повсеместной травле и гонениям, а господствующие кланы и духовенство охотились за их
"кощунственными" сочинениями. Однако истина, вопреки книгам, уничтожению не
поддавалась. Как живой исцеляющий родник пробивала она дорогу через заслоны
косности и невежества. Так уж выходило, что последователи Ширакаци не давали
погибнуть его ценным идеям, их буквально возрождали из пепла и вновь
распространяли по всему свету. До нас дошли манускрипты учёного, написанные и
переписанные в период XI—XVII веков.
На примере Ширакаци и других замечательных мыслителей прошлого можно
убедиться в том, как часто приходилось талантам падать на колени, чтобы устоять
на ногах и продолжать свой творческий поиск, несмотря ни на что и вопреки
всему.
Самосжигаясь на кострах собственных идей и мыслей, эти отчаянные люди
только и были способны привести в действие двигатель научно-технического
прогресса .
Влез Паскаль (фр. Blaise Pascal; 1623—1662) —
французский математик, физик, литератор и философ. Классик
французской литературы, один из основателей математического
анализа, теории вероятностей и проективной геометрии,
создатель первых образцов счётной техники, автор
основного закона гидростатики.
Паскаль родился в городе Клермон-Ферран (французская
провинция Овернь) в семье председателя налогового
управления Этьена Паскаля. В 1631 году семья переехала в
Париж .
Влез рос одарённым ребёнком. Его отец Этьен
самостоятельно занимался образованием мальчика; Этьен и сам
неплохо разбирался в математике — дружил с Мерсенном и Де-
заргом, открыл и исследовал неизвестную ранее алгебраическую кривую, с тех
пор получившую название «улитка Паскаля», входил в комиссию по определению
долготы, созданную Ришелье.
Паскаль-отец придерживался принципа соответствия сложности предмета
умственным способностям ребёнка. По его плану древние языки Влез должен был
изучать с 12-ти, а математику с 15-16-летнего возраста. Метод обучения состоял в
объяснении общих понятий и правил и последующем переходе к изучению отдельных
вопросов. Так, знакомя восьмилетнего мальчика с законами грамматики, общими
для всех языков, отец преследовал цель научить его мыслить рационально. В
доме постоянно велись беседы по вопросам математики, и Влез просил познакомить
его с этим предметом. Отец, опасавшийся, что математика помешает сыну изучать
латинский и греческий языки, обещал в будущем познакомить его с этим
предметом. Как-то раз, на очередной вопрос сына о том, что такое геометрия, Этьен
кратко ответил, что это способ чертить правильные фигуры и находить между
ними пропорции, однако запретил ему всякие исследования в этой области. Однако
Влез, оставаясь один, принялся углём чертить на полу различные фигуры и
изучать их. Не зная геометрических терминов, он называл линию «палочкой», а
окружность «колечком». Когда отец случайно застал Блеза за одним из таких
самостоятельных уроков, он был потрясён: мальчик, не знавший даже названий фигур,
самостоятельно доказал 32-ю теорему Евклида о сумме углов треугольника. По
совету своего друга Ле Пайера Этьен Паскаль отказался от своего
первоначального плана обучения и разрешил читать сыну математические книги. В часы
отдыха Влез изучал Евклидову геометрию, позднее, с помощью отца, перешёл к
работам Архимеда, Аполлония и Паппа, потом — Дезарга.
В 1634 году (Влезу было 11 лет), кто-то за обеденным столом зацепил ножом
фаянсовое блюдо. Оно зазвучало. Мальчик обратил внимание, что стоило
прикоснуться к блюду пальцем, как звук исчез. Чтобы найти этому объяснение, Паскаль
провёл серию опытов, результаты которых позднее изложил в «Трактате о
звуках» .
С 14 лет Паскаль участвовал в еженедельных семинарах Мерсенна, проводимых
по четвергам. Здесь он познакомился с Дезаргом. Юный Паскаль был одним из
немногих, кто изучал его труды, написанные сложным языком и насыщенные
новоизобретёнными терминами. Он совершенствовал идеи, высказанные Дезаргом, обобщая
и упрощая обоснования. В 1640 году выходит первое печатное произведение
Паскаля — «Опыт о конических сечениях», результат исследования работ Дезарга. В
это сочинение автор включил теоремы (доказательства не приводятся), три
определения, три леммы и указал главы планируемого труда, посвященного коническим
сечениям. Третья лемма из «Опыта...» является теоремой Паскаля: если вершины
шестиугольника лежат на некотором коническом сечении, то три точки
пересечения прямых, содержащих противоположные стороны, лежат на одной прямой. Этот
результат и 400 следствий из него Паскаль изложил в «Полном труде о
конических сечениях», о завершении которого Паскаль сообщил пятнадцать лет спустя и
который сейчас отнесли бы к проективной геометрии. «Полный труд...» так и не
был опубликован: в 1675 году его прочёл в рукописи Лейбниц, рекомендовавший
племяннику Паскаля Этьену Перье срочно напечатать его. Однако Перье не
прислушался к мнению Лейбница, впоследствии рукопись была утеряна.
В январе 1640 года семья Паскалей переезжает в Руан. В эти годы здоровье
Паскаля, и без того неважное, стало ухудшаться. Тем не менее, он продолжал
работать.
Отец Блеза по роду службы в Руане (интендантом Нормандии) часто занимался
утомительными расчётами, сын также помогал ему в распределении податей,
пошлин и налогов. Столкнувшись с традиционными способами вычислений и, находя
их неудобными, Паскаль задумал создать вычислительное устройство, которое
могло бы помочь упростить расчёты. В 1642 году (в 19 лет) Паскаль начал
создание своей суммирующей машины «паскалины», в этом, по его собственному
признанию, ему помогли знания, полученные в ранние годы. Машина Паскаля
выглядела как ящик, наполненный многочисленными связанными друг с другом
шестерёнками. Складываемые либо вычитаемые числа вводились соответствующим поворотом
колёс, принцип работы основывался на счёте оборотов. Так как успех в
осуществлении замысла зависел от того, насколько точно ремесленники воспроизводили
размеры и пропорции деталей машины, Паскаль сам присутствовал при
изготовлении её составляющих. Вскоре машина Паскаля была подделана в Руане одним
часовщиком, который не видел оригинала, и построил копию, руководствуясь лишь
рассказами о «счётном колесе». Несмотря на то, что поддельная машина была
совершенно непригодна для выполнения математических операций, Паскаль, задетый
этой историей, оставил работу над своим механизмом. Чтобы побудить его
продолжить совершенствование машины, друзья привлекли к ней внимание канцлера
Сегье. Тот, изучив проект, рекомендовал Паскалю не останавливаться на
достигнутом. В 1645 году Паскаль преподнёс Сегье готовую модель машины. До 1652
года под его наблюдением было создано около 50 вариантов «паскалины». В 164 9
году он получил королевскую привилегию на счётную машину: возбранялись как
копирование модели Паскаля, так и создание без его разрешения любых других
видов суммирующих машин; запрещалась их продажа иностранцами в пределах
Франции. Сумма штрафа за нарушение запрета составляла три тысячи ливров и должна
была быть разделена на три равные части: для поступления в казну, парижскую
больницу и Паскалю, либо обладателю его прав. Учёный затратил много средств
на создание машины, однако сложность её изготовления и высокая цена стали на
пути коммерческой реализации проекта.
Изобретённый Паскалем принцип связанных колёс почти на три столетия стал
основой создания большинства арифмометров.
В 164 6 году семья Паскаля через врачей, лечивших Этьена, знакомится с
янсенизмом. Влез, изучив трактат Янсения «О преобразовании внутреннего человека»
с критикой стремления к «величию, знанию, удовольствию», испытывает сомнения:
не являются ли его научные изыскания греховным и богопротивным занятием? Из
всей семьи именно он проникается наиболее глубоко идеями янсенизма, переживая
своё «первое обращение». Однако пока он не оставляет занятия наукой.
В конце 1646 года Паскаль, узнав от знакомого отца о торричеллиевой трубке,
повторил опыт итальянского учёного. Затем он произвёл серию видоизменённых
экспериментов, стремясь доказать, что пространство в трубке над ртутью не
заполнено ни её парами, ни разреженным воздухом, ни некоей «тонкой материей». В
1647 году, уже находясь в Париже и несмотря на обострившуюся болезнь, Паскаль
опубликовал результаты своих опытов в трактате «Новые опыты, касающиеся
пустоты». В заключительной части своего труда Паскаль утверждал, что
пространство в верхней части трубки «не заполнено никакими известными в природе
веществами ... и можно считать это пространство действительно пустым, до тех пор,
пока экспериментально не доказано существования там какого-либо вещества». Это
было предварительное доказательство возможности пустоты и того, что гипотеза
Аристотеля о «боязни пустоты» имеет пределы. Впоследствии Паскаль
сосредоточился на доказательстве того, что столбик ртути в стеклянной трубке
удерживается давлением воздуха. По просьбе Паскаля его зять Флорен Перье провёл серию
экспериментов у горы Пюи-де-Дом в Клермоне и описал результаты (разница в
высоте столбика ртути на вершине и у подножия горы составила 3 дюйма 11/2 линии)
в письме Влезу. В Париже на башне Сен-Жак опыты повторяет уже сам Паскаль,
полностью подтвердив данные Перье. В честь этих открытий на башне был
установлен памятник учёному. В «Рассказе о великом эксперименте равновесия
жидкостей» (1648) Паскаль привёл свою переписку с зятем и следствия, вытекающие из
этого опыта: теперь есть возможность «узнать, находятся ли два места на одном
уровне, то есть, одинаково ли они удалены от центра земли, или которое из них
расположено выше, как бы ни были они далеки друг от друга». Паскаль отмечал
также, что все явления, приписываемые ранее «боязни пустоты» на самом деле
следствия давления воздуха. Обобщая полученные результаты, Паскаль сделал
вывод, что давление воздуха есть частный случай равновесия жидкостей и давления
внутри них. Паскаль подтвердил предположение Торричелли о существовании
атмосферного давления. Развивая результаты исследований Стевина и Галилея в
области гидростатики в своём «Трактате о равновесии жидкостей» (1653,
опубликован в 1663), Паскаль подошёл к установлению закона распределения давления в
жидкостях. Во второй главе трактата он формирует идею гидравлического пресса:
«сосуд, наполненный водою, является новым принципом механики и новой машиной
для увеличения сил в желаемой степени, потому что с помощью этого средства
человек сможет поднять любую предложенную ему тяжесть» и отмечает, что
принцип его действия подчиняется тому же закону, что и принцип действия рычага,
блока, бесконечного винта. Паскаль вошёл в историю науки, начав с простого
повторения опыта Торричелли, он опроверг одну из основных аксиом старой
физики и установил основной закон гидростатики.
В 1651 году отец, Этьен Паскаль, умер. Младшая сестра, Жаклин, ушла в мона-
стырь Пор-Рояль. Блез, ранее поддерживавший сестру в её стремлении к
монашеской жизни, боясь потерять друга и помощника, просил Жаклин не оставлять его.
Однако она осталась непреклонна.
Привычная жизнь Паскаля закончилась. Ухудшается и состояние его Здоровья:
врачи предписывают уменьшить умственную нагрузку. Паскаль бывает в обществе,
завязывает светские отношения. Весной 1652 года в Малом Люксембургском
дворце, у герцогини д'Эгийон демонстрировал свою арифметическую машину и ставил
физические опыты, заслужив всеобщее восхищение. Машина Паскаля вызвала
интерес у шведской королевы Кристины — по просьбе аббата Бурдело учёный преподнёс
ей один экземпляр своего изобретения. В этот период Паскаль пережил
возрождение интереса к исследованиям, стремления к славе, которые он подавлял в себе
под влиянием учения янсенистов.
Самым близким из друзей-аристократов для учёного стал герцог де Роанне,
увлекавшийся математикой. В доме герцога, где Паскаль подолгу жил, ему была
отведена особая комната. Через Роанне Паскаль познакомился с богачом и
страстным игроком Дамье Миттоном, эрудитом кавалером де Мере. Размышления,
основанные на наблюдениях, сделанных Паскалем в светском обществе, позднее вошли в
его «Мысли».
Кавалер де Мере, большой поклонник азартных игр, предложил Паскалю в 1654
году решить некоторые задачи, возникающие при определённых игровых условиях.
Первая задача де Мере — о количестве бросков двух игральных костей, после
которого вероятность выигрыша превышает вероятность проигрыша, — была решена им
самим, Паскалем, Ферма и Робервалем. В ходе решения второй, гораздо более
сложной задачи, в переписке Паскаля с Ферма, закладываются основы теории
вероятностей. Учёные, решая задачу о распределении ставок между игроками при
прерванной серии партий (ею занимался итальянский математик XV века Лука Па-
чоли), использовали каждый свой аналитический метод подсчёта вероятностей, и
пришли к одинаковому результату. Информация об изысканиях Паскаля и Ферма
подтолкнула Гюйгенса к занятию проблемами вероятности, сформулировавшего в
своём сочинении «О расчётах в азартных играх» (1657) определение
математического ожидания. Паскаль создаёт «Трактат об арифметическом треугольнике»
(издан в 1665 году), где исследует свойства «треугольника Паскаля» и его
применение к подсчёту числа сочетаний, не прибегая к алгебраическим формулам.
Одним из приложений к трактату была работа «О суммировании числовых степеней»,
где Паскаль предлагает метод подсчёта степеней чисел натурального ряда.
У Паскаля множество планов на будущее. В письме Парижской академии (1654)
он сообщил, что готовит фундаментальный труд под названием «Математика
случая» .
В ночь с 23 на 24 ноября 1654 года, «от десяти с половиною часов вечера до
половины первого ночи», Паскаль, по его словам, пережил мистическое озарение
свыше. Придя в себя, он тут же переписал мысли, набросанные на черновике на
кусочек пергамента, который был зашит им в подкладку своей одежды. С этой
реликвией, тем, что его биографы назовут «Мемориалом» или «Амулетом Паскаля» он
не расставался до самой смерти. Запись была обнаружена в доме его старшей
сестры, когда вещи уже умершего Паскаля приводились в порядок.
Это событие коренным образом изменило его жизнь. Паскаль не рассказал о
том, что произошло даже сестре Жаклин, но просит главу Пор-Рояля Антуана
Сенглена стать его духовником, обрывает светские связи и принимает решение
покинуть Париж.
Сначала он живёт в замке Вомюрье у герцога де Люина, потом, в поисках
уединения, переселяется в загородный Пор-Рояль. Он совершенно прекращает занятия
наукой как греховные. Несмотря на суровый режим, которого придерживались
отшельники Пор-Рояля, Паскаль чувствует значительное улучшение своего здоровья
и переживает духовный подъём. Отныне он становится апологетом янсенизма и
отдаёт все силы литературе, направив своё перо на защиту «вечных ценностей».
Совершает паломничество по парижским церквям (он обошёл их все) . Готовит для
«малых школ» янсенистов учебник «Элементы геометрии» с приложениями «О
математическом уме» и «Искусство убеждать».
Отказавшись от систематических занятий наукой, Паскаль, тем не менее,
изредка обсуждает математические вопросы с друзьями, но не собирается более
заниматься научным творчеством. Единственным исключением стало фундаментальное
исследование циклоиды (как рассказывали друзья, он занялся этой проблемой,
чтобы отвлечься от зубной боли). За одну ночь Паскаль решает задачу Мерсенна
о циклоиде и делает ряд открытий в её изучении. Сначала Паскаль не желал
предавать полученные результаты гласности. Но его друг герцог де Роанне уговорил
устроить конкурс на решение задач по определению площади и центра тяжести
сегмента и объёмов и центров тяжести тел вращения циклоиды среди математиков
Европы. В конкурсе участвовали многие прославленные учёные: Валлис, Гюйгенс,
Рен и другие. Хотя не все участники решили поставленные задачи, в процессе
работы над ними были сделаны важные открытия: Гюйгенс изобрёл циклоидальный
маятник, а Рен определил длину циклоиды. Решения Паскаля жюри под
председательством Каркави признало наилучшими, а использование им в работах метода
бесконечно малых повлияло в дальнейшем на создание дифференциального и
интегрального исчисления.
Ещё около 1652 года Паскаль задумал создать фундаментальный труд —
«Апологию христианской религии». Одной из главных целей «Апологии...» должна была
стать критика атеизма и защита веры. Он постоянно размышлял над проблемами
религии, его замысел менялся с течением времени, но приступить к работе над
трудом, который задумывался им как основной труд жизни, мешали различные
обстоятельства. Начиная с середины 1657 года Паскаль делает фрагментарные
записи для «Апологии...» на отдельных листах, классифицируя их по темам. Своими
планами он поделился с отшельниками Пор-Рояля осенью 1658 года, на создание
книги Паскаль отводил себе десять лет. Болезнь помешала ему: с начала 1659
года он делал только отрывочные записи, врачи запретили ему любые умственные
нагрузки, но больной умудрялся записывать всё, что приходило ему в голову,
буквально на любом подручном материале. Позднее он не смог даже диктовать, и
прекратил работу. После смерти Блеза друзья-янсенисты нашли целые пачки таких
записок, перевязанных бечёвкой. Сохранилось около тысячи отрывков, различных
по жанру, объёму и степени завершённости. Они были расшифрованы и изданы
книгой под названием «Мысли о религии и других предметах» (фр. Pensees sur la
religion et sur quelques autres sujets), затем книга называлась просто
«Мысли» (фр. Pensees). В основном они посвящены взаимоотношению Бога и человека,
а также апологетике христианства в янсенистском понимании. «Мысли» вошли в
классику французской литературы, а Паскаль стал единственным в новой истории
великим литератором и великим математиком одновременно.
В этой же рукописи содержался диалог, так называемый «Фрагмент пари» или
пари Паскаля, где автор заключает со своим собеседником, которого желает
побудить жить в соответствии с христианской моралью, пари на существование
Бога . Автор предлагает оценить вероятности выигрыша и проигрыша и утверждает,
что вера (выигрыш — Бог есть) несёт благо, в то время как при неблагоприятном
исходе (проигрыш — Бога нет) потери ничтожно малы.
С 1658 года здоровье Паскаля быстро ухудшается. Согласно современным дан-
ным, в течение всей жизни Паскаль страдал от комплекса заболеваний: рака
мозга, кишечного туберкулёза, ревматизма. Его одолевает физическая слабость,
появляются ужасные головные боли. Гюйгенс, посетивший Паскаля в 1660 году,
нашёл его глубоким стариком, хотя Паскалю было всего 37 лет. Паскаль понимает,
что скоро умрёт, но не испытывает страха перед смертью, говоря сестре Жиль-
берте, что смерть отнимает у человека «несчастную способность грешить». Не
имея возможности ни читать, ни писать, ни размышлять, он занимается
благотворительностью и изредка посещает старых друзей.
Осенью 1661 года Паскаль поделился с герцогом де Роанне идеей создания
дешёвого и доступного всем способа передвижения в многоместных каретах. Герцог
создал акционерное общество для реализации этого проекта и 18 марта 1662 года
в Париже открылся первый маршрут общественного транспорта, названного
впоследствии омнибусом.
В октябре 1661 года, в разгар нового витка преследования янсенистов,
умирает Жаклин. Это был тяжёлый удар для Паскаля.
В то же время власти потребовали от пор-рояльской общины безоговорочного
подписания формуляра, осуждавшего пять положений учения Янсения. Среди
янсенистов не было полного согласия. Группа, возглавляемая Арно и Николем,
считала, что следует выработать оговорки к формуляру, удовлетворяющие все стороны,
и подписать его. Паскаль примыкал к тем, кто предлагал более жёсткий вариант
разъяснения к формуляру, указывающий на ошибочность решения папы. Долгие
споры было решено прекратить общим голосованием, состоявшемся на квартире
Паскаля. Большинство согласилось с мнением Арно. Потрясённый Паскаль отказывается
от борьбы и практически прекращает общение с отшельниками Пор-Рояля.
19 августа 1662 года после мучительной продолжительной болезни Блез Паскаль
скончался. Похоронен в приходской церкви Парижа Сен-Этьен-дю-Мон.
Гиясаддин Абу-ль-Фатх Омар ибн Ибрахим аль-Хайям Нишапу-
ри (1048—1131) — иранский поэт, философ, математик,
астроном, астролог.
Омар Хайям знаменит во всём мире своими четверостишиями
«рубай». В алгебре он построил классификацию кубических
уравнений и дал их решения с помощью конических сечений. В
Иране Омар Хайям известен также созданием более точного по
сравнению с европейским календаря, который официально
используется с XI века.
Уроженец города Нишапура в Хорасане (ныне иранская
провинция Хорасан-Резави).
Омар был сыном палаточника. В 8 лет знал Коран по
памяти, глубоко занимался математикой, астрономией, философией. В 12 лет Омар
стал учеником Нишапурского медресе. Он блестяще закончил курс по
мусульманскому праву и медицине, получив квалификацию хакима, то есть врача. Но
медицинская практика мало интересовала Омара. Он изучал сочинения известного
математика и астронома Сабита ибн Курры, труды греческих математиков.
Детство Хайяма пришлось на жестокий период сельджукского завоевания
Центральной Азии. Погибло множество людей, в том числе значительная часть
учёных .
В возрасте шестнадцати лет Хайям пережил первую в своей жизни утрату: во
время эпидемии умер его отец, а потом и мать. Омар продал отцовский дом и
мастерскую и отправился в Самарканд. В то время это был признанный на Востоке
научный и культурный центр. В Самарканде Хайям становится вначале учеником
одного из медресе, но после нескольких выступлений на диспутах он настолько
поразил всех своей учёностью, что его сразу же сделали наставником.
Как и другие крупные учёные того времени, Омар не задерживался подолгу в
каком-то городе. Всего через четыре года он покинул Самарканд и переехал в
Бухару, где начал работать в хранилищах книг. За десять лет, что учёный
прожил в Бухаре, он написал четыре фундаментальных трактата по математике.
В 1074 году его пригласили в Исфахан, центр государства Санджаров, ко двору
сельджукского султана Мелик-шаха I. По инициативе главного шахского визиря
Низам аль-Мулька Омар становится духовным наставником султана. Кроме того,
Малик-шах назначил его руководителем дворцовой обсерватории, одной из
крупнейших. Он не только продолжал занятия математикой, но и стал известным
астрономом . С группой учёных он разработал солнечный календарь, более точный,
чем григорианский. Составил «Маликшахские астрономические таблицы»,
включавшие небольшой звездный каталог. Однако в 1092 году, со смертью
покровительствовавшего ему султана Мелик-шаха и визиря Низам ал-Мулка, исфаханский период
его жизни заканчивается. Обвинённый в безбожном вольнодумстве, поэт вынужден
покинуть сельджукскую столицу.
Хайяму принадлежит «Трактат о доказательствах проблем ал-джебры и ал-
мукабалы». В его первых главах Хайям излагает алгебраический метод решения
квадратных уравнений, описанный ещё ал-Хорезми. В следующих главах он
развивает геометрический метод решения кубических уравнений, восходящий к
Архимеду: неизвестное в этом методе строилось как точка пересечения двух подходящих
конических сечений. Хайям привёл обоснование этого метода, классификацию
типов уравнений, алгоритм выбора типа конического сечения, оценку числа
(положительных) корней и их величины. К сожалению, Хайям не заметил, что
кубическое уравнение может иметь три положительных вещественных корня. До явных
алгебраических формул Кардано Хайяму дойти не удалось, но он высказал надежду,
что явное решение будет найдено в будущем.
В «Трактате об истолковании тёмных положений у Евклида», написанном около
1077 года, Хайям рассматривает иррациональные числа как вполне законные,
определяя равенство двух отношений как последовательное равенство всех
подходящих частных в алгоритме Евклида. В этой же книге Хайям пытается доказать
пятый постулат Евклида, исходя из более очевидного его эквивалента: две
сходящиеся прямые должны пересечься.
Хайям предложил также новый календарь — более точный, чем юлианский и даже
григорианский. Вместо цикла «1 високосный на 4 года» (юлианский) или «97
високосных на 400 лет» (григорианский) он выбрал соотношение «8 високосных на
33 года». Другими словами, за период из 33 лет будет 8 високосных лет и 25
обычных. Этот календарь точнее всех других известных соответствует году
весенних равноденствий. Проект Омара Хайяма был утверждён и лёг в основу
иранского календаря, который действует в Иране в качестве официального с 1079
года.
Учениками Хайяма были такие учёные, как ал-Асфизари и ал-Хазини.
Анания Ширакаци (VII век) — армянский географ, картограф,
историк, астроном, продолжатель работ Мовсеса Хоренаци (V
век) .
Точное место рождения Ширакаци не известно. По мнению ряда
ученых он родился в Ширакаване или в деревне Ананиа области
Ширак вблиз Ани. Отца звали Ованес, и, предположительно, он
принадлежал к роду Камсаракан или Арцруни — правителей этой
области. Считается, что первоначальное образование он получил
в монастыре Дпреванк, где с ранних лет изучал математическую науку. После
этого он отправляется за границу, где в течение нескольких лет
усовершенствовал образование.
Вскоре Ширакаци отправляется в Византию — в Трапезунд, где в течение восьми
лет был учеником известного греческого ученого Тикиуса. Примерно в 651 году
Ширакаци вернулся в Армению, где открывал школы, в которых велось
преподавание на основе квадривиум.
Им составлен «Географический атлас мира» («Ашхарацуйц»), в котором
содержатся подробные сведения об исторической географии Армении — здесь наряду с
географическими и картографическими сведениями, касающимися стран Азии,
Европы и Ливии (Африка), подробно описывается исторически сложившееся
административно-политическое состояние территории древней и раннесредневековой Армении
в границах Великой Армении и находившейся к западу от неё Малой Армении.
Ширакаци является также автором труда из 48 глав «Космография и календарь»
рассматривающий вопросы астрономии, метеорологии и физической географии.
Герон Александрийский (вторая половина I века н.э.) —
греческий математик и механик. Время жизни отнесено ко
второй половине первого века н.э. на том основании, что
он приводит в качестве примера лунное затмение 13 марта
62 г. н.э.
Подробности его жизни неизвестны. Герона относят к
величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым
изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол,
автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся
арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор
для измерения протяжённости дорог (древний «таксометр») и
др. Первым начал создавать программируемые устройства
(вал со штырьками с намотанной на него верёвкой).
Занимался геометрией, механикой, гидростатикой, оптикой. Основные
произведения: Метрика, Пневматика, Автоматопоэтика, Механика (произведение
сохранилось целиком в арабском переводе), Катоптрика (наука о зеркалах; сохранилась
только в латинском переводе) и др. В 1814 году было найдено сочинение Герона
«О диоптре», в котором изложены правила земельной съёмки, фактически
основанные на использовании прямоугольных координат. Герон использовал достижения
своих предшественников: Евклида, Архимеда, Стратона из Лампсака. Многие из
его книг безвозвратно утеряны (свитки содержались в Александрийской
библиотеке) . Одна из копий его книг, сделанная в 16 веке, содержится в Оксфордском
Университете.
В средние века многие из его изобретений были отвергнуты, забыты или не
представляли практического интереса.
В трактате «Механика», состоящем из трёх книг, Герон описал пять типов
простейших машин: рычаг, ворот, клин, винт и блок. Герон установил «золотое
правило механики», согласно которому выигрыш в силе при использовании этих
механизмов сопровождается потерей в расстоянии.
В трактате «Пневматика» Герон описал различные сифоны, хитроумно устроенные
сосуды, автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом или паром. Это эоли-
пил, представлявший собой первую паровую турбину — шар, вращаемый силой струй
водяного пара; автомат для открывания дверей, автомат для продажи «святой»
воды, пожарный насос, водяной орган, механический театр марионеток. В книге
«Об автоматах» также описаны различные автоматические устройства.
В трактате «Беллопоэтика» Герон описал различные военные метательные
машины.
В книге «О диоптре» описан диоптр — простейший прибор, применявшийся для
геодезических работ. Этот прибор представляет собой линейку с двумя
смотровыми отверстиями, которую можно поворачивать в горизонтальной плоскости и при
помощи которой можно визировать углы.
Герон излагает в своём трактате правила земельной съёмки, основанные на
использовании прямоугольных координат. В предложении 15 описывается, как
строится геодезическое обоснование при прокладке тоннеля сквозь гору, когда
работы ведутся одновременно с обоих его концов.
В предложении 34 описан одометр — прибор для измерения расстояния,
пройденного повозкой. В предложении 38 описывается сходное устройство, позволяющее
определять расстояние, пройденное кораблём.
В «Катоптрике» Герон обосновывает прямолинейность световых лучей бесконечно
большой скоростью их распространения. Он приводит доказательство закона
отражения, основанное на предположении о том, что путь, проходимый светом, должен
быть наименьшим из всех возможных (частный случай принципа Ферма). Исходя из
этого принципа, Герон рассматривает различные типы зеркал, особое внимание
уделяя цилиндрическим зеркалам.
«Метрика» Герона и извлечённые из неё «Геометрика» и «Стереометрика»
представляют собой справочники по прикладной математике. Среди содержащихся в
«Метрике» сведений:
• Формулы для площадей правильных многоугольников.
• Объёмы правильных многогранников, пирамиды, конуса, усечённого конуса,
тора, шарового сегмента.
• Формула Герона для расчёта площади треугольника по длинам его сторон
(открытая Архимедом).
• Правила численного решения квадратных уравнений.
• Алгоритмы извлечения квадратных и кубических корней (см. Итерационная
формула Герона).
В основном изложение в математических трудах Герона догматично — правила
часто не выводятся, а только показываются на примерах.
Книга Герона «Определения» представляет собой обширный свод геометрических
определений, по большей части совпадающих с определениями «Начал» Евклида.
Годы жизни Герона в XX веке стали предметом дискуссии. Согласно античным
источникам он жил после Архимеда, но перед Паппом, т.е. где-то между 200 до
н.э. и 300 гг. н.э. Некоторые историки XVIII-XIX веков указывали более
конкретные даты в этом интервале, напр., Бальди помещает Герона под 120 годом до
н.э., а в ЭСБЕ указан год рождения Герона — 155 год до н.э.. В 1938 году Отто
Нойгебауер предположил, что Герон жил в 1-м веке н.э. Это предположение было
основано на том, что в его книге «О диоптре» упоминается лунное затмение,
которое было замечено за 10 дней до весеннего равноденствия. Его указание, что
оно произошло в Александрии в 5 часов ночи, однозначно указывает в интервале
между 200 до н.э. и 300 н.э. на лунное затмение от 13 марта 62 года
(юлианская дата). В последнее время датировка Нойгебауера была подвергнута критике
Натаном Сидоли (Nathan Sidoli).
************************
ПЬЕР ФЕРМА.
КОГДА СКРОМНОСТЬ НЕ
УКРАШАЕТ ЧЕЛОВЕКА
А теперь поговорим о такой черте характера учёных, как скромность, тесно
связанной с психологическими проблемами в установлении приоритетов на те или
иные открытия. Ни одной научной идее, если только она кардинальным образом
меняла взгляды на мир, не удавалось проскочить в будущее "чистенькой". Ей
неминуемо приходилось преодолевать так называемую полосу отчуждения. Разница
была лишь в том, что для одних идей этот период непризнания растягивался на
столетия и даже тысячелетия, а для других — ограничивался несколькими годами.
На продолжительность его влияли не только господствующее мировоззрение,
политические и идеологические амбиции, сила и мощь консервативного большинства,
но и финансовые тиски, которые мешали первооткрывателям проверять выдвинутые
идеи опытным путём, уточнять гипотезы и сходу внедрять свои изобретения.
Порой важная идея предавалась забвению из-за особенностей психологического
склада личности её автора, а порой и по причине просто какой-нибудь сущей
нелепицы.
Мы достаточно часто сетуем на то, что доказательство великой теоремы Ферма
не сделалось достоянием человеческой мысли. А почему это произошло? Да
потому, что на полях страниц книги Диофанта, куда Ферма под порывом научного
вдохновения заносил свои математические выкладки, для них просто не хватило
места. Чему же удивляться, что попытки решить его теорему даже для выдающихся
потомков оказались безуспешными? Вообще Пьер Ферма, этот одареннейший из
французских математиков XVII века, по своей безалаберности растерял колос-
91
сальное количество открытии. По утверждению Лапласа , Ферма, например,
одновременно с Паскалем заложил основы теории вероятности. А по свидетельству
ряда специалистов в истории математики, он ещё до Лейбница с Ньютоном и их
громогласного конфликта за приоритет открытия дифференциальных рядов успешно
применил математический анализ, сведя задачу интегрирования к алгебраической
задаче, которая решалась посредством геометрической прогрессии.
Ферма опередил и великого Декарта, когда независимым путём пришёл к той же
системе координат в геометрии, что и тот. И хотя эта система вошла в историю
как "декартова", Ферма разработал её с гораздо большим успехом. Вот вам и
причина возникновения грандиозной "драчки" между этими двумя крупнейшими
учёными. Обе стороны упрямо держались своих позиций, абсолютно не желая
прислушиваться друг к другу. Уворачиваясь от наскоков неуёмного Декарта, Ферма
чистосердечно констатировал: "Как бы низко не ставил меня Декарт, моё
собственное мнение о себе гораздо скромнее".
Увы, человечеству такая скромность обошлась слишком дорого. Большинство
исследований Ферма погибло втуне, и лишь ничтожная часть оказалась разбросанной
по письмам к его коллегам и близким друзьям. Слишком взыскательный к себе
Ферма чуть не похоронил свои блестящие труды по теории чисел. Они сохранились
чисто случайно, благодаря уцелевшим заметкам и обрывочным записям на
отдельных листках. Неизвестно, сколько ещё таких невзрачных "бумажек" с великими
откровениями непростительно кануло в Лету. А сколько излишне скромных учёных
наподобие Ферма и по сию пору остаются незамеченными даже узким кругом спе-
Пьер-Симон Лаплас (1749—1827) — выдающийся французский математик, физик и
астроном; известен работами в области небесной механики, дифференциальных уравнений, один
из создателей теории вероятностей. Заслуги Лапласа в области чистой и прикладной
математики и особенно в астрономии громадны: он усовершенствовал почти все отделы этих
наук. Был членом Французского Географического общества.
циалистов, несмотря на их огромные заслуги перед обществом.
Но если Ферма то и дело подводила скромность, то Блеза Паскаля губила ещё и
нерешительность. Как пишет в своей книге "Исследование психологии изобретения
в области математики" талантливый французский математик Жак Адамар92, его
далёкий соотечественник и коллега Блез Паскаль стоял на самом пороге разрешения
важной проблемы в области математической логики. Две принципиально важные
идеи из этой области Паскаль чётко изложил в работе "Искусство убеждать". Но
вместо того, чтобы рассмотреть их во взаимосвязи, он, заколебавшись, ушёл от
существа вопроса, и тем самым обрёк человечество на то, чтобы "дожидаться"
расцвета нового перспективного направления в математике ещё три столетия!
Пьер де Ферма (Фр. Pierre de Fermat, 1601—1665) —
французский математик, один из создателей аналитической
геометрии, математического анализа, теории вероятностей и
теории чисел. По профессии юрист, с 1631 года — советник
парламента в Тулузе. Блестящий полиглот. Наиболее известен
формулировкой Великой теоремы Ферма.
Пьер Ферма родился 17 августа 1601 года в гасконском
городке Бомон-де-Ломань (Beaumont-de-Lomagne, Франция). Его
отец, Доминик Ферма, был зажиточным торговцем, вторым
городским консулом; мать, Клер де Лонг — преподавательница
математики. В семье, кроме Пьера, были ещё один сын и две
дочери. Ферма получил юридическое образование — сначала в
Тулузе, а затем в Бордо и Орлеане.
В 1631 году, успешно закончив обучение, Ферма выкупил должность
королевского советника парламента (другими словами, члена высшего суда) в Тулузе. В
этом же году он женился на дальней родственнице матери, Луизе де Лонг. У них
было пятеро детей.
Быстрый служебный рост позволил Ферма стать членом Палаты эдиктов в городе
Кастр (1648). Именно этой должности он обязан добавлением к своему имени
признака знатности — частицы de; с этого времени он становится Пьером де Ферма.
Около 1652 года Ферма пришлось опровергать сообщение о своей кончине во
время эпидемии чумы; он действительно заразился, но выжил.
В 1660 году планировалась его встреча с Паскалем, но из-за плохого здоровья
обоих учёных встреча не состоялась.
Пьер де Ферма умер 12 января 1665 года в городе Кастр, во время выездной
сессии суда. Первоначально его похоронили там же, в Кастре, но вскоре (1675)
прах перенесли в семейную усыпальницу Ферма, в церкви августинцев (Тулуза).
Старший сын, Клеман-Самуэль, издал посмертное собрание его трудов, из
которого современники и узнали о замечательных открытиях Пьера Ферма.
Современники характеризуют Ферма как честного, аккуратного, уравновешенного
и приветливого человека, блестяще эрудированного как в математике, так и в
гуманитарных науках, знатока многих древних и живых языков, на которых он
писал неплохие стихи.
Жак Адамар (1865—1963) — французский математик-универсал. Автор множества
фундаментальных работ по алгебре, геометрии, функциональному анализу, дифференциальной
геометрии, математической физике, топологии, теории вероятностей, механике,
гидродинамике и др. Член Парижской АН с 1912 года. Почётный член Попечительского совета
Еврейского университета в Иерусалиме. Иностранный член-корреспондент (1922) и
иностранный почётный член (1929) АН СССР.
Работа советника в парламенте города Тулузы не мешала Ферма заниматься
математикой. Постепенно он приобрёл славу одного из первых математиков Франции,
хотя и не писал книг (научных журналов ещё не было), ограничиваясь лишь
письмами к коллегам. Среди его корреспондентов были Р. Декарт, Ж. Дезарг, Ж. Ро-
берваль и другие.
Открытия Ферма дошли до нас благодаря сборнику его обширной переписки (в
основном через Мерсенна), изданной посмертно сыном Ферма.
В отличие от Галилея, Декарта и Ньютона, Ферма был чистым математиком —
первым великим математиком новой Европы. Независимо от Декарта он создал
аналитическую геометрию. Раньше Ньютона умел использовать дифференциальные
методы для проведения касательных, нахождения максимумов и вычисления площадей.
Правда, Ферма, в отличие от Ньютона, не свёл эти методы в систему, однако
Ньютон позже признавался, что именно работы Ферма подтолкнули его к созданию
анализа.
Но главная его заслуга — создание теории чисел.
Математики Древней Греции со времён Пифагора собирали и доказывали
разнообразные утверждения, относящиеся к натуральным числам (например, методы
построения всех пифагоровых троек, метод построения совершенных чисел и т.п.).
Диофант Александрийский (III век н.э.) в своей «Арифметике» рассматривал
многочисленные задачи о решении в рациональных числах алгебраических уравнений с
несколькими неизвестными (ныне диофантовыми принято называть уравнения,
которые требуется решить в целых числах). Эта книга (не полностью) стала известна
в Европе в XVI веке, а в 1621 году она была издана во Франции и стала
настольной книгой Ферма.
Ферма постоянно интересовался арифметическими задачами, обменивался
сложными задачами с современниками. Например, в своём письме, получившем название
«Второго вызова математикам» (февраль 1657), он предложил найти общее правило
решения уравнения Пелля ах2 + 1 = у2 в целых числах. В письме он предлагал
найти решения при а = 149, 109, 433. Полное решение задачи Ферма было найдено
лишь в 1759 году Эйлером.
Начал Ферма с задач про магические квадраты и кубы, но постепенно
переключился на закономерности натуральных чисел — арифметические теоремы.
Несомненно, влияние Диофанта на Ферма, и символично, что он записывает свои
удивительные открытия на полях «Арифметики».
Ферма обнаружил, что если а не делится на простое число р, то число ap_1 - 1
всегда делится на р (Малая теорема Ферма). Позднее Эйлер дал доказательство и
обобщение этого важного результата.
Обнаружив, что число 2л{2к} + 1 простое при к < 4, Ферма решил, что эти числа
простые при всех к, но Эйлер впоследствии показал, что при к=5 имеется
делитель 641. До сих пор неизвестно, конечно или бесконечно множество простых
чисел Ферма.
Эйлер доказал (1749) ещё одну гипотезу Ферма (сам Ферма редко приводил
доказательства своих утверждений): простые числа вида 4к+1 представляются в
виде суммы квадратов (5=4+1; 13=9+4), причём единственным способом, а для
чисел, содержащих в своём разложении на простые множители простые числа вида
4к+3 в нечётной степени, такое представление невозможно. Эйлеру это
доказательство стоило 7 лет трудов; сам Ферма доказывал эту теорему косвенно,
изобретённым им индуктивным «методом бесконечного спуска». Этот метод был
опубликован только в 1879 году; впрочем, Эйлер восстановил суть метода по
нескольким замечаниям в письмах Ферма и неоднократно успешно его применял.
Позже усовершенствованную версию метода применяли Пуанкаре и Андре Вейль.
Ферма разработал способ систематического нахождения всех делителей числа,
сформулировал теорему о возможности представления произвольного числа суммой
не более четырёх квадратов (теорема Лагранжа о сумме четырёх квадратов).
Самое знаменитое его утверждение — «Великая теорема Ферма» (ниже).
Многие арифметические открытия Ферма опередили время и были забыты на 70
лет, пока ими не заинтересовался Эйлер, опубликовавший систематическую теорию
чисел. Одна из причин этого — интересы большинства математиков переключились
на математический анализ.
Ферма практически по современным правилам находил касательные к
алгебраическим кривым. Именно эти работы подтолкнули Ньютона к созданию анализа. В
учебниках по математическому анализу можно найти важную лемму Ферма, или
необходимый признак экстремума: в точках экстремума производная функции равна
нулю.
Ферма сформулировал общий закон дифференцирования дробных степеней и
распространил формулу интегрирования степени на случаи дробных и отрицательных
показателей.
Наряду с Декартом, Ферма считается основателем аналитической геометрии. В
работе «Введение к теории плоских и пространственных мест», ставшей известной
в 1636 году, он первый провёл классификацию кривых в зависимости от порядка
их уравнения, установил, что уравнение первого порядка определяет прямую, а
уравнение второго порядка — коническое сечение. Развивая эти идеи, Ферма
пошёл дальше Декарта, и применил аналитическую геометрию к пространству.
Независимо от Паскаля Ферма разработал основы теории вероятностей. Именно с
переписки Ферма и Паскаля (1654), в которой они, в частности, пришли к
понятию математического ожидания и теоремам сложения и умножения вероятностей,
отсчитывает свою историю эта замечательная наука. Результаты Ферма и Паскаля
были приведены в книге Гюйгенса «О расчётах в азартной игре» (1657), первом
руководстве по теории вероятностей.
Имя Ферма носит основной принцип геометрической оптики, в силу которого
свет в неоднородной среде выбирает путь, занимающий наименьшее время
(впрочем, Ферма считал, что скорость света бесконечна, и формулировал принцип
более туманно). С этого тезиса начинается история главного закона физики —
принципа наименьшего действия.
Ферма перенёс на трёхмерный случай (внутреннего касания сфер) алгоритм Вие-
та для задачи Аполлония (касания окружностей).
Ферма широко известен благодаря так называемой великой (или последней)
теореме Ферма. Теорема была сформулирована им в 1637 году, на полях книги
«Арифметика» Диофанта с припиской, что найденное им остроумное доказательство этой
теоремы слишком длинно, чтобы привести его на полях:
для любого натурального числа п > 2 уравнение ап + Ъп = с11 не имеет
натуральных решений а, Ь и с.
Вероятнее всего, его доказательство не было верным, так как позднее он
опубликовал доказательство только для случая п = 4. Доказательство, найденное
в 1994 году Эндрю Уайлсом, содержит 129 страниц и опубликовано в журнале
«Annals of Mathematics* в 1995 году.
Простота формулировки этой теоремы привлекла много математиков-любителей,
так называемых ферматистов. Даже и после решения Уайлса во все академии наук
идут письма с «доказательствами» великой теоремы Ферма.
Рене Декарт (фр. Rene Descartes; лат. Renatus
Cartesius — Картезий; 1596—1650) — французский
математик , философ, физик и физиолог, создатель аналитической
геометрии и современной алгебраической символики, автор
метода радикального сомнения в философии, механицизма в
физике, предтеча рефлексологии.
Декарт происходил из старинного, но обедневшего
дворянского рода и был младшим (третьим) сыном в семье. Он
родился 31 марта 1596 года в городе Лаэ (La Науе en
Touraine), ныне Декарт (Descartes), департамент Эндр и
Луара, Франция. Его мать умерла, когда ему был 1 год.
Отец Декарта был судьёй в городе Ренн и в Лаэ появлялся
редко; воспитанием мальчика занималась бабушка по матери. В детстве Рене
отличался хрупким здоровьем и невероятной любознательностью.
Начальное образование Декарт получил в иезуитском коллеже Ла Флеш, где
познакомился с Мареном Мерсенном (тогда — учеником, позже — священником),
будущим координатором научной жизни Франции. Религиозное образование, как ни
странно, только укрепило в молодом Декарте скептическое недоверие к тогдашним
философским авторитетам. Позже он сформулировал свой метод познания:
дедуктивные (математические) рассуждения над результатами воспроизводимых опытов.
В 1612 году Декарт закончил коллеж, некоторое время изучал право в Пуатье,
затем уехал в Париж, где несколько лет чередовал рассеянную жизнь с
математическими исследованиями. Затем он поступил на военную службу (1617) — сначала
в революционную Голландию (в те годы — союзника Франции) , затем в Германию,
где участвовал в недолгой битве За Прагу (Тридцатилетняя война). Несколько
лет Декарт провёл в Париже, предаваясь научной работе. Помимо прочего, он
открыл принцип виртуальных скоростей, который в то время никто ещё не был готов
оценить по достоинству.
Затем — ещё несколько лет участия в войне (осада Ларошели). По возвращении
во Францию оказалось, что свободомыслие Декарта стало известно иезуитам, и те
обвинили его в ереси. Поэтому Декарт переезжает в Голландию (1628), где
проводит 20 лет.
Он ведёт обширную переписку с лучшими учёными Европы (через верного Мерсен-
на), изучает самые различные науки — от медицины до метеорологии. Наконец, в
1634 году он закончил свою первую, программную книгу под названием «Мир» (Le
Monde) из двух частей: «Трактат о свете» и «Трактат о человеке». Но момент
для издания был неудачным — годом ранее инквизиция чуть не замучила Галилея.
Поэтому Декарт решил при жизни не печатать этот труд.
Вскоре, однако, одна За другой, появляются другие книги Декарта:
• «Рассуждение о методе...» (1637)
• «Размышления о первой философии...» (1641)
• «Начала философии» (1644)
В «Началах философии» сформулированы главные тезисы Декарта:
1. Бог сотворил мир и законы природы, а далее Вселенная действует как
самостоятельный механизм.
2. В мире нет ничего, кроме движущейся материи различных видов. Материя
состоит из элементарных частиц, локальное взаимодействие которых и
производит все природные явления.
3. Математика — мощный и универсальный метод познания природы, образец для
других наук.
Кардинал Ришелье благожелательно отнёсся к трудам Декарта и разрешил их
издание во Франции, а вот протестантские богословы Голландии наложили на них
проклятие (1642); без поддержки принца Оранского учёному пришлось бы нелегко.
В 1635 году у Декарта родилась незаконная дочь Франсина (от служанки).
Прожила она всего 5 лет (умерла от скарлатины), и смерть дочери он расценил как
величайшее горе в своей жизни.
В 164 9 году Декарт, измученный многолетней травлей за вольнодумство,
поддался уговорам шведской королевы Кристины (с которой много лет активно
переписывался) и переехал в Стокгольм. Почти сразу после переезда он серьёзно
простудился и вскоре умер. Предположительной причиной смерти явилась
пневмония. Существует также гипотеза об его отравлении, поскольку симптомы болезни
Декарта сходны с симптомами при остром отравлении мышьяком. Эту гипотезу
выдвинул Айки Пиз, немецкий учёный, а затем поддержал Теодор Эберт. Поводом для
отравления, по этой версии, послужило опасение католических агентов, что
вольнодумство Декарта может помешать их усилиям по обращению королевы
Кристины в католичество (это обращение действительно произошло в 1654 году).
К концу жизни Декарта отношение церкви к его учению стало резко враждебным.
Вскоре после его смерти основные сочинения Декарта были внесены в пресловутый
«Индекс», а Людовик XIV специальным указом запретил преподавание философии
Декарта («картезианства») во всех учебных заведениях Франции.
Спустя 17 лет после смерти учёного его останки были перевезены в Париж
(позже он был погребён в Пантеоне). В 1819 году многострадальный прах Декарта
был вновь потревожен, и ныне покоится в церкви Сен-Жермен де Пре.
В честь учёного назван кратер на Луне.
В 1637 году вышел в свет главный математический труд Декарта, «Рассуждение
о методе» (полное название: «Рассуждение о методе, позволяющем направлять
свой разум и отыскивать истину в науках»).
В этой книге излагалась аналитическая геометрия, а в приложениях —
многочисленные результаты в алгебре, геометрии, оптике (в том числе — правильная
формулировка закона преломления света) и многое другое.
Особо следует отметить переработанную им математическую символику Виета, с
этого момента близкую к современной. Коэффициенты он обозначал а, Ь, с..., а
неизвестные — х, у, z. Натуральный показатель степени принял современный вид
(дробные и отрицательные утвердились благодаря Ньютону). Появилась черта над
подкоренным выражением. Уравнения приводятся к канонической форме (в правой
части — ноль).
Символическую алгебру Декарт называл «Всеобщей математикой», и писал, что
она должна объяснить «всё относящееся к порядку и мере».
Создание аналитической геометрии позволило перевести исследование
геометрических свойств кривых и тел на алгебраический язык, то есть анализировать
уравнение кривой в некоторой системе координат. Этот перевод имел тот
недостаток, что теперь надо было аккуратно определять подлинные геометрические
свойства, не зависящие от системы координат (инварианты). Однако достоинства
нового метода были исключительно велики, и Декарт продемонстрировал их в той
же книге, открыв множество положений, неизвестных древним и современным ему
математикам.
В приложении «Геометрия» были даны методы решения алгебраических уравнений
(в том числе геометрические и механические), классификация алгебраических
кривых. Новый способ задания кривой — с помощью уравнения — был решающим
шагом к понятию функции. Декарт формулирует точное «правило знаков» для
определения числа положительных корней уравнения, хотя и не доказывает его.
Декарт исследовал алгебраические функции (многочлены), а также ряд
«механических» (спирали, циклоида). Для трансцендентных функций, по мнению Декарта,
общего метода исследования не существует.
Комплексные числа ещё не рассматривались Декартом на равных правах с поло-
жительными, однако он сформулировал (хотя и не доказал) основную теорему
алгебры: общее число вещественных и комплексных корней уравнения равно его
степени. Отрицательные корни Декарт по традиции именовал ложными, однако,
объединял их с положительными термином действительные числа, отделяя от мнимых
(комплексных). Этот термин вошёл в математику. Впрочем, Декарт проявил
некоторую непоследовательность: коэффициенты а, Ь, с... у него считались
положительными , а случай неизвестного знака специально отмечался многоточием слева.
Все неотрицательные вещественные числа, не исключая иррациональные,
рассматриваются Декартом как равноправные; они определяются как отношения длины
некоторого отрезка к эталону длины. Позже аналогичное определение числа
приняли Ньютон и Эйлер. Декарт пока ещё не отделяет алгебру от геометрии, хотя и
меняет их приоритеты; решение уравнения он понимает как построение отрезка с
длиной, равной корню уравнения. Этот анахронизм был вскоре отброшен его
учениками, прежде всего — английскими, для которых геометрические построения —
чисто вспомогательный приём.
Книга «Метод» сразу сделала Декарта признанным авторитетом в математике и
оптике. Примечательно, что издана она была на французском, а не на латинском
языке. Приложение «Геометрия» было, однако, тут же переведено на латинский и
неоднократно издавалось отдельно, разрастаясь от комментариев и став
настольной книгой европейских учёных. Труды математиков второй половины XVII века
отражают сильнейшее влияние Декарта.
Физические исследования Декарта относятся главным образом к механике,
оптике и общему строению Вселенной. Физика Декарта, в отличие от его метафизики,
была материалистической: Вселенная целиком заполнена движущейся материей и в
своих проявлениях самодостаточна. Неделимых атомов и пустоты Декарт не
признавал и в своих трудах резко критиковал атомистов, как античных, так и
современных ему. Кроме обычной материи, Декарт выделил обширный класс невидимых
тонких материй, с помощью которых пытался объяснить действие теплоты,
тяготения , электричества и магнетизма.
Основными видами движения Декарт считал движение по инерции, которое
сформулировал (1644) так же, как позднее Ньютон, и материальные вихри,
возникающие при взаимодействии одной материи с другой. Взаимодействие он рассматривал
чисто механически, как соударение. Декарт ввёл понятие количества движения,
сформулировал (в нестрогой формулировке) закон сохранения движения
(количества движения), однако толковал его неточно, не учитывая, что количество
движения является векторной величиной (1664).
В 1637 году вышла в свет «Диоптрика», где содержались законы
распространения света, отражения и преломления, идея эфира как переносчика света,
объяснение радуги. Декарт первый математически вывел закон преломления света
(независимо от В. Снеллиуса) на границе двух различных сред. Точная формулировка
этого закона позволила усовершенствовать оптические приборы, которые тогда
стали играть огромную роль в астрономии и навигации (а вскоре и в
микроскопии) .
Исследовал законы удара. Высказал предположение, что атмосферное давление с
увеличением высоты уменьшается. Теплоту и теплопередачу Декарт совершенно
правильно рассматривал как происходящую от движения мелких частиц вещества.
Крупнейшим открытием Декарта, ставшим фундаментальным для последующей
психологии, можно считать понятие о рефлексе и принцип рефлекторной
деятельности. Схема рефлекса сводилась к следующему. Декарт представил модель
организма как работающий механизм. При таком понимании живое тело не требует более
вмешательства души; функции «машины тела», к которым относятся «восприятие,
запечатление идей, удержание идей в памяти, внутренние стремления... совершают-
ся в этой машине как движения часов». Великий физиолог И.П. Павлов поставил
памятник-бюст Декарту возле своей лаборатории (Колтуши), потому что считал
его предтечей своих исследований.
Наряду с учениями о механизмах тела разрабатывалась проблема аффектов
(страстей) как телесных состояний, являющихся регуляторами психической жизни.
Термин «страсть», или «аффект», в современной психологии указывает на
определённые эмоциональные состояния.
Философия Декарта была дуалистической. Он признавал наличие в мире двух
объективных сущностей: протяжённой (res extensa) и мыслящей (res cogitans),
при этом проблема их взаимодействия разрешалась введением общего источника
(Бога), который, выступая создателем, формирует обе субстанции по одним и тем
же законам.
Главным вкладом Декарта в философию стало классическое построение философии
рационализма как универсального метода познания. Разум, по Декарту,
критически оценивает опытные данные и выводит из них скрытые в природе истинные
законы, формулируемые на математическом языке. При умелом применении нет
пределов могуществу разума.
Другой важнейшей чертой подхода Декарта был механицизм. Материя (включая
тонкую) состоит из элементарных частиц, локальное механическое взаимодействие
которых и производит все природные явления. Для философского мировоззрения
Декарта характерен также скептицизм, критика предшествующей схоластической
философской традиции.
Самодостоверность сознания, cogito (декартовское «мыслю, следовательно,
существую» — лат. Cogito, ergo sum), равно как и теория врождённых идей,
является исходным пунктом картезианской гносеологии. Картезианская физика, в
противоположность ньютоновской, считала всё протяжённое телесным, отрицая пустое
пространство, и описывала движение с помощью понятия «вихрь»; физика
картезианства впоследствии нашла своё выражение в теории близкодействия.
В развитии картезианства обозначились две противоположные тенденции:
• к материалистическому монизму (X. Де Руа, Б. Спиноза)
• и к идеалистическому окказионализму (А. Гейлинкс, Н. Мальбранш).
Мировоззрение Декарта положило начало т. н. картезианству, представленному
• голландской (Барух да Спиноза),
• немецкой (Готтфрид Вильгельм Лейбниц)
• и французской (Николь Мальбранш)
школами.
Исходной точкой рассуждений Декарта является поиск несомненных оснований
всякого знания. Скептицизм был всегда выдающейся чертой французского ума,
равно как и стремление к математической точности знаний. В эпоху Возрождения
французы Монтень и Шаррон талантливо пересадили во французскую литературу
скептицизм греческой школы Пиррона. Математические науки процветали во
Франции в XVII столетии.
Скептицизм и поиски идеальной математической точности — два различных
выражения одной и той же черты человеческого ума: напряженного стремления
достигнуть абсолютно достоверной и логически непоколебимой истины. Им совершенно
противоположны:
• с одной стороны — эмпиризм, довольствующийся истиной приблизительной и
относительной,
• с другой — мистицизм, находящий особое упоение в непосредственном
сверхчувственном знании.
Ничего общего ни с эмпиризмом, ни с мистицизмом Декарт не имел. Если он ис-
кал высшего абсолютного принципа знания в непосредственном самосознании
человека, то речь шла не о каком-либо мистическом откровении неведомой основы
вещей, а о ясном, аналитическом раскрытии самой общей, логически неопровержимой
истины. Её открытие являлось для Декарта условием преодоления сомнений, с
которыми боролся его ум.
Декартом был первый твёрдый пункт для построения его миросозерцания — не
требующая никакого дальнейшего доказательства основная истина нашего ума. От
этой истины уже можно, по мнению Декарта, пойти далее к построению новых
истин .
Прежде всего, разбирая смысл положения «cogito, ergo sum», Декарт
устанавливает критерий достоверности. Почему известное положение ума безусловно
достоверно? Никакого другого критерия, кроме психологического, внутреннего
критерия ясности и раздельности представления, мы не имеем. В нашем бытии как
мыслящего существа убеждает нас не опыт, а лишь отчётливое разложение
непосредственного факта самосознания на два одинаково неизбежных и ясных
представления, или идеи, — мышления и бытия. Против силлогизма как источника
новых знаний Декарт вооружается почти так же энергично, как ранее Бэкон, считая
его не орудием открытия новых фактов, а лишь средством изложения истин уже
известных, добытых другими путями. Соединение упомянутых идей в сознании
есть, таким образом, не умозаключение, а синтез, есть акт творчества, так же
как усмотрение величины суммы углов треугольника в геометрии. Декарт первый
намекнул на значение вопроса, игравшего затем главную роль у Канта, — именно
вопроса о значении априорных синтетических суждений.
Найдя критерий достоверности в отчётливых, ясных идеях (ideae clarae et
distinctae), Декарт берется затем доказать существование Бога и выяснить
основную природу вещественного мира. Так как убеждение в существовании
телесного мира основывается на данных нашего чувственного восприятия, а о последнем
мы ещё не знаем, не обманывает ли оно нас безусловно, то надо прежде найти
гарантию хотя бы относительной достоверности чувственных восприятий. Такой
гарантией может быть только сотворившее нас, с нашими чувствами, совершенное
существо, идея о котором несовместима была бы с идеей обмана. Ясная и
отчётливая идея такого существа в нас есть, а между тем, откуда же она взялась? Мы
сами сознаем себя несовершенными лишь потому, что измеряем своё существо
идеей всесовершенного существа. Значит, эта последняя не есть наша выдумка, не
есть и вывод из опыта. Она могла быть внушена нам, вложена в нас только самим
всесовершенным существом. С другой стороны, эта идея настолько реальна, что
мы можем расчленить её на логически ясные элементы: полное совершенство
мыслимо лишь под условием обладания всеми свойствами в высшей степени, а
следовательно и полной реальностью, бесконечно превосходящей нашу собственную
реальность .
Таким образом из ясной идеи всесовершенного существа двояким путём
выводится реальность бытия Бога:
• во-первых, как источника самой идеи о нём — это доказательство, так
сказать , психологическое;
• во-вторых, как объекта, в свойства которого необходимо входит
реальность, — это доказательство так называемое онтологическое, то есть
переходящее от идеи бытия к утверждению самого бытия существа мыслимого.
Всё же вместе Декартово доказательство бытия Божия должно быть признано, по
выражению Виндельбанда, «соединением антропологической (психологической) и
онтологической точек зрения».
Установив бытие всесовершенного Творца, Декарт уже без труда приходит к
признанию относительной достоверности наших ощущений телесного мира, причём
строит идею материи как субстанции или сущности, противоположной духу. Наши
ощущения материальных явлений далеко не во всем своём составе годны для
определения природы вещества. Ощущения цветов, звуков и проч. — субъективны;
истинный, объективный атрибут телесных субстанций заключается только в их
протяжённости, так как только сознание протяжённости тел сопровождает все
разнообразные чувственные восприятия наши и только это одно свойство может быть
предметом ясной, отчётливой мысли.
Таким образом, в понимании свойств материальности сказывается у Декарта все
тот же математический или геометрический строй представлений: тела суть
протяженные величины. Геометрическая односторонность Декартова определения
материи сама собой бросается в глаза и достаточно выяснена новейшей критикой; но
нельзя отрицать, что Декарт верно указал на самый существенный и основной
признак идеи «материальности». Выясняя противоположные свойства той
реальности, которую мы находим в самосознании своем, в сознании своего мыслящего
субъекта, Декарт, как мы видим, признает мышление главным атрибутом духовной
субстанции.
Обе эти субстанции — дух и материя — для Декарта с его учением о всесовер-
шенном существе являются субстанциями конечными, созданными; бесконечной же и
основной является только субстанция Бога.
Что касается этических взглядов Декарта, то Фуллье метко реконструирует
основоположения морали Декарта по его сочинениям и письмам. Строго отделяя и в
этой области откровенную теологию от рациональной философии, Декарт в
обосновании нравственных истин также ссылается на «естественный свет» разума (1а
lumiere naturelle).
В «Рассуждение о методе» («Discours de la methode») у Декарта преобладает
ещё утилитарная тенденция открытия путей здравой житейской мудрости, причём
заметно сказывается влияние стоицизма. Но в письмах к принцессе Елизавете он
пытается установить основные идеи собственной морали. Таковыми являются:
• идея «совершенного существа как истинного объекта любви»;
• идея «противоположности духа материи», предписывающая нам удаляться от
всего телесного;
• идея «бесконечности вселенной», предписывающая «возвышение над всем
земным и смирение перед Божественной мудростью»;
• наконец, идея «солидарности нашей с другими существами и всем миром,
зависимости от них и необходимости жертв общему благу».
В письмах к Шаню по просьбе королевы Кристины Декарт обстоятельно отвечает
на вопросы:
• «Что такое любовь?»
• «Оправдывается ли любовь к Богу единственно естественным светом разума?»
• «Какая крайность хуже — беспорядочная любовь или беспорядочная
ненависть?»
Различая интеллектуальную любовь от страстной, он видит первую «в
добровольном духовном единении существа с предметом, как частью одного с ним
целого». Такая любовь находится в антагонизме со страстью и желанием. Высшая
форма такой любви — любовь к Богу как бесконечно великому целому, ничтожную
часть которого мы составляем. Отсюда вытекает, что как чистая мысль наша душа
может любить Бога по свойствам собственной природы своей: это даёт ей высшие
радости и уничтожает в ней всякие желания. Любовь, как бы беспорядочна она ни
была, все же лучше ненависти, которая делает даже хороших людей дурными.
Ненависть — признак слабости и трусости. Смысл морали заключается в том, чтобы
учить любить то, что достойно любви. Это даёт нам истинную радость и счастье,
которое сводится к внутреннему свидетельству какого-либо достигнутого совер-
шенства, при этом Декарт нападает на тех, которые заглушают свою совесть
посредством вина и табака. Фуллье справедливо говорит, что в этих идеях Декарта
содержатся уже все главнейшие положения этики Спинозы и, в частности, его
учения об интеллектуальной любви к Богу.
С точки зрения Мамардашвили, Декарта можно отнести к основоположникам
ранней экзистенциальной традиции.
Декарт, как и Хайдеггер, выделял два модуса существования, в его
терминологии — прямой и криволинейный. Последний определяется отсутствием какой-либо
базовой ориентации, поскольку вектор его распространения меняется в
зависимости от столкновений идентичностей с породившим их социумом. Прямой модус
бытия утилизирует механизм длящегося волевого акта в условиях вселенского
безразличия духа, что дает человеку возможность действовать в контексте
свободной необходимости.
Несмотря на кажущийся парадокс, это наиболее экологичная форма
жизнедеятельности, поскольку через необходимость она определяет оптимальное
аутентичное состояние здесь-и-сейчас. Равно как Бог в процессе творения не имел над
собой никаких законов, объясняет Декарт, так и человек трансцендирует то, что
не может в этот момент, на этом шаге быть другим.
Переход от одного состояния к другому происходит через нахождение в
фиксированных точках избыточности — помещение в свою жизнь понятий, таких как
добродетель , любовь и т. д. , не имеющих причин к своему существованию помимо
той, которая извлекается из человеческой души. Неизбежность существования в
социуме предполагает наличие «маски», которая предотвращает нивелирование
медитативного опыта в процессе продолжающейся социализации.
Помимо описания модели человеческого бытия, Декарт также дает возможность
её интериоризации, отвечая на вопрос «мог ли Бог создать мир, недоступный
нашему пониманию» в контексте апостериорного опыта — теперь, (когда человек
осознает себя мыслящим существом) нет.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ
А МОЖЕТ И НЕТ
Ликбез
МИР В ОРЕХОВОЙ СКОРЛУПКЕ
Стивен Хокинг
Глава 3. Мир в
ореховой скорлупке
Я бы и в ореховой скорлупе считал себя
властелином необъятного пространства10.
У. Шекспир. Гамлет. Акт 2, сцена 2
О том, что Вселенная имеет множество историй, каждая
из которых определяется крошечным орешком.
Гамлет мог иметь в виду, что хотя мы, люди, существа весьма ограниченные
физически, наш разум свободен в своем стремлении познать весь мир и смело
отправляется туда, куда не рисковали забираться даже герои «Звездного пути», —
позволены самые страшные сны.
Перевод Константина Романова.
Действительно ли Вселенная бесконечна или просто очень велика? Вечна ли она
или просто имеет большое время жизни? Как может наш конечный ум познать
бесконечную Вселенную? Не слишком ли большая самоуверенность даже предпринимать
такую попытку? Не рискуем ли мы повторить судьбу Прометея, который согласно
классическому мифу, украл у Зевса огонь и научил им пользоваться людей, а в
наказание за безрассудную смелость был прикован к скале и стал добычей орла,
прилетавшего выклевывать его печень?
Вопреки предостережению, заключенному в легенде, я верю, что мы можем и
должны пытаться понять Вселенную. Мы уже достигли замечательных успехов в
понимании космоса, особенно в последние годы. У нас еще нет полной картины, но,
возможно, она уже не за горами.
Самый очевидный факт относительно космоса состоит в том, что он тянется и
тянется все дальше и дальше. Это подтверждают современные инструменты, такие
как телескоп «Хаббл», который позволяет нам заглянуть в глубочайший космос.
Там мы видим миллиарды и миллиарды галактик различных форм и размеров
(рис. 3.1).
Спиральная галактика Спиральная галактика Эллиптическая галактика
NGC 4414 с перемычкой NGC 4314 NGC 147
Рис. 3.1. Когда мы смотрим в глубины Вселенной, то
видим миллиарды и миллиарды галактик. Галактики могут
иметь разные формы и размеры; они могут быть
эллиптическими или спиральными, подобно нашему Млечному Пути.
Каждая галактика содержит неисчислимые миллиарды звезд, и у многих из них
есть планеты. Мы живем на планете, обращающейся вокруг звезды во внешнем
рукаве спиральной галактики Млечный Путь. Пыль в спиральных рукавах мешает нам
наблюдать Вселенную вблизи плоскости галактики, но в направлении двух конусов
по сторонам от этой плоскости видимость отличная, и мы можем определять
положения далеких галактик (рис. 3.2).
Мы обнаружили, что галактики распределены в космосе приблизительно
однородно с отдельными локальными сгущениями и пустотами. Кажется, что плотность
галактик на очень больших расстояниях снижается, но, скорее всего, из-за
удаленности их свет становятся настолько слабым, что мы просто их не
регистрируем. Насколько мы можем судить, Вселенная тянется в пространстве бесконечно
(рис. 3.3).
Хотя Вселенная во всех точках космоса выглядит почти одинаково, она
определенно меняется во времени. До начала XX века это не осознавалось — считали,
что в основном она неизменна. Ей полагалось существовать в течение
бесконечного времени, но это приводило к абсурдным выводам. Если ли бы звезды светили
бесконечно долго, они должны были бы прогреть Вселенную до своей температуры.
Даже в ночное время все небо светилось бы так же ярко, как Солнце, поскольку
в любом направлении взгляд, в конце концов, упирался бы либо в звезду, либо в
пылевое облако, разогретое до той же температуры, что и звезды (рис. 3.4).
Рис. 3.2. Наша планета Земля (3) обращается вокруг
Солнца в периферийном районе спиральной галактики
Млечный Путь. Межзвездная пыль в спиральных рукавах
мешает нам вести наблюдения в направлении плоскости
Галактики, но по сторонам от нее открывается хороший
обзор.
Все мы наблюдали ночное небо и знаем, что оно темное, и это очень важно.
Отсюда следует, что Вселенная не может вечно пребывать в том же состоянии,
что и сегодня. В прошлом, конечное время назад, должно было произойти нечто,
что заставило звезды зажечься, а это значит, что свет очень далеких звезд еще
не успел до нас дойти. Потому-то небо по ночам не ослепляет нас со всех
сторон .
Но если звезды вечно находились на своих местах, почему они вдруг зажглись
несколько миллиардов лет назад? Какой таймер сообщил им, что пришло время
светиться? Как мы знаем, над этим ломали голову многие философы, которые,
подобно Иммануилу Канту, верили, что Вселенная существует вечно. Однако
большинство людей вполне устраивала мысль о том, что Вселенная была создана всего
несколько тысяч лет назад в целом такой, какова она сейчас.
Рис. 3.3. Мы видим, что, за исключением отдельных локальных
сгущений, галактики распределены в пространстве почти однородно.
Рис. 3.4. Если бы Вселенная была статичной и бесконечной во всех
направлениях, повсюду на ночном небе взгляд упирался бы в
звезды, и оно светилось бы так же ярко, как поверхность Солнца.
Расхождения с этим представлением стали появляться благодаря наблюдениям
Весто Слайфера и Эдвина Хаббла во втором десятилетии XX века. А в 1923 г.
Хаббл открыл, что многочисленные едва заметные пятнышки на небе, называемые
туманностями, на самом деле являются другими галактиками, огромными
конгломератами таких же звезд, как наше Солнце, но находящихся на огромном
расстоянии. Чтобы они выглядели такими маленькими и бледными, расстояния должны быть
столь велики, что свету понадобятся миллионы или даже миллиарды лет, чтобы
дойти до нас. Это значит, что Вселенная не могла появиться лишь несколько
тысяч лет назад.
Рис. 3.5. Эффект Доплера проявляется и для световых волн. Если
галактика остается на постоянном расстоянии от Земли,
характерные линии в ее спектре будут появляться на обычных стандартных
позициях. Однако если она от нас удаляется, волны будут
выглядеть более длинными или растянутыми, а характерные спектральные
линии сместятся в красную сторону (справа). Если же галактика
приближается к нам, тогда волны будут выглядеть сжатыми, а линии
испытают голубое смещение (слева).
Второе открытие Хаббла было еще более замечательным. Астрономы знают, что,
анализируя свет других галактик, можно определить, движутся ли они к нам или
от нас (рис. 3.5). К их огромному удивлению, оказалось, что почти все
галактики удаляются. Более того, чем дальше находятся галактики, тем быстрее дви-
жутся прочь. Именно Хаббл осознал драматическое следствие этого открытия: на
больших масштабах каждая галактика удаляется от любой другой. Вселенная
расширяется (рис. 3.6).
i МНЧХ I , '.ДАЛ ' 1/Я ГД1ДкП'<
Рис. 3.6. Закон Хаббла. Анализируя свет других галактик, Эдвин
Хаббл открыл в 1920-х гг. , что почти все галактики удаляются от
нас со скоростью V, которая пропорциональна расстоянию R от
Земли : V=HR. Эта важная закономерность, названная законом Хаббла,
установила, что Вселенная расширяется, а постоянная Хаббла Н
задает скорость ее расширения. На графике отражены последние
данные наблюдений за красными смещениями галактик, подтверждающие,
что закон Хаббла действует на огромных расстояниях от нас.
Небольшой изгиб вверх на больших расстояниях говорит о том, что
расширение ускоряется, возможно, под влиянием энергии вакуума.
Открытие расширения Вселенной стало одной из величайших интеллектуальных
революций XX века. Оно оказалось совершенно неожиданным и полностью изменило
ход дискуссии о происхождении Вселенной. Если галактики разлетаются, они
должны были в прошлом находиться ближе друг к другу. Исходя из нынешнего
темпа расширения, мы можем заключить, что где-то между 10 и 15 миллиардами лет
назад они находились очень близко друг от друга. Как описано в предыдущей
главе, нам с Роджером Пенроузом удалось показать: из общей теории
относительности Эйнштейна вытекает, что Вселенная и само время должны иметь начало в
форме грандиозного взрыва. Оттого и темно ночное небо: ни одна звезда не
могла светить дольше, чем десять — пятнадцать миллиардов лет — время, прошедшее
с момента Большого взрыва.
Мы привыкли, что одни события вызываются другими, более ранними событиями,
которые, в свою очередь, обусловлены еще более ранними. Существует тянущаяся
в прошлое цепь причинности. Но, предположим, что эта цепь имеет начало.
Предположим, что было первое событие. Что вызвало его? Это не тот вопрос, которым
хотело бы заниматься большинство ученых. Они стараются его избежать, либо
заявляя, как русские, что у Вселенной не было начала, либо утверждая, что
вопрос о ее происхождении лежит вне сферы науки и относится к метафизике и
религии. Мое мнение состоит в том, что истинный ученый не должен принимать ни
одну из этих позиций. Если действие законов природы приостанавливается у
начала Вселенной, почему бы им не нарушаться также и в другие времена? Закон не
Закон, если он выполняется только иногда. Мы должны попытаться научно
объяснить начало Вселенной. Возможно, эта задача окажется нам не по силам, но, по
крайней мере, мы должны попробовать.
Хотя доказанные нами с Пенроузом теоремы продемонстрировали, что Вселенная
должна иметь начало, они практически ничего не говорят о природе этого
начала. Они указывают, что Вселенная началась с Большого взрыва, состояния, в
котором вся она и все, что в ней есть, было сжато в одну точку бесконечной
плотности. В этой точке общая теория относительности Эйнштейна становится
неприменимой и ее нельзя использовать, чтобы предсказать, как именно началась
Вселенная. Мы вынуждены признать, что происхождение Вселенной, по-видимому,
лежит за пределами науки.
Но это не тот вывод, который обрадовал бы ученых. Как отмечалось в главах 1
и 2, причина, по которой общая теория относительности не работает вблизи
Большого взрыва, состоит в том, что она не включает принцип неопределенности,
который вносит элемент случайности в квантовую теорию и о котором Эйнштейн
высказался в том смысле, что Господь Бог не играет в кости. Однако все
свидетельствует в пользу того, что Господь Бог завзятый игрок. Можно представлять
себе Вселенную как огромное казино, в котором по каждому случаю бросают кости
или крутят барабан рулетки (рис. 3.7). Возможно, вы думаете, что держать
казино — очень ненадежный бизнес, поскольку каждый бросок кости или спин
рулетки несет риск потери денег. Но при большом числе ставок выигрыши и проигрыши
усредняются, и выходит результат, который можно предсказать (рис. 3.8).
Владельцы казино устраивают так, чтобы отклонения усреднялись в их пользу. Вот
почему они богаты. Единственный шанс выиграть для вас — поставить все свои
деньги на небольшое число бросков костей или спин рулетки.
Точно так же и со Вселенной. Когда она столь велика, как сегодня, в ней
совершается очень большое число бросков костей, результат усредняется и его
можно предсказать. Вот почему классические законы работают для больших
систем. Но когда Вселенная очень мала, как вблизи момента Большого взрыва, кости
бросаются лишь небольшое число раз и принцип неопределенности становится
очень важен.
Поскольку Вселенная постоянно бросает кости, чтобы выяснить, что случится
дальше, у нее нет единственной истории, как можно было бы подумать. Напротив,
Вселенная обладает всеми возможными историями — каждой с определенной
вероятностью. Среди них должна быть и такая, в которой сборная Белиза взяла все
золотые медали на Олимпийских играх, хотя, возможно, у нее и низкая
вероятность. Мысль о том, что Вселенная имеет множество историй, может показаться
научной фантастикой, но сегодня она принимается как научный факт. Ее
сформулировал Ричард Фейнман, который был великим физиком и большим оригиналом.
Мы сейчас работаем над тем, чтобы совместить эйнштейновскую общую теорию
относительности и фейнмановскую идею множественности историй в полной единой
теории, которая описывает все, что случается во Вселенной. Единая теория
позволит рассчитать, как будет развиваться Вселенная, если нам известно, как
началась ее история. Но сама по себе единая теория не позволит узнать, с чего
началась Вселенная, каким было ее исходное состояние. Для этого необходимы
так называемые граничные условия, правила, которые говорят нам, что
происходит на краях Вселенной, на краях пространства и времени.
-.Л6% 4/4%
Результат
-1 +1
сивка hj >.::• и ос
Результат
'О -8 -6 -4 -2 0 +2 -Л +6 +8 +'0
10 LlddOK Hd ^pcJ'-HUfc'
100 : тмаок Hrf коа: Hue
'00 -8*J -60
Результат
Д) 0 + Л) +40 +60 +80 +100
Рис. 3.7-3.8. Если игрок много раз ставит на красное, то можно с
высокой точностью предсказать его выигрыш или проигрыш,
поскольку результаты отдельных розыгрышей усредняются. С другой
стороны, невозможно предсказать исход любой отдельной ставки.
Если бы край Вселенной проходил через обычную точку в пространстве и
времени, мы могли бы двинуться дальше и заявить, что вышли за пределы Вселенной. С
другой стороны, если бы Вселенная обрывалась на краю, где пространство и
время скомканы, а плотность бесконечна, было бы очень трудно задать осмысленные
граничные условия.
И все же мы с моим коллегой Джимом Хартлом поняли, что есть третий вариант.
Возможно, Вселенная не имеет границ в пространстве и времени. На первый
взгляд кажется, будто это противоречит доказанной нами с Пенроузом теореме о
том, что Вселенная должна иметь начало, то есть границу во времени. Однако,
как объяснялось в главе 2, существует время другого типа, называемое мнимым,
перпендикулярное обычному действительному времени, которое мы воспринимаем.
История Вселенной в действительном времени определяет его историю в мнимом
времени, и наоборот, но эти два типа истории могут очень сильно различаться.
Например, в мнимом времени Вселенная может не иметь начала или конца. Мнимое
время ведет себя почти как дополнительное направление в пространстве. В
частности, различные истории Вселенной в мнимом времени можно представлять
искривленными поверхностями, подобными сфере, плоскости или седлу, но в четырех
измерениях, а не в двух (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Истории Вселенной. Если истории Вселенной уходят на
бесконечность, как в случае седла, то встает проблема задания
граничных условий на бесконечности. Если все истории Вселенной в
мнимом времени представляют собой замкнутые поверхности,
подобные поверхности Земли, тогда задавать граничные условия вовсе не
требуется.
Если, подобно седлу или плоскости, истории Вселенной уходят в
бесконечность , то появляются проблемы с заданием граничных условий на бесконечности.
Но если все истории Вселенной в мнимом времени представляют собой замкнутые
поверхности, подобные поверхности Земли, то можно полностью уйти от задания
граничных условий. Поверхность Земли не имеет никаких границ или краев. Не
было достоверных сообщений, что люди с них срывались.
Если истории Вселенной в мнимом времени действительно являются замкнутыми
поверхностями, как предположили мы с Хартлом, это должно иметь важные
последствия для философии и для картины нашего происхождения. Вселенная в таком
случае полностью замкнута и самодостаточна; не требуется ничего за ее
пределами, чтобы заводить часы и заставлять их идти. Все в мире должно определять-
ся законами природы и приводиться в движение бросанием костей внутри
Вселенной. Хотя это, возможно, звучит как предположение, но я в это верю, так же
как и многие другие ученые.
Даже если граничное условие для Вселенной состоит в отсутствии граничных
условий, у нее все равно будет не одна история. Согласно Фейнману у нее
имеется множество историй. Для каждой возможной замкнутой поверхности должна
быть своя история в мнимом времени, и каждая из них определяет историю в
вещественном времени. В результате мы получаем для Вселенной сверхразнообразие
возможностей.
Что же выделяет конкретную Вселенную, в которой мы живем, из набора всех
возможных Вселенных? С одной стороны, можно заметить, что многие возможные
истории Вселенной не приводят к последовательному образованию галактик и
звезд, что принципиально для нашего появления на свет. Хотя не исключено, что
разумные существа могут развиться без галактик и звезд, это кажется
маловероятным. Вот почему факт существования нас самих, способных задать вопрос
«Почему Вселенная такова, какова она есть?», накладывает ограничения на историю
мира, в котором мы живем. Этот факт указывает на то, что реализоваться должна
одна из небольшого подмножества историй, в которых имеются галактики и
звезды. Это иллюстрация так называемого антропного принципа. Он говорит, что
Вселенная должна быть более или менее похожа на ту, что мы наблюдаем, поскольку,
если бы она оказалась иной, не было бы никого, кто мог бы ее наблюдать (рис.
3.10) .
А
Рис. 3.10. Слева: вселенные (а), которые коллапсируют, становясь
закрытыми. Справа: открытые вселенные (Ь) , которые расширяются
вечно. Пограничные вселенные, балансирующие между падением на
себя и дальнейшим расширением (cl), или с двойной инфляцией
(с2) , могут служить прибежищем разумной жизни. Наша Вселенная
(d) пока продолжает расширятся.
Многим ученым не нравится антропный принцип, поскольку он кажется им
нечетким и не обладающим большой предсказательной силой. Однако антропному
принципу можно придать точную формулировку, и он кажется существенным при
обсуждении происхождения Вселенной. М-теория, упомянутая в главе 2, допускает
огромное разнообразие историй Вселенной. Большинство из этих историй не подходят
для развития разумной жизни: пустые, слишком короткие, чрезмерно искривленные
или неподходящие еще по каким-то параметрам. Причем согласно идее Ричарда
Фейнмана о множественности историй эти необитаемые варианты могут иметь очень
высокую вероятность.
ФЕЙНМАНОВСКИЕ ИСТОРИИ
Ричард Фейнман родился в Нью-Йорке, в Бруклине, в 1918 г. В 1942-м
получил докторскую степень под руководством Джона Уилера в Принстонском
университете. Вскоре после этого был привлечен к участию в Манхэттенском
проекте. Фейнман прославился неугомонным характером и розыгрышами (в Лос-
Аламосе он развлекался, вскрывая сейфы с секретной информацией), а также
тем, что был выдающимся физиком: он стал ключевым разработчиком теории
атомной бомбы. Самую суть его личности составляло неуемное любопытство к
окружающему миру. Оно не только послужило двигателем его научного успеха,
но и привело к удивительным достижениям, таким как расшифровка иероглифов
майя.
После Второй мировой войны Фейнман предложил новый, очень эффективный
взгляд на квантовую механику, за что в 1965 г. получил Нобелевскую премию.
Он поставил под сомнение фундаментальное классическое представление о том,
что каждая частица имеет только одну историю. Вместо этого он предположил,
что частицы перемещаются из одного места в другое вдоль всех возможных
путей в пространстве-времени. С каждой траекторией Фейнман связал два числа:
одно для величины (амплитуды) волны, а другое для ее фазы (положение в
цикле — гребень или впадина). Вероятность того, что частица попадет из
точки А в точку В, определяется суммированием волн, связанных с каждым
возможным путем из А в В.
В обыденном мире предметы перемещаются из исходной точки в конечную
только по одному пути. Это, тем не менее, согласуется с фейнмановской
идеей множественности историй (суммирования по историям), поскольку для
больших объектов его правило назначения чисел каждому пути гарантирует, что
при совместном учете вклады всех путей, кроме одного, нейтрализуются.
Только один из бесконечного числа путей имеет значение, когда мы
рассматриваем движение макроскопических объектов, и эта траектория в точности
соответствует той, что следует из классических, ньютоновских законов
движения .
В фейнмановском интеграле по
путям учить ваются все возможные
траектории
Законы физики указывают, как начальное состояние меняется во времени.
Например, если мы бросим в воздух камень, закон тяготения позволит с высо-
кой точностью предсказать его последующее движение.
Но мы не можем предсказать, где упадет камень, основываясь на одних
только законах. Нам надо также знать скорость и направление его движения в
момент, когда он отрывается от руки. Другими словами, мы должны знать
начальные или, как еще говорят, граничные условия движения камня.
Космология пытается описать эволюцию целой Вселенной, используя законы
физики. Поэтому мы должны задаться вопросом, каковы были начальные условия
Вселенной, к которым мы должны применить эти законы.
Начальное состояние может оказать весьма существенное влияние на
фундаментальные свойства Вселенной, возможно даже на свойства элементарных
частиц и взаимодействий, которые имеют решающее значение для развития
биологической жизни.
Одно из предположений состоит в условии отсутствия границ, в том, что
время и пространство конечны и образуют замкнутые поверхности, не имеющие
границ. Предположение об отсутствии границ основывается на идее Фейнмана о
множественности историй, но история частицы в фейнмановской сумме в данном
случае заменяется полным пространством-временем, которое представляет
историю всей Вселенной. Условие отсутствия границ — это, если быть точным,
ограничение возможных историй Вселенной теми пространствами-временами,
которые не имеют границ в мнимом времени. Другими словами, граничные условия
для Вселенной состоят в том, что она не имеет граничных условий.
Космологи в настоящее время изучают вопрос, может ли начальная
конфигурация, удовлетворяющая предположению об отсутствии границ, возможно
совместно со слабым антропным принципом, привести к развитию Вселенной,
подобной той, что мы наблюдаем.
Рис. 3.11. С расстояния соломинка в стакане может
выглядеть как одномерная линия.
Фактически не имеет значения, сколько может быть историй, в которых нет
разумных существ. Нас интересует только то подмножество, в котором разумная
жизнь развивается. Необязательно, чтобы она была чем-то похожа на людей.
Маленькие зеленые человечки тоже годятся. Возможно, они даже больше подходят.
За человеческой расой числится не так уж много разумных свершений.
В качестве примера силы антропного принципа рассмотрим число измерений про-
странства. Из практики хорошо известно, что мы живем в трехмерном
пространстве . Это означает, что положение точки в пространстве можно задать тремя
числами, например широтой, долготой и высотой над уровнем моря. Но почему
пространство трехмерно? Почему не два, не четыре, не какое-то другое число
измерений, как бывает в научной фантастике? В М-теории пространство имеет девять
или десять измерений, но считается, что шесть или семь из них свернуты до
очень малых размеров и только три измерения достаточно велики и являются
приблизительно плоскими (рис. 3.11).
Рис. 3.12. В таком мире планеты либо падали бы на звезды
(вверху) , либо пропадали в темноте и холоде космоса (внизу).
Почему мы не обитаем в сценарии, где свернуты восемь измерений и только два
доступны восприятию? Двумерным животным было бы нелегко переваривать пищу.
Если бы их пищеварительный тракт проходил насквозь, он разделял бы животное
надвое, и бедное создание распалось бы на части. Так что двух плоских
измерений недостаточно для сколько-нибудь сложной и разумной жизни. С другой
стороны, если бы было четыре или больше «развернутых» измерений, гравитационное
притяжение между двумя телами быстрее возрастало бы при сближении. Это
означает , что вокруг звезд не было бы стабильных орбит для планет. Планеты либо
падали бы на звезды (рис. 3.12, вверху), либо пропадали в темноте и холоде
окружающего космоса (рис. 3.12, внизу).
Аналогичным образом были бы нестабильны орбиты электронов в атомах, и
привычное нам вещество не могло бы существовать. Так что, хотя концепция
множественности историй позволяет существовать любому числу несвернутых измерений,
только в сценариях с тремя такими измерениями могут быть разумные существа.
Лишь в этих сценариях будет задан вопрос «Почему пространство имеет три
измерения? ».
Простейшая история Вселенной в мнимом времени — это сфера, подобная
поверхности Земли, но с двумя дополнительными измерениями (рис. 3.13). Она задает в
действительном времени, которое является предметом нашего опыта, такую
историю, в которой Вселенная одинакова во всех точках пространства и расширяется
во времени. В этом отношении она похожа на Вселенную, в которой мы живем.
Однако скорость расширения получается очень большой и продолжает увеличиваться.
Такое ускоряющееся расширение называют инфляцией, поскольку оно напоминает,
как в постоянно ускоряющемся темпе растут цены.
Рис. 3.13. Простейшая история без границ в мнимом времени — это
сфера. Она детерминирует историю в действительном времени,
которая испытывает инфляционное расширение.
Инфляция цен обычно считается негативным явлением, но в случае Вселенной
она очень выгодна. Сильная инфляция сглаживает любые комки материи, которые
могли образоваться в ранней Вселенной. По мере расширения Вселенная
заимствует энергию у гравитационного поля, чтобы создать больше вещества.
Положительная энергия вещества в точности уравновешивается отрицательной гравитационной
энергией, так что полный энергетический баланс равен нулю. Когда Вселенная
удваивает свой размер, энергии вещества и гравитации тоже становится вдвое
больше — но дважды ноль по-прежнему ноль. Если бы только банковский мир был
таким простым (рис. 3.14) !
ЭНЕРГИЯ ВЕЩЕСТВА ГРАВИТАЦИОННАЯ ЭНЬН И Я
Рис. 3.14.
В случае, когда история Вселенной в мнимом времени является идеальной
сферой, в действительном времени ей соответствует история Вселенной, которая
вечно продолжает раздуваться в инфляционном режиме. Пока она раздувается,
вещество не может сгущаться и образовывать галактики, звезды и жизнь, не говоря
уже о развитии разумных существ вроде нас. Поэтому хотя идеально сферические
истории Вселенной в мнимом времени допускаются представлением о
множественности историй, они не представляют большого интереса. Гораздо больше подходят
нам истории в мнимом времени, которые слегка сплющены у южного полюса сферы
(рис. 3.15).
В этом случае соответствующая история в реальном времени будет расширяться
в ускоренном инфляционном режиме только вначале. А потом расширение начнет
замедляться, и смогут образоваться галактики. Чтобы могла появиться разумная
жизнь, приплюснутость на южном полюсе должна быть очень слабой. Это будет
означать, что первоначально Вселенная расширится до чудовищной величины.
Рекордный уровень денежной инфляции имел место в Германии между двумя мировыми
войнами, когда цены выросли в миллиарды раз, однако масштаб инфляции, которую
должна была испытать Вселенная по крайней мере в миллиард миллиардов
миллиардов раз больше (рис. 3.16).
BPfPv-Я
д(И( IHUlC.lb-iOt
Рис. 3.15. Инфляционная вселенная. В модели горячего Большого взрыва
на ранних стадиях развития Вселенной времени было недостаточно для
того, чтобы тепловая энергия перетекла из одного региона Вселенной в
другой. Тем не менее, мы наблюдаем, что во всех направлениях
температура микроволнового фонового излучения одинакова. Это означает,
что в начальном состоянии Вселенная должна была повсеместно иметь в
точности одинаковую температуру. В попытках найти модель, где
множество различных начальных конфигураций могли бы эволюционировать в
нечто похожее на современную Вселенную, было выдвинуто
предположение, что ранняя Вселенная прошла через эпоху очень быстрого
расширения. Это расширение называют инфляционным, подразумевая, что оно
происходит во все возрастающем темпе, а не с замедлением, как
расширение, наблюдаемое сегодня. Существование такой фазы инфляции
способно объяснить, почему Вселенная выглядит одинаково во всех
направлениях, поскольку в ранней Вселенной свет успевал пройти из одного
района Вселенной в другой. История в мнимом времени для Вселенной,
которая вечно продолжает расширяться в инфляционном режиме,
представляет собой идеальную сферу. Однако в нашей собственной Вселенной
инфляционное расширение спустя долю секунды затормозилось, и начали
формироваться галактики. В мнимом времени это означает, что история
нашей Вселенной представляет собой сферу, слегка сплюснутую у южного
полюса.
Вследствие принципа неопределенности у Вселенной не должно быть только
одной истории, содержащей разумную жизнь. Напротив, множество историй в мнимом
времени образует целое семейство слегка деформированных сфер, каждой из
которых соответствует история в действительном времени, с долгим, но не
бесконечным инфляционным раздуванием Вселенной. Можно поинтересоваться: какая из
таких допустимых историй наиболее вероятна? Оказывается, она не идеально
ровная, а представляет собой поверхность с крошечными поднятиями и впадинами
(рис. 3.17). Правда, эта рябь на самой вероятной истории едва заметна.
Отклонения от ровной поверхности составляют по порядку величины один к ста
тысячам. Тем не менее, хотя они и крайне малы, мы можем наблюдать их как неболь-
шие вариации в микроволновом излучении, которое приходит с разных направлении
в космосе. Спутник Cosmic Background Explorer (СОВЕ), запущенный в 1989 г.,
построил карту неба в микроволновом диапазоне.
индес: ОПТОВЫХ цен - ИНФЛЯЦИЯ и гиперинфляция
Июль 1914 -
Январь 1919 г
Июль 1919 "
1.0
2.6
'.4
Январь 1920 I 12,6
Январь 1921 г, 14.4
Июль 1921i К,3
Январь 1922 г. 36,7
Июль 1922 г. 100,6
Январь 1923 г. 2 785,0
Июль 1923 г. 194 000.0
Ноябрь 1923 г. 726 000 000 000.0
\~ ...
Одна нсн/рцкая марка 1Э1£ г
Ею тыоч марок 1923 i
Дез и at пиона '/арок "
Десять миллионов марок 1923 г.
Сто миллиардов марок К23
Рис. 3.16. Инфляция может быть законом природы. Инфляция в Германии
началась после окончания Первой мировой войны, и к февралю 1920 г.
уровень цен поднялся в 5 раз по сравнению с 1918 г. После июля
1922 г. наступила фаза гиперинфляции. Всякое доверие к деньгам
исчезло, и в течение 15 месяцев индекс цен рос все быстрее и быстрее,
превосходя возможности печатных станков, которые не успевали
печатать деньги с той же скоростью, с какой они обесценивались. К концу
1923 г. 300 бумажных фабрик работали на полную мощность, а в 150
типографиях 2 тысячи печатных станков круглосуточно производили
банкноты.
а Ь с
Рис. 3.17. Вероятные и невероятные истории. Гладкие истории
наподобие (а) наиболее вероятны, но их существует лишь небольшое число.
Хотя любая слегка неправильной формы история вроде (Ь) или (с) сама
по себе менее вероятна, число их столь велико, что, скорее всего,
история Вселенной обнаружит небольшие отклонения от гладкости.
Цветом обозначены различия в температуре, причем весь диапазон от красного
до голубого соответствует разбросу всего в одну десятитысячную долю градуса —
этих различий между областями ранней Вселенной достаточно, чтобы избыточное
тяготение в более плотных областях остановило их бесконечное расширение и
вызвало сжатие под действием самогравитации, ведущее к образованию галактик и
звезд. Так что карта СОВЕ, в принципе, является ни больше, ни меньше как
чертежом всех структур во Вселенной.
Карта всего неба, полученная инструментом DMR на спутнике СОВЕ,
говорит в пользу существования складок времени.
Каким окажется будущее для наиболее вероятных историй Вселенной,
совместимых с появлением разумных существ? Тут видятся разные варианты в зависимости
от количества вещества во Вселенной. Если его больше некоторого критического
значения, гравитационное притяжение между галактиками замедлит и, в конце
концов, остановит их разлет. Затем они начнут падать друг к другу и сойдутся
в Большом сжатии, которое станет концом истории Вселенной в реальном времени
(рис. 3.18).
Если плотность Вселенной ниже критического значения, гравитация слишком
слаба, чтобы предотвратить вечное разлетание галактик. Все звезды прогорят, и
Вселенная будет становиться все более пустой и холодной. Так что и тут все
придет к концу, хотя и не столь драматичному. В любом случае Вселенная
просуществует еще немало миллиардов лет (рис. 3.19).
Наряду с веществом Вселенная может содержать так называемую энергию
вакуума, которая присутствует даже в пустом, казалось бы, пространстве. По
знаменитому уравнению Эйнштейна Е = тс2 энергия вакуума имеет массу. Это означает,
что она оказывает гравитационное влияние на расширение Вселенной. Однако
весьма примечательно, что воздействие энергии вакуума противоположно влиянию
обычной материи. Вещество замедляет расширение и может в итоге остановить и
обратить его вспять. Энергия вакуума, напротив, ускоряет расширение, как при
инфляции. Фактически она действует в точности как космологическая постоянная,
которую, как говорилось в главе 1, Эйнштейн добавил в свои первоначальные
уравнения в 1917 г., когда понял, что они не допускают решения,
соответствующего стационарной Вселенной. После открытия Хабблом расширения Вселенной ос-
нования для добавления в уравнения космологической постоянной исчезли, и
Эйнштейн отбросил ее, как ошибку.
Рис. 3.18. Один из возможных сценариев конца Вселенной — Большое
сжатие, гигантский катаклизм, когда вся материя будет всосана в
гравитационный колодец.
Рис. 3.19. Долгий холодный вой, в котором все замирает и гаснут
последние звезды, исчерпывая свои запасы топлива.
Однако она могла вовсе и не быть ошибкой. Как говорилось в главе 2, мы
сейчас понимаем: квантовая теория указывает на то, что пространство-время
заполнено квантовыми флуктуациями. В суперсимметричной теории бесконечные
положительные и отрицательные энергии этих флуктуации основного состояния взаимно
нейтрализуются частицами с разным спином. Но мы не можем ожидать, что
положительные и отрицательные энергии компенсируют друг друга столь точно, что не
останется даже небольшого конечного количества энергии вакуума, поскольку
Вселенная не находится в суперсимметричном состоянии. Единственная
неожиданность состоит в том, что эта энергия столь близка к нолю, что ее не
обнаружили раньше. Возможно, это другое проявление антропного принципа. История с
большей энергией вакуума не привела бы к образованию галактик и не содержала
бы существ, которые задали вопрос «Почему энергия вакуума имеет то значение,
которое мы наблюдаем?».
Количество вещества и энергии вакуума во Вселенной можно пытаться
определять различными наблюдательными методами, а результаты представить на
диаграмме, где плотность вещества отложена по горизонтальной оси, а энергия
вакуума — по вертикальной. Пунктирная линия показывает границы области, в
которой способна развиваться разумная жизнь (рис. 3.20).
В этой области
не могут
образовывать- л
r Лшрипная линия
ся галактики
i
Сверхновое
<
да
0,2 0,4 0,6 0,3
ПЛОТНОСТЬ В-ЩЕС'ВА
Рис. 3.20. Объединяя наблюдения далеких сверхновых и
космического микроволнового излучения с данными о распределении вещества
во Вселенной, можно с очень высокой точностью определить энергию
вакуума и плотность вещества во Вселенной.
Наблюдения сверхновых, скопления галактик и микроволнового фона также
задают свои области на этой диаграмме. К счастью, все три области имеют общее
пересечение. Если плотности вещества и энергия вакуума попадают в это
пересечение, это означает, что расширение Вселенной вновь начало ускоряться после
долгого периода замедления. Похоже, инфляция может оказаться законом природы.
В этой главе мы показали, как поведение пространства Вселенной можно
объяснить в терминах ее истории в мнимом времени, которая представляет собой
крошечную, слегка сплющенную сферу. Что-то наподобие Гамлетовой скорлупы, только
в этом орехе закодировано все, что случается в действительном времени. Так
что Гамлет был совершенно прав. Мы можем быть заключены в ореховую скорлупку
и все равно считать себя царями бесконечного космоса.
Глава 4.
Предсказывая будущее
О том, как потеря информации в черных дырах может
ослабить нашу способность предсказывать будущее.
Человеческая раса всегда хотела контролировать будущее или, по крайней
мере, предсказывать, что должно случиться. Именно поэтому столь популярна
астрология . Она утверждает, что события на Земле связаны с движениями планет по
небу. Это научно проверяемая гипотеза или могла бы быть таковой, если бы
астрологи рискнули давать ясные предсказания, допускающие проверку. Но они
достаточно умны, чтобы делать свои прогнозы столь туманными, что их можно
отнести к любому исходу. Утверждения вроде «личные отношения могут стать
интенсивнее» или «вам представится благоприятная в финансовом отношении
возможность» никогда нельзя надежно опровергнуть.
Рис. 4.1. Наблюдатель на Земле (синяя), обращающейся вокруг
Солнца, наблюдает Марс (красный) на фоне созвездий. Сложные
видимые движения планет можно объяснить законами Ньютона, и они
никак не влияют на личное счастье.
Однако действительная причина, по которой ученые не верят в астрологию,
связана не с научными фактами или их отсутствием, а с тем, что астрология
несовместима с другими теориями, которые были проверены в экспериментах. Когда
Коперник и Галилей открыли, что планеты обращаются вокруг Солнца, а не вокруг
Земли, а Ньютон открыл законы, которые управляют их движением, астрология
стала крайне неправдоподобной. С чего бы положение других планет на фоне
далеких звезд, каким оно видится с Земли, могло коррелировать с макромолекулами
на небольшой планете, которые называют себя разумной жизнью (рис. 4.1)? А
ведь это именно то, в чем астрология хотела бы нас убедить. Некоторые теории,
описанные в этой книге, имеют не больше экспериментальных подтверждений, чем
астрология, но мы верим в них, поскольку они совместимы с теориями, которые
выдержали проверку. Успех законов Ньютона и других физических теорий привел к
идее научного детерминизма, которую впервые высказал в начале XIX века
французский ученый маркиз де Лаплас. Он предположил, что если мы узнаем положения
и скорости всех частиц во Вселенной в один момент времени, то законы физики
должны позволить нам предсказать состояние Вселенной в любой другой момент
времени в прошлом и в будущем (рис. 4.2).
Г* м/с
Рис. 4.2. Зная, с какой скоростью брошен бейсбольный
мяч, вы можете предсказать, сколько он пролетит.
Другими словами, если научный детерминизм верен, мы, в принципе, могли бы
предсказывать будущее и не нуждались бы в астрологии. Конечно, на практике
даже такие простые уравнения, как те, что вытекают из ньютоновской теории
тяготения, невозможно решить точно более чем для двух частиц. К тому же
уравнения часто обладают свойством, называемым хаотичностью, из-за которого
небольшое изменение положения или скорости в один момент времени приводит к
совершенно иному поведению системы спустя некоторое время. Как знают те, кто
смотрел «Парк юрского периода», крошечное возмущение в одном месте может повлечь
За собой большие перемены в другом. Бабочка, взмахнувшая крыльями в Токио,
способна вызвать дождь в Центральном парке Нью-Йорка (рис. 4.3).
Проблема в том, что последовательность событий невоспроизводима. В
следующий раз, когда бабочка взмахнет крыльями, огромное множество других факторов
окажутся иными, и они тоже будут влиять на погоду. Вот почему прогнозы
синоптиков столь ненадежны.
По той же причине мы не достигли больших успехов в предсказании
человеческого поведения на основе математических уравнений, хотя законы квантовой
электродинамики должны, в принципе, позволять нам вычислить всё в химии и
биологии. Тем не менее, несмотря на эти практические трудности, большинство
ученых успокаивает себя мыслью, что — опять же в принципе — будущее все-таки
предсказуемо.
Рис. 4.3.
На первый взгляд детерминизм должен был быть подорван принципом
неопределенности, который говорит, что мы не можем одновременно точно измерить и
положение, и скорость частицы. Чем точнее мы измеряем положение, тем менее
точно определяется ее скорость, и наоборот. Лапласовская версия детерминизма
утверждает , что если мы знаем положения и скорости частиц в некоторый момент
времени, то можем определить их положения и скорости в любой момент в прошлом
и в будущем. Но как приступить к этому делу, если принцип неопределенности
мешает нам точно узнать положения и скорости в один и тот же момент времени?
Как бы ни был хорош наш компьютер, если мы введем в него неточные данные, то
получим неточные предсказания.
Однако детерминизм был восстановлен в модифицированной форме новой теорией,
называемой квантовой механикой, которая включает в себя принцип
неопределенности. Упрощенно говоря, квантовая механика позволяет точно предсказать
половину того, что было возможно согласно классической лапласовской точке зрения.
У частицы в квантовой механике нет точно определенных положения и скорости,
но ее состояние можно описать так называемой волновой функцией (рис. 4.4).
Волновая функция — это числовое значение в каждой точке пространства,
которое дает вероятность того, что частица обнаружится в данном месте. Быстрота,
с которой волновая функция изменяется от точки к точке, говорит нам о том,
насколько вероятны различные скорости частицы. Некоторые волновые функции
имеют четкий пик в определенной точке пространства. В таких случаях
существует лишь небольшая неопределенность в положении частицы. Но из диаграммы
видно, что в этом случае волновая функция быстро меняется в окрестности данной
точки — поднимается с одной стороны и падает с другой. Это означает, что
распределение вероятности для скорости является очень широким. Иными словами,
велика неопределенность скорости. Рассмотрим, с другой стороны, непрерывную
череду идущих друг за другом волн. Теперь велика неопределенность положения,
но мала неопределенность скорости. Так что описание частицы при помощи
волновой функции не имеет хорошо определенного положения или скорости. Оно
удовлетворяет принципу неопределенности. Теперь понятно, что волновая функция — это
все, что поддается точному определению. Мы не можем даже предположить, что
частица имеет положение и скорость, которые известны Богу, но скрыты от нас.
Подобные теории со «скрытыми переменными» дают предсказания, которые не со-
гласуются с наблюдениями. Даже Бог ограничен принципом неопределенности и не
может знать сразу и положения, и скорости — только волновую функцию.
Волновая функция *¥ с узким пиком
Распседете зие вероятности
ДЛЯ СШрОиИ ЧгЭСТИЦЫ
Волновая оункция У волнового
пакета
Распределение вероятности
для скорости частицы
ие
ие
Рис. 4.4. Волновая функция определяет вероятности того, что
частица будет иметь разные положения и скорости, таким образом, что
Дх и Av удовлетворяют принципу неопределенности.
Скорость, с которой волновая функция изменяется во времени, задается так
называемым уравнением Шрёдингера (рис 4.5).
т— = ЙЧ>,
&
Рис. 4.5. Уравнение Шрёдингера. Эволюция во времени волновой
функции Ф определяется оператором Гамильтона Н, который связан с
энергией рассматриваемой системы.
Зная волновую функцию в один момент времени, можно использовать уравнение
Шрёдингера, чтобы вычислить ее в любой другой момент — прошлый или будущий.
Таким образом, детерминизм сохраняется в квантовой теории, но в меньшем
объеме . Вместо того чтобы предсказать сразу и положение, и скорость, мы можем
предсказать только волновую функцию. Это позволяет нам точно предсказывать
либо положения, либо скорости, но не то и другое. Так что в квантовой теории
возможность делать точные предсказания ровно вдвое меньше, чем в классической
лапласовской картине мира. Тем не менее, в этом ограниченном смысле можно по-
прежнему утверждать, что детерминизм в ней сохраняется.
Между тем использование уравнения Шрёдингера для отслеживания изменений
волновой функции во времени (то есть для предсказания того, какой она станет
в будущем) неявно предполагает, что время всегда и везде течет равномерно.
Это, конечно, верно для ньютоновской физики. В ней время считалось
абсолютным, и это означало, что каждое событие в истории Вселенной помечено числом,
называемым моментом времени, и что последовательности временных меток
непрерывно тянутся из бесконечного прошлого в бесконечное будущее. Это можно
назвать общепринятым представлением о времени, которое лежит в основе всех
суждений у большинства людей и даже у большинства физиков.
Но в 1905 г., как мы уже знаем, концепция абсолютного времени была
ниспровергнута специальной теорией относительности, в которой время не было больше
независимой, самодостаточной величиной, а стало лишь одним из направлений в
четырехмерном континууме, называемом пространством-временем. В специальной
теории относительности различные наблюдатели движутся сквозь пространство-
время с разными скоростями и в разных направлениях. У каждого наблюдателя
есть своя собственная мера времени вдоль пути, который он проходит, и разные
наблюдатели измеряют разные интервалы времени между одними и теми же
событиями (рис. 4.6).
Рис. 4.6. В плоском пространстве-времени специальной теории
относительности наблюдатели, движущиеся с разной скоростью, будут
по-разному измерять время, но мы можем использовать уравнение
Шрёдингера в любом из этих времен для предсказания того, что
произойдет с волновой функцией в будущем.
Итак, в специальной теории относительности нет абсолютного времени, которое
можно использовать для пометки событий. Но вместе с тем пространство
специальной теории относительности плоское. Это означает, что в ней время,
измеряемое любым свободно движущимся наблюдателем, равномерно растет от минус
бесконечности в прошлом до плюс бесконечности в будущем. Любую из этих
временных шкал можно использовать в уравнении Шрёдингера, описывающем эволюцию
волновой функции. Так что в специальной теории относительности по-прежнему в
силе квантовая версия детерминизма.
Ситуация меняется в общей теории относительности, где пространство-время не
плоское, а искривленное и деформируется под воздействием находящихся в нем
материи и энергии. В нашей Солнечной системе кривизна пространства-времени
столь незначительна, что не создает помех привычному для нас представлению о
времени. В этом случае мы можем продолжать использовать время в уравнении
Шрёдингера для определения детерминированной эволюции волновой функции.
Однако, позволив пространству-времени искривляться, мы тем самым открываем двери
перед возможностью появления такой структуры, в которой не для всякого
наблюдателя время будет плавно увеличиваться, что требуется для осмысленного его
измерения. Например, представим себе пространство-время как вертикальный
цилиндр (рис. 4.7).
"очка стагнации
Г1ЧХ. 'ИЛ. 1С I НС I iRX ■ (-'ЛИС " I!j
Рис. 4.7. Время останавливается. Ход времени неизбежно
останавливался бы в точках стагнации, где ручка примыкает к основному
цилиндру. В этих точках время не будет увеличиваться ни в каком
направлении. Поэтому невозможно использовать уравнение
Шрёдингера , чтобы предсказать, какой станет волновая функция в будущем.
По высоте цилиндра будет измеряться время, которое увеличивается для
каждого наблюдателя и течет от минус бесконечности к плюс бесконечности. Но
вообразите теперь, что пространство-время подобно цилиндру с ручкой (или
«кротовой норой»), которая сначала отходит от него, а потом, изогнувшись,
присоединяется в другой точке. Теперь любая шкала времени неизбежно будет иметь точки
стагнации, в которых ручка примыкает к цилиндру и где время останавливается.
В этих точках для любого наблюдателя время не будет расти. В таком
пространстве-времени нельзя использовать уравнение Шрёдингера для предсказания
детерминированной эволюции волновой функции. Проследите за кротовой норой: вы
никогда не знаете, что из нее может появиться.
Именно из-за черных дыр мы считаем, что время увеличивается не для каждого
наблюдателя. Первая дискуссия о черных дырах возникла в 1783 г. Бывший
кембриджский профессор Джон Мичелл представил следующее рассуждение. Если некто
выстрелит пробной частицей, например пушечным ядром, вертикально вверх,
подъем будет замедляться тяготением и, в конце концов, частица прекратит
двигаться вверх и станет падать (рис. 4.8).
Однако если начальная, направленная вверх скорость превышает критическое
значение, называемое скоростью убегания, гравитации никогда не удастся
остановить частицу и вернуть ее обратно. Для Земли скорость убегания составляет
около 11,2 км/с, для Солнца — около 618 км/с.
Рис. 4.8.
Обе эти скорости убегания много больше скорости реального пушечного ядра,
но они малы по сравнению со скоростью света, которая составляет 300 ООО км/с.
Так что свет уходит с Земли и с Солнца без особых трудностей. Однако Мичелл
рассудил, что должны быть звезды, которые намного массивнее Солнца и у
которых скорости убегания больше скорости света (рис. 4.9). Мы не сможем увидеть
эти звезды, поскольку любой испущенный ими луч света будет притянут назад
гравитацией звезды. Так что это будут темные звезды, как их назвал Мичелл,
или черные дыры, как зовем их теперь мы.
Идея Мичелла о темных звездах основывалась на ньютоновской физике, в
которой время было абсолютным и шло независимо от происходящих событий. Поэтому
они не влияли на нашу способность предсказывать будущее в рамках классической
ньютоновской картины мира. Но ситуация стала иной в общей теории
относительности, где массивные тела искривляют пространство-время.
Рис. 4.9
В 1916 г. , вскоре после того, как теория была впервые сформулирована, Карл
Шварцшильд (умерший немного времени спустя от болезни, подхваченной на
русском фронте в Первую мировую) нашел решение уравнений поля общей теории
относительности, которое соответствовало черной дыре. Смысл и значение того, что
обнаружил Шварцшильд, оставались неоцененными на протяжении многих лет. Сам
Эйнштейн никогда не верил в черные дыры, и его отношение разделялось
большинством релятивистов старой гвардии. Я помню, как приехал в Париж, чтобы
рассказать на семинаре о моем открытии того, что в квантовой теории черные дыры
не совсем черные. Мой семинар оказался весьма скучным, поскольку в то время
почти никто в Париже не верил в черные дыры. К тому же французам казалось,
что это название, которое они перевели как trou noir, имеет двусмысленные
сексуальные коннотации и должно быть заменено на aster occlu, то есть
«скрытая звезда». Однако ни это, ни другие предложенные названия не привлекли
такого внимания публики, как термин «черная дыра», который впервые ввел Джон
Арчибальд Уилер, американский физик, вдохновивший многие современные работы в
этой области.
Открытие квазаров в 1963 г. вызвало всплеск теоретических работ о черных
дырах и попыток их обнаружить путем наблюдения (рис. 4.10). И вот какая
картина в итоге предстала перед нами. Рассмотрим судьбу звезды с массой в 20 раз
больше солнечной. Такие Звезды образуются из облаков газа, подобных
Туманности Ориона (рис. 4.11). Когда газ сжимается под действием собственного
тяготения, он нагревается и, в конце концов, становится достаточно горячим, чтобы
в нем начались ядерные реакции, превращающие водород в гелий. Выделяемое в
этом процессе тепло создает давление, которое поддерживает звезду, позволяя
ей противостоять собственной гравитации, и останавливает дальнейшее сжатие.
Звезда будет пребывать в этом состоянии длительное время, сжигая водород и
излучая свет в космос.
»
Рис. 4.10. Квазар ЗС273, первый из открытых квазизвездных
радиоисточников, вырабатывает огромное количество энергии в очень
небольшой области. Падение вещества в черную дыру, по-видимому,
единственное, что может объяснить столь высокую светимость.
Рис. 4.11. Звезды образуются в облаках газа и пыли,
подобных туманности Ориона.
Гравитационное поле звезды будет влиять на траектории исходящих от нее
световых лучей. Можно нарисовать диаграмму, на которой время направлено вверх, а
расстояние от центра звезды — горизонтально (рис. 4.12). На этой диаграмме
поверхность звезды представлена двумя вертикальными линиями — по одной с
каждой стороны от центра. Будем считать, что время измеряется в секундах, а
расстояние — в световых секундах (так называют расстояние, которое свет проходит
за секунду). При использовании этих единиц скорость света равна 1, то есть 1
световой секунде в секунду. Это означает, что вдали от звезды и ее
гравитационного поля путь светового луча на диаграмме составляет угол 45° с
вертикальной осью. Однако ближе к звезде искривление пространства-времени, вызванное
ее массой, изменит путь светового луча, заставив его идти под меньшим углом к
вертикали.
Массивные звезды перерабатывают свой водород в гелий намного быстрее, чем
Солнце. Это значит, что они исчерпывают свои запасы водорода всего за
несколько сотен миллионов лет11. После этого звезды оказываются перед лицом
кризиса. Они могут сжигать гелий, превращая его в более тяжелые элементы,
такие как углерод и кислород, но эти ядерные реакции высвобождают немного
энергии, так что звезды теряют тепло и тепловое давление, которое позволяет им
противостоять гравитации. Поэтому они начинают уменьшаться. Если они более
чем вдвое превышают по массе Солнце, давление никогда не поднимется
настолько , чтобы остановить сжатие. Такие звезды коллапсиру-ют до нулевых размеров и
бесконечной плотности, образуя то, что называется сингулярностью (рис. 4.13).
Даже быстрее: звезда с массой в 20 раз больше солнечной прогорает за 7—8 млн.
лет.
t
Cdciojlic
, лучи
Заезда
Сим' у лярносп,
X
о
О.
Световые
лучи
ПРО СТРАН С Т В О
II РОС РАН С Т ВО
Рис. 4.12-4.13. Слева: Пространство-время вокруг неколлапсирую-
щей звезды. Световые лучи могут уходить с поверхности звезды
(красные вертикальные линии) . Вдали от звезды лучи идут под
углом 45° к вертикали, но рядом со звездой искривление
пространства-времени массой звезды заставляет лучи света идти под меньшим
углом к вертикали. Справа: Если звезда коллапсирует (красные
линии сходятся в точку), искривление становится столь сильным, что
лучи света вблизи поверхности идут внутрь. Это и есть
образование черной дыры — области пространства-времени, из которой не
может выйти свет.
На диаграмме «время — расстояние от центра» при сжатии звезды пути световых
лучей с ее поверхности будут идти под все меньшим и меньшим углом к
вертикали. Когда звезда достигнет некоторого критического радиуса, их путь на
диаграмме станет вертикальным, а это означает, что свет будет висеть на
постоянном расстоянии от центра звезды, никогда не покидая ее. Этот критический путь
света очерчивает поверхность, называемую горизонтом событий, которая отделяет
область пространства-времени, откуда свет может выйти, от той, откуда он
выйти не может. Любой свет, испускаемый звездой после пересечения ею горизонта
событий, будет завернут обратно за счет искривления пространства-времени. Она
станет одной из темных звезд Мичелла или, как мы теперь говорим, черной
дырой .
Как обнаружить черную дыру, если из нее не может выйти свет? Ответ состоит
в том, что черная дыра продолжает притягивать окружающие объекты с той же
силой, с какой это делало сколлапсировавшее тело. Если бы Солнце без потери
массы превратилось в черную дыру, планеты продолжали бы обращаться по орбитам
так же, как ныне.
Поэтому один способ поиска черных дыр состоит в наблюдении вещества,
которое обращается вокруг того, что представляется невидимым компактным объектом.
Наблюдается целый ряд таких систем. Пожалуй, наиболее впечатляющи гигантские
черные дыры, встречающиеся в центрах галактик и квазаров (рис. 4.14).
Рис. 4.14. Черная дыра в центре галактики. Слева: Галактика NGC4151,
снятая широкоугольной планетной камерой. В центре: Горизонтальная
линия, пересекающая изображение, порождена светом, который испущен
черной дырой в центре NGC 4151. Справа: Изображение, показывающее
скорости излучающего кислорода. Все факты говорят о том, что NGC
4151 содержит черную дыру массой в 100 млн. раз больше Солнца.
(Верхняя половина изображения смещена относительно нижней за счет
доплеровского сдвига спектральных линий: в верхней части газ
удаляется от нас, а в нижней — приближается к нам.)
Обсуждавшиеся до сих пор свойства черных дыр не создают никаких серьезных
проблем для детерминизма. Для астронавта, который падает в черную дыру и
попадает в сингулярность, время заканчивается. Однако в общей теории
относительности каждый волен отсчитывать время с разной скоростью в разных местах.
Можно поэтому ускорять часы астронавта по мере его приближения к
сингулярности, так что они по-прежнему зарегистрируют бесконечный интервал времени12.
На той же диаграмме «время — расстояние» (рис. 4.15) поверхности постоянных
значений этого нового времени все плотнее располагались бы у центра под той
точкой, где появляется сингулярность. Но они согласовывались бы с обычными
отсчетами времени в почти плоском пространстве вдали от черной дыры.
Можно использовать это время в уравнении Шрёдингера и вычислить волновую
функцию в более позднее время, зная ее исходное состояние. Так что у нас все
еще остается детерминизм. Это лучше, чем ничего, однако позднее часть
волновой функции оказывается внутри черной дыры, где ее никто не может наблюдать
снаружи. Поэтому наблюдатель, который достаточно разумен, чтобы не упасть в
черную дыру, не сможет прогнать уравнение Шрёдингера назад и вычислить
волновую функцию в более ранние времена. Для этого ему надо было бы знать часть
волновой функции, которая находится внутри черной дыры. Она содержит
информацию о том, что упало в черную дыру.
Потенциально это может быть огромный объем информации, поскольку черная ды-
По собственным часам падающий астронавт достигает сингулярности за конечное
время. Однако по отношению к внешнему миру его часы идут все медленнее и медленнее, и
соответственно астронавту кажется, что события во внешнем мире протекают все быстрее
и быстрее. В итоге за время падения он успевает увидеть в ускоренном режиме все
будущее Вселенной, даже если оно бесконечно.
pa с заданной массой и скоростью вращения может быть образована очень большим
числом сочетаний частиц; черная дыра не зависит от природы тела, коллапс
которого привел к ее образованию. Джон Уилер сформулировал это так: «Черная
дыра не имеет волос», чем укрепил французов в их подозрениях.
ПРОСТРАНСТВО
Рис. 4.15. ПВ - линии постоянного времени.
Трудности для детерминизма возникли, когда я открыл, что черные дыры не
вполне черные. Как было показано в главе 2, квантовая теория говорит, что
поля не могут быть в точности нулевыми, даже в вакууме. Если бы они оказались
нулевыми, то обладали бы точной величиной или положением, равным нулю, и
точно известным темпом изменения или скоростью, тоже равной нулю. Это было бы
нарушением принципа неопределенности, который утверждает, что нельзя
одновременно точно определить и положение, и скорость. Все поля должны испытывать
так называемые вакуумные флуктуации некоторой величины (аналогично маятнику с
нулевыми колебания из главы 2).
Флуктуации вакуума можно интерпретировать несколькими способами, которые
кажутся различными, но в действительности математически эквивалентны. С
позитивистской точки зрения мы свободны использовать тот взгляд, который наиболее
эффективен для решения конкретной задачи. В данном случае полезно
рассматривать флуктуации вакуума как появление пар виртуальных частиц, которые
возникают вместе в некоторой точке пространства-времени, разлетаются, а затем
сходятся и аннигилируют друг с другом. «Виртуальные» означает, что эти частицы
недоступны для непосредственного наблюдения, но их побочные эффекты могут
быть измерены и согласуются с теоретическими предсказаниями с поразительной
степенью точности (рис. 4.16).
В присутствии черной дыры одна из частиц пары может упасть в черную дыру, в
то время как другая свободно уйдет на бесконечность (рис. 4.17) . Издали такие
частицы будет казаться испущенными черной дырой. Спектр черной дыры будет в
точности таким, как у тела с температурой, пропорциональной гравитационному
полю на горизонте — границе черной дыры. Другими словами, температура черной
дыры зависит от ее размера.
Рис. 4.16. В пустом пространстве пары частиц появляются, ведут
недолгое существование, а затем аннигилируют друг с другом.
Рис. 4.17. Виртуальные частицы, возникающие и аннигилирующие друг с
другом вблизи горизонта событий черной дыры. Одна из пары частиц
падает в черную дыру, тогда как другой удается ускользнуть на свободу.
Снаружи горизонта событий это выглядит так, будто черная дыра
испускает те частицы, которым удалось ускользнуть.
События, <._>"срь е «иногда не сможет у опасть наблюдатель
Гори зон-событий -аблюдателя История наблюдателя Горизонт собыии Поверхность
наблюдателе писто«->нсго времени
Рис. 4.18. Решение де Ситтера для уравнений поля в общей теории
относительности дает вселенную, расширяющуюся в инфляционном
режиме. На диаграмме время идет снизу вверх, а размеры вселенной
показаны в горизонтальном направлении. Пространственные
расстояния увеличиваются столь быстро, что свет отдаленных галактик
никогда не достигнет нас. Как и в черной дыре, здесь существует
горизонт — граница области, которую мы не можем наблюдать.
У черной дыры в несколько солнечных масс температура составляет около
миллионной доли градуса над абсолютным нулем, а у более массивных — еще ниже.
Так что квантовое излучение от таких черных дыр будет с большим запасом
перекрыто 2,7-градусным излучением, оставшимся от Большого взрыва, — космическим
микроволновым фоном, обсуждавшимся в главе 2. Зарегистрировать можно было бы
только излучение гораздо менее крупных и более горячих черных дыр, однако не
похоже, чтобы вокруг нас было много таких. А жаль. Если бы нашли хоть одну, я
получил бы Нобелевскую премию. Тем не менее, у нас есть косвенное
свидетельство существования этого излучения, пришедшее из ранней Вселенной. Как
описано в главе 3, в самые ранние моменты истории наша Вселенная прошла период
инфляции, в течение которого она расширялась с постоянно растущей скоростью.
Расширение в тот период должно было быть чрезвычайно быстрым, и некоторые
объекты оказались столь далеко, что их свет никогда до нас не дойдет. Для
идущего к нам света Вселенная расширялась слишком сильно и слишком быстро.
Так что во Вселенной должен быть горизонт, подобный горизонту черной дыры,
отделяющий область, из которой свет может дойти до нас, от области, откуда он
не дойдет (рис. 4.18).
Очень похожие аргументы показывают, что от этого горизонта должно исходить
тепловое излучение, как от горизонта черной дыры. В тепловом излучении, как
мы знаем, следует ожидать характерного спектра флуктуации плотности. В данном
случае эти флуктуации будут расширяться вместе с самой Вселенной. Когда их
линейный масштаб становится больше размеров горизонта событий, они замирают,
так что мы можем наблюдать их сегодня как небольшие вариации температуры
космического микроволнового излучения, оставшиеся с эпохи ранней Вселенной.
Наблюдаемые вариации с поразительной точностью согласуются с предсказаниями
тепловых флуктуации.
И хотя наблюдения лишь косвенным образом подтверждают существование
излучения черных дыр, каждый, кто изучил проблему, согласится, что оно должно иметь
место, чтобы не возникало противоречий с другими, проверенными путем
наблюдений теориями. Это имеет важные следствия для детерминизма. Излучение черной
дыры уносит энергию, а следовательно, она теряет массу и становится меньше.
Значит, ее температура будет возрастать, а интенсивность излучения —
увеличиваться. В конце концов, черная дыра уменьшится до нулевой массы. Мы не знаем,
как рассчитать, что случится в тот момент, но, по-видимому, имеется только
одна естественная и разумная возможность, состоящая в том, что черная дыра
полностью исчезнет. Так что же случится тогда с той частью волновой функции,
которая находится в черной дыре, и с той информацией, которую она несет о
том, что упало в черную дыру? На первый взгляд эта волновая функция и
содержащаяся в ней информация должны выйти наружу после окончательного
исчезновения черной дыры. Однако информация не передается даром, в чем вы могли
убедиться, получая телефонные счета.
Для переноса информации требуется энергия, а на последних стадиях
существования черной дыры энергии очень мало. Единственный правдоподобный способ,
которым информация могла бы выбраться из черной дыры наружу — это, не дожидаясь
финальной стадии, постепенно выходить вместе с излучением. Однако в рамках
картины, где один член пары виртуальных частиц падает, а другой улетает,
нельзя ожидать, что улетевшая частица будет связана с той, что упала, или
вынесет какую-то информацию о ней. Так что единственным ответом будет, по-
видимому, утверждение, что информация, содержащаяся в части волновой функции
внутри черной дыры, пропадет (рис. 4.19) .
Такая потеря информации должна иметь принципиальное значение для
детерминизма. Для начала заметим, что, даже если знать волновую функцию после
исчезновения черной дыры, невозможно прогнать уравнение Шрёдингера назад и
вычислить , какой она была до того, как черная дыра образовалась. То, какой она
была, отчасти зависит от того фрагмента волновой функции, который пропал в
черной дыре. Мы привыкли считать, что прошлое можно знать точно. Однако, если
информация теряется в черных дырах, то это не так. Могло происходить что
угодно.
В целом, однако, люди — как астрологи, так и те, кого они консультируют, —
больше интересуются предвидением будущего, чем ретроспекцией прошлого. На
первый взгляд может показаться, что потеря части волновой функции в черной
дыре не препятствует предсказанию волновой функции вовне. Но, как мы увидим
из рассмотрения мысленного эксперимента, предложенного Эйнштейном, Борисом
Подольским и Натаном Розеном в 1930-х гг. , эта потеря, оказывается, мешает
таким предсказаниям.
Рис. 4.19. Положительная энергия, уносимая тепловым излучением
из-под горизонта, уменьшает массу черной дыры. По мере
сокращения массы температура черной дыры возрастает, а вместе с ней и
интенсивность излучения. Поэтому масса теряется все быстрее и
быстрее. Мы не знаем, что случится, если масса станет очень
маленькой, но, вероятнее всего, черная дыра полностью исчезнет.
Представьте, что радиоактивный атом распадается и испускает в
противоположных направлениях две частицы с противоположными спинами. Наблюдатель, который
видит только одну частицу, не может предсказать, будет она вращаться вправо
или влево. Но если наблюдатель определит, что она вращается вправо, то он
сможет с уверенностью предсказать, что другая частица вращается влево, и
наоборот (рис. 4.20). Эйнштейн думал, что это доказывает нелепость квантовой
механики: ведь вторая частица может к этому моменту оказаться на другом краю
галактики. Однако большинство ученых считают, что Запутался Эйнштейн, а не
квантовая теория. Мысленный эксперимент Эйнштейна—Подольского—Розена не
говорит о возможности передавать информацию быстрее света. Это было бы
противоречием. Нельзя до измерения выбрать свою частицу пары, таким образом, чтобы
после измерения оказалось, что она вращается вправо, а значит, невозможно и
заставить частицу у далекого наблюдателя вращаться влево.
Фактически этот мысленный эксперимент в точности соответствует тому, что
происходит с излучением черной дыры. Волновая функция пары виртуальных частиц
как раз такова, что оба ее члена будут обязательно иметь противоположные
спины (рис. 4.21) . Нам хотелось бы предсказать спин и волновую функцию улетающей
частицы, что можно сделать, если мы пронаблюдаем частицу, падающую в черную
дыру. Но эта частица теперь находится внутри черной дыры, где ее спин и
волновую функцию нельзя измерить. По этой причине нельзя предсказать спин и
волновую функцию улетающей частицы. Она может с той или иной вероятностью иметь
разные спины и разные волновые функции, но у нее не будет строго
определенного спина или волновой функции. Это, по всей видимости, ограничивает нашу
способность предсказывать будущее.
Рис. 4.20. В мысленном эксперименте Эйнштейна—Подольского—Розе-
на наблюдатель, измеривший спин одной частицы, будет знать
направление спина другой частицы.
Рис. 4.21. Виртуальная пара имеет волновую функцию, которая
предсказывает, что частицы будут обладать противоположными
спинами. Но если одна из частиц упадет в черную дыру, спин
оставшейся невозможно надежно предсказать.
Классическая идея Лапласа о возможности предсказать положения и скорости
частиц была модифицирована, когда появился принцип неопределенности, не
позволяющий одновременно точно определять и положения, и скорости. Однако по-
прежнему можно было определять волновую функцию и использовать для
предсказания будущего уравнение Шрёдингера. Оно дает возможность с уверенностью
предсказывать некую комбинацию положения и скорости, то есть половину того, что
позволялось согласно идее Лапласа. Мы можем надежно предсказать, что частицы
имеют противоположные спины, но если одна частица падает в черную дыру, то об
остающейся частице мы ничего не можем сказать с уверенностью. Это означает,
что никакие результаты измерений вне черной дыры не могут быть предсказаны
совершенно надежно: наша способность делать такие предсказания падает до
нуля . Так что, быть может, астрологи предсказывают будущее не хуже, чем законы
физики.
Многим физикам не нравится такое ограничение детерминизма, и они
предполагают, будто информация о том, что находится внутри, каким-то образом выходит
из черной дыры. Долгие годы это предположение питалось лишь благими надеждами
на то, что будет найден какой-то способ спасти информацию. Однако в 1996 г.
Эндрю Стромингер и Камран Вафа добились существенного прогресса. Они стали
рассматривать черную дыру как объект, составленный из набора строительных
блоков, называемых р-бранами.
Рис. 4.22. Черные дыры можно представлять себе как пересечения
р-бран в пространстве-времени с дополнительными измерениями.
Информация о внутреннем состоянии черных дыр будет сохраняться в
форме волн на р-бранах.
Напомним, что р-браны можно представлять себе как листы, движущиеся в трех
измерениях нашего пространства и одновременно в семи дополнительных
измерениях, которых мы не замечаем (рис. 4.22) . В некоторых случаях удается показать,
что число волн на р-бранах совпадает с количеством информации, которая, как
ожидается, содержится в черной дыре. Когда частицы сталкиваются с р-бранами,
в них возбуждаются новые колебания. Аналогично, если волны, движущиеся в
разных направлениях по р-бране, сходятся в некоторой точке, они могут породить
столь большой пик, что кусочек р-браны отделится и улетит в виде частицы.
Таким образом, р-браны могут поглощать и испускать частицы, подобно черным
дырам (рис. 4.23).
Идею с р-бранами можно считать эффективной теорией. Хотя и не требуется
верить в то, что маленькие листочки действительно летают вдоль и поперек
плоского пространства-времени, черные дыры могут вести себя так, будто они со-
ставлены из таких листков. Здесь уместна аналогия с водой: то обстоятельство,
что она состоит из миллиардов и миллиардов сложно взаимодействующих между
собой молекул Н20, нисколько не мешает представлению о непрерывной жидкости
оставаться для нее очень эффективной моделью. Математическая модель черных дыр,
сложенных из р-бран, по результатам похожа на описанную выше модель с парами
виртуальных частиц.
Поэтому с позитивистской точки зрения это одинаково хорошие модели, по
крайней мере, для некоторых классов черных дыр. Для этих классов модель р-
бран предсказывает в точности такую же интенсивность излучения, как и модель
виртуальных пар. Но есть одно важное отличие: в модели р-бран информация о
том, что падает в черную дыру будет сохраняться в волновой функции колебаний
самих р-бран. Эти р-браны рассматриваются как поверхности в плоском
пространстве-времени, и по этой причине на них время течет равномерно, траектории
лучей света не изгибаются, и информация, заключенная в волнах, не будет
потеряна. Наоборот, информация, в конце концов, покинет черную дыру в форме
излучения р-бран. Поэтому, следуя модели р-бран, мы можем использовать уравнение
Шрёдингера для расчета того, какой станет волновая функция в будущем. Ничто
не пропадет, и время будет идти вперед гладко. Полный детерминизм в квантовом
смысле сохраняется.
Рис. 4.23. Слева: Частица, падающая в черную дыру, может
рассматриваться как замкнутая в петлю струна, ударяющаяся в р-брану. В
центре: Это возбуждает волны на р-бране. Справа: Волны могут, наложив-
шись друг на друга, заставить часть р-браны оторваться в форме
замкнутой струны. Это будет частица, испущенная черной дырой.
Так какая же из этих картин верна? Теряется ли часть волновой функции в
глубинах черных дыр или вся информация выходит наружу, как предполагает
модель р-бран? Это один из самых глубоких вопросов современной теоретической
физики. По мнению многих, недавние работы показали, что информация не
теряется. Мир безопасен и предсказуем, и ничего неожиданного не случится. Но это не
очевидно. Если всерьез относиться к общей теории относительности Эйнштейна,
то приходится допустить возможность, что пространство стягивается в узел, а
информация теряется в его складках. Когда звездолет «Энтерпрайз» проходит
через кротовую нору, случается что-то неожиданное. Я это знаю, поскольку был на
борту и играл в покер с Ньютоном, Эйнштейном и лейтенантом Дэйтой13. Все это
Дэйта — член экипажа «Энтерпрайза», андроид.
было большой неожиданностью — взгляните, что стало с моими коленями.
Кадр из фильма "Звездный путь: Новое поколение"
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Литпортал
ПАСЫНКИ ВСЕЛЕННОЙ
Роберт Хайнлайн
Экспедиция к Проксиме Центавра, организованная Фондом Джордана в
2119 году, была первой в истории попыткой достичь ближайших звезд
нашей Галактики. О судьбе, постигшей экспедицию, можно только
догадываться...
Фрэнк Бак. Романтики современной астрографии, изд-во «Люкс Лимитед»
ЧАСТЬ I. ВСЕЛЕННАЯ
- Осторожно, мьют!
Кусок железа врезался в переборку прямо над головой Хью с такой силой, что,
не промахнись пращник, пробил бы ее наверняка. Хью Хойланд резко пригнулся,
оттолкнулся ногами от пола и, пролетев несколько метров по коридору, выхватил
нож.
Перевернувшись в воздухе у поворота, он встал на ноги. За поворотом коридор
был пуст. Оба товарища догнали его.
- Ушел? - спросил Алан Махони.
- Ушел, - ответил Хойланд. - Я видел, как он нырнул в люк. Кажется, у него
было четыре ноги.
- Четыре или две, нам все равно теперь не поймать мьюта, - сказал Морт Тай-
лер.
- Вот еще, ловить его! - воскликнул Махони. - На кой Хафф он нам сдался!
- А я был бы не прочь поймать его, чтобы потолковать кое о чем, - ответил
Хойланд. - Клянусь Джорданом, возьми он на два дюйма ниже, быть бы мне в
Конвертере .
- Перестаньте через каждые два слова богохульничать, укоризненно сказал
Тайлер. - Слышал бы вас Капитан! - И он благоговейно приложил ладонь ко лбу,
как и подобает при упоминании Капитана.
- Джордана ради, - резко ответил Хойланд, - не умничай, Морт. Тебя еще не
произвели в ученые, а я вряд ли менее благочестив, чем ты, но не вижу греха в
том, чтобы иногда дать выход чувствам. Даже ученые так выражаются в сердцах,
я сам слышал.
Тайлер открыл было рот, но промолчал.
- Слушай, Хью, - Махони дернул Хойланда За руку. - Давай уйдем отсюда. Мы
так высоко никогда еще не забирались. Я хочу вернуться туда, где нормальная
тяжесть.
Хойланд, сжимая рукоять ножа, жадно смотрел на люк, в котором скрылся
противник .
- Ладно, малыш, - согласился он. - Впереди дорога долгая, пора
возвращаться .
Он повернулся и пошел к люку, через который они выбрались на этот ярус.
Вверх приходилось подниматься по крутым лестницам, но сейчас Хью просто
оттолкнулся от крышки люка и начал плавно спускаться на палубу пятнадцатью
футами ниже.
Тайлер и Махони последовали за ним. Так они продвигались вниз - через
десятки люков и зловещих, слабо освещенных палуб. С каждым разом прыжок чуть-
чуть ускорялся, и приземлялись они чуть-чуть тяжелее. В конце концов Махони
не выдержал:
- Хью, хватит прыгать. Я ногу зашиб. Давай пойдем лестницами.
- Ладно, но так будет дольше. Кстати, далеко нам еще?
- Отсюда до фермы палуб семьдесят, - ответил Тайлер.
- А ты почем знаешь? - подозрительно спросил Махони.
- Знаю, потому что считал, балда ты этакая. - Ну да!
Считать умеют только ученые. Ты думаешь, если тебя учат читать и писать,
так ты уже все знаешь?
Хойланд вмешался, прежде чем спор перерос в ссору:
- Заткнись, Алан. Может, он действительно умеет считать. Морт на такие дела
мастак. Да и, судя по тяжести, он прав.
- А лезвия в моем ноже он посчитать не хочет? - не унимался Алан.
- Заткнись, тебе говорят. Ты что. Закона не знаешь? За пределами деревни
дуэли запрещены.
Они продолжали свой путь в тишине, легко бежали по лестницам, пока
возросшая сила тяжести не заставила перейти на шаг. Вскоре показался ярко
освещенный ярус, где расстояние между палубами было раза в два больше, чем наверху.
Воздух здесь был влажный и теплый.
- Наконец-то... - сказал Хью. - Однако я не вижу нашей фермы. Мы, наверное,
вышли с другой стороны.
- А вон и какой-то фермер, - сказал Тайлер. Сунув мизинцы в рот, он свист-
нул, а потом крикнул: - Эй, приятель? Куда это мы попали?
Крестьянин не спеша оглядел всех троих, потом объяснил, как найти Главную
дорогу, ведущую к их деревне. Они прошли с полторы мили энергичным шагом по
широкому, довольно оживленному тоннелю. Навстречу им попадались по большей
части крестьяне, толкавшие перед собой груженые тележки. Потом они увидели,
как в носилках, которые держали четверо здоровенных слуг, с достоинством
покачивался ученый. Его оруженосец шествовал впереди, разгоняя с дороги
простолюдинов... А вскоре вся тройка пришла в общинную своей деревни - просторное
помещение в три палубы высотой. Здесь они разошлись. Хью направился в казармы
кадетов - молодых холостяков, живущих отдельно от родителей.
Он умылся, потом отправился к дяде, Эдуарду Хойланду, у которого работал за
еду. Когда Хью вошел, тетя взглянула на него, но ничего не сказала: женщине
подобало хранить молчание.
- Привет, Хью, - сказал дядя. - Опять бродил по окрестностям?
- Доброй еды, дядя... Конечно, бродил...
Эдуард Хойланд, солидный здравомыслящий человек, снисходительно усмехнулся:
- Где были, что видел?
Тетя бесшумно выскользнула за дверь и вернулась с ужином для Хью, поставила
перед ним тарелку, но ему даже и в голову не пришло поблагодарить за заботу.
Он проглотил кусок прежде, чем ответить.
- Был наверху. Добрались почти до невесомости. А потом мьют чуть не разнес
мне череп. Дядя хмыкнул:
- Свернешь себе шею в этих трущобах, парень. Ты бы лучше занимался
хозяйством и ждал дня, когда я умру и оставлю его тебе.
На лице Хью появилось упрямое выражение.
- А вам разве не любопытно, дядя?
- Мне? Ну, когда я был молодым, тоже много шатался. Прошел всю Главную
дорогу, потом вернулся обратно в деревню...
И в Темном Секторе бывал, меня там мьюты разве что За пятки не хватали.
Видишь шрам?
Хью видел этот шрам не в первый раз, а дядин рассказ уже наскучил ему до
тошноты. Подумаешь, прошел однажды Главную дорогу! Сам-то Хью хотел побывать
везде, все увидеть и все узнать. Взять хотя бы верхние ярусы. Если человеку
не дано так высоко забираться, то с чего Джордану было их создавать?
Но мысли эти он держал при себе и продолжал есть. Эдуард Хойланд сменил
тему :
- Мне надо повидать Свидетеля. Джон Блэк заявил, что я ему должен трех
свиней. Хочешь пойти со мной?
- Да нет, пожалуй. Хотя да, пойду.
- Поспешай тогда.
По дороге они зашли в казарму, и Хью отпросился идти с дядей по делу.
Свидетель жил в маленьком вонючем помещении на краю общинной, где был
легкодоступен всем, нуждающимся в его услугах. Он сидел на пороге, ковыряя
ногтем в зубах. Его ученик, прыщавый близорукий подросток сидел на корточках за
его спиной.
- Доброй еды, - сказал дядя.
- И тебе доброй еды, Эдуард Хойланд. Ты пришел по делу или просто составить
старику компанию?
- И то и другое, - дипломатично ответил дядя, а затем изложил суть своего
визита.
- Так в чем проблема? - сказал свидетель. - В контракте ведь ясно сказано:
Джон Блэк дал Эдуарду овес,
Чтоб Эд свиней ему принес.
Как поросята подрастут,
Из них двух Джону отдадут.
Подросли поросята, Эдуард Хойланд? - Подросли, - ответил дядя. - Но Блэк
требует трех, а не двух.
- Порекомендуй ему холодную примочку на голову. Свидетель свое слово
сказал, - и старик жиденько рассмеялся.
Они немного посплетничали. Эдуард Хойланд как мог удовлетворял ненасытную
жажду старика ко всякого рода подробностям. Хью хранил благопристойное
молчание во время беседы старших. Но когда дядя, наконец, поднялся, он сказал:
- Я задержусь ненадолго.
- Как хочешь. Доброй еды. Свидетель.
- Доброй еды, Эдуард Хойланд.
Когда дядя отошел достаточно далеко, Хью сказал:
- Я принес вам подарок. Свидетель.
- Покажи.
Хью вынул кисет с табаком, который захватил, когда заходил в казарму.
Свидетель принял его, не сказав ни слова, и бросил ученику, чтобы тот спрятал.
- Заходи, - сказал Свидетель и повернулся к ученику: - А ты принеси-ка
кадету стул.
Хью начал рассказ, и старик тщательно выпытывал все касающееся его
последних вылазок, ругая при этом Хью за неумение запомнить события до мельчайших
подробностей.
- Ничего вы, молодые, не умеете. Даже этот паршивец, Свидетель ткнул
пальцем в ученика. - Даже он ничего не умеет, хоть и способней тебя раз в десять.
Поверишь ли, и тысячи строк в день запомнить не может, а ведь должен занять
мое место, когда умру. Да когда я был учеником, мне тысячи строк едва
хватало, чтобы заговорить себя и поскорее уснуть. Свистки вы все без горошины.
Хью не возражал, он ждал, пока старик выговорится.
- Ты хотел что-то спросить у меня, паренек?
- Вообще-то да. Свидетель.
- Ну, так выкладывай. Язык, что ли, проглотил?
- Вы когда-нибудь поднимались в невесомость?
- Кто, я? Конечно нет. Я же учился на Свидетеля. Мне нужно было запомнить
все, что написали Свидетели до меня, а на мальчишеские забавы у меня времени
не было.
- Я думал, может, вы мне скажете, что там есть.
- А, ну это совсем другое дело. Нет, сам я туда никогда не забирался, но
слышал рассказы многих людей, которые там побывали. Очень многих, тебе
столько людей не увидеть и за всю жизнь. Я ведь старый. Я помню отца твоего отца и
его отца тоже.
Что же именно ты хочешь знать?
- Что именно? - Как задать вопрос? Как выразить словами смутную боль в
груди? И все-таки: - Какое в этом во всем предназначение. Свидетель? Зачем все
эти ярусы над нами?
- Что? Джордан с тобой, сынок, я же Свидетель, а не ученый.
- Я думал, что вы, может быть, знаете... Извините...
- Но я действительно Знаю. Строки из Книги Начала - вот что тебе нужно...
- Их я уже не раз слышал.
- Так послушай еще раз. Ответы на все вопросы есть в этих строках, если
только у человека хватает мудрости увидеть их.
Внемли мне. Хотя нет, дадим возможность моему ученику показать себя. Эй ты!
Прочти нам из «Начала», да с выражением. Ученик облизал губы и начал:
Вначале был Джордан в раздумье глубоком,
Вначале был Джордан во тьме одинокой,
Из тьмы и безлюдства родилось желание,
Желанье затем перешло в ожиданье.
Из ожиданья родился План -
Джордан решил, и час настал:
Из тьмы и мрака Он Корабль создал!
Миля за милей уютных жилищ
И для плодов золотых хранилищ.
Палубы, люки, свет и воздух -
Все для людей, еще не созданных.
Вот человека сотворил Он
И учредил для него Закон:
Создателя должен чтить человек,
Плану великому посвятить свой век.
Каждому Законом отведено место,
Каждому строго определен удел.
Человеку не дано знать цели,
Главное - чтобы он Создателю
Повиноваться умел.
Одним - говорить, другим - слушать.
Среди людей Воцарился порядок.
Он создал Экипаж для черной работы
И ученых для соблюдения Плана.
Помазанник Джордана - Капитан -
Человеческим родом стал править сам.
Непорочен лишь Джордан, а люди грешны.
Зависть, жадность и гордость загрязнили умы.
Первым Хафф согрешил, будь он проклят навек!
От него эту скверну вкусил человек.
Разразился мятеж, и погиб Капитан.
Кровью мучеников...
Мальчик запнулся, и старик наотмашь ударил его по лицу.
- Начинай снова!
- С самого начала?
- Нет, с той строки, с которой сбился. Мальчик продолжал монотонно
декламировать строфу за строфой, пространно рассказывая древнюю историю греха,
мятежа и смутного времени.
Как мудрость, в конце концов, взяла верх, и как тела вождей мятежа скормили
Конвертеру. Как некоторым мятежникам удалось избежать Полета и положить
начало племени мьютов. Как после молитв и жертвоприношений был избран новый
Капитан .
Хью беспокойно Заерзал, шаркая ногами по полу. Без сомнения, в Священных
Строках были ответы на все его вопросы, на то они и священные, но у него,
видно, ума не хватало найти их. Но почему? В чем же вообще смысл жизни?
Неужели жить значит, всего лишь есть, спать и, в конце концов, отправиться в
дальний Полет? Разве Джордан не желал, чтобы его поняли? Откуда же тогда боль
в груди? Этот голод, который нельзя утолить даже доброй едой?
Утром к дверям дядиного жилища подошел посыльный.
- Ученый хочет видеть Хью Хойланда, - Отчеканил он.
Хью понял, что его вызывает Лейтенант Нельсон - ученый, отвечающий за
духовное и физическое состояние сектора Корабля, в котором располагалась родная
деревня Хью. Он быстро собрался и заторопился вслед за посыльным.
- Кадет Хойланд прибыл, - доложил он.
Ученый оторвался от завтрака и сказал:
- А, да. Входи, мой мальчик. Садись. Ты ел?
Хью утвердительно кивнул головой, не отрывая глаз от диковинных фруктов,
лежащих на тарелке. Нельсон проследил его взгляд.
- Попробуй эти финики. Новая мутация. Я приказал доставить их с дальней
стороны. Ешь, пожалуйста. В твоем возрасте всегда можно съесть еще немножко.
Хью с гордостью принял приглашение. Делить трапезу с Ученым ему еще не
приходилось . Лейтенант откинулся в кресле, вытер пальцы о рубашку, оправил
бороду и приступил к делу:
- Последнее время я совсем, не видел тебя, сын мой.
Расскажи мне, чем ты занимаешься.
Не успел Хью ответить, как Ученый заговорил снова:
- Хочешь, я сам тебе скажу? Ты изучаешь верхние ярусы, мало беспокоясь о
том, что это запретная зона. Так или нет?
Хью пытался что-то промямлить, но ученый снова перебил:
- Ну, ничего, ничего. Я вовсе не сержусь. Но просто все это заставило меня
подумать, что тебе пора выбрать свое место в жизни. Есть ли у тебя какие-либо
планы на будущее?
- Сказать по правде, определенных планов нет, сэр.
- А что у тебя с этой девушкой, Идрис Бакстер?
Собираешься жениться?
- Не знаю, сэр. Я бы не прочь, да и отец ее тоже, насколько мне известно.
Вот только...
- Что «только»?
- Он хочет, чтобы я пошел к нему на ферму в ученики.
Предложение, конечно, неплохое. Его ферма да дядин надел - это хорошее
хозяйство .
- Но ты не уверен, что тебе именно этим хочется заниматься...
- Сказать по правде, не знаю.
- Правильно. Ты не для этого создан. У меня относительно тебя другие планы.
Скажи, ты никогда не задумывался, почему я тебя научил читать и писать? Ага,
задумывался? Но держал свои мысли при себе? Вот и молодец. А теперь слушай
меня внимательно. Я наблюдал за тобой со дня твоего рождения.
Воображение твое развито намного лучше, чем у других простолюдинов. В тебе
больше, чем в них, любопытства, больше энергии. Ты прирожденный лидер и уже
ребенком выделялся среди других детей. Когда ты родился, твоя слишком большая
голова сразу вызвала пересуды. Некоторые даже предлагали закончить дело
Конвертером. Но я не согласился. Мне было очень интересно, что из тебя
получится. Жизнь крестьянина не для тебя. Твой удел быть ученым.
Лейтенант смолк и внимательно посмотрел на растерянного, потерявшего дар
речи Хью. Потом заговорил снова:
- Именно так дела и обстоят. Человека твоего склада следует сделать либо
одним из правителей, либо отправить в Конвертер.
- Если я правильно вас понял, сэр, то у меня и выбора нет?
- Откровенно - да. Оставлять мыслящих людей в рядах Экипажа - значит сеять
ересь. Это недопустимо. Однажды так случилось, и род человеческий чуть было
не погиб. Ты выделился из общей массы своими дарованиями. Теперь твое
мышление следует направить на путь истинный, открыть секреты чудес, дабы ты стал
охранителем устоев, а не источником смуты и беспокойства.
Вошел посыльный, нагруженный узлами, и сложил их в углу.
- Да это же мои пожитки! - воскликнул Хью.
- Совершенно верно, - подтвердил Нельсон. - Я за ними послал. Теперь ты бу-
дешь жить здесь, заниматься под моим наблюдением, если, конечно, у тебя на
уме нет чего-либо другого.
- О нет, сэр, что вы! Должен сознаться, я просто немного растерян. Скажите,
я теперь... Ну, то есть вы против моей женитьбы?
- А, вот ты о чем.. - безразлично ответил Нельсон. - Если хочешь, просто
возьми девку себе. Отец теперь возражать не посмеет. Но позволь предупредить,
тебе будет не до нее.
Хью пожирал одну за другой древние книги, которые давал ему наставник,
забыл даже о Идрис Бакстер и своих дальних экспедициях. Часто ему казалось, что
он напал на след какой-то тайны, но каждый раз оказывался в тупике и
чувствовал себя еще больше запутавшимся, чем раньше. Постичь премудрости науки и
тайны ученых было более трудным делом, чем он предполагал.
Однажды, когда он ломал голову в размышлениях о непостижимо странных и
непонятных характерах предков и пытался разобраться в их запутанной риторике и
непривычной терминологии, в его комнатушку вошел Нельсон и отцовским жестом
положил руку на плечо.
- Как идет учеба, мальчик?
- Да, пожалуй, нормально, сэр, - ответил Хью, отложив книгу в сторону. - Но
кое-что я не совсем понимаю. А сказать по правде, не понимаю совсем.
- Чего и следует ожидать, - невозмутимо ответил Нельсон. - Я умышленно
оставил тебя наедине с мудростью, чтобы ты увидел ловушки, расставленные для
природного ума, не вооруженного знанием. Многое из того, что ты прочел, не
понять без разъяснений и толкований. Чем ты сейчас занят? - Он взял книгу и
посмотрел на обложку:
- «Основы современной физики».
Это одно из самых ценных древних писаний, но непосвященному не разобраться
в нем без помощи. Прежде всего, ты должен понять, мой мальчик, что наши
предки при всем их духовном совершенстве придерживались иных взглядов на мир, чем
мы. В отличие от нас, рационалистов до мозга костей, они были неисправимыми
романтиками, и те незыблемые истины, которые оставлены нам в наследство,
часто излагались у них аллегорическим языком.
Возьми, например. Закон Всемирного Тяготения. Дошел ты уже до него?
- Да, я читал о Нем. - Понял ли ты его? Мне кажется, что нет.
- Я не увидел в нем никакого смысла, - робко сказал Хью. - Прошу прощения,
сэр, но все это показалось мне какой-то белибердой.
- Вот блестящий пример того, о чем я тебе говорил. Ты воспринял этот Закон
буквально, «Два тела притягивают друг друга пропорционально квадрату
расстояния между ними». Казалось бы, эта формула звучит как правило, констатирующее
элементарное состояние физических тел. Но нет! Ничего подобного! Перед нами
не что иное, как древнее поэтическое изложение закона близости, лежащего в
основе чувства любви. Тела, о которых идет речь, - это человеческие тела.
Масса - это их способность к любви. У молодых потенциал любви намного выше,
чем у стариков; если их свести вместе, они влюбятся друг в друга, но, если
разлучить, чувство любви быстро проходит. Все очень просто. А ты пытался
найти какой-то скрытый глубокий смысл там, где его нет.
Хью усмехнулся:
- Такая трактовка мне и в голову не приходила...
- Если тебе что-либо неясно, спрашивай.
- У меня много вопросов, так сразу я даже с ними и не соберусь. Но вот что
я хотел бы знать, отец мой. Можно ли считать мьютов людьми?
- Так... Вижу, ты наслушался праздной болтовни... И да и нет. Верно то, что
мьюты когда-то произошли от людей, но они ведь давно уже не относятся к
Экипажу, ведь они согрешили и нарушили Закон Джордана. О, это очень сложный во-
прос, - продолжал учитель, увлекшись. - Здесь можно спорить и спорить.
Дискутируется даже этимология слова «мьют». Некоторые ученые считают, что было бы
более правильным называть эти существа «мяты», поскольку и это, безусловно,
верно - начало их роду было положено избежавшими Конвертера мятежниками. Но
верно также и то, что в их жилах течет кровь многочисленных мутантов,
расплодившихся в Темные века. Отсюда и «мьют» «мутант». В те давнишние времена, как
ты сам понимаешь, не существовало еще нашего мудрого обычая - осматривать
каждого новорожденного и отправлять в Конвертер тех, кто отмечен печатью греха,
а значит, родился мутантом. Хью обдумывал услышанное, потом спросил: - А
почему же среди нас, людей, все еще появляются мутанты?
- Это как раз легко понять. Семя греха все еще живет в нас и временами
воплощается в людей. Уничтожая этих паршивых овец, мы оберегаем стадо, и тем
самым приближаемся к осуществлению великого Плана Джордана - завершению
Полета в нашем доме небесном. Далеком Центавре.
Хойланд напряженно свел брови:
- Это мне тоже не совсем ясно. Многие из древних писаний говорят о Полете
как о действительном процессе движения куда-то. Как если бы сам Корабль был
бы какой-то тележкой, которая может двигаться из одной деревни в другую. Как
это понять? Нельсон хмыкнул:
- Как понять? Вот уж действительно вопрос. Как может двигаться то, внутри
чего движется все остальное? Ответ ясен.
Ты опять спутал древнюю аллегорию с реальностью. Само собой разумеется, что
Корабль неподвижен. Корабль - это Вселенная.
Но, конечно, она движется в духовном смысле слова. С каждым нашим праведным
поступком мы продвигаемся все ближе и ближе к божественному предначертанию
Плана Джордана.
- Я, кажется, понимаю, - кивнул Хью.
- Видишь ли, Джордан мог создать Вселенную и не в виде Корабля. Он мог
придать ей любую форму. На заре человечества, когда наши предки были более
поэтичными, чем мы, святые соперничали друг с другом, строя гипотезы о
возможных мирах, которые мог бы создать Джордан, будь на то его воля.
Существовала даже школа, разработавшая целую мифологию о перевернутом вверх
дном мире, состоящем из бесчисленного множества пустых пространств, в которых
только кое-где мерцали огоньки и жили бестелые мифологические чудовища. Они
называли этот вымышленный мир «небом», или «небесным миром», видимо, по
контрасту с реальной действительностью Корабля. Я думаю, что все это делалось к
вящей слав Джордана. И кому дано судить, по нраву Ему были эти мечты или нет?
Но в наш просвещенный век на нас возложена более серьезная работа, чем на
наших предков. Астрономия Хью не интересовала. Даже его нетренированному уму
было ясно, насколько она нереальна и не от мира сего. Он же был занят
вопросами более практическими.
- Если мьюты - плод греха, то почему же мы не предпримем попыток уничтожить
их? Разве такое деяние не ускорит выполнение Плана?
После короткой паузы ученый ответил:
- Ты задал прямой вопрос и заслуживаешь прямого ответа.
Подумай сам: ведь в Корабле достаточно места только для определенного числа
членов Экипажа. Если мы начнем размножаться безо всяких ограничений, то
наступит время, когда доброй еды на всех не хватит. Так не будет ли лучше, если
некоторые погибнут в стычках с мьютами, чем допустить ситуацию, при которой
нас станет так много, что мы будем вынуждены убивать друг друга из-за еды?
Видишь, в Плане Джордана даже мьютам отведено место.
Аргументация казалась убедительной, но все же не до конца.
Во всяком случае для Хью.
Но когда его как младшего ученого допустили к практической деятельности по
управлению жизнью Корабля, он обнаружил, что существуют и другие теории.
Согласно установленному обычаю он некоторое время обслуживал Конвертер. Работа
была необременительная. В основном приходилось принимать отходы, доставляемые
носильщиками изо всех деревень, да вести учет поступлениям. Но, работая там,
он познакомился с Биллом Эртцем, Заместителем Главного Инженера, который был
совсем ненамного его старше.
Хью обсуждал с ним теории, усвоенные из бесед с Нельсоном, но реакция Эртца
просто потрясла его.
- Заруби себе на носу, малыш, - сказал ему Эртц, - что наша работа - это
практическое дело для практически мыслящих людей. Забудь всю ту романтическую
чепуховину. План Джордана, тоже мне! Все эти россказни только и годятся для
того, чтобы держать крестьян в повиновении, но ты-то на это не клюй.
Никакого Плана и в помине нет, кроме, конечно, наших собственных планов.
Кораблю нужны свет, тепло и энергия, которыми ведаем мы, ученые. Экипажу без
них не прожить, что касается этой мягкотелой терпимости по отношению к мью-
там, то, помяни мое слово, скоро кое-что изменится. Держи язык за зубами, а
сам будь поближе к нам.
Из этого разговора Хью понял, что ему следует примкнуть к группировке
молодых ученых. Молодые создали свою собственную крепко спаянную организацию,
состоящую из практически мыслящих, работающих людей, которые были намерены
улучшить условия жизни во всем Корабле. Они были крепко спаяны потому, что
каждый молодой кандидат в ученые, не оказавшийся способным воспринимать их
взгляды, либо вскоре оказывался снова среди крестьян, либо, что случалось еще
чаще, был обвинен в серьезном служебном проступке и оказывался в Конвертере.
И Хойланд начал понимать, что молодые ученые были правы.
Они были реалисты. Корабль есть Корабль. Факт, не требующий толкования. А
что касается Джордана, то кто Его видел? Кто с Ним хоть раз беседовал? И в
чем это заключается Его малопонятный План? Смысл жизни в том, чтобы жить.
Человек рождается, живет и уходит в Конвертер... Все очень просто, безо всяких
мистерий, божественных Полетов и Центавров. Все эти мифы и сказки не что
иное, как пережитки детства рода человеческого, тех времен, когда человек еще
не умел разобраться в реальности бытия и не обладал достаточной смелостью,
чтобы смотреть правде в глаза и объективно ее воспринимать.
Хью перестал забивать себе голову астрономией, мистической физикой и прочее
мифологией, которую ранее привык почитать.
Священные строки из Книги Начала и все эти старые сказки о Земле - это еще
что за хаффовщина, «Земля» какая-то? - теперь только забавляли его. Он знал,
что верить в них могут лишь дети да тупицы.
Да и работы у него теперь было по горло. Молодые вынашивали свои проекты,
среди которых первое место занимало планомерное истребление мутантов. Они и
сами толком не представляли себе, чем займутся после этого, но рассчитывали
полностью использовать все ресурсы Корабля, включая и верхние ярусы.
Молодежи удавалось проводить свои планы в жизнь, не вступая в открытое
противоборство со старшими, потому что старшее поколение ученых мало
интересовалось вопросами повседневной жизни Корабля. Нынешний Капитан разжирел так, что
редко покидал свою резиденцию, а всеми делами от имени Капитана вершил его
Старпом, член группы молодых. Главного Инженера Хью За все это время видел
всего один раз, да и то на религиозной церемонии сдачи вахты у Конвертера.
Проект истребления мьютов требовал систематических рекогносцировок верхних
ярусов. В одной из таких вылазок Хью и попал в засаду.
Этот мьют стрелял из пращи лучше, чем первый. Спутники Хойланда сочли его
мертвым и оставили на поле боя, отступив под давлением превосходящих сил про-
тивника.
Джо-Джим Грегори играл сам с собой в шашки. Раньше он играл сам с собой в
карты, но Джо - правая голова, заподозрил, что Джим - левая голова -
передергивает . Они поссорились, но потом помирились, поскольку давно уже поняли, что
двум головам на одной паре плеч просто необходимо уметь находить компромиссы.
Шашки были куда как лучше. Обе головы видели доску, и почвы для конфликта
не возникало.
Игру прервал громкий стук в дверь. Джо-Джим обнажил метательный нож и
согнул руку для броска.
- Входи! - рявкнул Джим.
Дверь открылась, и стучавший вошел спиной - все Знали, что к Джо-Джиму
входить можно было только так, чтобы сразу не угостили ножом.
Вошедший был приземист - не выше четырех футов - и коренаст. В нем
чувствовалась гигантская физическая сила. На широких его плечах лежало обмякшее
человеческое тело. Джо-Джим убрал нож.
- Положи его на пол, Бобо, - приказал Джим.
- И закрой за собой дверь, - добавил Джо.
- Съедим, а? - На полуоткрытых губах Бобо выступила слюна.
- Может быть, и съедим, - неуверенно ответил Джим. - Это ты его подбил?
Бобо кивнул маленькой головой.
- Хорошо, Бобо, - одобрительно сказал Джо. - Куда попал?
- Бобо попал ему сюда, - карлик ткнул толстым пальцем чуть ниже грудной
клетки пленника.
- Метко, - одобрил Джим. - Мы, пожалуй, и ножом бы лучше не попали.
- Бобо меткий, - охотно согласился карлик. - Показать? И он достал пращу.
- Уймись, - беззлобно сказал Джо. - Нам показывать не надо. А вот его
хорошо бы заставить говорить.
- Бобо сделает, - согласился коротышка и по простоте душевной попытался
ткнуть лежащего без сознания человека ножом под ребра.
Джо-Джим отогнал его пинком и сам занялся телом, применяя методы хотя и
болезненные , но значительно менее радикальные, чем методы Бобо. Юноша открыл
глаза.
- Съедим, а? - стоял на своем Бобо.
- Нет, - ответил Джо.
- Ты когда ел в последний раз? - осведомился Джим.
Бобо потер живот и печально затряс головой, всем своим видом показывая, что
это было, увы, давно. Джо-Джим открыл шкаф и вынул оттуда кусок мяса, Джим
понюхал его, Джо брезгливо отвернулся. Джо-Джим бросил кусок Бобо, который,
радостно подпрыгнув, поймал его на лету.
- А теперь убирайся, - приказал Джим.
Бобо засеменил к выходу и закрыл за собой дверь.
Джо-Джим повернулся к пленнику и пнул его ногой.
- Говори, - сказал Джим, - кто ты, Хафф тебя дери?
Юноша вздрогнул, медленно провел рукой по голове, потом, увидев вдруг Джо-
Джима, попытался рывком вскочить, но непривычно малая сила тяжести нарушала
координацию движений.
Поднявшись, однако, на ноги, он потянулся к ножнам. Ножа на поясе не было.
Зато Джо-Джим обнажил свой.
- Веди себя хорошо, и тебя не обидят. Твое имя? - спросил Джо.
Юноша облизал запекшиеся губы и обвел глазами комнату.
- А что с ним возиться? - сказал Джим. - На мясо только и годится. Давай
лучше позовем Бобо.
- С этим всегда успеется, - ответил Джо. - Я хочу с ним потолковать. Как
тебя зовут? Пленник снова посмотрел на нож и пробормотал:
- Хью Хойланд.
- Это нам ничего не говорит, - заметил Джим, - Чем ты занимаешься? Из какой
ты деревни? И что делал в стране мьютов?
На эти вопросы Хойланд не отвечал, даже когда его кольнули ножом под ребро.
- Хафф с ним, - буркнул Джо. - Он, видно, всего лишь глупый крестьянин.
Плюнь на него.
- Так что, прикончим?
- Не сейчас. Пока просто запрем.
Джо-Джим открыл дверь маленькой каморки, впихнул в нее Хью и, заперев,
вернулся к игре.
Хью растянулся на полу и погрузился в невеселые и бесплодные раздумья,
благо времени у него оказалось более чем достаточно. Сколько он пробыл взаперти,
Хью уже не мог понять.
Он много раз засыпал и просыпался, терзаемый голодом и жаждой.
Когда Джо-Джим снова почувствовал интерес к пленнику и открыл дверь, Хью
валялся в углу в полуобмороке. Джо-Джим выволок его наружу.
Встряска немного оживила Хью. Он сел и огляделся по сторонам.
- Будешь говорить? - поинтересовался Джим. Хойланд открыл рот, но не мог
вымолвить ни звука.
- Он так обезвожен, что у него язык к гортани прилип, - сказал Джо своему
близнецу. Потом он повернулся к Хью: - Если мы тебе дадим воды, будешь
говорить?
Хойланд обалдело посмотрел на него и изо всех оставшихся сил закивал
головой .
Джо-Джим протянул ему кружку с водой. Хью жадно припал к ней.
- Хватит с тебя, - вырвал наконец кружку из его рук Джо-Джим. - Говори!
Хью начал и выложил все до мельчайших подробностей.
Он ожидал, что его образование и ранг ученого произведут впечатление на
Джо-Джима. Но ожидания эти не оправдались.
Близнецы были прирожденными скептиками и спорщиками. Особенно Джим. Они
быстро выкачали из Хью все, что могли и махнули на него рукой. Хойланд
чувствовал себя уязвленным. Разве он не ученый, в конце концов? Разве он не умеет
читать и писать?
- Заткнись, ты! - сказал ему Джим. - Чтение - дело плевое. Я умел читать,
когда твой отец еще не родился. Думаешь, ты у нас первый ученый пленник? Вот
еще невидаль - ученые!
Шайка невежд!
Пытаясь завоевать уважение к своему интеллектуальному «эго», Хью начал
излагать теории молодых ученых, отметающие все религиозный интерпретации, и
воспринимающие Корабль как он есть.
Он ожидал, что Джо-Джиму такой подход будет по душе, но близнецы лишь еще
больше стали издеваться над ним. - Вот уж действительно, - фыркнул Джим,
закашлявшись от смеха, - вы, молодые идиоты, еще хуже старых.
- Но ты же сам говорил, - обиженно ответил Хью, - что все наши религиозные
догмы просто чепуха. Мои друзья именно из этого и исходят. Они хотят положить
конец всей этой устаревшей ерунде. Джо начал было отвечать, но Джим перебил
его:
- Что ты с ним возишься, Джо? Он же безнадежен. - Нет, он вовсе не
безнадежен . Мне нравится с ним спорить. Впервые нам попался человек хоть с какими-то
проблесками ума. Просто интересно посмотреть, голова у него на плечах или
держалка для ушей.
- Ладно, спорь с ним, - согласился Джим. - Может, он и поймет, что к чему.
Но только, пожалуйста, потише. Я пока сосну.
Левая голова закрыла глаза и захрапела. Джо и Хью продолжали вполголоса
беседовать .
- Все вы дурни, и старые и молодые, - говорил Джо, - но каждый на свой лад.
То, что молодые не могут понять, они просто отрицают. Не существует, мол,
этого, и все дела. А старцы - те наоборот. Они не отрицают непонятное, они
просто подгоняют его под свои догмы, а потом уверяют и себя и вас, что все
правильно поняли и что именно так дела и отстоят. Но никто из вас никогда и
не пытался просто поверить прочитанному и воспринять все как есть в
действительности. Как же, вы ведь слишком умны, чтобы упрощать! Если вы чего не
поняли, значит, следует искать совсем противоположный смысл!
- Что ты имеешь в виду? - спросил Хью подозрительно.
- Что я имею в виду? Возьми хотя бы этот пресловутый Полет. Как ты его себе
представляешь?
- Никак. Полет, по-моему, вообще ничего не означает. Так, басня для
крестьян. - Хорошо, пусть будет басня. Но в чем она заключается?
- Полет - это место, куда человек попадает, когда умрет, или даже то, что
он делает после смерти. Человек умирает и отправляется в Полет на Центавр.
- А что такое Центавр?
- Центавр-это... Но учти, что я тебе просто излагаю ортодоксальные доктрины.
Сам-то я в них давно не верю. Так, значит. Центавр-это то место, куда человек
попадает в конце Полета после смерти, место, где все всегда счастливы и где
много доброй еды.
Джо фыркнул. Джим перестал храпеть, открыл один глаз, потом закрыл его и
опять заснул.
- Именно это я и имел в виду, - продолжал шепотом Джо. - Не хочешь ты
шевелить мозгами. Неужели тебе никогда не приходило в голову, что Полет и есть
именно полет, а не что-либо другое? И что старые книги следует понимать
буквально : как в них и написано. Корабль вместе со своим Экипажем просто летит
куда-то, передвигается в пространстве.
Хойланд обдумал слова Джо.
- Ты просто смеешься надо мной. То, что ты говоришь, никак невозможно
физически. Как же Корабль может передвигаться в пространстве, когда он сам и есть
пространство? Мы можем передвигаться внутри Корабля, но, говоря о Полете, мы,
конечно же, вкладываем в это слово чисто духовное содержание. Джо призвал на
помощь имя Джордана.
- Послушай, - сказал он, - вбей, наконец, в свою тупую башку такую мысль.
Представь себе пространство, намного большее, чем наш Корабль. И что Корабль
движется в Нем. Хью честно попытался вообразить себе такую картину. Потом
покачал головой.
- Бессмыслица, - сказал он. - Как же может существовать нечто большее
Корабля? Корабль - это и есть Вселенная.
- Хафф тебя побери! Вне Корабля, поймешь ты наконец или нет? Вообрази себе
пространство вне Корабля. Иди мысленно вниз до самого последнего яруса, а
потом представь, что ты прошел сквозь него.
- Но ведь дальше нижнего яруса некуда идти. Поэтому он и есть нижний.
- Представь себе, что ты взял нож и начал сверлить дыру в полу нижнего
яруса . Что получится?
- Что? Сломаю нож, вот и все. Пол же очень твердый.
- Вообрази, что пол мягкий. Вообрази, что ты проковырял дыру. Что ты
обнаружишь? Подумай!
Хью закрыл глаза и попытался представить, как он сверлит дыру в полу
нижнего яруса. Смутно, очень смутно в сознании его забрезжила картина,
переворачивающая всю душу, все привычные представления. Он вышел в сделанную им дыру и
падает, падает, падает в нее, в бесконечную пустоту.
- Нет, нет, я не верю, - выдохнул он. - Это ужасно!
Джо-Джим встал.
- Я тебя заставлю поверить, - хмуро сказал он. - Заставлю, если даже
придется свернуть тебе для этого шею. - Он подошел к двери и крикнул: - Бобо,
эй, Бобо!
Джим дернулся и открыл глаза.
- Что происходит? Что случилось?
- Мы сейчас отведем Хью в невесомость.
- Это еще зачем?
- Вбить в его глупую голову немного ума.
- В следующий раз.
- Нет, сейчас.
- Хафф с тобой, ладно. Да не трясись ты, я уже все равно проснулся.
Умственные способности Джо-Джима Грегори были так же уникальны, как и его
физический облик. Он был бы выдающейся личностью при других обстоятельствах,
и неудивительно, что держал себя хозяином и заставлял мутантов служить себе.
Испытывай он жажду власти, ему ничего не стоило бы сплотить мутантов и
покорить Экипаж Корабля. Но властолюбием Джо-Джим не страдал. Он был
прирожденным интеллектуалом, наблюдателем, стоящим в стороне. Его стремление к
действию ограничивалось созданием уютной и удобной обстановки, способствующей
размышлениям .
Родись он двумя обычными близнецами среди Экипажа, их наверняка ожидал бы
сан ученых. Сейчас же Джо-Джим мучился, отсутствием достойного партнера для
интеллектуальных упражнений и утешался, как мог, чтением книг, наворованных
его служками, три поколения которых он уже пережил.
Прочитанное всегда живо обсуждалось обеими половинами его двойной личности.
В итоге Джо и Джим выработали весьма разумную и связную концепцию физической
природы мира и его исторического развития. Понятие художественной литературы
было, пожалуй, единственным, чего они не смогли усвоить, романы, которыми
когда-то была снабжена библиотека Фонда Джордана, они воспринимали за такую же
достоверную информацию, как справочник и научную литературу. На этой почве
они серьезно расходились во взглядах. Джим считал величайшим в истории
человеком Алана Квотермейна. Джо придерживался того же мнения о Джоне Генри.
Оба страстно любили поэзию, Киплинга они читали на память целыми
страницами. Почти наравне с Киплингом оба чтили Райлинга, «слепого певца космических
дорог».
Вошел Бобо. Джо-Джим показал на Хью.
- Он сейчас выйдет отсюда, - сказал Джо. Бобо радостно захлопал себя по
животу.
- Вот ведь обжора, - Джо двинул его кулаком в бок. - Нет, ты его не трогай.
Ты и он - кровные братья. Понял?
- Нельзя есть? - Нельзя. Ты будешь драться за него, он за тебя.
- Хорошо. - Карлик пожал плечами, покоряясь неизбежному. - Кровные братья.
Бобо знает.
- Тогда пошли. Туда, где все летает. Ты иди вперед.
Они лезли вверх гуськом, один за другим. Карлик шел первым и внимательно
осматривал дорогу. За ним следовал Хойланд.
Джо-Джим замыкал шествие. Джо смотрел вперед, Джим через плечо назад.
С каждой пройденной палубой вес все уменьшался. И вот они достигли яруса,
выше которого дороги не было - потолок был глухой, без люка. Силы тяжести
здесь почти не чувствовалось.
Хью особой радости от экспедиции не испытывал - с непривычки его начало
мутить . Зато Бобо заметно наслаждался парением в невесомости. Он передвигался в
воздухе подобно большой неуклюжей рыбе, хватаясь за вделанные в стены
поручни .
Так же хватаясь за поручни, расположенные в определенном порядке, Джо-Джим
продвигался вперед, как паук по паутине. Хью пытался подражать им. Постепенно
он приноровился отталкиваться, пролетать значительное расстояние,
отталкиваться снова.
Остановились они, когда путь им преградила стена. Джо-Джим двинулся по
стене направо, ощупывая ее рукой. Наконец он нашел то, что искал, - дверь
высотой в человеческий рост, запертую так плотно, что и обнаружить ее можно было
только по сложному геометрическому узору на поверхности. Джо-Джим посмотрел
на дверь и почесал свою правую голову. Потом правая и левая головы тихонько о
чем-то пошептались. Джо-Джим нерешительно поднял руку.
- Нет, нет, - сказал Джим. Джо-Джим снова посмотрел на дверь.
- Как так? - спросил Джо.
Они снова начали шептаться. Наконец Джо кивнул, и Джо-Джим опять поднял
руку . Он обводил пальцами контуры рисунка на двери, не прикасаясь, однако, к
нему. Потом уперся ладонью в стену, оттолкнулся от двери и замер в ожидании.
Через секунду раздался еле слышный свист проходящего через щель воздуха.
Дверь вздрогнула, приоткрылась дюймов на шесть и остановилась.
Джо-Джим был заметно обескуражен. Он осторожно всунул пальцы в
образовавшуюся щель и потянул дверь за край. Дверь не двигалась с места.
- Бобо, открой ее! - крикнул Джо. Сморщив лоб, Бобо оглядел щель. Потом
уперся ногами в стену, вцепился в дверь руками, поднатужился и потянул. По
лицу его катился пот, спина напряглась, на шее выступили жилы. Хью услышал,
как у карлика затрещали суставы. Было похоже, что он сейчас лопнет от натуги,
потому что отказаться от этой невозможной затеи у него не хватит ума.
Но дверь неожиданно скрипнула и подалась, вырвавшись из крепко сжатых
пальцев Бобо. Ноги карлика, упертые в стену, пружиной швырнули его в сторону, и
он растопырил руки, пытаясь схватиться за поручень в полете. Через секунду
Бобо вернулся обратно, потирая сведенную от напряжения икру. Джо-Джим первым
вошел в проход. Хью За ним.
- Где мы находимся? - потребовал объяснений Хью, любопытство которого
разгорелось настолько, что даже заставило забыть о подобающих случаю манерах.
- В Главной рубке, - ответил Джо.
Главная рубка! Священнейшее и запретнейшее помещение Корабля, само
расположение которого забылось и стало тайной!
Для старых Ученых она была либо слепым догматом веры, либо предметом
мистических толкований, а молодые Ученые вообще перестали верить в ее
существование .
Хотя Хью и считал себя человеком просвещенным, одни эти слова привели его в
благоговейный трепет. Главная рубка! Да ведь здесь же, говорят, обитает дух
самого Джордана!
- Что стоишь столбом? Пошли! - оглянулась голова Джо.
- Но ведь дух Джордана...
- Вот те на! - воскликнул Джо раздраженно. - Ты же говорил, что вы,
молодые, в Джордана больше не верите.
- Конечно, но ведь...
- Прекрати. Иди вперед, а не то прикажу Бобо тащить тебя.
Хью неохотно последовал За Джо-Джимом. Они прошли коридор, достаточно
широкий, чтобы в нем могли разминуться два человека, и очутились в арке, ведущей
непосредственно в Главную рубку.
Любопытство перебороло страх, и Хью выглянул из-за плеч Джо-Джима. Глазам
его открылось просторное, футов двести длиной, хорошо освещенное помещение
сферической формы внутреннее пространство огромного шара. Поверхность этого
шара светилась тусклым матовым серебром. В геометрическом центре сферы Хью
обнаружил скопление приборов футов пятнадцати в поперечнике. Увиденное ничего
не говорило его неопытному глазу, он бы и описать его не смог. Просто приборы
висели неподвижно без какой бы то ни было опоры.
От арки, в которой они стояли, шел только один путь тоннель из
металлической решетки.
Джо-Джим приказал Бобо оставаться на месте, а сам полез в тоннель. Он лез
по решеткам, как по лестнице. Хью последовал за ним внутрь непонятного
сооружения. Постепенно из общей массы оборудования пульта управления стали видны
отдельные детали, но Хью они все равно ничего не говорили. Он отвернулся и
принялся рассматривать поверхность шара, окружавшего их.
Это было ошибкой. Белая матовая поверхность не давала чувства перспективы.
Может быть, она отстояла от него всего на сотню футов, а может быть, на всю
сотню миль. Хью никогда не видел ни высоты, большей, чем расстояние между
двумя палубами, ни открытого пространства, большего, чем общинная его
деревни .
Его охватил ужас, усугублявший тем, что причин этого чувства он не мог
понять. Дух давно забытых лесных предков пробудился в нем, и первобытный страх
свел судорогой живот. Хью вцепился в Джо-Джима.
Джо-Джим резко ударил его по лицу.
- Ты что это?! - рявкнул Джим.
- Я не знаю, что со мной, - выдавил, наконец, Хью. - Не знаю, но мне здесь
не по себе. Давайте уйдем отсюда.
Джим посмотрел на Джо и сказал брезгливо:
- Можем и уйти. Попусту только время тратим на эту мокрицу, все равно он
ничего не поймет.
- Прекрасно поймет, - ответил Джо. - Лезь в кресло, Хью, вот сюда.
Пока братья спорили, Хью внимательно осмотрел тоннель, которым они достигли
пульта управления, проследив взглядом весь путь, проделанный ими от арки.
Сфера неожиданно сфокусировалась в его глазах, и страх исчез. Все еще дрожа,
он повиновался приказу Джо.
Кресла пульта были установлены так, чтобы все приборы и панели находились в
пределах досягаемости космонавтов, но Хью, разумеется, не имел об этом ни
малейшего представления. Он откинулся в кресле, радуясь, что устроился,
наконец , прочно и надежно.
На панели перед креслом Джо-Джима происходило что-то таинственное. Внезапно
зажглись красные буквы: «Второй навигатор пост принял». Что такое «второй
навигатор»?
Вдруг Хью увидел на панели перед его креслом те же слова и понял, что это
человек, который должен сидеть здесь. Но что же означает «второй навигатор»?
Буквы на приборной доске перед Джо-Джимом погасли. В левом углу светилась
лишь большая красная точка.
- Приготовься, - сказал Джо. - Сейчас погаснет свет.
- Нет, не надо, не выключай, - запротестовал Хью.
- А я и не собираюсь. Ты сам выключишь. Посмотри слева от себя. Видишь
маленькие белые огоньки?
Хью повернулся и увидел на левом подлокотнике восемь маленьких огоньков,
расположенных двумя группами, по четыре, одна над другой.
- Каждый контролирует освещение одного квадранта, - объяснил Джо. - Прикрой
их рукой, и свет погаснет.
Неохотно, но, уже не в силах подавить растущее любопытство, Хью
повиновался. Матовые стены потемнели, а потом их свечение угасло совсем. В кромешной
тьме мерцали лишь огоньки приборной доски. Хью била нервная дрожь. Он убрал
руку, восемь маленьких огоньков горели теперь голубым светом.
- Сейчас я покажу тебе звезды, - сказал Джо. В темноте рука Джо-Джима легла
на другой узор из восьми огоньков. Мироздание...
Со стен стеллариума на Хью смотрели отражения звезд, со скрупулезной
достоверностью воспроизведенные зеркалами телескопов; звезд, испускающих ровный
безмятежный свет.
Бриллианты, с небрежной щедростью рассыпанные по искусственному небу, -
бесчисленные светила лежали перед ним, над ним, окружали его со всех сторон.
Один посреди звездной вселенной!
- О-о-о? - невольно выдохнул Хью и вцепился в ручку кресла, чуть не обломав
ногти, но даже не заметил боли. Страха больше не испытывал. Только одно
чувство владело им. Грубые будни Корабля не убили в нем стремления к
прекрасному, и сейчас он впервые в жизни переживал невыносимо сладостную муку встречи
с ним. Прекрасное ошеломило его и вызвало боль.
Только окончательно придя в себя, Хью заметил сардоническую усмешку, и
услышал едкое покашливание Джо.
- Хватит или еще? - осведомился Джо. Не дожидаясь ответа, Джо-Джим включил
освещение дублирующим устройством, расположенным в левом подлокотнике его
кресла.
Хью вздохнул. У него болела грудь, и бешено билось сердце.
Он вдруг понял, что за все это время он не перевел дыхания.
- Ну, умник, - сказал Джим, - убедился?
Хью снова вздохнул, сам не зная почему. Когда зажегся свет, ему опять стало
хорошо и уютно, но он никак не мог избавиться от ощущения невосполнимой
потери. Сердцем он чувствовал, увидев однажды звезды, он никогда уже не будет
счастлив, как прежде. Тупая боль в груди, смутная, неосознанная тоска по
утраченному никогда уже не оставят его, хотя в невежестве своем Хью еще не мог
осознать этого.
- Что это было? - тихо спросил он.
- Оно самое, - ответил Джо. - Мир, Вселенная. Именно то, о чем я тебе
говорил .
Хью отчаянно пытался понять, что имел в виду Джо.
- Это и есть мир вне Корабля - красивые маленькие огоньки?
- Совершенно верно, только они не маленькие. Они просто очень далеко от
нас, за десятки тысяч миль, а может быть, и больше.
- Что? !
- То, что ты слышал, - усмехнулся Джо. - Космос огромен. А некоторые из
этих звезд размером с Корабль, если не больше.
- Больше Корабля? - выдохнул Хью.
- Без толку все это, - нетерпеливо сказал Джим. - Только время зря на него,
остолопа, теряем.
- Полегче, братец, полегче, - возразил Джо. - Не надо заставлять малыша
бегать, прежде чем он научится ползать. Мы ведь тоже не сразу все поняли.
Насколько я помню, ты долго не хотел верить своим глазам.
- Ложь, - сердито буркнул Джим. - Это тебя пришлось долго убеждать.
- Ну ладно, дело прошлое, - согласился Джо. - Все же нам с тобой тоже
понадобилось время разобраться, что к чему.
Хойланд слушал близнецов краем уха. Их споры были делом обычным. Хью же
сейчас думал только о том, что произошло с ним.
- Джо, - спросил он, - что случилось с Кораблем, когда мы увидели звезды?
Он стал прозрачным?
- Не совсем так, - ответил Джо. - Ты видел не сами звезды, а их
изображение. Есть такие устройства с зеркалами. И тебе дам потом прочесть книгу о
них.
- Но можно посмотреть и на настоящие Звезды, - вклинился в разговор Джим,
уже остывший от минутной размолвки. - Здесь есть одно место...
- Точно, - подтвердил Джо. - Я совсем забыл о Капитанской рубке. Она
сделана из стекла, и оттуда все хорошо видно.
- Капитанской?
- Разумеется, не нынешнего Капитана. Этот сюда ногой не ступал. Просто там
на двери написано: «Капитанская рубка».
- Мы пойдем туда?
Джо было согласился, но Джим запротестовал:
- В следующий раз. Сейчас пора возвращаться. Я есть хочу.
Они спустились по тоннелю в арку, разбудили Бобо и отправились в долгий
путь вниз.
Не скоро удалось Хью уговорить Джо-Джима на новую экспедицию, но он не
расстраивался - время не пропало даром.
Джо-Джим пустил его в свою библиотеку. Такого количества книг Хью За всю
свою жизнь не видел. А немногие из них, которые он читал раньше, теперь
наполнились живым смыслом и воспринимались совсем по-другому.
Хью не мог оторваться от библиотеки. Он жадно впитывал новые мысли,
переваривал их, пытался усвоить. Хью забывал про еду, от него бежал сон, только
раскалывающаяся от боли голова и резь в пустом желудке напоминали ему, что
надо заботиться и о теле. Утолив голод, он снова брался за книги и читал,
пока буквы не начинали расплываться перед глазами.
Служить Джо-Джиму было не так тяжело. Хотя Хью и полагалось находиться при
хозяине все время, тот позволял ему читать сколько угодно, лишь бы пленник
оказывался всегда под рукой. Хью вменялось в основную обязанность играть в
шашки с одной из голов, когда другой голове игра надоедала. Но и это время
никак нельзя было считать всецело потерянным потому что, играя, Хью почти
неизменно переводит разговор на обсуждение истории Корабля, его устройства и
оборудования.
Беседовали они и о людях, построивших его и отправившихся на нем в путь, об
их прошлом, о Земле - этом странном и непонятном для них мире, где жили
снаружи, а не внутри.
Хью пытался понять, как люди удерживались на Земле. Он спросил об этом Джо
и, наконец, получил представление о гравитации.
Душой он в нее так и не поверил - слишком уж она казалась невероятной, но
впоследствии, когда перед ним забрезжили первые смутные проблески искусства
космической навигации и управления Кораблем, принял ее рассудком.
Наконец он уговорил Джо-Джима сводить его еще раз в Главную рубку. Джо
рассказал Хью то немногое, что знал сам, о приборах управления.
Давно забытым инженерам-проектировщикам Фонда Джордана было дано задание
построить корабль, который будет функционировать, даже если полет затянется
на срок больший, чем предполагаемые шестьдесят лет. Ученые с блеском
выполнили эту задачу. При создании главного двигателя, систем управления и
механизмов, предназначенных для обеспечения нормальных жизненных условий, был
разработан принцип, в корне отличающийся от всех, существовавших когда-либо.
Корабль - это творение человеческого гения - был построен навечно. Даже если бы
погиб весь экипаж, он продолжал бы полет, по-прежнему освещенный, по-прежнему
со свежим, хорошо очищенным воздухом, с двигателями, готовыми к пуску. И
теперь, когда лифты, конвейеры и другие вспомогательные устройства были давно
забыты и заброшены, вся основная оснастка Корабля обслуживала свой
невежественный человеческий груз, и ждала пробуждения ума достаточно острого, чтобы
найти к ней ключ.
Вот почему, когда неопытная, но ищущая рука Хью легла на квадратик огоньков
под подписью «Ускорение», ответ пришел немедленно. Вспыхнул красный свет над
креслом Главного пилота, и на табло зажглась надпись: «Главный двигатель -
вахта не на посту»
- Что это значит? - спросил Хью.
- Трудно сказать, - ответил Джо, - Мы однажды проделали то же самое в
двигательном отсеке, и там зажглась надпись:
«Главная рубка - вахта не на посту».
Хью задумался, потом спросил:
- Интересно, а что получится, если ты пойдешь в двигательный отсек, а я в
это время буду в Главной рубке?
- Трудно сказать, - повторил Джо.
Хойланд молчал. В его мозгу зрело решение. Он тщательно обдумывал его.
Хью долго ждал подходящего момента - надо было застать близнецов в
благодушном настроении. Однажды, когда они сидели в Капитанской рубке, он решил,
наконец, рискнуть. Джо-Джим только что хорошо поел, удобно развалился в
кресле и рассматривал в иллюминатор безмятежные звезды. Хью парил рядом.
- Послушай, Джо-Джим, - начал Хью.
- Что тебе, юнец? - ответил Джо.
- Красиво, правда?
- Что красиво?
- Звезды... - Хью махнул рукой в сторону иллюминатора и тут же схватился за
спинку кресла, чтобы не отлететь в сторону.
- Конечно, красиво. На душе от них хорошо становится.
Как ни странно, это сказал Джим. Хью понял, что момент, которого он ждал,
наступил. Собравшись с духом, он выпалил:
- Почему бы нам не довести дело до конца?
- Какое дело? - спросил Джо.
- Полет. Почему бы нам не запустить Главный двигатель и не взять на себя
управление? Ведь где-то там, - Хью говорил быстро, чтобы его не успели
перебить, - где-то там есть похожие на Землю планеты, во всяком случае, так
считали наши предки. Мы должны найти их.
Джим расхохотался, Джо Затряс головой.
- Мальчик, - сказал он, - ты в своем уме? Такого даже от Бобо не услышишь.
Забудь об этом и думать.
- Но почему?
- Потому что нам это не по плечу. Для такого дела необходим грамотный
экипаж, обученный управлению Кораблем.
- А много ли нам нужно людей? На Корабле ведь не больше десяти постов
управления. Я думаю, что десять-двенадцать человек вполне могут управлять им.
Если, конечно, они будут такими же знающими, как вы оба, - добавил он лукаво.
- Что, Джо, поймал он тебя? А ведь парень прав, - усмехнулся Джим.
Джо пропустил шпильку мимо ушей.
- Ты переоцениваешь наши знания и возможности, Хью, - сказал он. - Я
допускаю, что можно научиться управлять Кораблем, но что потом? Нам неизвестно
даже, где мы находимся.
Корабль дрейфовал, один Джордан знает сколько веков. Мы не имеем ни
малейшего представления о его курсе и скорости.
- Но ты сам показывал мне навигационные приборы, - стоял на своем Хью. - Я
уверен, что вам обоим ничего не стоило бы в них разобраться, Джо, если бы вы
только захотели.
- Это уж точно, - согласился Джим.
- Не хвастай, братец, - одернул его Джо.
- А я и не хвастаюсь, - отрубил Джим. - Я в любом приборе разберусь, если
он действует.
Джо только хмыкнул.
Первая маленькая победа. Они уже спорят друг с другом, а Хью только этого и
надо. И хорошо, что наименее сговорчивый из них уже на его стороне. Теперь
следует закрепить успех...
- Я знаю, где взять людей, если вы согласитесь их обучить.
- Где же? - недоверчиво спросил Джим.
- Помните, я рассказывал вам о молодых Ученых?
- А, эти кретины...
- Но они же не знают того, что знаете вы. И по-своему они люди
здравомыслящие. Если бы я мог вернуться к ним и рассказать, о чем узнал, то я набрал бы
вполне подходящую команду для обучения.
- Посмотри-ка на нас внимательней, Хью, - перебил его Джо. - И скажи, кого
ты перед собой видишь?
- Джо-Джима, кого же еще?
- Ты видишь мутанта, - поправил его Джо голосом, полным сарказма. - Ты
видишь мьюта, ясно тебе? Ученые не станут с нами сотрудничать.
- Неправда, - запротестовал Хью. - Я же не предлагаю обращаться к
крестьянам. Они, конечно, ничего не поймут, но ученые, о которых я говорю, -
наиболее разумные изо всех там, внизу. Они поймут. От вас всего лишь потребуется
обеспечить безопасный проход через страну мьютов. Ведь для вас это совсем не
проблема, - добавил он, инстинктивно перенося суть спора на более твердую
почву.
- Это для нас раз плюнуть, - согласился Джим.
- Прекрати, - сказал Джо.
- Конечно, конечно, - заспешил Хью, почувствовав, что его настойчивость
всерьез рассердила Джо. - Но вообще было бы интересно попробовать...
С этими словами он отодвинулся подальше от братьев. Ему было слышно, как
они оживленно шепчутся, но он сделал вид, что их разговор его не интересует.
Двойственность всегда была главной проблемой Джо-Джима. Будучи скорей
группой, чем индивидуумом, он с трудом переходил от слов к делу, так как каждый
его поступок требовал принятия совместного решения.
Немного погодя Хью услышал, как Джо повысил голос:
- Ладно, пусть будет по-твоему! Хью, плыви-ка сюда!
Хью оттолкнулся от стены и одним прыжком очутился близ Джо-Джима,
вцепившись обеими руками в спинку капитанского кресла, чтобы затормозить.
- Мы решили отпустить тебя вниз и дать тебе шанс попробовать, - сказал Джо.
- Но все равно ты идиот, - добавил он хмуро.
Бобо проводил Хью через опасные ярусы страны мьютов и оставил его в
необитаемой пограничной зоне.
- Спасибо, Бобо, - сказал ему Хью на прощанье. - Доброй тебе еды.
Карлик усмехнулся, кивнул и устремился вверх по лестнице, но которой они
только что спустились. Хью рассчитывал найти Билла Эртца, Заместителя
Главного инженера, вождя группы молодых Ученых. До беседы с ним Хью хотел, по
возможности, избежать каких бы то ни было объяснений с другими.
Скоро Хойланд оказался в знакомом коридоре. Поворот налево, еще ярдов сто,
и он очутился у двери, охраняемой часовым. Хью рванулся было вперед, но
часовой преградил ему дорогу.
- Стой, ты куда?
- Мне нужен Билл Эртц.
- Главный инженер? Нет его здесь.
- Билл Эртц - Главный инженер? А что случилось с прежним? - Хью сразу
смекнул , что выдал себя, но часовой был глуп и ленив. - С прежним? Да он давно
ушел в Полет, - зевнул страж. - А Главный инженер Эртц у себя в резиденции.
- Спасибо. Доброй еды.
- Доброй еды.
Хью пришлось подождать в приемной, прежде чем его впустили к Главному
инженеру. Увидев Хью, Эртц привстал из-за стола.
- Вернулся, значит, - сказал он. - Вот так сюрприз. А мы-то думали, ты
давно мертв, и списали как ушедшего в Полет.
- Это естественно.
- Садись, рассказывай. У меня сейчас есть немного времени. Здорово ты
изменился, я бы тебя не узнал. Совсем седой стал. Видно, нелегко пришлось?
Седой? Хью и не подозревал этого. Но ведь и Эртц сильно изменился. Морщины,
брюшко. Джордан, сколько же он был в плену?
Эртц побарабанил пальцами по столу, скорчив гримасу.
- Возникает проблема, - сказал он. - Боюсь, что на старый пост я назначить
тебя не могу, его занимает Морт Тайлер. Но мы подыщем тебе место, подобающее
твоему рангу.
У Хью не сохранилось никаких приятных воспоминаний о Морте Тайлере.
Лицемер. Только и заботится о том, чтобы соблюсти все приличия и угадить
начальству. Так-так, значит, Тайлер выбился все-таки в Ученые и занял прежнюю
должность Хью. Но сейчас это не имеет значения.
- Послушай, Билл, - начал он. - Я хотел бы с тобой переговорить о...
- Конечно, возникает и проблема старшинства, - продолжал свое Главный
инженер. - Пожалуй, следует передать дело на рассмотрение Совета как вопрос, не
имеющий прецедента. Мьюты и раньше, случалось, захватывали наших Ученых, но,
насколько мне известно, ты первый, кому удалось вернуться от них живым.
- Есть более важная тема для разговора, - опять перебил его Хью. - Я увидел
много удивительного, Билл. Удивительного и жизненно важного. Ты обязательно
должен все это знать. Поэтому я прямо к тебе и пришел. Слушай, мне... Эртц
внезапно стал сосредоточенным: - Конечно же! И как я сразу не сообразил? У тебя
ведь была небывалая возможность досконально изучить страну мьютов. Выкладывай
все, что знаешь!
- Я совсем не о том, - ответил Хью. - Все гораздо сложнее, чем просто
информация о мьютах, хотя дело касается и их тоже. Я думаю, нам придется
изменить теперь всю политику по отношению к ним.
- Говори, говори, я слушаю.
Хью начал рассказывать о великом открытии, об истинной природе Корабля,
выбирая слова как можно тщательнее и стараясь говорить убедительно. Он лишь
мельком коснулся трудностей, связанных с реорганизацией жизни Корабля, но
зато не жалел красок, расписывая почет и уважение, которые достанутся тому, кто
этот процесс возглавит.
Говоря, Хью наблюдал за лицом Эртца. Когда он выложил главное - что Корабль
всего лишь движущееся тело в безбрежном пространстве, - лицо Эртца выразило
крайнюю растерянность.
Однако потом на нем застыла маска бесстрастного спокойствия, по которой
ничего нельзя было понять. Только в глазах вспыхивали искорки, когда Хью
говорил, что Эртц как раз и есть тот человек, который мог бы возглавить новое
движение, опираясь на свой авторитет заслуженного руководителя и признанного
вождя прогрессивно мыслящих Ученых.
Кончив говорить, Хью напряженно ждал ответа. Эртц молчал, продолжая
барабанить пальцами по крышке стола. Наконец, сказал:
- Это очень важные вопросы, чтобы судить о них второпях, Хойланд. Мне
необходимо тщательно обдумать услышанное.
- Разумеется, - согласился Хью. - Только я хочу добавить, что о безопасном
проходе наверх уже есть договоренность. Я могу отвести тебя туда, чтобы ты
все увидел собственными глазами.
- Да, это было бы лучше всего, - ответил Эртц. - Ты голоден?
- Нет.
- Тогда нам обоим нужно отдохнуть. Давай поспим немного, а потом будем
думать на свежую голову. Можешь расположиться здесь, в комнате за моим
кабинетом. Но говорить ты ни с кем не должен, пока я не обдумаю все сам. Если твои
новости разгласить без должной подготовки, может начаться смута.
- Ты прав, - снова согласился Хью.
Эртц провел Хью в комнату за своим рабочим кабинетом, в которой, по всей
видимости, отдыхал иногда, и сказал:
- Выспись, а там поговорим. - Спасибо, - ответил Хью.
- Доброй еды.
- Доброй еды.
Только оставшись один, Хью почувствовал, как он устал.
Нервное возбуждение в беседе с Эртцем сменилось депрессией. Он растянулся
на кровати и сразу уснул.
Проснувшись, Хью обнаружил, что дверь комнаты заперта снаружи. Более того,
исчез его нож.
Прошло очень много времени, прежде чем он услышал шаги у двери. Вошли два
угрюмых стражника.
- Вставай, пойдешь с нами, - сказал один из них.
Хью смерил их взглядом и отметил, что оба безоружны. Так, значит, шанса
сорвать нож с пояса одного из них нет. Но если у безоружных конвоиров нельзя
добыть оружие, то можно попробовать вырваться и уйти от преследования. Однако
в следующей комнате стояли еще двое, такие же массивные и угрюмые. Эти были
вооружены. Один изготовил нож к броску, другой был готов в любой момент
всадить свой под ребра Хью с близкого расстояния.
Теперь Хойланд понял, что деваться некуда. Все предусмотрено. Давно уже
привыкнув не противиться неизбежному, он спокойно пошел вперед. Увидев Эртца
и убедившись, что именно тот и командует арестовавшими его людьми, Хью
сказал :
- Привет, Билл. С чего вдруг такие предосторожности? Что случилось?
Эртц чуть-чуть замешкался с ответом:
- Ты сейчас предстанешь перед Капитаном. - Хорошо, Билл, спасибо, - ответил
Хью, - но разумно ли обращаться с таким делом к нему, не подготовив
предварительно кое-кого?
Эртц даже не стал скрывать раздражения, вызванного столь очевидной
тупостью:
- Если ты этого еще не понял, позволь объяснить, что ты предстанешь перед
Капитаном для суда за ересь!
Хью реагировал так, как будто ничего подобного ему раньше и в голову не
приходило.
- Тогда меня не по адресу ведут, Билл, - спокойно заметил он. - Обвинение в
ереси и суд, может быть, и правильный подход к сложившейся ситуации, но я
ведь не крестьянин какой-нибудь, чтобы волочить меня под конвоем к Капитану.
Меня должен судить Совет, я Ученый.
- Ты в этом уверен? - усмехнулся Эртц. - Я уже консультировался по этому
вопросу. Хью Хойланд давно исключен из списков. Кто ты и что ты, будет теперь
решать Капитан-Помазанник.
Хью сохранял спокойствие. Ситуация складывалась не в его пользу, и не было
смысла раздражать Эртца. Главный инженер подал знак, безоружные конвоиры
схватили Хью за руки, и он, не сопротивляясь, пошел за ними.
Хью с интересом разглядывал Капитана. Старик мало изменился, разве еще
больше растолстел.
Капитан удобно устроился в кресле и взял со стола рапорт.
- В чем дело? - спросил он брюзгливо. - Я ничего не понимаю.
Обвинителем против Хойланда выступал Морт Тайлер. Такого поворота событий
Хью отнюдь не предвидел, и этот факт не мог не усугубить его опасений. Он
даже покопался в памяти, пытаясь найти хоть какую-нибудь зацепку, способную
пробудить сочувствие к нему со стороны Тайлера, но так ничего и не нашел.
Морт прочистил горло и начал:
- Речь идет о некоем Хью Хойланде, Капитан, который был одним из ваших
младших Ученых.
- Ученых? Почему же его делом не занимается Совет?
- Потому что он больше не Ученый, Капитан. Он перебежал к мьютам, а сейчас
вернулся, чтобы сеять ересь и смуту и подрывать вашу власть.
Капитан окинул Хью откровенно враждебным взглядом человека, не терпевшего
покушения на свои прерогативы.
- Это правда? - прорычал он. - Что ты сам скажешь, Хойланд?
- Это ложь. Капитан, - ответил Хью. - Все, что я говорил, лишь подтверждает
истинность наших древних верований, по которым мы живем. Я никогда не пытался
отрицать наше Учение, напротив, я сумел найти доказательства его правоты, еще
более глубокие...
- Ничего не могу понять, - перебил его Капитан. - Его обвиняют в ереси, а
он утверждает, что верит в Учение. Если ты не виновен, то как же здесь
очутился?
- Я могу объяснить, - сказал Эртц.
- Надеюсь, что хоть ты это сможешь, - буркнул Капитан. - Давай выкрадывай.
Эртц доложил о возвращении Хойланда и о его странных рассказах.
Придерживаясь фактов. Главный инженер сумел все же придать им определенную окраску. Хью
немедленно заговорил:
- Суть моих утверждений. Капитан, состоит в том, что в верхних ярусах есть
места, где воочию можно увидеть убедиться в истине нашей веры: в том, что
Корабль действительно движется; где можно увидеть План Джордана в действии. Это
не опровержение, это подтверждение веры. Я не прошу верить мне на слово, сам
Джордан подтвердит мою правоту.
Почувствовав нерешительность Капитана, в разговор вклинился Морт Тайлер:
- Капитан, я считаю своим долгом проанализировать и изложить все возможные
версии этого невероятного дела. Есть два наиболее разумных объяснения
смехотворной истории, рассказанной Хойландом: либо это просто-напросто закоренелый
еретик, либо тайный мьют и участник заговора, имеющего целью заманить нас в
ловушку и предать в руки мьютов. Но есть и третье объяснение, более
милосердное по отношению к обвиняемому, и в глубине души мне кажется, что справедливо
именно оно. В досье Хойланда указано, что при рождении Инспектор был серьезно
обеспокоен размером головы ребенка и ставил вопрос об отправке в конвертер.
Но поскольку отклонение от нормы было незначительным, Инспектор все-таки
пропустил Хойланда. Мне кажется, что ужасные мучения, которые он претерпел в
плену у мьютов, окончательно повредили его и так неустойчивый от природы
разум . Бедняга просто не ведает, что творит.
Хойланд посмотрел на Таила не без уважения. Он и репутацию ему очистил
полностью, и обвинение в ереси снял, и Полет на сто процентов обеспечил!
Капитан махнул рукой:
- Хватит отнимать у меня время. - Он обернулся к Эртцу. - Рекомендации по
этому делу есть?
- Так точно. Капитан. Конвертер.
- Ну и хорошо. Но я не понимаю, Эртц, почему меня обязательно нужно
беспокоить по всяким мелочам? Ты должен сам уметь поддержать дисциплину в своем
ведомстве.
- Слушаюсь, Капитан.
Капитан отвернулся от стола, готовясь встать.
- Рекомендация принята и утверждена. Все свободны.
Хью охватила ярость от такой глупой несправедливости. Они даже не захотели
познакомиться с реальными доказательствами его правоты и невиновности. Он
услышал, как кто-то крикнул:
«Подождите!» - и понял, что кричал он сам. Капитан поглядел на него.
- Подождите, - продолжал Хью. Слова сыпались сами собой:
- Подождите! Дела это не меняет, вы ведь так уверены в своей мудрости, что
даже глаз не раскроете, когда вам всего лишь предлагают посмотреть! Но все-
таки, все-таки, он движется!
Времени на размышление у Хью было предостаточно. Он опять сидел под арестом
и ждал, пока Конвертеру потребуется очередная порция массы для производства
энергии, и частью этой порции должен быть как раз он сам. Хью снова и снова
анализировал свои ошибки. То, что он сразу, без подготовки, выложил все Биллу
Эртцу, оказалось самым главным просчетом. Не стоило полагаться на старую
дружбу, которая, скажем прямо, никогда не была особенно близкой. Следовало
прощупать его сначала, а не лезть сломя голову. Второй просчет - Морт Тайлер.
Услышав имя Тайлера, Хью опять же следовало выяснить, насколько Эртц
прислушивается к его мнению и каким влиянием пользуется Морт.
Он же Тайлера знал давно и должен был помнить, что его следует опасаться.
Вот Хью и сидит теперь здесь, заклейменный то ли как мутант, то ли как
еретик. Ярлык, впрочем, дела не меняет - все едино, за что казнить. Хью подумал,
что мог бы попробовать объяснить судьям, откуда взялись мутанты. Сам он узнал
об этом, читая старые записи в тщательно наворованной библиотеке Джо-Джима.
Нет, эту идею придется отвергнуть... Рождение мутантов было вызвано космической
радиацией, но как рассказать людям о радиации извне, если они вообще не могут
понять, что такое «извне»? Нет, он сам все испортил до того, как его
поволокли к Капитану.
Скрип двери прервал мысленное самобичевание. Кормили Хью не часто, и для
очередной еды было еще рано. Неужели за ним уже пришли? Хью твердо решил, что
в Конвертер отправится не один.
Хоть кого-нибудь из них прихватит с собой.
Но он ошибся. Раздался голос, преисполненный мягкого достоинства:
- Сынок, сынок, как же это ты?
Его первый учитель Лейтенант Нельсон, изможденный и постаревший, склонился
над ним.
Встреча очень расстроила обоих. Старик, у которого собственных детей не
было, возлагал на своего ученика большие надежды, лелея даже мечту, что когда-
нибудь Хью достигнет места Капитана. Самому Хью он об этом никогда не
говорил, не хотел портить юношу зазнайством. Старик страшно горевал, когда его
мальчик исчез. И вот вернулся мужчиной, но опозорен и приговорен к смерти.
- Хью был огорчен не меньше старика. Он очень любил своего учителя,
нуждался в его одобрении и хотел бы доставить ему радость, но, рассказывая свою
историю, он с горечью убедился, что Нельсон просто не способен расценивать ее
иначе как сумасшествие, и скорее предпочтет, чтобы Хью принял быструю смерть
в Конвертере, чем жил и высмеивал древнюю веру.
Встреча была такой мучительной для них обоих, что вскоре старик поднялся,
чтобы уходить.
- Могу я чем-нибудь помочь, сынок? Кормят тебя хорошо?
- Вполне, - солгал Хью.
- Прислать что-нибудь?
- Нет, спасибо. Впрочем, не могли бы вы прислать мне немного табаку? Я уже
давно не жевал.
- Хорошо. Хотел бы ты повидать кого-нибудь из близких?
- Разве можно? Я думал, здесь свидания запрещены.
- Вообще-то запрещены, но я могу добиться исключения.
Только дай мне слово, что никому не расскажешь о своей ереси.
Хью схватился за новый шанс. Дядя? Нет, не годится. Они всегда ладили, но
никогда друг друга не понимали. Друзья? Он плохо сходился с людьми и друзей
Заводил с трудом. Да и Эртца он ведь считал другом! Неожиданно Хью вспомнил
приятеля своего деревенского детства, с которым частенько играл. Алан Махони.
Он, правда, почти не виделся с Аланом с тех пор, как переселился к
Нельсону, но все-таки...
- Алан Махони все еще живет в нашей деревне?
- Да.
- Если он согласится прийти, я был бы рад с ним повидаться.
Придя к Хью, Алан нервничал, чувствовал себя не в своей тарелке, но
откровенно был рад видеть старого товарища и очень расстроился, узнав о приговоре.
Хойланд хлопнул его по спине.
- Молодец! Я не сомневался, что ты придешь.
- Как только узнал. В деревне ведь никому ничего о тебе не известно, даже
Свидетелю.
- Расскажи, как ты жил все это время. Женился?
- Да нет. Давай не будем тратить время на разговоры обо мне. Расскажи
лучше, в чем тебя обвиняют?
- Не могу. Алан. Я дал слово Лейтенанту Нельсону.
- Чего стоят слова, когда надо выбиться из беды! Влип ты ведь крепко.
- А то я сам не знаю.
- Кто-нибудь имеет на тебя Зуб, Хью?
- Видишь ли... Во всяком случае, скажем так: наш старый дружок Морт Тайлер и
пальцем не пошевелил, чтобы мне помочь.
Алан присвистнул и кивнул.
- Это проясняет дело.
- То есть? Тебе что-то известно?
- Как тебе сказать... Он женился на Идрис Бакстер после того, как ты исчез.
- Да, действительно проясняет. - Хью помолчал.
- Слушай, Хью, - сказал Алан. - Не сидеть же сложа руки и ждать, когда тебя
поволокут в Конвертер. Тем более, что здесь замешан Морт Тайлер. Надо
вытащить тебя отсюда.
- Как?
- Не знаю еще. Налет устроить, что ли. Есть несколько хороших ребят,
которые не прочь помахать ножами.
- Боюсь, что тогда вместе со мной в Конвертере окажешься и ты, и твои
хорошие ребята. Нет, это не пойдет.
- Так что же, дать им бросить тебя в Конвертер?
Хью смотрел на Алана. Имеет ли он право обращаться к нему с подобной
просьбой? И он решился:
- Слушай, готов ли ты на все, чтобы выручить меня?
- Ты же знаешь, - обиженно ответил тот.
- Тогда ты пойдешь наверх и найдешь карлика по имени Бобо...
Алан лез все выше и выше. Так далеко он не забирался даже в юношеские годы,
когда Хью водил в отчаянные, полные безрассудного риска экспедиции. Сейчас он
был старше, менее подвижен и не испытывал никакого желания находиться здесь.
К вполне естественному страху перед реальными опасностями примешивался и
испуг, вызванный предрассудками и невежеством.
Но все же он продолжал идти вперед.
Карлик увидел его первым. Снаряд пращи угодил Алану прямо в живот, он
только успел крикнуть: «Бобо, Бобо!» - и потерял сознание.
Бобо спиной вошел в жилище Джо-Джима и сбросил свою ношу к ногам хозяина.
- Свежее мясо? - гордо объявил он.
- Ну и возьми его себе, безразлично ответил Джим.
Карлик поковырял скрюченным пальцем в ухе.
- Смешно, - сказал он. - Знает Бобо.
- Подожди-ка, - оторвался от книги Джо.
Хью подготовил Алана к встрече с двухголовым мутантом, поэтому тот, придя в
себя, рассказал обо всем, что случилось.
Джо-Джим слушал молча и бесстрастно. Бобо тоже слушал внимательно, но
ничего не понимал.
Когда Алан кончил, Джим заметил:
- Твоя была правда, Джо. Ничего у него не вышло. - Повернувшись к Алану, он
добавил: - Останешься вместо Хью. В шашки играть умеешь?
Алан переводил взгляд с одной головы на другую.
- Вы даже не попробуете помочь ему? - спросил он.
- А с какой стати? - удивился Джо.
- Но он же рассчитывает на вас. Ему больше неоткуда ждать помощи. Я поэтому
и пришел, разве вы не понимаете?
- Даже если бы мы согласились, - рявкнул Джим, - что бы мы могли сделать,
дурья твоя голова? Отвечай!
- Да нападем на них просто-напросто и отобьем Хью!
- А чего ради мы должны рисковать шкурой, спасая твоего друга?
- Что, драться будем? - навострил уши Бобо.
- Нет, Бобо, нет. Просто разговоры, - ответил Джо.
- А-а... - разочарованно протянул Бобо и смолк.
Алан посмотрел на него.
- Ну хоть Бобо отпустите со мной?
- Нет, - отрезал Джо. - Об этом и речи быть не может.
Алан сидел в углу, обхватив в слепом отчаянии колени. Как вырваться отсюда?
Внизу он мог бы еще найти помощь. Карлик, казалось, спал, хотя наверняка
этого сказать не мог никто. Хоть бы Джо-Джим уснул.
Но близнецы и не думали спать. Джо пытался сосредоточиться на книге, но
Джим все время отрывал его от чтения. О чем они говорили. Алан не слышал.
Вдруг Джо громко сказал:
- Хорошенькое у тебя представление насчет «позабавиться»!
- Все одно веселей, чем шашки, - ответил Джим.
- Веселее, да? А если ты ножом в глаз получишь, что будет со мной?
- Стареешь ты, Джо. Кровь у тебя жидкая стала.
- Не старее тебя.
- У меня зато мысли молодые.
- Знаешь что, меня от тебя с души воротит. Ладно, будь по-твоему, но меня
потом не вини. Бобо!
Карлик вскочил:
- Слушаю, хозяин!
- Приведи Кабана, Длиннорукого и Коротышку.
Джо-Джим подошел к шкафу доставать ножи.
Под самой дверью тюрьмы возникла какая-то сумятица. Хью встрепенулся. Уже
пришли за ним, чтобы отвести в Конвертер?
Вряд ли конвой будет так шуметь. А может быть, этот шум в коридоре вообще
не имеет к нему отношения? А может быть...
Точно! Влетевший в распахнувшуюся дверь Алан сунул Хью в руку пояс с
ножами, одновременно выталкивая пленника наружу.
Стоящий в коридоре Джо-Джим даже не заметил Хью сразу, потому что был
сильно занят - методично и спокойно метал ножи, как будто упражнялся с мишенью у
себя в комнате. Ухмылка Бобо казалась шире обычной из-за ножевой раны у
самого рта, что, однако, никак не повлияло на меткость его пращи.
Хью узнал еще троих головорезов из обычного окружения Джо-Джима.
- Сматываемся, живо! - крикнул Алан. - Их сейчас набежит целая орава! - и
устремился в правый коридор. Джо-Джим последовал За ним. Хью наудачу, не
целясь, метнул нож в стражника, показавшегося из левого коридора, не успев даже
посмотреть, попал или нет. Бобо, прикрывавший отступление с тыла и
раздосадованный слишком быстрым завершением потехи, бежал вслед. Алан снова свернул
направо.
- Здесь лестница! - крикнул он. Но ярдах в десяти от лестницы прямо перед
ним захлопнулась герметическая дверь, о существовании которой Алан совсем
забыл : этой лестницей почти никогда не пользовались. Бобо вцепился в дверь, но
только обломал себе ногти.
- Попались, - мягко сказал Джо. - Надеюсь, Джим, что хоть это развлечение
придется тебе наконец по вкусу.
Из-за поворота сзади высунулась голова одного из преследователей. Хью
метнул нож, но расстояние было слишком велико: нож ударился о сталь стены.
Голова исчезла.
Длиннорукий, держа пращу наготове, не спускал с коридора глаз.
- Видишь светящуюся трубу на потолке? - Хью схватил Бобо за плечо.
Бобо кивнул. Хью показал ему на трубку освещения, проходящую над
разветвлением коридоров, которые они только что проскочили.
- Можешь попасть в место, где эта трубка соединяется с другой?
Бобо прикинул расстояние на глаз. Далековато. Он ничего не ответил. Хью
услышал лишь свист пращи и треск. В коридоре стало темно.
- За мной! - крикнул Хью и побежал назад по коридору.
Приблизившись к перекрестку, он закричал: - Не дышать!
Осторожно! Газ!
Из разбитой трубы лениво вываливались зеленоватые клубы радиоактивного
испарения .
Хью мог только благодарить судьбу за то, что когда-то работал инженером
осветительных систем и хорошо знал их устройство. Направление он выбрал
правильное - линия освещения этого коридора шла как раз от соединения, разбитого
Бобо, и поэтому сейчас Здесь было темно. Вокруг только слышался топот бегущих
людей - друзей ли, врагов ли, он не знал.
Наконец они выскочили на освещенный участок, где не было никого, кроме
насмерть перепуганного крестьянина, тут же пустившегося наутек. Все были на
месте, но Бобо шатался и тяжело дышал. Джо посмотрел на него.
- Газу нанюхался, - сказал он. - Кабан, стукни его по спине. Кабан охотно
повиновался.
- Отойдет, - сказал Джо.
Эта маленькая заминка позволила одному из преследователей догнать их. Он
вылетел из темного коридора прямо на Кабана, то ли не сообразив, что один
оказался против целого отряда, то ли не придав этому значения.
Кабан поднял было пращу, но Алан, узнавший Морта Тайлера, схватил Кабана за
руку:
- Не тронь его! Он мой!
- Один на один? - предложил Алан Тайлеру, прижав пальцем лезвие ножа.
Тайлер двинулся вперед. Алан был тяжелее и явно сильнее.
Однако Тайлер был гибче и подвижнее. Он пытался ударить Алана коленом в
живот, но Алан увернулся и сбил Тайлера с ног, упав на пол вместе с ним.
Мгновение спустя Алан встал и вытер нож о бедро.
- Пошли, - сказал он.
Они поднимались вверх. Кабан и Длиннорукий выходили на каждую новую палубу
первыми, осматривались по сторонам и охраняли лестницу с флангов, пока не
поднимутся все остальные.
Коротышка прикрывал отход с тыла.
Хью уже думал, что они совсем оторвались от погони, но неожиданные крики и
свист ножа, пролетевшего прямо над головой, когда он вылезал из люка на
очередную палубу, убедили его в обратном. Тем более что этот нож хоть и не
сильно, но задел его щеку.
Нож торчал из правого плеча Длиннорукого, но это его не беспокоило, - он
раскручивал пращу. У Кабана свои ножи кончились, он поднимал с пола клинки,
брошенные в него, и метал их обратно. Следы его работы были налицо: три трупа
в коридоре да футах в двадцати от них раненный в ногу человек опирался рукой
о стену, тщетно шаря другой в пустой перевязи. Хью узнал Билла Эртца.
На свое несчастье, Эртц прошел по другой лестнице, чтобы перерезать путь
беглецам и устроить засаду. Бобо поднял пращу, но Хью остановил его:
- Этот нам нужен. Подстрели его в живот, но чтоб жив остался, - приказал
он.
Бобо удивился, но сделал, как было ведено. Эртц перегнулся пополам и рухнул
на пол.
- Метко, - сказал Джим.
- Бобо, тащи его с нами, - скомандовал Хью и окинул взглядом весь отряд. -
Внимание! Все наверх и живо! По сторонам смотреть в оба!
Группа двинулась дальше, сохраняя прежний порядок. Джо выглядел
раздраженным. Происходило что-то странное - Хью вдруг начал командовать его
собственными людьми, да и им самим тоже.
«Впрочем, сейчас не до споров», - подумал он.
Джиму же, казалось, все это было безразлично. Он развлекался.
Они прошли еще десять палуб, не встречая сопротивления.
Хью приказал без нужды не трогать крестьян. Три головореза повиновались
безропотно, а Бобо был слишком занят Эртцем, чтобы нарушать дисциплину.
Только палуб через тридцать, когда они оказались в нейтральной зоне, Хью позволил
остановиться и заняться ранами.
Серьезно пострадали только Длиннорукий и Бобо. Джо-Джим перевязал их
заранее запасенными бинтами. Хью, раненный в щеку, от перевязки отказался.
- Кровь уже остановилась, - сказал он, - и нечего тратить время на
царапины . У меня дел по горло.
- Каких еще дел? Мы идем домой, и хватит ерундить, - сказал Джо.
- Ты как хочешь, - сказал Хью, - но Алан, я и Бобо идем на самый верх, в
Капитанскую рубку. - Это еще Зачем? спросил Джо. - Иди с нами, тогда увидишь
сам. Ребята, привал окончен. Вперед!
Джо хотел что-то сказать, но Джим безмолвствовал, поэтому промолчал и Джо.
Близнецы последовали за Хью. Они вплыли в дверь рубки.
- Вот, - сказал Хью Алану, показывая в иллюминатор, - вот то, о чем я тебе
рассказывал. Алан увидел звезды.
- Великий Джордан! - простонал он. - Мы же выпадем! - И закрыл глаза. Хью
встряхнул его. - Не бойся, посмотри, как красиво. Джо-Джим взял Хью За руку.
- Что ты задумал и зачем приволок сюда этого? - он показал на Эртца.
- Когда он очнется и увидит звезды, мы докажем ему, что Корабль движется в
пространстве. - Зачем?
- Когда он убедится сам, я пошлю его убеждать остальных.
- И с ним случится то же, что и с тобой?
- Тогда, - пожал плечами Хью, - тогда мы просто начнем все сначала. И так
до тех пор, пока не убедим всех. Видишь ли, у нас просто нет другого выхода
ЧАСТЬ II. ЗДРАВЫЙ СМЫСЛ
Джо, правая голова Джо-Джима, посмотрел на Хью Хойланда.
- Ну, ладно, умник. Главного инженера ты убедил, - Двухголовый ткнул в
сторону Билла Эртца ножом и вновь принялся ковырять им в зубах левой головы. -
Ну и что? Какой тебе с того прок?
- Я уже тысячу раз объяснял, - раздраженно ответил Хью. - Будем продолжать,
пока все Ученые, от самого зеленого стажера до Капитана, не убедятся в том,
что Корабль движется, и что его движением можно управлять. Тогда мы завершим
Полет, и исполним волю Джордана. Сколько у тебя наберется бойцов?
- Тебе, никак, взбрело в голову, что мы согласимся участвовать в твоих
идиотских затеях?
- Естественно. Без вас ведь ничего не выйдет.
- В таком случае, можешь поставить на своих планах крест.
Бобо, давай шашки!
- Сейчас, хозяин. - Микроцефал поплелся за шашками.
- Погоди, Бобо, - сказал Джим, левая голова. Карлик застыл на месте,
сморщив узкий лоб. Неспособность дать ему согласованный и непротиворечивый
приказ, временами проявляемая его двухголовым хозяином, вносила единственную
нотку неуверенности в безмятежное существование Бобо.
- Дай Хью сказать, - продолжал Джим, - похоже, есть шанс поразвлечься.
- Развлечься? Ничего себе развлеченьице - получить ножом под ребро! Позволь
тебе заметить, Джим, что это и мои ребра тоже. Нет, я никак не согласен.
- Я еще не предлагал тебе соглашаться. Всего лишь просто выслушать. И,
знаешь , не говоря уж о развлечениях, это, может быть, и есть наш единственный
шанс избежать ножа под ребро.
- То есть?
- Ты же слышал, что сказал Эртц. Офицеры Корабля намерены очистить верхние
ярусы. Интересно, как тебе понравится Конвертер, Джо? Боюсь только, что нам
не сыграть уже в шашки, когда нас разложат на атомы.
- Не паникуй! Экипажу мьюты не по плечу. Сколько раз уже они пробовали с
нами справиться? - А ты что скажешь? - обернулся Джим к Эртцу.
Эртц отвечал осторожно, ни на секунду не забывая, что теперь он
военнопленный, а не старший офицер Корабля. К тому же он был выбит из колеи - слишком
много всего случилось, и слишком быстро. Налет, схватка, плен - и звезды.
Звезды!
В его практичной трезвомыслящей голове не только понятия о них - места
такому понятию никогда не было! Более того, Эртц отлично понимал, что жизнь его
висит на волоске. Стоит только Джо-Джиму сделать знак этому карлику...
- Я думаю, что на этот раз Экипаж своего добьется. - Эртц тщательно
подбирал слова. - Мы... они хорошо подготовились.
Если только вас не больше и если вы не организованы лучше, чем
предполагалось, Экипаж победит. Видите ли... Видите ли... В общем, всю подготовку вел я.
- Ты?
- Да. Большинство в Совете выступило против политики, позволяющей мьютам
жить вне нашего контроля. Она, может, и соответствует нашим религиозным
доктринам, но мы время от времени теряем людей и животных.
- А чем, по-твоему, мьюты должны кормиться? - грозно рявкнул Джим. -
Воздухом?
- Должен отметить, что новый политический курс вовсе не предусматривал
поголовного уничтожения мьютов. Сдавшихся в плен предполагалось приобщить к
цивилизации и раздать членам Экипажа в качестве рабов. Речь идет, конечно, о
тех мьютах, кто... Эртц запнулся, растерявшись, и опустил глаза.
- Ты хотел сказать: «О тех, кто не деформирован физическими мутациями», как
я, например, - сказал Джо голосом, от которого мороз прошел по коже. - Так,
что ли? Для таких, как я, одна дорога - в Конвертер. - Лезвием ножа Джо-Джим
плашмя ударил себя по ладони.
Эртц инстинктивно дернулся вбок, его рука легла на пояс.
Но ножа на поясе не было. Без оружия Эртц почувствовал себя беспомощным.
- Я всего лишь честно ответил на твой вопрос и объяснил истинное положение
дел, - сказал он.
- Оставь его, Джо. Он правду говорит. И поэтому у нас нет выбора. Если мы
не присоединимся к Хью, нас загонят в угол.
Даже не думай его убивать, он нам еще здорово пригодится.
Говоря, Джим пытался вложить нож в ножны. Между братьями вспыхнула быстрая
и молчаливая схватка за контроль над нервными центрами правой руки схватка
воли, незаметная для глаза. Джо сдался.
- Ладно, - хмуро сказал он, - но, когда меня потащат в Конвертер, я
прихвачу его с собой.
- Уймись, - ответил Джим. - Я-то уж в любом случае тебе составлю компанию.
- С какой стати ты вообще ему веришь?
- Ему незачем врать. Он ничего этим не выиграет.
Порасспроси Алана.
Алан Махони, закадычный дружок детских лет Хью Хойланда, слушал этот
разговор , вытаращив глаза. Встреча со звездами потрясла его не меньше Эртца, но
темный крестьянский ум не обладал гибкостью мышления Главного инженера. Эртц
не мог не понять почти мгновенно, что само существование мира вне Корабля
опровергает все, во что он когда-либо верил, и в корне меняет его жизнь и все
планы. Алан же просто испытывал благоговейный восторг. - Алан, что тебе
известно о походе на мьютов?
- Что мне может быть известно? Я же не Ученый. Хотя постойте-ка. В нашу
деревню прибыл новый офицер, чтобы помочь Лейтенанту Нельсону, - он запнулся и
обескуражено обвел всех взглядом.
- Продолжай.
- Ну да, он начал проводить занятия с кадетами и женатыми молодыми
крестьянами. Заставлял нас упражняться с ножами и пращами. Но зачем, не говорил.
- Убедились, наконец? - всплеснул руками Эртц.
- Убедились, - хмуро кивнул Джо.
Хью Хойланд спросил его с надеждой:
- Теперь ты согласен быть со мной заодно?
- Придется, - ответил Джо.
- Согласен, - сказал Джим.
- А ты, Билл?
- Разве у меня есть выбор?
- Есть. Я всем сердцем хочу, чтобы ты был с нами. План у меня такой -
Экипаж в счет не идет. Нам надо убедить офицеров. Те, у кого хватит ума поверить
в очевидное, увидев звезды и Главную рубку, останутся с нами. Остальных, - он
провел по горлу большим пальцем, - в Конвертер.
Бобо радостно усмехнулся и повторил его жест. Эртц кивнул.
- А дальше?
- Под руководством нового Капитана мьюты и Экипаж вместе поведут Корабль к
Далекому Центавру. Да свершится воля Джордана!
Эртц смотрел на Хью. То, что тот предлагал, было настолько грандиозно, что
не сразу укладывалось в голове. Но мысли Хью приходились по душе Эртцу.
Опершись о стол руками, он наклонился вперед.
- Я с тобой, Хью Хойланд.
Один из ножей Джо-Джима лег на стол между его ладонями.
Джо встрепенулся, хотел что-то сказать брату, но передумал.
Эртц взглядом поблагодарил близнецов. Близнецы пошептались между собой,
потом Джо громко сказал:
- Если идем, так до конца.
Зажав лезвие ножа между большим и указательным пальцами так, что наружу
торчало лишь острие, Джо-Джим вонзил его в предплечье левой руки.
Глаза Эртца зажглись. Схватив только что обретенное оружие, он надрезал
себе левую руку в том же месте. Хлынула кровь.
- Спиной к спине? - Отпихнув стол, Эртц прижался раной к ране Джо-Джима.
Выхватив ножи. Алан, Хью и Бобо совершили обряд кровной клятвы. Они стояли,
прижавшись плечами друг к другу, и кровь их стекала на пол одной струей.
- Нож за нож!
- Спиной к спине!
- Кровь за кровь!
- Кровные братья до конца Полета!
Ученый-вероотступник, ученый-пленник, темный крестьянин, двухголовый монстр
и безмозглый карлик - пять ножей, считая Джо-Джима За один, и пять голов,
считая Джо-Джима за две и не считая Бобо, - пять голов и пять ножей против
всего «цивилизованного мира».
- Не хочу я туда возвращаться, Хью, - понуро сказал Алан. - Почему мне
нельзя остаться с тобой? Я хороший боец.
- Боец ты отличный, дружище, но сейчас от тебя будет больше пользы как от
лазутчика.
- Для этого есть Билл Эртц.
- Без тебя ему не обойтись. Билл на виду: если он все время будет мотаться
вверх-вниз, могут пойти пересуды. Вот тут-то ты и нужен: будешь у него
связным.
- А как я, Хафф побери, объясню в деревне, где столько времени пропадал?
- Говори как можно меньше. Главное, держись подальше от Свидетеля. - Хью
вдруг представил себе, как Алан пытается выкрутиться, а Свидетель обуреваемый
своей вечной жаждой подробностей, загоняет его в угол умелыми вопросами.
- Держись от старика подальше, - повторил Хью. - Он тебя сразу расколет.
- Старик-то? Да ведь он давно уже помер. А новый Свидетель еще зелен и
глуп.
- Вот и хорошо. Будь осторожен и ничего не бойся. - Хью повысил голос: -
Билл! Ты готов?
- Готов. - Эртц поднялся и неохотно отложил книгу, которую читал, -
иллюстрированное издание «Трех мушкетеров».
- Книга просто чудесная, - сказал он. - Слушай, Хью, неужели на Земле
действительно все так и есть?
- Конечно. Книги Джо-Джима не врут.
Задумавшись, Эртц закусил губу:
- Как по-твоему, что такое «площадь»?
- «Площадь»? Насколько я понимаю - огромная общинная, где может сразу
собраться много людей.
- Сначала, читая, я тоже так думал, но... как же можно тогда ездить на ней
верхом? - Что-что?
- Да вот в книге они только и делают, что залезают на площадь и скачут
куда-нибудь .
- Дай-ка мне книгу, - приказал Джо. Быстро перелистав ее, он рассмеялся. -
Ну и идиот же ты. Ездят на лошадях, а не на площадях. Можно сесть на лошадь и
проехаться по площади, но не наоборот, понял ты, дурень?
- А что такое «лошадь»?
- Животное, величиною с корову. Ты усаживаешься ему на спину и едешь, куда
хочешь.
Эртц обдумал новую информацию:
- Непрактично как-то. Когда едешь в носилках, просто говоришь Главному
носильщику, куда идти, и все. А как объяснит дорогу корове?
- Легче легкого. Твой носильщик ее поведет в нужном направлении.
Эртц поразмыслил и над этим:
- Все равно непрактично. Можно ведь упасть. Нет уж, лучше пешком.
- Дело наживное, - объяснил Джо. - Требует привычки.
- А ты умеешь ездить на лошади?
Джим фыркнул.
- Где ты видел лошадей в Корабле? - разозлился Джо.
- Ладно, не будем про лошадей. Но я хотел еще кое-что спросить. Эти парни,
Атос, Портос и Арамис, дрались необычайно длинными...
- Об этом поговорим в следующий раз, - перебил его Хью. - Бобо уже
вернулся, пора идти.
- Подожди, Хью. То, что я говорю, очень важно. Они дрались необычайно
длинными ножами.
- Ну и что с того?
- Но ведь их ножи гораздо лучше наших. Длиной с руку, а то и больше.
Подумай только, какое преимущество дадут нам такие ножи, если придется драться с
Экипажем.
Хью обнажил свой нож и задумчиво посмотрел на него:
- Может, ты и прав. Но зато длинный нож не метнешь.
- А кто мешает сохранить наши метательные ножи?
- Да никто, пожалуй.
Близнецы молчали, прислушиваясь к их разговору. Наконец Джо сказал:
- Билл прав. Подумай о ножах, Хью, а нам с Джимом надо кое-что почитать.
Обе головы лихорадочно вспоминали все прочитанные книги, подробно и со
знанием дела перечисляющие разнообразные методы, используемые людьми для
сокращения жизни своих недругов. Джо-Джим и не заметил, как учредил Факультет
исторических изысканий военного колледжа, тем более, что такое цветистое
название ему и в голову бы никогда не пришло.
- Читай, конечно, - согласился Хью. - Но поговори сначала со своими людьми.
- Пошли.
Они вышли в коридор, где Бобо собрал десятка два головорезов, составляющих
опору Джо-Джима в стране мутантов. Для всей этой шайки, кроме Длиннорукого,
Кабаны и Коротышки, Хью, Билл и Алан были чужаками, а чужакам встречаться с
ними было опасно для жизни.
Джо-Джим приказал мьютам хорошенько запомнить троих людей с нижних палуб.
Запомнить и знать, что их следовало пропускать везде и всюду
беспрепятственно, оказывая помощь и содействие.
Более того, в отсутствие Джо-Джима мьютам надлежит повиноваться им, как ему
самому. Среди мьютов начался гул. До сих пор они привыкли повиноваться только
Джо-Джиму, и никому, кроме него.
Один из них, с огромным носом, поднялся и заговорил:
- Я - Джек Носатый. Мой нож остр и мой глаз меток.
Джо-Джим-двухголовый мудр за десятерых, он мой хозяин, и я за него
сражаюсь . Но хозяин он, а не эти трое с нижних палуб. Что вы скажете, молодцы?
Он выжидающе замолк. Мьюты нервно переминались с ноги на ногу, поглядывали
на Джо-Джима. Джо уголком рта пробормотал что-то Бобо. Джек Носатый открыл
было рот, чтобы продолжать, но раздался лишь треск разбитых зубов и
переломанной шеи - снаряд пращи Бобо заткнул ему глотку.
Бобо снова изготовил пращу. Джо-Джим оглядел притихших мьютов:
- Длиннорукий! Ты, Сороковой и Топор пойдете вниз с Бобо, Аланом и Биллом.
Остальным разойтись.
Трое мьютов отделились от отряда и проследовали за Бобо.
Перед тем как прыгнуть в люк, Эртц обернулся.
- Да хранит вас Джордан, братья, - сказал он.
Джо-Джим помахал ему рукой.
- И тебя, - ответил Джо.
- Доброй еды, - добавил Джим.
Бобо вел их вниз. Через сорок с лишним палуб они оказались на ничьей земле
между мьютами и Экипажем. Бобо обернулся к своим рубакам:
- Мудрые Головы приказали вам стоять здесь по очереди на посту. Ты первый,
- показал он на Длиннорукого.
- Алан и я идем вниз, - добавил Билл. - А вы трое по очереди будете
караулить здесь, и передавать мои послания Джо-Джиму. Ясно?
- Ясно, - ответил Длиннорукий.
- Приказ Джо-Джима! - отметил Сороковой, пожимая плечами, как бы говоря:
«Что ж тут рассуждать!»
Топор просто хмыкнул в знак согласия. Бобо от души похлопал Билла и Алана
по спинам.
- Доброй еды, - напутствовал он их.
Обшаривая столы исчезнувшего Главного инженера, Старший помощник Капитана-
Помазанника Финеас Нарби обнаружил, к своему изумлению, что Билл Эртц тайком
хранил парочку Ненужных книг. Были у него в столе, конечно, и обычные
Священные книги, такие, как бесценные «Профилактика вспомогательного Конвертера» и
"Справочник систем освещения и кондиционирования звездолета «Авангард» -
самые священные из всех Священных книг: на них стояла печать самого Джордана, и
они по праву могли принадлежать только Главному инженеру.
Нарби считал себя скептиком и рационалистом. Вера в Джордана - дело
праведное и благое... для Экипажа. И все же слова «Фонд Джордана», оттиснутые
штемпелем на титульном листе, будили в душе трепет, которого он не помнил с тех
пор, как был удостоен сана Ученого.
Нарби восхищался прекрасным четким шрифтом старинных книг. Вот ведь были
писцы у древних! Не то, что современные неряхи, которым и двух букв одинаково
ровно не написать.
Он решил обязательно изучить подробно эти ценнейшие справочники инженерного
ведомства, прежде чем передать их преемнику Эртца. Было бы очень полезно,
решил Нарби, избавиться от необходимости слепо полагаться на слова Главного
инженера, не зависеть от него, когда он, Нарби, сам станет Капитаном.
Нарби не очень почитал Инженеров в основном потому, что сам инженерными
способностями не блистал. Когда он стал Ученым, одним из тех, кто охранял
духовное и материальное благополучие Корабля, когда дал клятву служить верой и
правдой делу Джордана, то быстро понял, что более склонен к руководству
кадрами и разработке политической линии, чем к обслуживанию Конвертера. Он
занимал посты клерка, администратора деревни, секретаря Совета, кадровика и,
наконец, поднялся до должности Старшего помощника самого Капитана-Помазанника.
Это место он получил сразу же после таинственного происшествия, значительно
сократившего жизнь его предшественника.
Решение заняться инженерными делами до избрания нового Главного инженера
напомнило ему о необходимости подобрать подходящую кандидатуру. В обычной
ситуации на пост Главного инженера, ушедшего в Полет, назначался старший
Вахтенный офицер, но вахтенный Морт Тайлер сам ушел в Полет - его хладный труп
нашли в коридоре, по которому отступали мьюты, освободившие еретика Хью
Хойланда. Вопрос о кандидатуре оставался открытым, и Нарби еще не решил, кого
рекомендовать Капитану.
Одно было ясно - новый Главный инженер не должен обладать таким чрезмерно
развитым чувством инициативы, как Эртц. Нарби отдавал последнему должное и
признавал его заслуги в отличной организации подготовки Экипажа к намеченному
истреблению мьютов, но именно эти его качество хорошего организатора и
руководителя беспокоили Нарби - они могли сделать Эртца слишком сильным
кандидатом на пост Капитана в случае... Наедине с самим собой Нарби мог признаться,
что жизнь нынешнего Капитана так неопределенно затянулась только потому, что
он, Нарби, не был на все сто процентов уверен, кого Совет изберет следующим
Капитаном - Эртца или его. А сейчас старому Капитану было бы в самый раз
отправиться к Джордану.
Старый толстый дурак давно уже отжил свое, и толку от него...
Нарби просто устал улещивать старика, чтобы тот отдавал нужные
распоряжения. Да, если перед Советом встанет необходимость выбора нового Капитана
именно в настоящий момент, то подходящая кандидатура будет только одна...
Нарби захлопнул книгу. Решение было принято. Замыслив убрать Капитана,
Нарби отнюдь не испытывал ни стыда, ни угрызений совести, ни мыслей о грехе и
предательстве. Капитана он презирал, но никаких злых чувств к нему никогда не
испытывал, так что в его намерениях убить Капитана не было и следа личной
ненависти или неприязни. Нарби строил свои планы, исходя из самых благородных
побуждений государственного деятеля. Он искренне верил, что действует на
благо всего Экипажа, что его цель - здравомыслящая администрация, порядок,
дисциплина и добрая еда для каждого. Необходимость отправить кое-кого в Полет
ради достижения великих целей и всеобщего блага не вызывала у него ни
малейшего сожаления, и зла никакого к этим людям он не питал.
- Какого Хаффа ты роешься в моем столе? Нарби обернулся и увидел покойного
Билла Эртца, с недовольным видом склонившегося над ним. Сначала Нарби
уставился на Билла, потом медленно закрыл рот. Нарби настолько был уверен в
смерти Главного инженера после его исчезновения во время налета, что увидеть
Эртца сейчас перед собой живым и сердитым было для него тяжелым ударом. Но он
быстро взял себя в руки.
- Билл! Джордан с нами! Мы же думали, что ты ушел в Полет! Садись, садись,
да расскажи поскорее, что с тобой приключилось.
- Сяду, конечно, если ты уберешься из моего кресла, - ядовито ответил Эртц.
- Извини. - Нарби быстро вылез из-за стола и пересел в кресло напротив. - А
теперь, - продолжал Эртц, занимая свое место, - будь любезен объяснить,
почему ты копаешься в моих бумагах.
Нарби ухитрился изобразить обиду:
- Но разве это не ясно? Мы же считали тебя погибшим.
Кто-то должен же руководить твоим ведомством до назначения нового Главного
инженера. Я выполнял приказ Капитана.
Эртц смотрел ему прямо в глаза.
- Не заливай, Нарби. Мы-то с тобой знаем, кто думает за Капитана, сами
частенько это делали. Даже если ты действительно считал меня мертвым, мог бы и
подождать еще немножко, прежде чем лезть в мой стол.
- Но, в самом деле, старина, ты уж слишком. Если человек исчезает после
налета мьютов, то вполне логично предположить, что он ушел в Полет.
- Ладно, оставим это. Почему мое место не занял Морт Тайлер, как и должно
быть во время моего отсутствия?:
- Морт в Конвертере.
- Что, убит? Но кто приказал отправить его в Конвертер?
Такая масса даст слишком сильную нагрузку.
- Приказал я. Масса его тела почти совпала с массой тела Хойланда, а
Хойланд в Конвертер так и не попал.
- «Почти» и «совсем» - не одно и то же, особенно когда имеешь дело с
Конвертером. Придется мне проверить. - И Эртц поднялся с места.
- Не беспокойся, - сказал Нарби, - я ведь все-таки тоже не крестьянин и в
инженерном деле немного соображаю. Я приказал подогнать массу Тайлера под
график переработки, который ты составил для тела Хойланда.
- Хорошо. Потом проверю. Лишний вес терять впустую нам тоже нельзя.
- Кстати, насчет рационального использования веса, - невинно сказал Нарби,
- я у тебя в столе нашел пару Ненужных книг. - Ну и что с того?
- Тебе ведь известно, что они определены как масса, подлежащая конвертерной
переработке для производства энергии.
- Известно. А тебе известно, кто отвечает за производство энергии.
- Ты. Но зачем эти книги находятся в твоем столе?
- Позволь заметить, дорогой любимчик Капитана, что только мне одному дано
право судить, где хранить вещи, предназначенные для Конвертера.
- Конечно, конечно, ты прав. Послушай, если они не нужны для Конвертера
прямо сейчас, можно я возьму их почитать?
- Бери, пожалуйста, но будь благоразумен. Я выдам их под расписку, а ты не
распространяйся об этом.
- Спасибо. Живое было воображение у древних. Полный бред, конечно, но
приятно на досуге позабавиться.
Эртц рассеянно приготовил расписку на две книги и протянул ее Нарби
прочитать . Мысли Эртца были заняты совсем другим - как и когда начать обработку
Нарби. Он хорошо понимал, что в деле, которое замыслили он и его кровные
братья, без Финеаса не обойтись. Его позиция может иметь решающее значение.
Перетянуть бы его на свою сторону...
- Фин, - сказал он, наконец, когда Нарби положил на стол подписанную
расписку, - я начал сомневаться в разумности нашего поведения в деле Хойланда.
Нарби удивленно взглянул на него.
- Да нет, я отнюдь не верю всем этим бредням, которые он наплел, - добавил
Эртц торопливо. - Но сдается мне, что мы упустили шанс. Надо было поиграть с
Хойландом и выйти через него на мьютов. Мы хотим присоединить их территорию,
но все наши планы строятся на предположениях, а не на достоверной информации.
Сколько их, каковы их силы, как они организованы - толком мы ничего не знаем.
Более того, нам придется драться на чужой территории. Но верхние палубы для
нас вообще «белое пятно». Надо бы притвориться, что мы верим Хойланду, и
выкачать из него как можно больше сведений.
- На которые вряд ли можно было бы полагаться, - отметил Нарби.
- Полагаться только на его слова не было нужды. Он ведь предлагал нам
безопасный проход через страну мьютов, можно было бы самим посмотреть, что к
чему.
- Ты это всерьез? Любой член Экипажа, доверившийся мьюту, - отправится не в
Невесомость, а в Полет! - Нарби был ошеломлен.
- Не знаю, не знаю, - возразил Эртц. - У меня сложилось впечатление, что
Хойланд сам верил в то, что говорил. Помимо того...
- Что «помимо того»? Весь этот бред о движении Корабля?
Незыблемого Корабля? - Нарби ударил кулаком по стенке. - Да кто поверит в
подобную чушь?
- Хойланд поверил. Ну, хорошо, он религиозный фанатик, я согласен. Но ведь
его фанатизм на чем-то основан? Он увидел, наверху, что-то невероятное и
воспринял его по-своему, в виде той истории, которую нам рассказал. Мы должны
были использовать его предложение пойти наверх и познакомиться с его
открытием хотя бы для того, чтобы разведать по дороге страну мьютов. - Полнейшее
безрассудство!
- Вот и нет. Судя по всему, он пользуется огромным влиянием среди мьютов, а
то с чего бы им заваривать эту кашу и спасать его? Если он говорит, что
гарантирует безопасный проход через их страну, значит, знает, что говорит.
- С чего это ты изменил свое мнение?
- Мое мнение изменил налет. Я бы в жизни не поверил, что шайка мьютов
рискнет шкурами, чтобы спасти одного человека. Но коль скоро это произошло, я
вынужден пересмотреть свои взгляды.
Абстрагируясь от рассказа Хью, могу сказать только одно: мьюты готовы за
него драться и, по всей вероятности, готовы подчиняться ему. А если это так,
на его религиозный фанатизм следовало смотреть сквозь пальцы и использовать
Хью для установления контроля над мьютами, не прибегая к войне.
Нарби пожал плечами:
- Твои рассуждения не лишены логики. Но стоит ли тратить время на
рассуждения о том, что могло бы произойти. Если шанс и был, то он уже упущен.
- Как знать. Хойланд ведь бежал к мьютам. Если бы я мог как-нибудь
связаться с ним, может, и удалось бы еще начать все сначала.
- И как же ты предполагаешь сделать это?
- Сам пока не знаю. Можно, например, взять охрану, полезть наверх, поймать
какого-нибудь мьюта и отправить его к Хойланду.
- Рискованная затея.
- Но я не прочь попробовать.
Нарби задумался. Весь план казался ему донельзя глупым и неоправданно
рискованным. Но если Эртц не прочь рискнуть...
Шансов, конечно, мало, но чем Хафф не шутит? Если Эртцу удастся осуществить
свой план, то у него, у Нарби, будут развязаны руки для выполнения самых
заветных планов. Уж кто-кто, а Нарби понимал, что покорение мьютов силой будет
делом долгим и кровавым, да и вообще вряд ли осуществимым. А если у Эртца
ничего не выйдет, то опять же Нарби ничего не теряет, кроме самого Эртца. А на
нынешнем этапе игры о жизни Главного инженера вообще вряд ли стоит
сокрушаться. Та-ак...
- Возьмись за это дело, Билл, - сказал он. - Человек ты смелый, а дело
стоящее.
- Хорошо, - согласился Эртц. - Доброй еды.
Нарби понял намек.
- Доброй еды, - ответил он и, забрав книги, ушел. Только вернувшись к себе
он сообразил, что Эртц так и не дал никакого объяснения своему исчезновению и
долгому отсутствию.
Эртц тоже понимал, что и Нарби не был с ним полностью откровенен. Но, зная
Нарби, принимал это как должное. Основа для будущих действий была заложена.
Главный инженер провел текущую проверку Конвертера и назначил исполняющего
обязанности Вахтенного. Убедившись, к своему удовлетворению, что его
подчиненные справятся с работой и во время его дальнейших отлучек, он приказал
вызвать к себе Алана Махони. Он хотел было выехать навстречу Алану в носилках,
но решил не привлекать внимания к встрече.
...Алан бурно приветствовал его. Для все еще не женатого, работающего на
более удачливых людей кадета, все сверстники которого давно уже обзавелись
семьями и собственностью, кровное братство с одним из главных Ученых Корабля
стало самым выдающимся событием в жизни. Оно затмевало даже все недавние
приключения, полный смысл которых его невежественный ум все равно не мог
постичь . Эртц прервал его и быстро закрыл дверь.
- Стены имеют уши, - тихо сказал он, - а у клерков, помимо ушей, еще и
языки. Ты что, хочешь, чтобы нас с тобой сунули в Конвертер?
- Прости, Билл, я не сообразил.
- Ладно, оставь. Встретимся на лестнице, по которой мы спускались от Джо-
Джима, десятью палубами выше этой. Считать умеешь?
- Даже в два раза больше, чем до десяти. Один да один два, еще один -
получится три, еще один - четыре...
- Молодец. Хватит. Но я больше полагаюсь на твою верность и умение
обращаться с ножом, чем на твои математические способности. Встретимся как можно
быстрее, и постарайся, чтобы тебя никто не видел.
В месте встречи на посту стоял Сороковой. Эртц окликнул его по имени
издалека, держась вне пределов досягаемости ножа и пращи - совсем не лишняя
предосторожность, когда имеешь дело с существом, дожившим до своих лет только
благодаря умению обращаться с оружием.
Приказав мутанту найти и привести Хойланда. Эртц вместе с Аланом присел
отдохнуть .
В жилище Джо-Джима не было ни хозяина, ни Хью. Сороковой застал там Бобо,
но что с него толку? Бобо сказал, что Хью пошел на самый верх, туда, где все
летают. Но на самый верх Сороковой забирался лишь раз в жизни и верхних палуб
толком не Знал. Где там найти Хью? Сороковой растерялся. Нарушать приказы
Джо-Джима было небезопасно, а Сороковой раз и навсегда вбил в свою буйную
голову, что приказ Эртца - то же самое, что приказ Джо-Джима. Он снова
растолкал Бобо.
- Где Мудрые Головы?
- У оружейницы. - Бобо закрыл глаза и захрапел.
Это уже лучше. Где живет оружейница, знал каждый мьют. Все имели с ней
дела. Оружейница была незаменимой мастерицей, торговкой и посредницей. Нет
нужды говорить, что личность ее была неприкосновенной, а мастерская -
нейтральной территорией, где все схватки были запрещены. Туда и направился Сороковой.
Дверь с табличкой «Термодинамическая лаборатория. Вход строго воспрещен»
была распахнута настежь. Читать Сороковой не умел, а если бы и умел, все
равно бы ничего не понял. Услышав голоса оружейницы и одного из близнецов, он
вошел внутрь.
- Хозяин, - начал было он.
- Закройся, - ответил Джо. Джим даже не обернулся, занятый беседой с
Матерью Клинков. - Сделаешь, как тебе говорят, - прорычал он, - и хватит попусту
болтать.
Оружейница уставилась на него, уперев все четыре мозолистые руки в широкие
бедра. Глаза у нее были красные, ей все время приходилось следить за
плавильной печью - по морщинистому лицу на седые редкие усы стекал пот и капал на
обнаженную грудь.
- Я делаю ножи, да! - отрезала она. - Честные ножи, а не дрючки для свиней,
которые ты от меня требуешь. Придумают тоже - нож длиной с руку, тьфу! - и
она плюнула в раскаленную докрасна печь.
- Слушай ты, падаль, - ровным голосом ответил Джим, - или сделаешь, что
говорят , или я тебе пятки поджарю в твоей же печке. Ясно?
У Сорокового отвисла челюсть. Да, могущественней его хозяина не было! Никто
и никогда, кроме него, не посмел бы так разговаривать с Матерью Клинков!
Оружейница сразу сдалась.
- Но так ведь делать ножи не положено, - жалобно всхлипнула она. - Их же не
метнешь. Да я вам сейчас покажу. - Она схватила со стола пояс с ножами и
метнула ножи через всю комнату в крестообразную мишень - все четыре сразу.
Лезвия вонзились в четыре конца крестовины. - Видел? А твой дрючок разве так
метнешь?
- Хозяин, - снова начал Сороковой, но Джо-Джим не оборачиваясь, заткнул ему
рот кулаком.
- Ты права, - ответил Джим оружейнице, - но мы вовсе не собирается метать
длинные ножи. Мы ими собираемся колоть и резать на близком расстоянии.
Принимайся за работу; пока не сделаешь для меня первый нож, есть не сядешь.
Старуха закусила губу.
- Плата обычная? - резко спросила она.
- Обычная. Десятину с каждого убитого твоим ножом, пока не будет выплачена
их стоимость, и хорошая кормежка на все время работы.
Старуха пожала кривыми плечами.
- Ладно. - Она вытянула из-под стола длинный кусок стали и сунула его в
печь.
Джо-Джим обернулся к Сороковому.
- В чем дело? спросил Джо.
- Хозяин, Эртц велел мне найти Хью.
- Так что же ты его не ищешь?
- Бобо сказал, что Хью ушел в Невесомость.
- Ну и иди за ним туда. Хотя нет, заблудишься. Придется мне самому его
найти. А ты возвращайся к Эртцу и скажи, чтобы ждал.
Сороковой заспешил вниз. Хозяин был у него что надо, но мешкать в его
присутствии не стоило.
...Обнаружив Кабана и Коротышку, спавших у двери, ведущей в Главную рубку,
Джо-Джим понял, что Хью там - он сам назначил их личными телохранителями Хью.
Но и так было ясно, что если Хойланд пошел наверх, то наверняка в Главную
рубку. Она волшебной силой притягивала его к себе. С того момента, как Джо-
Джим в буквальном смысле слова втащил Хью за шиворот в рубку и ткнул носом в
действительность, в то, что Корабль отнюдь не весь мир, а всего лишь
песчинка, затерянная в гигантской Вселенной, судно, движением которого можно
управлять, одна лишь мысль владела Хью Хойландом, тогда еще пленником-рабом Джо-
Джима, одно лишь желание обуревало его сесть за пульт управления и вести
Корабль! Мечты Хью и в сравнение не шли с мечтами земных астронавтов.
Стремление в космос, жажда полетов на космических кораблях, подражание романтическим
героям-астронавтам были естественными для всех земных мальчишек еще с тех
пор, как взлетела первая ракета. Но Хью-то мечтал вести в Полет не просто
космический корабль, а весь свой мир! Замысли земляне оснастить свою планету
двигателями и ринуться сквозь Галактику, и то их мечта уступала бы в
дерзновенности намерениям Хью.
Новый Архимед обрел рычаг. Теперь он искал точку опоры.
Джо-Джим остановился на пороге гигантского стеллариума Главной рубки и
заглянул внутрь. Хью он не видел, но был уверен, что тот расположился в кресле
Главного навигатора - огни были включены. На стенах ярко мерцало изображение
звездного неба, воспроизводимого телескопами с пунктуальной точностью.
Хью, сидя в кресле, гасил сектор за сектором, оставляя лишь один на
противоположной себе стороне, отличавшийся от других изображением большого
сверкающего шара, затмевающего своей яркостью соседние звезды. Джо-Джим полез к
креслу Хью.
- А, это ты, - обернулся тот.
- Вылезай, тебя ждет Эртц.
- Хорошо, но сначала посмотри...
- Да пошли ты его... - сказал брату Джо, но Джим ответил:
- Будет тебе, право, давай посмотрим. Дело ведь недолгое.
Джо-Джим вскарабкался на соседнее с Хью кресло.
- Что еще там? - буркнул Джо.
- Посмотри на эту звезду, - показал Хью на яркий шар. - Она намного больше,
чем была в прошлый раз.
- Да она давно уже растет, - ответил Джим. - Когда мы сюда пришли в первый
раз, ее почти совсем не было заметно.
- Значит, мы приближаемся к ней.
- Разумеется, - согласился Джо. - Факт давно известный.
Еще одно доказательство, что Корабль движется.
- А почему ты мне раньше не говорил?
- О чем?
- О звезде. О том, что она растет.
- Что нам проку с того, что она растет?
- «Что нам проку!» Да в этом же все дело! Это же конец Полета, место,
указанное Джорданом!
Слова Хью привели обе головы Джо-Джима в замешательство.
Мысли близнецов не шли дальше обеспечения собственной безопасности и
привычных удобств, им трудно было понять, что Хью, да и Билл Эртц
руководствовались совсем другими соображениями - желанием возродить утраченные достижения
далеких предков и довести до конца их дело - давно забытый, превратившийся в
мистику Полет на Далекий Центавр.
Первым пришел в себя Джим:
- Почему ты думаешь, что именно эта Звезда и есть Далекий Центавр?
- Плевать мне. Центавр она или не Центавр. Но мы к ней ближе, чем к
остальным и продолжаем приближаться. Одна звезда ничем не хуже другой, когда все
равно не знаешь, где которая из них. Слушай, Джо-Джим, а ведь древние умели
различать звезды.
- Умели, - ответил Джо. - Но нам-то что с этого? Выбрал ты себе звезду, ну
и добро пожаловать. А я пошел вниз.
- Хорошо, я тоже спускаюсь, - неохотно поднялся с кресла Хью.
Эртц изложил Джо-Джиму и Хью содержание своей беседы с Нарби.
- Вот что я предлагаю, - продолжал он. - Я пошлю Алана обратно к Нарби и
велю ему передать, что мне удалось вступить с тобой в контакт, Хью, и что я
прошу его подняться сюда на ничейную палубу, где покажу ему кое-что очень
важное.
- Почему бы тебе самому за ним не пойти и не привести его сюда? - спросил
Хью.
- Потому, что так пытался сделать ты, когда пришел ко мне и хотел все
объяснить . - Эртц смутился. - Ты вернулся от мьютов с невероятными рассказами, и
я тебе не поверил, отдав под суд по обвинению в ереси. Если бы не Джо-Джим,
быть бы тебе сейчас в Конвертере. И если бы ты не взял меня в плен и не
затащил бы в Рубку, где я все увидел собственными глазами, я бы так тебе и не
поверил. Пойми, что Нарби - орешек не менее твердый, чем был я. Мы должны
заманить его сюда, а потом показать ему звезды и заставить его их увидеть.
Добром, если получится, силой, если потребуется.
- Не понимаю, - сказал Джим, - чего с ним цацкаться. Куда проще перерезать
ему глотку.
- Перерезать ему глотку было бы славно, но вряд ли практично. Ты даже не
представляешь, Джим, насколько Нарби может быть вам полезен. В Совете нет
офицера авторитетнее Нарби. Более того, он давно уже вершит делами от имени
Капитана. Перетянув его на свою сторону, мы вообще сможем избежать войны, в
исходе которой я, честно сказать, не совсем уверен.
- Сомневаюсь, что Нарби придет. У него нюх на ловушки, - сказал Хью.
- Тем более должен идти Алан, а не я. Меня Нарби сразу начнет «копать», а с
Алана взятки гладки. Он ничего не скажет Нарби, кроме того, о чем мы
договоримся .
- Точно. Знать ничего не знаю, видеть ничего не видел, - сказал Алан и
добавил честно и откровенно: - Я вообще никогда особенно важного не знал.
- Джо-Джима ты не видел, о звездах слыхом не слышал. Ты просто мой
телохранитель и ординарец. Нарби передашь следующее. - Эртц подробно объяснил Алану,
как и что следует говорить. Удостоверившись в том, что тот все понял, он
пожелал ему доброй еды.
- Доброй еды, - ответил Алан, стиснув рукоять ножа, и отправился в путь.
Послание Эртца Алан изложил Нарби шепотом, чтобы не подслушал слуга,
стоявший за дверью.
- Эртц хочет, чтобы я шел с тобой в страну мьютов? - ошеломленно уставился
на него Нарби.
- Не совсем туда, сэр. На ничейную палубу, где можно будет встретиться с
Хью Хойландом.
- Что за абсурд! Да я просто пошлю стражу арестовать его и доставить сюда!
- взорвался Нарби.
Алан понял, что наступил решающий момент. Он нарочно повысил голос, чтобы
слуга за дверью, а может быть, и клерки, услышали его:
- Эртц велел передать, что если вы испугаетесь идти, то можете оставить эту
затею. Он сам подымет вопрос на заседании Совета.
Своим дальнейшим существованием Алан был обязан только тому, что Нарби был
человеком интеллекта, а не грубой силы.
Посматривая на нож на поясе Нарби, Алан с тоской вспоминал свое оружие,
которое сдал начальнику охраны, входя в покои Старпома.
Нарби сдержал гнев. Он был слишком умен, чтобы отнести оскорбление на счет
стоящего перед ним придурка, хотя и пообещал себе уделить этой деревенщине
немного особого внимания в более подходящее время. Сейчас же на принятом им
решении сказались в равной мере и задетое самолюбие, и любопытство, и
потенциальная угроза потери лица.
- Ты отведешь меня к Эртцу, - сказал ой сурово, - и я проверю, правильно ли
ты передал его слова.
Нарби хотел было взять с собой конвой, но передумал. Не стоило обнародовать
дело, не разобравшись во всех его политических аспектах, да и взять охрану в
данном случае все равно, что не пойти совсем. Но он нервно спросил Алана,
когда тот получал обратно свое оружие:
- Ты хорошо владеешь ножом?
- Даже очень, - бодро ответил Алан.
Нарби от души понадеялся, что Алан не хвастун. Последнее время он часто
жалел, что раньше пренебрегал военной подготовкой. Следуя за Аланом, он
постепенно успокоился.
Во-первых, ничего особенного не случилось, во-вторых, Алан производил
впечатление опытного и надежного разведчика.
Двигался он бесшумно, никогда не забывая тщательно обшарить палубу
взглядом, прежде чем вылезти на нее из люка. Нарби вряд ли бы сохранил свое с
трудом обретенное спокойствие, услышь он то, что слышал из тускло освещенных
проходов Алан - шорохи, из которых было ясно, что за их продвижением следят с
флангов. Алана эти шорохи настораживали, хотя он их и ожидал, понимая, что
Хью и Джо-Джим слишком опытны, чтобы оставить проходы без прикрытия. Но,
будучи настороже, он все же не испытывал беспокойства - это пришлось бы делать,
не сумей он прикрытия обнаружить. Дойдя до условленного места. Алан,
остановился и свистнул. Раздался ответный свист.
- Это я. Алан, - крикнул он.
- Выйди на открытое место и покажись!
Алан вышел вперед, не теряя, однако, бдительности.
Убедившись, что его встречают друзья - Эртц, Хью, Джо-Джим и Бобо, он
сделал Нарби знак следовать за ним.
При виде Джо-Джима и Бобо восстановившееся было самообладание Нарби
лопнуло . Он понял, что попал в ловушку.
Выхватив нож, Старпом метнулся назад, однако Бобо крутанул свою пращу еще
быстрее. На мгновение все застыли, но Джо-Джим резко выбил из его рук оружие.
Нарби удирал что было сил. Хью и Эртц тщетно звали его назад.
- Бобо, возьми его! Живьем, - скомандовал Джим.
Бобо рванулся вперед.
Вскоре он вернулся и, уложив Нарби на пол, заметил:
- Быстро бегает.
Нарби лежал, почти не двигаясь, стараясь восстановить дыхание. Бобо вытащил
из-за своего пояса отнятый у Старпома нож и попробовал его на жестких волосах
своей левой руки.
- Хороший клинок, - одобрительно хмыкнул он.
- Верни ему нож, - приказал Джо.
Бобо удивился, но выполнил приказ, Забрав у Джо-Джима свою пращу.
Нарби был удивлен не меньше Бобо тем, что получил свое оружие обратно. Но
чувства свои он умел скрывать намного лучше карлика. Он даже сумел изобразить
достоинство, принимая нож обратно.
- Послушай, - обеспокоенным голосом начал Эртц, - мне очень жаль, что так
вышло. Но другого пути удержать тебя не было.
Усилием воли Нарби восстановил холодное самообладание, с которым обычно
воспринимал жизнь со всеми ее поворотами.
«Проклятье, - подумал он, - ситуация просто идиотская. Ну, ладно».
- Забудем об этом, - сказал он вслух. - Просто я шел на встречу с тобой, а
увидел вооруженных мьютов. В странные ты игры играешь, Эртц.
- Приношу свои извинения. Следовало, конечно, предупредить тебя, - Эртц
позволил себе маленькую дипломатическую ложь. - Но позволь представить тебе
Джо-Джима, он у мьютов все равно, что у Экипажа офицер. А с Бобо ты уже
познакомился .
- Доброй еды, - вежливо сказал Джо.
- Доброй, еды, - машинально ответил Нарби. Наступило неловкое молчание.
Нарби первым нарушил его.
- Я полагаю, Эртц, что у тебя были серьезные причины послать за мной.
- Серьезные, - согласился Эртц. - Настолько, что даже не знаю, с чего
начать. Слушай, Нарби, ты мне не поверишь, но я видел собственными глазами:
все, что нам сообщил Хью, было абсолютной правдой. Я был в Главной рубке. Я
видел звезды.
Нарби уставился на него.
- Эртц, - сказал он размеренно, - ты сошел с ума.
- Ты говоришь так, потому что не видел, - взволнованно выпалил Хью, - но
Корабль движется. Корабль...
- Погоди, Хью, дай я сам, - остановил его Эртц. - Слушай меня внимательно.
Нарби, сам решай, что к чему, сам делай выводы, но сейчас я хочу рассказать
тебе то, что видел и понял я. Меня отвели в Капитанскую рубку - помещение со
стеклянной стеной. И за стеной - необъятное пустое черное пространство, такое
большое, что ничего больше быть не может, больше Корабля!
И в нем горят звезды! Звезды, о которых мы читали в древних мифах!
- Ты ведь считаешься Ученым. - На лице Нарби изумление смешивалось с
отвращением. - Где же твоя логика? «Больше Корабля»! Абсурд! Одно понятие
противоречит другому: Корабль есть Корабль. Весь остальной мир лишь его часть. Ты
увидел или убедил себя, что увидел что-то из ряда вон выходящее, но чем бы ни
было явление, увиденное тобой, оно не может быть больше того объема, в
котором содержится. Таковы элементарные законы физической природы мира.
- Словами этого не объяснишь... - снова начал Эртц.
- Конечно, не объяснишь, и я про то же.
Близнецы перешептывались друг с другом с видом полнейшего омерзения.
Наконец Джо громко сказал:
- Хватит болтать! Пошли!
- Верно, - охотно согласился Эртц, давай отложим спор до тех пор, пока ты
не удостоверишься собственными глазами, Фин, пора в путь, идти нам далеко.
- Идти? Куда еще идти?
- Наверх, в Главную рубку.
- Не смеши меня. Я иду вниз.
- Нет, Нарби. Вниз ты сейчас не пойдешь. Я и вызвал тебя сюда только для
того, чтобы отвести в Рубку.
- Не валяй дурака. Мне туда идти незачем, у меня и так хватает здравого
смысла во всем разобраться. Тем не менее, ты заслуживаешь поощрения за
установление дружественных контактов с мьютами. Полагаю, мы можем выработать
определенные принципы сотрудничества с ними...
Джо-Джим шагнул вперед.
- Попусту тратишь время, - ровным голосом сказал Джим. - Мы идем наверх, и
ты идешь с нами.
- Об этом не может быть и речи, - покачал головой Нарби. - Но не исключено,
что я соглашусь позже, когда мы выработаем принципы сотрудничества.
С противоположной стороны к нему придвинулся Хью Хойланд.
- Если ты не понял, что к чему, то позволь тебе объяснить: ты идешь с нами
наверх. Сейчас.
Нарби взглянул на Эртца. Эртц кивнул:
- Именно так дела и обстоят, Нарби.
Нарби злобно выругался про себя. Великий Джордан! Ну и влип. Где только
была его голова, когда он согласился идти на встречу с Эртцем? Идиотская
ситуация, просто идиотская. А этот двухголовый только и ждет, чтобы он, Нарби,
полез в драку. Он опять выругался про себя и сдался, сохраняя, насколько было
возможно, хорошую мину при плохой игре.
- Хорошо, я пойду, чтобы не затевать бессмысленных споров. Показывайте
дорогу.
- Держись за мной, - ответил Эртц.
Джо-Джим подал условный сигнал пронзительным свистом, и к отряду мгновенно
присоединились с полдюжины мутантов, то ли выросшие из-под палубы, то ли
горохом скатившиеся с потолка.
Нарби даже стало плохо от страха, внезапно охватившего его с новой силой:
он только сейчас понял до конца, как далеко завела его неосторожность.
Шли они долго - Нарби с непривычки еле тащился за остальными. По мере
подъема равномерное ослабление силы тяжести помогало ему, но оно же и вызывало
приступы тошноты. Конечно, как и все, рожденные на борту Корабля, он в какой-
то мере адаптировался к ослабленной силе тяжести, но на верхние палубы не
забирался со времен бесшабашной юности, и сейчас ему приходилось нелегко.
Незадолго до конца пути он совсем выбился из сил. Джо-Джим отослал охрану вниз и
приказал было Бобо нести его, но Нарби отмахнулся. Согласно плану Хью они
пошли прямо в Капитанскую рубку. В какой-то мере Нарби уже был подготовлен к
тому, что его ожидает, как сбивчивыми объяснениями Эртца, так и оживленными
рассказами Хью, который держался подле него большую часть пути. Хью даже
проникся симпатией к Нарби - наконец-то нашелся свежий слушатель!
Хью вплыл в дверь первым, сделал аккуратное сальто в воздухе и уцепился
рукой за кресло. Другой рукой он широким жестом обвел гигантское окно.
- Смотри, вот они! Разве это не прекрасно?
Лицо Нарби сохраняло прежнюю невозмутимость, но он долго и пристально
смотрел на звезды.
- Занятно, весьма занятно, - заметил он, наконец. - Никогда не доводилось
мне видеть ничего подобного.
- «Занятно» - воскликнул Хью. - Это не то слово.
Чудесно, великолепно!
- Пусть будет чудесно, - согласился Нарби. - Эти маленькие огоньки и есть
те самые звезды, о которых говорится в мифах?
- Да, - ответил Хью, испытывая какое-то смутное беспокойство, - но они
вовсе не маленькие. Они огромны, как Корабль. Они кажутся маленькими из-за
гигантского расстояния.
Видишь ту, которая поярче? Она больше, чем другие, потому что ближе. Я
думаю, это и есть Проксима Центавра, хотя точно не уверен, - сознался он в
приливе откровенности.
Нарби быстро глянул на него, потом снова на большую звезду.
- Как далеко до нее?
- Не знаю. Но буду знать. В Главной рубке есть специальные приборы для
измерения расстояния, только я пока еще в них не разобрался. Дело не в этом.
Главное - мы прилетим туда, Нарби!
- Вот как?
- Вот именно! И завершим Полет!
Нарби хранил непроницаемое молчание. Старпом обладал хорошо
дисциплинированным умом и в высшей степени логичным мышлением. Способный администратор,
он умел при необходимости принимать мгновенные решения, но по характеру был
склонен по мере возможности воздерживаться от выводов и суждений, пока как
следует не переварит и не усвоит полученную информацию. Сейчас, в капитанской
рубке, Нарби был еще более неразговорчивым, чем обычно. Он внимательно
смотрел и слушал, но почти ни о чем не спрашивал. Хью не обращал внимания на это.
Рубка была его гордостью, его любимой игрушкой. Он был счастлив одним тем,
что мог показать ее новому зрителю и без умолку рассказывать о ней.
На обратном пути по предложению Эртца все остановились у Джо-Джима. Кровным
братьям было просто необходимо, вовлечь в свое дело Нарби, в противном случае
вся операция теряла смысл.
Старпом против задержки возражать не стал, придя к выводу, что его
безопасности во время этой беспрецедентной вылазки в страну мутантов действительно
ничто не угрожает.
Он выслушал Эртца, изложившего их намерения. Но хранил молчание до тех пор,
пока у того не лопнуло терпение.
- Мы ждем ответа!
- Ждете моего ответа?
- Разумеется. От тебя многое зависит.
Это Нарби знал. Знал он и то, какой ответ от него ожидается, но по привычке
тянул время.
- Что же, - Нарби важно выпятил губу и сплел пальцы. - Мне кажется, что
проблему следует разделить на два пункта. Если я правильно понял, Хью Хойланд
не может выполнить задуманное и исполнить древний План Джордана, пока весь
Корабль не будет объединен под единой властью, пока на всем пространстве от
страны Экипажа до Главной рубки не воцарятся единый порядок и дисциплина.
Так?
- Именно. Мы должны подобрать вахту для Главного двигателя и...
- Извини, я не кончил. Да и, говоря откровенно, пробелы образования не
позволяют мне понять техническую сторону вашего плана. Поэтому здесь я целиком
полагаюсь на мнение Главного инженера. Техническое исполнение Плана Джордана
это как раз второй пункт общей проблемы. Естественно предположить, что ради
его осуществления ты неизбежно заинтересован в первом.
- Безусловно.
- В таком случае давай ограничимся сейчас первым этапом.
Здесь перед нами стоят вопросы чисто политического и административного
характера, в которых я разбираюсь лучше, нежели в инженерных. Итак, Джо-Джим
ищет возможности добиться мира между мьютами и Экипажем. Мира и доброй еды
для всех, не так ли?
- Верно, - согласился Джим.
- Отлично. Я и ряд других офицеров давно уже стремимся к тому же. Но должен
признать, что мне и в голову никогда не приходили иные пути достижения этой
цели, кроме применения силы. Мы готовились к долгой, тяжелой и кровавой
войне . Ведь в самых древних наших летописях, которые Свидетели передают друг
другу по наследству еще с незапамятных времен Мятежа, не найти и упоминания
ни о каких других отношениях между нами и мьютами, кроме войны. Но я рад от
всей души, что открываются возможности более разумных отношений.
- Так, значит, ты с нами! - воскликнул Эртц.
- Спокойно, спокойно, не все сразу. Здесь многое необходимо обдумать. И ты,
Эртц, и я, и Хойланд отлично понимаем, что отнюдь не все офицеры Корабля
пойдут за нами. Как быть с ними?
- Проще простого, - вставил Хью. - Будем их приводить по одному в рубку,
показывать звезды и объяснять, что к чему.
- У тебя носилки несут носильщиков, - отрицательно покачал головой Нарби. -
Я ведь сказал уже, что во всем этом деле вижу два этапа. Нет нужды убеждать
человека в том, во что он никак не поверит, когда тебе требуется, прежде
всего, его согласие на более практичные, вполне доступные его пониманию
действия. Вот когда мы действительно объединим Корабль под одним руководством,
тогда - и только тогда - мы сумеем без затруднений открыть офицерам тайну Рубки
и звезд.
- Но...
- Он прав, - остановил Хойланда Эртц. - Не стоит ввязываться в бесконечные
религиозные дебаты, когда на первом плане стоит проблема чисто практическая.
Очень многие офицеры станут на нашу сторону, если мы выдвинем программу
умиротворения и объединения Корабля, но они же, безусловно, выступят против нас,
если мы начнем с посягательств на основные каноны религии и заявим, что
Корабль движется.
- Но...
- Никаких «но». Нарби прав. Его точка зрения продиктована здравым смыслом.
Теперь я изложу Нарби наши соображения по поводу тех офицеров, которых мы не
сумеем убедить. Ну, во-первых, конечно, наш с тобой долг провести
разъяснительную работу среди них, завербовать как можно больше сторонников. Что до
остальных, то Конвертер нуждается в сырье постоянно.
Нарби кивнул. Мысль об убийствах и расправах как о методах проведения
политического курса нисколько не смущала его.
- Это, конечно, подход самый надежный и деловой, но будут трудности в его
осуществлении.
- Вот тут-то и пригодится Джо-Джим. За ним будут стоять лучшие бойцы
Корабля .
- Ясно. Стало быть Джо-Джим властен над всеми мьютами?
- С чего ты это взял? - прорычал Джо, неизвестно почему задетый за живое.
- У меня сложилось такое впечатление.
Нарби замолчал. Ему ведь действительно никто не говорил, что Джо-Джим -
владыка всех верхних палуб, просто он так уверенно держался... Нарби стало не
по себе. Неужели все эти переговоры были напрасны? На кой Хафф ему сдался
пакт с двухголовым монстром, если он не представлял всех мьютов?
- Я должен был объяснить сразу, - торопливо вставил Эртц, - Сейчас Джо-Джим
самый сильный вождь среди мьютов. Он поможет нам захватить власть, а там при
нашей поддержке станет владыкой всех верхних палуб.
Нарби быстро проанализировал ситуацию, исходя из новых данных. Мьюты против
мьютов при незначительном участии бойцов Экипажа - это, пожалуй, наилучший
способ ведения войны. К тому же такой вариант более приемлем, чем немедленное
перемирие, хотя бы потому, что к концу войны мьютов в любом случае станет
меньше, чем сейчас. И их будет легче взять под контроль, что значительно со-
кратит опасность любых потенциальных мятежей.
- Ваша идея мне ясна, - заявил он. - А как вы себе представляете
последующее развитие событий?
- Что ты имеешь в виду? - поинтересовался Хойланд.
Эртц отлично понимал, куда гнет Нарби, Хойланд же только начал смутно
догадываться .
- Кто будет новым Капитаном? - Нарби смотрел Эртцу прямо в глаза.
Заранее Эртц этого вопроса не обдумал и лишь сейчас понял его важность.
Только решив вопрос о Капитанстве, можно предотвратить кровавую борьбу за
власть после переворота. Эртц и сам питал иногда надежды на пост Капитана, но
он хорошо Знал, что Нарби метит на него давно. Теперь же Эртц также глубоко,
как и Хойланд, был захвачен романтикой плана возобновления управляемого
полета Корабля. Осознав, что былое честолюбие может помешать осуществлению новой
мечты, он отказался от него почти без малейшего сожаления.
- Капитаном будешь ты, Фин. Ты согласен?
Финеас Нарби принял предложение с великодушием.
- Пожалуй, да, коль скоро таковы ваши мнения. Ты и сам был бы отличным
Капитаном, Эртц.
Эртц покачал головой, отлично понимая, что с этого мгновения Нарби с ними
целиком и полностью.
- Я останусь на посту Главного инженера: хочу заняться двигателями во время
Полета.
- Экие вы быстрые, - перебил их диалог Джо. - Я, между прочим, не согласен.
С какой это стати Капитаном будет Нарби?
Финеас смерил его взглядом:
- Ты претендуешь на этот пост? Он произнес свои слова осторожно, избегая
малейшего намека на сарказм. Подумать только, мьют лезет в Капитаны!
- Нет, Хафф побери! Но при чем здесь ты? Почему не Эртц или не Хью?
- Я не могу, - заявил Хью. - Мне придется заниматься навигацией, и на
административные вопросы у меня времени не останется.
- Пойми, Джо-Джим, Нарби единственный из нас, кто способен склонить на нашу
сторону других офицеров, - сказал Эртц.
- Не перейдут к нам, так перережем им глотки, и дело с концом!
- Если Нарби будет Капитаном, обойдемся без кровопролития.
- Не нравится мне это, и все тут, - прорычал Джо, но его брат возразил:
- С чего ты заводишься? Видит Джордан, нам-то такая ответственность не
нужна .
- Я вполне понимаю ваши опасения, - вкрадчиво начал Нарби, - но думаю, что
они беспочвенны. Без вашей помощи мьютами я управлять все равно не смогу. Я
оставлю за собой управление нижними палубами, это для меня дело привычное, а
вы, если согласитесь, будете Вице-Капитаном страны мьютов. Глупо с моей
стороны браться за управление страной, которую я не знаю, и народом, обычаи
которого мне неизвестны. Нет, я не приму пост Капитана, если вы не согласитесь
помочь мне. Итак, ваше решение?
- Нет, - отрезал Джо.
- Очень жаль. В таком случае я вынужден отказаться от Капитанства. Вез
вашей помощи оно мне не по плечу.
- Перестань, Джо, - стоял на своем Джим, - давай согласимся, хотя бы
временно . Не можем же мы бросить все на полпути.
- Ладно, пусть будет так, - сдался Джо, - но не нравится мне все это.
Нет нужды пересказывать утомительные подробности дальнейших переговоров.
Было решено, что Эртц, Алан и Нарби вернутся вниз к своим обычным
обязанностям и займутся тайной подготовкой переворота.
Хью выделил им охрану до нижних палуб.
- Значит, пошлешь к нам Алана, когда все будет готово? спросил он Нарби.
- Да, но не жди его скоро. Нам с Эртцем потребуется время, чтобы
навербовать сторонников. Даже убедить старого Капитана созвать общее собрание всех
офицеров Корабля будет непросто.
- Что ж, это твое дело. Доброй еды.
- Доброй еды.
В тех редких случаях, когда объявлялся общий сбор всех Ученых-жрецов и
офицеров Корабля, заседание проводилось в большом зале, расположенном на самой
верхней палубе цивилизованного мира. В стародавние забытые времена, еще
задолго до Мятежа, возглавленного младшим механиком Роем Хаффом, здесь
размещался гимнастический зал, место развлечения и спорта, о чем нынешние его
хозяева и понятия не имели.
Нарби, прячущий тревогу за бесстрастным выражением лица, наблюдал за
дежурным клерком, регистрирующим прибывающих. Как только придут несколько
опоздавших, он вынужден будет доложить Капитану, что все в сборе, и не сможет больше
оттягивать начало собрания, а сигнала от Хью и Джо-Джима все нет и нет.
Неужели этот дурень Алан дал себя убить, когда шел наверх с посланием?
Упал ли он с трапа и свернул свою никчемную шею? Или нож мьюта проткнул ему
живот?
Вошел Эртц. Прежде чем занять свое место среди высших чинов, он подошел к
Нарби, сидящему перед креслом Капитана.
- Ну, как? - тихо спросил он.
- Все готово, - ответил Нарби, - но ответа пока нет.
Эртц и Нарби оглядели зал, подсчитывая своих сторонников. Не большинство,
конечно, но все же... Однако в данном случае дело решится не голосованием, так
что...
Дежурный клерк тронул Нарби за рукав:
- Все на месте, сэр. Нет только больных и офицера дежурной вахты
Конвертера .
Нарби приказал об этом уведомить Капитана; самого его охватило предчувствие
беды - что-то пошло не так.
Капитан, как обычно, не считаясь ни с кем, не торопился на собрание. Нарби
был рад отсрочке, но переживал ее мучительно.
Наконец старик вплыл в зал, развалясь в окруженных стражей носилках.
Как всегда, с первой минуты совещания он нетерпеливо ждал конца, поэтому,
знаком приказав всем сесть, он сразу же обратился к Нарби:
- Изложите повестку дня, Нарби. Надеюсь, вы ее подготовили?
- Так точно. Капитан.
- Так огласите же ее, огласите! Чего вы ждете?
- Есть, сэр. - Нарби обернулся к клерку-чтецу и вручил ему пачку исписанных
листков. Клерк просмотрел их, на лице его промелькнуло удивление, но, не
получив от Нарби никаких других указаний, он приступил к чтению.
- Петиция Совету и Капитану. Лейтенант Браун, администратор деревни сектора
х9, просит уволить его в отставку по причине преклонного возраста и плохого
состояния здоровья...
Клерк подробно перечитал рекомендации соответствующих офицеров и ведомств.
Капитан раздраженно ерзал в кресле и, наконец, не вытерпев, перебил чтеца:
- В чем дело, Нарби? Вы что, не можете разобраться с текущими делами сами?
- У меня сложилось впечатление, что Капитан был недоволен решением,
принятым мною в прошлый раз по аналогичному вопросу.
Я не имею намерения посягать на прерогативы Капитана.
- Что За бред! Вы еще, может быть, Уставу меня учить вздумаете? По этому
вопросу должен принять решение Совет и представить его на мое утверждение.
- Так точно, сэр.
Нарби забрал у клерка листки и дал ему другие, содержащие не менее
пустячное дело. Деревня сектора хЗ, ссылаясь на неожиданную болезнь, поразившую
растения их гидропонных ферм, просила оказания помощи и временной отмены
налогов . Капитан взорвался при первых же словах клерка. И если бы в этот момент
Нарби не получил известия, которого так ждал, ему пришлось бы туго. Человек
из его охраны пересек зал и вложил ему в руку клочок бумаги с одним только
словом: «Начинай». Нарби мельком глянул на нее, сделал знак Эртцу и обратился
к Капитану:
- Сэр, поскольку вы не намерены выслушивать петиции своего Экипажа, я сразу
же перейду к основному вопросу повестки дня. - Еле прикрытая наглость этих
слов заставила Капитана впиться взглядом в его лицо, но Нарби продолжал, как
ни в чем не бывало: - Уже давно, в течение жизни многих поколений. Экипаж
страдает из-за враждебности мьютов. Наш скот, наши дети, наконец, мы сами
находимся в постоянной опасности. На верхних палубах не чтут Устава Джордана.
Даже сам Капитан-Помазанник не имеет туда свободного доступа. Из поколения в
поколение мы слышим, что такова была воля Джордана - дети должны
расплачиваться за грехи отцов. Однако я никогда не мог принять постулат веры,
согласно которому Экипаж должен жить в вечных муках. Нарби сделал паузу.
Старый Капитан ушам своим не верил. Подняв руку и с трудом обретя голос, он
выкрикнул:
- Ты оспариваешь Учение?
- Нисколько. Я лишь считаю, что действие Устава должно быть распространено
и на мьютов. - Вы, вы... Вы освобождены от своих обязанностей, сэр. - Ну, нет,
ответил Нарби, на этот раз и не думая скрывать издевку. - Нет. Сначала я
выскажусь до конца.
- Взять его!
Но охранники Капитана не сдвинулись с места, хотя и чувствовали себя
неловко. Охрану Капитана Нарби всегда подбирал сам. Повернувшись к ошеломленному
Совету и поймав взгляд Эртца, Нарби сказал:
- Приступайте.
Эртц ринулся к двери. Нарби продолжал:
- Многие из присутствующих здесь разделяют мои взгляды, но мы всегда
исходили из того, что за их утверждение придется воевать. По воле Джордана мне
удалось наладить контакты с мьютами и заключить мир. Их вожди прибыли для
переговоров с нами. Прошу. - И он указал на дверь.
Эртц вернулся в зал, За ним шли Хью Хойланд, Джо-Джим и Бобо. Хойланд
свернул направо. Следовавшие За ним гуськом отборные головорезы Джо-Джима взяли
зал в полукольцо. По левой стороне зала такая же цепочка выстроилась вслед за
Джо-Джимом и Бобо. Зал был окружен.
Джо-Джим, Хью и по полдюжины бойцов в обеих колоннах были одеты в грубо
сработанные железные доспехи, спускающиеся ниже пояса. Головы их прикрывали
неуклюжие шлемы, сделанные из стальных решеток, чтобы не затруднять обзора.
Одетые в доспехи бойцы, как и многие другие, были вооружены невиданными
ножами в руку длиной.
Офицеры без труда остановили бы вторжение в узких дверях зала, но,
застигнутые врасплох, обескураженные и растерянные, они были беспомощны, тем более
что нежданных гостей привели их собственные наиболее авторитетные вожди.
Беспокойно шевелясь в креслах, хватаясь за ножи, офицеры искали во взглядах друг
друга совета. Но ни у кого не хватило решимости сделать шаг, который послужил
бы сигналом к началу битвы.
- Так что же, согласны вы принять мирную делегацию мьютов? - повернулся к
Капитану Нарби.
Казалось бы, что возраст и привычка к безбедной жизни удержат Капитана от
ответа, вообще удержат его от каких бы то ни было ответов на будущее, но он
прохрипел:
- Убрать их! Убрать! А ты, ты отправишься за это в Полет!
Обернувшись к Джо-Джиму, Нарби поднял вверх большой палец.
Джо-Джим шепнул что-то Бобо - и нож по самую рукоять вошел в жирное брюхо
Капитана. Тот даже не вскрикнул, только жалобно всхлипнул, и лицо его приняло
выражение крайнего удивления и растерянности. Неловко нащупав рукоять ножа,
как бы желая убедиться, что в животе у него действительно сидит клинок.
Капитан прохрипел: «Мятеж, мя...» - и тяжело рухнул лицом на стол.
Нарби ногой спихнул труп на пол и приказал двум охранникам убрать его. Те
беспрекословно повиновались, обрадованные, что нашелся, наконец, хозяин,
который будет ими командовать. Нарби обратился к застывшему в молчании залу: -
Кто еще возражает против мира с мьютами? Престарелый офицер, в спокойствии и
уюте проживший жизнь в отдаленной деревне, встал и выпятил костлявый палец в
сторону Нарби. Седая борода его тряслась от возмущения.
- Джордан накажет тебя за это! Грех и мятеж! Ты продал душу Хаффу!
Нарби сделал знак, и слова старика застряли в горле.
Острие ножа, пронзив шею, вышло у уха. Бобо был доволен собой.
- Хватит, поговорили, - объявил Нарби. - Лучше обойтись малой кровью
сейчас, чем большой кровью потом. Те, кто согласен со мной - встаньте и выйдите
вперед.
Эртц показал пример, шагнув первым и увлекая за собой самых верных своих
сторонников. Он поднял нож острием вверх.
- Салют Финеасу Нарби, Капитану-Помазаннику! Его сторонникам ничего не
оставалось , кроме как провозгласить здравицу новому Капитану.
Нарби хором салютовали и молодчики из его клики - костяк блока
рационалистов Ученых-жрецов. Увидев, куда склоняется чаща весов, к ним начали
присоединяться и остальные. Лишь незначительная кучка офицеров, в основном стариков
и религиозных фанатиков, осталась на местах.
Увидев, что Нарби приказал собрать их всех вместе и сделал знак головорезам
Джо-Джима, Эртц взял его За руку.
- Их мало, и опасности они не представляют, - сказал он. - Давай просто
разоружим их и уволим в отставку.
Нарби неприязненно посмотрел на него.
- Оставить их в живых - значит посеять семена раздора и мятежа. Я вполне
способен принимать решения самостоятельно, Эртц.
- Хорошо, Капитан, - закусил губу Эртц.
- Так-то оно лучше, - Нарби подал знак Джо-Джиму.
Длинные ножи работали быстро. Хью держался подальше от места расправы. Его
старый учитель Лейтенант Нельсон, администратор их деревни, заметивший когда-
то способности Хью и отобравший его для учебы, был в числе убитых. Такого
поворота событий Хью не предвидел.
За покорением мира следует его объединение. Верой или мечом. Бойцы Джо-
Джима, усиленные людьми Капитана Нарби, прочесывали средние и верхние палубы.
Мьютам, закоренелым индивидуалистам, по самому образу жизни не способным,
подчиняться ни кому, кроме вождя собственной маленькой шайки, было не по
плечу противостоять планомерному наступлению Джо-Джима, да и оружие их не шло ни
в какое сравнение с длинными ножами, разящими насмерть, когда обороняющийся
только готовился еще парировать удар.
По стране мьютов поползла молва, что лучше всего без боя покориться армии
Двух Мудрых Голов - сдавшимся будет обеспечена добрая еда. Иначе верная
смерть.
Но дело шло медленно - столько было палуб, столько миль мрачных коридоров,
бесчисленных жилищ, в которых могли укрыться непокоренные мьюты. Операция
замедлялась и по мере продвижения вперед, поскольку Джо-Джим ввел
патрулирование и внутреннюю охрану в каждом завоеванном секторе, на каждой палубе и у
каждого люка.
К глубокому огорчению Нарби, Двухголовый из этих боев выходил живыми
невредимым. Джо-Джим уяснил из своих книг, что генералу нет нужды принимать
непосредственное участие в схватках.
Хью не покидал Рубки. И не только потому, что был поглощен головоломными
приборами, в которых пытался разобраться. Смерть Лейтенанта Нельсона вызвала
у него отвращение к кровавой чистке. К насилию он привык давно, оно и на
нижних палубах было в порядке вещей, но сейчас что-то смутно мучило его, хотя
осознанно он себя в гибели старика не винил. Просто он бы предпочел, чтобы
обошлось без этого.
Но приборы, приборы! Да, вот чему стоило отдать свое сердце! Он ведь взялся
за дело, перед которым спасовал бы любой грамотный землянин, заведомо зная,
что управление звездолетом требует глубокой подготовки и богатого опыта
полетов на более простых кораблях.
Но Хью Хойланд этого не знал. Поэтому он смело взялся за дело и добился
своего.
На каждом шагу ему помогал гений создателей этого корабля.
Управление большинством механизмов всегда основано на простейших движениях:
вперед-назад, направо-налево, вверх-вниз и бесчисленном множестве их
комбинаций. Настоящие трудности в работе с механизмами и машинами лежат в их
эксплуатации, ремонте, профилактике и обслуживании.
Однако приборы и двигатели звездолета «Авангард» не нуждались в ремонте или
замене сносившихся частей. Их изощренность превышала обычный уровень,
движущиеся детали в них вообще не использовались, и трение не играло роли; они не
нуждались в настройке. Хью никогда бы не смог разобраться в этом
оборудовании , никогда не научился бы ремонтировать его. Но этого и не требовалось.
«Авангард» в ремонтниках не нуждался. За исключением разве что
вспомогательного оборудования - подъемников, конвейеров, линий доставки еды,
автомассажеров и так далее. Все это оборудование, в котором применение движущихся
частей было неизбежным, сносилось и пришло в негодность еще задолго до
появления первого Свидетеля. Детали и целые механизмы, потерявшие значение и
смысл, либо были отправлены в Конвертер как бесполезный хлам, либо были
приспособлены для практических нужд. Хью и знать не знал, что это когда-то
существовало; остатки каких-то разобранных приспособлений в различных помещениях
Корабля были в его глазах естественным природным явлением.
Проектировщики «Авангарда» исходили из того, что он достигнет цели не ранее
чем через два поколения. Они ставили своей задачей по мере возможности
облегчить судьбу будущих, еще не рожденных пилотов, которые доведут «Авангард» до
Проксимы Центавра. Хотя такого упадка технической культуры, какой имел место
в действительности, проектировщики не предвидели, они все же старались, как
умели, максимально упростить управление Кораблем, сделать его наглядным,
легкодоступным .
Земной подросток, в меру смышленый, выросший в развитой стране и с детства
знакомый с самой идеей космических полетов, разобрался бы в пульте управления
«Авангарда» за несколько часов. Хью, выросший в невежестве, в вере, что
Корабль - это и есть весь мир, долгие годы не умевший выйти в своем воображении
за пределы палуб и коридоров, был вынужден потратить на это много времени.
Основным камнем преткновения были две абсолютно чуждые его восприятию
концепции - глубокое пространство и метрическое время. Он научился обращаться с
дистанциометром - прибором, специально разработанным для «Авангарда» - и снял
с него данные о расстоянии до нескольких ближайших звезд, но это все равно
ничего не говорило ему. Они измерялись в парсеках и в его глазах были
бессмысленны. Попытавшись с помощью Священных книг перевести их в линейные
единицы, он получил цифры, которые ему казались смехотворными и заведомо
неверными. Проверка за проверкой чередовались долгими раздумьями, прежде чем перед
ним забрезжило хоть какое-то туманное представление об астрономических
величинах .
Эти величины ошеломили и напугали его. Им овладели чувства отчаяния и
безнадежности. Он покинул Рубку и занялся выбором жен. Впервые с тех давних пор,
как он попал в плен к Джо-Джиму, он почувствовал интерес к женщинам и получил
возможность его, удовлетворить. Выбор был большой. Подросло новое поколение
деревенских девушек, да и к тому же военные операции Джо-Джима сделали многих
женщин вдовами. Хью воспользовался своим высоким положением в новой иерархии
Корабля и выбрал себе двух жен: молодую вдову, сильную и умелую самку,
привыкшую создавать домашний уют мужчине. Он поселил ее в своем новом жилище,
предоставил свободу действий в доме и позволил ей сохранить свое прежнее имя
- Хлоя. Вторая была девушкой необузданной и дикой, как мьют. Хью и сам не
знал, почему он выбрал именно ее.
Уметь она ничего не умела, но чем-то привлекала его. Имени ей он так и не
придумал.
Метрическое время заставило его поломать голову не меньше, чем
астрономические величины, но эмоциональных потрясений не вызвало. В мире Корабля и
понятия такого не было. Экипаж имел представление об обиходных основных понятиях:
«сейчас», «прежде», «было», «будет», даже такие, как «медленно» и «быстро»,
но идея измеряемого времени была утрачена. На Земле даже первобытные племена
имели понятия измеряемого времени, хотя бы только дней и времен года, но ведь
все земные концепции измеряемого времени строятся на астрономических
явлениях, а Экипаж был от них изолирован давным-давно.
На пульте управления Хью нашел единственные сохранившиеся в Корабле часы,
но ему долго пришлось ломать голову, прежде чем он понял их назначение и
связь с другими приборами. Пока он не разобрался в этом, управление Кораблем
было ему недоступно.
Скорость и ее производное - ускорение - основываются на понятии измеряемого
времени.
Но, как следует разжевав и усвоив две новые концепции и перечитав заново в
их свете древние книги, он стал, хотя и в очень ограниченном смысле слова,
астронавтом.
Хью искал Джо-Джима, чтобы спросить совета. Головы Джо-Джима всегда
поразительно быстро соображали, особенно если ему была охота их напрячь. Но
поскольку это случалось с ним не часто, он так и оставался во всем дилетантом.
У Джо-Джима Хью застал Нарби, уже собравшегося уходить.
Для успешного проведения кампании по умиротворению мьютов Нарби и Джо-Джиму
часто приходилось совещаться. К их взаимному удивлению, они хорошо ладили.
Нарби был умелым администратором.
Доверяя кому-то определенную ответственность, он не стоял над душой, и не
требовал отчета по каждой мелочи. Джо-Джим, в свою очередь, удивлял и радовал
Нарби, что был намного способнее всех его офицеров. Симпатий они друг к другу
отнюдь не испытывали, но чувствовали взаимное уважение к уму партнера и
понимали , что их личные интересы совпадают.
- Доброй еды, Капитан, - по-уставному приветствовал Хью Нарби.
- А, привет, Хью, - ответил Нарби и снова повернулся к Джо-Джиму. - Так я
буду ждать доклада.
- Да, мы его подготовим, - ответил Джо. - Вряд ли их там осталось больше
дюжины. Мы их или выбьем оттуда, либо заморим голодом.
- Я не мешаю? - спросил Хью.
- Нет, я уже ухожу. Как идут твои грандиозные дела, дружище? - Он
улыбнулся, и эта улыбка разозлила Хью.
- Дела идут хорошо, но медленно. Представить доклад?
- Не к спеху. Да, кстати, я наложил табу на обе руки и на двигатель, в
общем, на весь ярус невесомости. И для Экипажа и для мьютов. - Пожалуй, это
правильно. Никому, кроме офицеров, не следует там пока шататься.
- Ты меня не понял. Я имею в виду всех, и офицеров тоже.
Исключая нас, разумеется.
- Нет, так не пойдет. Единственная реальная возможность убедить офицеров в
нашей правоте - это показать им звезды!
- Именно поэтому я и наложил табу. Сейчас, когда я занят консолидацией
власти, я не могу позволить смущать умы моих офицеров столь радикальными идеями.
Разгорятся религиозные страсти, а это подорвет дисциплину.
Хью был настолько ошеломлен и расстроен, что даже не сразу нашелся с
ответом.
- Но ведь это наша цель, - сказал он, наконец. - Именно для этого тебя и
сделали Капитаном.
- И как Капитану мне придется принимать окончательные решения по
политическим вопросам. Данный вопрос исчерпан. Тебе не разрешается водить людей в
невесомость до тех пор, пока я не сочту это возможным. Придется потерпеть.
- Он прав, Хью, - заметил Джим. - Не стоит создавать почву для разногласий,
пока мы не закончим войну.
- Дайте-ка мне разобраться до конца, - стоял на своем Хью. - Эти меры носят
временный характер?
- Можешь считать так.
- Что ж, ладно. Но постой-ка, ведь Эртцу и мне необходимо немедленно начать
обучение помощников. - Хорошо, представь мне список кандидатов на
утверждение .
Кого именно ты имеешь в виду?
Хью задумался, ему-то помощник не особенно был нужен. Хотя в рубке шесть
кресел, один человек в кресле навигатора вполне мог управиться с
пилотированием Корабля. То же касалось и Эртца...
- Эртцу потребуются носильщики, чтобы доставлять массу к Главному
двигателю .
- Пусть составит список. Я подпишу. Проследи за тем, чтобы все носильщики
были подобраны из мьютов, уже бывавших в запретной зоне ранее.
Нарби повернулся и вышел с видом правителя, завершившего аудиенцию. Хью
посмотрел ему вслед.
- Не нравится мне это все, - сказал он Джо-Джиму. - Ну да ладно. Я ведь
пришел поговорить совсем о другом.
- Что у тебя на уме, приятель?
- Слушай, как мы... Ну, понимаешь, завершим мы Полет. Мы сведем Корабль с
планетой, как... - он соединил сжатые кулаки.
- Верно, продолжай.
- Так вот, когда мы сделаем это, что будет потом? Как мы выйдем из Корабля?
Этот вопрос застал близнецов врасплох и вызвал спор между ними. Наконец Джо
перебил брата.
- Погоди-ка, Джим. Давай рассуждать логично. Если Корабль был построен для
Полета, то ведь должна быть дверь, не так ли?
- Верно.
- Но на верхних палубах дверей нет. Следовательно, они должны быть внизу.
- Но там их тоже нет, - возразил Хью, - мы там все исследовали. Двери где-
нибудь у вас, в стране мьютов. - В таком случае, - продолжал Джо, - их
следует искать либо в передней, либо в задней части Корабля. Но за помещением
Главного двигателя нет ничего, кроме переборок. Следовательно, искать надо в
передней части:
- Глупо, - заметил Джим. - Там Главная и Капитанская рубки, и больше
ничего...
- Ничего? А о запертых жилищах ты забыл?
- Там-то уж точно дверей наружу нет.
- Непосредственно наружу нет, но, может быть, через эти жилища к ним можно
выйти, балда ты.
- От балды и слышу. Даже если ты прав, как ты их откроешь, умник?
- Что такое «запертые жилища»? - спросил Хью.
- Ты не знаешь? В переборке, за которой расположена дверь, ведущая в
Главный двигатель, есть еще семь дверей.
Открыть их нам так и не удалось.
- Пойдем посмотрим. Может быть, это и есть то, что мы ищем.
- Время только терять, - буркнул Джим.
Но они пошли, прихватив с собой Бобо. Его сила могла пригодиться. Но даже
вздувшиеся мышцы Бобо не справились с рычагами, которые, по-видимому,
приводили двери в движение.
- Убедился? - иронически сказал брату Джим.
Джо пожал плечами:
- Ты был прав. Пошли отсюда.
- Подождите немножко, - взмолился Хью. - Кажется, на второй двери ручка
чуть-чуть повернулась. Давай попробуем еще раз.
- Без толку это все, - ответил Джим.
- Раз уж пришли, давай попробуем еще, - возразил Джо.
Бобо приналег, вжавшись плечом под рычаг и упершись в пол ногами.
Неожиданно рычаг подался, но дверь не открылась.
- Сломал, - сказал Джо.
- Похоже, что так, - согласился Хью и оперся на дверь рукой.
Дверь распахнулась.
К счастью для всех троих, она не вела в Космос. В их жизненном опыте
неоткуда было взяться представлению об открытом вакууме и его опасностях.
Короткий узкий коридор привел к еще одной, на этот раз полуоткрытой двери.
Силач Бобо распахнул ее без труда.
Еще шесть футов коридора, и они уперлись в очередную дверь.
- Не понимаю, - пожаловался Джим, пока Бобо занимался ею, - к чему эти
бесконечные двери?
- Подожди, может, поймешь, - посоветовал ему брат.
За третьей дверью открылось помещение, состоящее из нескольких странных,
маленьких, непривычной конфигурации жилищ.
Бобо двинулся вперед на разведку с ножом в зубах. Хью н Джо-Джим шли
медленно, это странное место заворожило их.
Бобо вернулся, погасил скорость полета, опершись о переборку, вынул нож изо
рта и доложил:
- Нет двери. Больше нет. Бобо смотрел.
- Должна быть, - настаивал Хью, раздраженный тем, что карлик разбил его
надежды.
- Бобо хорошо смотрел, - пожал плечами мутант.
- Проверим сами.
Хью и Джо-Джим разошлись в противоположные стороны, внимательно осматривая
и изучая помещение.
То, что Хью нашел вместо двери, заинтересовало его больше.
Находка просто была невозможной. Он хотел было позвать Джо-Джима, но Джим
как раз в этот момент крикнул:
- Хью, иди сюда!
Хойланд неохотно оторвался от своей находки и пошел к близнецам.
- Слушайте, я там такое нашел...
- Плюнь на то, что ты нашел, - перебил его Джо. - Смотри сюда.
Хью посмотрел. Перед ним был конвертер. Маленький, но, несомненно,
конвертер .
- Бессмыслица какая-то, - сказал Джим. - Зачем нужен конвертер в таком
маленьком жилище? Ведь эта штуковина может обеспечить энергией и светом добрых
полкорабля. Что ты об этом думаешь, Хью?
- Не знаю даже, что и думать, но если ваша находка кажется вам странной, то
взглянем на мою.
- А ты что нашел?
- Пойдем покажу.
Хойланд привел Джо-Джима в маленькую комнату, одна стена которой была
сделана из стекла. Стекло было темным, как будто извне что-то загораживало вид.
Напротив стены стояли два кресла, в подлокотниках которых и на приборных
досках нередкими светились такие же квадратики маленьких огоньков, как в Главной
рубке.
Джо-Джим попытался найти прибор, который воспроизвел бы панораму звездного
неба на стеклянной стене перед ними. Попытки не увенчались успехом. Не мог же
он знать, что это стекло не экран, а иллюминатор, заслоненный корпусом самого
Корабля.
Манипулируя наугад пальцами, Джо-Джим включил приборы, над которыми
зажглась надпись «Пуск». Слово это ничего не говорило ему, и он не обратил на
него внимания. Тем более что ничего существенного не произошло, разве что
замигал красный огонек, и вспыхнула еще одна надпись: «Открыт герметический
шлюз».
Джо-Джиму, Хью и Бобо очень повезло, что шлюз был открыт.
Затвори они за собой двери и оставь их далекие предки в Конвертере хоть
несколько граммов массы, пригодной для превращения в энергию, все трое весьма
неожиданно для себя очутились бы в корабельной шлюпке, запущенной в космос
без какой бы то ни было подготовки к полету: в маленьком космическом
суденышке, систему управления которым они лишь смутно начали постигать по аналогии
со схемой приборов Главной рубки.
Им вряд ли удалось бы ввести шлюпку обратно в док, вероятнее всего они
разбились бы о Корабль.
И никто из них не подозревал, что найденное ими «жилище» само по себе было
маленькой космической ракетой. Им и в голову никогда не приходило, что
Корабль может быть оснащен шлюпками.
- Выключи свет, - попросил Хью.
Джо-Джим выполнил его просьбу.
- Итак?... - продолжал Хью. - Что вы думаете по поводу этой находки?
- Дело ясное, - ответил Джим. - Это вторая рубка. Раньше мы не знали о ней,
потому что не могли открыть дверь.
- Нелогично, - возразил Джо. - Зачем Кораблю две рубки?
- А зачем человеку две головы? ответил вопросом на вопрос его брат. - С
моей точки зрения, твоя явное излишество.
- Не сравнивай, мы с тобой такими родились. Но Корабль-то строили по
проекту.
- Ну и что? Мы же носим два ножа, разве нет? Мы что, так и родились с ними?
Запас карман не тянет.
- Но как отсюда управлять Кораблем? - запротестовал Джо. - Ничего же не
видно. Уж если дублировать управление, то в Капитанской рубке, оттуда видны
звезды.
- А это что? - спросил Джим, показывая на стеклянную стену.
- Пошевели мозгами, - ответствовал Джо. - Эта стена выходит внутрь Корабля,
а не наружу. Здесь нет приборов для воспроизведения звездного неба.
- Может, мы их просто не нашли.
- Хорошо, но тогда зачем здесь Конвертер? Уверяю тебя, его установили не
случайно.
- Ну и что?
- Наверняка он как-то связан со всеми этими приборами...
- Почему ты так думаешь?
- А потому! С чего бы устанавливать в одном отсеке и приборы и Конвертер,
если они друг к другу никакого отношения не имеют?
Хью, все время обескуражено молчащий, поднял голову. В аргументах братьев
даже противоречия казались обоснованными и логичными. Запутанная ситуация. Но
Конвертер, Конвертер...
- Послушайте! - вдруг выпалил Хью.
- Чего ты там еще надумал?
- А что, если... а что, если эта часть Корабля движется?
- Естественно. Весь Корабль движется.
- Да нет же, - сказал Хью нетерпеливо. - Я совсем о другом. Что, если эта
часть Корабля может двигаться самостоятельно? Пульт управления и Конвертер!
Вот в чем секрет - эта секция сможет отделиться от Корабля и летать сама по
себе!
- Сомнительно.
- Возможно. Но если я все же прав, то мы нашли искомое.
Это и есть выход наружу.
- Как так? - спросил Джо. - Что за чушь! Здесь же нет двери.
- Но если эту штуку отвести от Корабля, то наружу можно выйти через дверь,
в которую мы вошли!
Две головы одновременно повернулись к нему, потом посмотрели друг на друга.
Джо-Джим повторил свой эксперимент с приборной доской.
- Видишь? - сказал Джим. - «Пуск». Пуск - это значит привести корабль в
движение.
- Почему же ничего не происходит?
- «Открыт герметический шлюз». Имеется в виду дверь, все двери, через
которые мы прошли.
- Попробуем закрыть?
- Надо сначала включить Конвертер.
- Давай.
- Не спеши, не спеши. Кто знает, что получится? Вылетим еще, чего доброго,
а обратно вернуться не сможем. Помрем тогда с голода.
- Х-мм-м, верно. Надо осмотреться, продумать все хорошенько.
Прислушиваясь к спору близнецов, Хью внимательно исследовал приборную
доску, пытаясь разобраться, что к чему.
Увидев ящичек на панели перед креслом, он сунул в него руку. Смотрите, что
я нашел!
- Книга? - сказал Джо.
- Да их у Конвертера целая куча.
- Покажи, - сказал Джим.
Хью открыл найденную книгу.
- "Бортовой журнал Звездолета «Авангард», - прочитал он. - "2 июня 2172
года. Полет продолжается при прежней крейсерской скорости".
- Что?! - завопил Джо. - Дай посмотреть!
- «3 июня. Полет продолжается при прежней крейсерской скорости».
«4 июня. Полет продолжается при прежней крейсерской скорости. В 13.00 капи-
тан объявил список поощрений и дисциплинарных взысканий. См. Административный
журнал».
«5 июня. Полет продолжается с прежней крейсерской скоростью». - Дай сюда!
- Подожди, - ответил Хью. - «6 июня. В 04.31 вспыхнул мятеж. Младший
механик Хафф захватил несколько ярусов и, объявив себя Капитаном, предложил вахте
сдаться. Вахтенный офицер объявил его арестованным и вызвал каюту Капитана.
Ответа не было».
«04.35. Связь прервана. Вахтенный офицер отправил трех рассыльных известить
Капитана, а также найти коменданта гауптвахты и содействовать аресту Хаффа».
«04.41. Конвертер отключен, перешли в свободный полет».
«05.02. Рассыльный Лэси, один из троих, посланных ранее вниз, вернулся в
рубку. Доложил на словах, что остальные двое Малькольм Янг и Артур Оирс -
убиты, а его отпустили только для того, чтобы предложить вахте сдаться.
Мятежники дают нам срок на размышления до 05.15».
Следующая запись в журнале была сделана другим почерком.
«05.45, Я сделал все возможное, чтобы связаться с другими постами и
офицерами Корабля, но мои попытки не увенчались успехов. Исходя из сложившихся
обстоятельств, считаю своим долгом покинуть рубку управления, не дожидаясь
смены, и попытаться восстановить порядок в нижних ярусах. Поскольку мы не
вооружены, мое решение может быть ошибкой, но ничего другого мне не остается. Джин
Болдуин, пилот третьего класса, вахтенный офицер".
- Это все? - спросил Джо.
- Нет, - ответил Хью.
"1 октября (приблизительно) 2172 года. Я, Теодор Маусон, бывший рядовой
интендантской службы, был сегодня избран Капитаном «Авангарда». Со времени
занесения в этот журнал последней записи многое изменилось. Мятеж был подавлен
или, вернее, угас сам собой, но последствия его трагичны. Погиб весь
командный состав, перебиты все пилоты и инженеры. Поэтому меня и выбрали Капитаном
- не нашлось никого, более подходящего.
Мы потеряли около 90 процентов экипажа. Со дня мятежа не производились
новые посевы, гидропонные фермы запущены, запасы продовольствия приближаются к
концу. Среди не сдавшихся еще мятежников уже были отмечены случаи людоедства.
Моя первостепенная задача - установить хоть какое-то подобие порядка и
дисциплины среди экипажа. Следует возобновить посевы и установить постоянную
вахту у Вспомогательного конвертера, который теперь стал нашим единственным
источником света, тепла и энергии".
Дата следующей записи не была указана.
"Последнее время мне было не до аккуратного ведения журнала. Сказать по
правде, я даже приблизительно не представляю, какое сегодня число.
Корабельные часы давно остановились. То ли из-за неполадок во Вспомогательном
конвертере, то ли из-за внешней радиации. Поскольку Главный конвертер не
функционирует, мы утратили поле радиационной защиты вокруг Корабля. Мой Главный
инженер уверяет, что Главный конвертер можно пустить, но у нас нет навигаторов. Я
пытался обучиться навигации по сохранившимся книгам, но математика слишком
сложна для меня. Из-за радиации примерно каждый двадцатый ребенок рождается
уродом. Я ввел спартанский кодекс - эти дети не должны жить. Суровая
необходимость .
Я становлюсь стар и дряхл, пора подыскивать себе преемника. Я - последний
на борту, кто родился на Земле, но и я мало что о ней помню - мне было пять
лет, когда мои родители отправились в полет. Я не знаю, сколько мне лет
сейчас, но ясно понимаю одно - до Конвертера мне осталось совсем немного.
В психологии моих людей происходит любопытный сдвиг. Они никогда не жили на
планете, поэтому с течением времени им все труднее становится воспринимать
какие-либо концепции, не связанные непосредственно с Кораблем, или представ-
лять себе природные явления, не связанные с жизнью в нем. Я оставил всякие
попытки пробудить их воображение и мысль; они вряд ли пойдут на пользу, если
у меня все равно нет надежды хоть когда-нибудь вывести мой экипаж из мрака.
Жизнь у моих людей тяжелая, они выращивают урожай только для того, чтобы
потом драться за него, отбивая налеты отщепенцев, все еще прячущихся в верхних
палубах. Так зачем же растравлять их душу рассказами о лучшем бытии?
Я принял решение не передавать этот бортжурнал моему преемнику. Лучше я
спрячу его в единственной сохранившейся после бегства мятежников шлюпке. Там
он будет в безопасности, здесь же какой-нибудь идиот, не задумываясь, пустит
его на топливо для Конвертера. Недавно я застал вахтенного в тот момент,
когда он закладывал в Конвертер последний экземпляр бесценной «Внеземной
энциклопедии» . Проклятый дурень неграмотен, не умеет ни читать, ни писать. Надо
издать закон об охране книг".
«Это моя, последняя запись. Я долго откладывал приход сюда, чтобы спрятать
журнал в безопасное место, - подниматься на верхние палубы очень опасно. Но
жизнь моя значения больше не имеет, а я хочу умереть уверенный в том, что
сохранится правдивая летопись событий. Теодор Маусон, Капитан».
Когда Хью кончил читать, близнецы против обыкновения долго молчали. Наконец
Джо глубоко вздохнул и сказал:
- Вот, значит, как оно все было.
- Жаль его, беднягу, - тихо вымолвил Хью.
- Кого? Капитана Маусона? Почему?
- Нет, не его. Я имел в виду пилота Болдуина.
Представляешь, каково ему было выходить за дверь, где его поджидал Хафф.
- Хью передернуло. Человек он был просвещенный, но при всей широте своих
взглядов подсознательно представлял себе Хаффа - «Первым Хафф согрешил, будь
он проклят вовек!» - существом ростом с двух Джо-Джимов, силой с двух Бобо и
с клыками вместо зубов.
Хью заимствовал у Эртца несколько носильщиков, которые стаскивали трупы
жертв военных действий к Главному конвертеру на топливо, и приказал им
доставить в шлюпку запасы воды, продовольствия и массу для Конвертера. Нарби он об
этом не сообщил и вообще утаил от него найденную шлюпку. Почему - сам не
знал, просто Нарби раздражал его.
Между тем звезда на экране Главной рубки росла и росла, пока не
превратилась в яркий сверкающий диск. Такой яркий, что на него больно было смотреть.
Изменилось и ее положение - она переместилась почти в центр. Если Корабль
продолжит свой неуправляемый дрейф, то опишет вокруг звезды гиперболу и снова
исчезнет в глубинах космоса.
Хью долго, очень долго вычислял траекторию полета.
Сохранись на Корабле земное исчисление времени, он увидел бы, что у него
ушло на это несколько недель. Еще дольше Эртц и Джо-Джим проверяли его
расчеты, и с трудом заставили себя поверить в правильность полученных ими цифр -
до того они казались нелепыми. И еще больше времени ушло на то, чтобы убедить
Эртца, что для сближения двух тел в пространстве необходимо прилагать силу,
направленную в сторону, противоположную желаемой, то есть упереться пятками,
изо всех сил затормозить и погасить силу инерции. Пришлось провести целый ряд
экспериментов в свободном полете в невесомости, прежде чем Эртц поверил в
это. Сам-то он просто собирался разогнать Корабль и на полном ходу направить
его на звезду.
Хью и Джо-Джим рассчитали силу торможения, необходимую для погашения
скорости «Авангарда» и вывода его на орбиту вокруг звезды, чтобы затем начать
поиск планет. Эртц с трудом усвоил разницу между звездой и планетой. Алан
вообще ничего не понял.
- Если мои расчеты верны, - сказал Эртцу Хью, - пора разгонять Корабль.
- Главный двигатель готов, - ответил Эртц. - У нас уже достаточно массы.
- Нужно идти к Нарби за разрешением.
- Это еще зачем?
- Он же Капитан, - пожал плечами Хью.
- Хорошо. Зови Джо-Джима и пойдем.
В помещении Джо-Джима они нашли Алана. - Коротышка сказал, что Двухголовый
ушел к Капитану, - сообщил им Алан.
- Прекрасно. Мы как раз хотели позвать его туда. Алан, старик, мы начинаем!
- Уже? Вот здорово! - выпучил глаза Алан.
- Идем с нами к Капитану.
- Подождите, я только предупрежу свою бабу. - И он побежал в свое жилище,
находившееся рядом.
- Балует он ее, - заметил Эртц.
- Иногда это от нас не зависит, - ответил Хью с отсутствующим взглядом.
Алан быстро вернулся, успев, однако, переодеться.
- Пошли! - крикнул он возбужденно.
Алан гордо вышагивал к кабинету Капитана. Он теперь стал значительным лицом
- идет себе рядом с влиятельными друзьями, а охрана, знай, честь отдает.
Давно прошли времена, когда его держали на побегушках.
Но часовой у двери не отступил, как обычно, в сторону, хотя и отдал честь.
- Дорогу! - резко сказал Эртц.
- Слушаюсь, сэр, - ответил часовой, не двигаясь с места. - Ваше оружие,
пожалуйста .
- Ты что, идиот, не узнаешь Главного инженера?
- Так точно, сэр, узнаю. Прошу сдать оружие. Таков приказ.
Эртц пихнул его в плечо. Часовой уперся ногами в пол.
- Прошу извинить, сэр. Капитан строго-настрого приказал всем входящим к
нему оставлять оружие у входа. Всем без исключения. - Проклятье!
- Он хорошо помнит, что случилось с прежним Капитаном, - тихо вставил Хью.
- Умный он парень, наш Нарби. - С этими словами он отстегнул нож и отдал его
часовому.
Эртц пожал плечами и сделал то же самое. Обескураженный Алан последовал их
примеру, смерив стража испепеляющим взглядом.
Когда они вошли в кабинет, Нарби беседовал с Джо-Джимом.
На лицах близнецов застыло угрюмое выражение. Бобо казался голым без
привычных пращи и ножей.
- Вопрос закрыт, Джо-Джим, - продолжал Нарби. - Таково мое решение. Я
оказал вам любезность, изложив причины, побудившие меня к нему, но ваше согласие
или несогласие не имеет значения.
- В чем дело? - поинтересовался Хью. Нарби поднял взгляд.
- Хорошо, что ты пришел, Хью, а то твой друг мьют начинает забывать, кто
здесь Капитан.
- В чем дело? - повторил Хью. - Что Здесь происходит?
- Он, - прорычал Джим, тыча пальцем а Нарби, - думает разоружить всех
мьютов . - Но ведь война окончена, не так ли?
- Не было такого уговора. Мьюты должны были влиться в Экипаж. Разоружи
сейчас мьютов, и Экипаж их всех перережет. У него-то ножи останутся.
- Придет время, у всех отберем, - заверил Нарби, но я сделаю это тогда,
когда сочту нужным. Что у тебя, Эртц?
- Спроси Хью.
Нарби обернулся к Хойланду.
- Я пришел уведомить вас, Капитан, - по-уставному отчеканил Хью, - что мы
намерены запустить Главный двигатель и перейти к управляемому Полету.
Если слова Хью и удивили Нарби, то никак уж не привели в растерянность.
- Боюсь, что вам придется обождать. Я все еще не считаю возможным допускать
офицеров в невесомость.
- В этом нет необходимости, - сказал Хью. - Поначалу Эртц и я вполне
справимся сами. Ждать больше нельзя. Если мы не начнем сейчас, то при жизни,
нашего поколения Полет завершен не будет.
- Не будет - так не будет.
- Что?! - выкрикнул Хью. - Нарби, ты что, не хочешь завершить Полет?
- Я не намерен проявлять поспешность.
- Что За ерунда, Фин? - спросил Эртц. - Что это на тебя нашло? Нам
действительно пора начинать.
Нарби молча барабанил пальцами по столу. Потом сказал:
- Поскольку здесь высказываются некоторые сомнения относительно того, кому
принадлежит власть, придется мне вам разъяснить, что к чему. Хойланд, в той
мере, в какой твои забавы не мешали мне управлять жизнью Корабля, я был готов
смотреть на них сквозь пальцы и позволять тебе развлекаться, ибо по-своему ты
был весьма полезен. Но поскольку твои бредовые идеи становятся источником
разложения Экипажа, угрозой моральному здоровью, спокойствию и безопасности
народа Корабля, я вынужден положить им конец.
От изумления Хью лишился дара речи. Наконец он выдавил:
- Бредовые? Ты сказал, «бредовые»?
- Вот именно. Только псих или невежественный религиозный фанатик может
уверовать, будто Корабль движется. Но поскольку и ты и Эртц имели честь
удостоиться научного образования и невеждами вас считать нельзя, вы оба,
безусловно , свихнулись.
- Во имя Джордана! - воскликнул Хью. - Ты сам, собственными глазами видел
бессмертные звезды, и ты же называешь нас безумцами!
- Что все это значит, Нарби? - холодно спросил Эртц. - Ты что финтишь? И не
вкручивай нам мозги, мы-то знаем, что ты был наверху и удостоверился в том,
что Корабль движется.
- Я с интересом наблюдал за тобой, Эртц, - сказал Нарби. - Но никак не мог
понять: то ли ты решил использовать психоз Хойланда в своих интересах, толи
сам сошел с ума, как и он.
Только теперь мне стало ясно, что ты тоже свихнулся.
Эртц сдержал гнев. - Будь любезен объясниться. Ты же был в Рубке, и как ты
можешь утверждать, что Корабль не движется?
- Я был о тебе лучшего мнения как об инженере, усмехнулся Нарби. - Рубка не
что иное, как ловкая мистификация. Фокус! Ты сам видел, что огни в ней
включаются и выключаются - очень остроумное приспособление с инженерной точки
зрения, надо сказать. Судя по всему, оно служило для культовых отрядов, чтобы
возбуждать в верующих благоговение перед древними мифами. Но нам оно ни к
чему. Вера Экипажа и так крепка. Сейчас Рубка может лишь возбудить нездоровые
страсти, поэтому я ее уничтожу, а двери, ведущие в нее, опечатаю.
Не удержи его Эртц, Хью вцепился бы в Нарби.
- Спокойно, Хью, - сказал Эртц и продолжал: - Допустим даже, что Главный
двигатель просто муляж, но что ты скажешь о Капитанской рубке? Ты ведь видел
там настоящие звезды, а не их изображение.
- Эртц, да ты еще глупее, чем я думал! - Нарби расхохотался. - Должен
сознаться, однако, что сначала Капитанская рубка и меня заинтриговала, хотя во
все эти звезды я никогда не верил! Но Главная рубка помогла мне во всем
разобраться. Капитанская рубка такой же фокус, как и она. Очень остроумное
инженерное решение, безусловно. За ее иллюминатором находится еще одно помещение
примерно такого же размера, но неосвещенное. На фоне этой тьмы маленькие
огоньки действительно создают эффект бездонного пространства. Принцип тот же,
что и в Главной рубке. Я просто поражен тем, что вы сами этого не поняли.
Если очевидные факты противоречат логике и здравому смыслу, это означает, что
вы неправильно истолковали их, они лишь кажутся вам очевидными. Единственный,
по-настоящему очевидный, основной факт природы - реальность Корабля,
прочного , незыблемого, неподвижного мира. Все, что противоречит этой объективной
реальности, не более чем иллюзия, самообман.
Вооруженный этим Учением, я начал искать секрет показанного мне фокуса и
нашел его!
- Ты хочешь сказать, - спросил Эртц, - что действительно нашел путь по ту
сторону стеклянной стены и собственными глазами видел механизмы, создающие
иллюзию звезд?
- Нет, - ответил Нарби, - в этом нет необходимости. Не обязательно
порезаться, чтобы убедиться в остроте ножа.
- Та-а-к, - протянул Эртц. И сказал после короткой паузы:
- Предлагаю тебе компромисс. Если Хью и я действительно сошли с ума, то
вреда от нас все равно не будет, поскольку мы держим язык за зубами. Но мы
попробуем запустить двигатели и доказать, что Корабль движется. Если ничего
не выйдет, ты был прав, а мы ошибались. - Капитан не торгуется, - заявил
Нарби . - Однако я обдумаю твое предложение. Вы свободны.
Эртц повернулся уходить, сдержав негодование, но взгляд его упал на
каменные лица Джо-Джима.
- А как же с мьютами? - спросил Главный инженер. - Почему ты позволяешь
себе так обращаться с Джо-Джимом? Не забывай, что ты стал Капитаном благодаря
его ребятам.
На мгновение Нарби утратил выдержку, и маска собственного превосходства
исчезла с его лица.
- Не вмешивайся не в свое дело, Эртц. Я не позволю держать здесь банды
вооруженных дикарей. Таково мое окончательное решение.
- С пленными можешь поступать, как хочешь, - сказал Джим, - но наш отряд
оружие не сдаст. Таково мое окончательное решение. Им всем была обещана
добрая еда до конца жизни, если они будут драться за тебя. Разоружаться мы не
будем.
Нарби смерил его взглядом.
- Джо-Джим, - сказал он. - Я всегда считал, что хороший мьют - это мертвый
мьют. Ты делаешь сейчас все, чтобы укрепить меня в этом мнении. Думаю, тебе
небезынтересно будет знать, что к настоящему времени твою банду уже
разоружили и перерезали.
Ворвалась ли стража по сигналу или по заранее отданному приказу, понять
было трудно. В спины захваченных врасплох безоружных кровных братьев уперлись
клинки ножей.
- Арестовать их, - приказал Нарби. Бобо взвизгнул и взглядом спросил Джо-
Джима , что делать.
- Давай, Бобо! - крикнул Джо. Лягнув держащего его стражника, карлик
прыгнул на человека, приставившего нож к спине Джо-Джима.
Растерявшись, тот потерял драгоценные полсекунды. Сбив его на пол ударом в
живот, Джо-Джим вырвал у него из рук нож.
Хью катался по полу в обнимку со своим противником, сжав его кисть,
державшую оружие. Джо-Джим нанес стражнику удар, и Хью вскочил на ноги с ножом в
руках. Двухголовый огляделся и увидел кучу из четырех человек - Эртца, Алана
и еще двоих.
Удары он наносил осторожно, чтобы не перепутать какой голове принадлежит
чье тело.
- Возьмите их ножи, - приказал он своим друзьям, поднявшимся на ноги.
Его слова потонули в диком вопле. Бобо, так и не успевший отобрать оружие у
врага, прибегнул к своему природному оружию.
Раскромсанное его зубами лицо охранника залилось кровью.
- Где его нож? - спросил Джо.
- Не могу дотянуться, - виновато ответил Бобо. Причина была очевидна - нож
торчал из-под правой лопатки карлика.
Джо-Джим легонько потянул за рукоять. Лезвие было всажено глубоко и не
выходило .
- Идти сможешь?
- Конечно, - прохрипел Бобо.
- Пусть пока останется в ране. Алан! За мной! Хью и Билл прикрывайте с
тыла . Бобо - центр.
- Где Нарби? - спросил Эртц, прижав рукой рассеченную щеку.
Но Нарби исчез - выскользнул в дверь позади своего стола.
И эта дверь была заперта снаружи.
Клерки бросились врассыпную, когда кровные братья вырвались в приемную.
Джо-Джим всадил нож в часового у двери, прежде чем тот успел поднять тревогу.
Быстро разобрав свое оружие, они устремились на верхние ярусы.
Двумя палубами выше нежилых территорий Бобо зашатался и упал. Джо-Джим
поднял его. - Выдержишь?
Карлик молча кивнул, на губах его выступила кровь. Еще палуб через двадцать
стало ясно, что Бобо дальше идти не сможет, хотя его и поддерживали по
очереди . Сила тяжести уже заметно уменьшилась. Алан поднатужился и поднял силача
как ребенка. Они продолжали лезть вверх. Алана сменил Джо-Джим. Они
продолжали лезть вверх. Джо-Джима сменил Эртц. Затем Эртца сменил Хью.
Наконец они дошли до яруса, на который переселились после переворота. Хью,
положив Бобо на пол, направился было в сторону жилищ, но Джо-Джим остановил
его.
- Ты куда?
Домой, куда же еще?
- Ну и дурак. Именно туда За нами и придут.
- Куда же идти?
- В Корабле нам больше нет места. Пора отсюда сматываться.
Идем в шлюпку.
- Верно, - согласился Эртц. - Теперь на нас ополчится весь Корабль.
- Шанс на спасение сомнительный, но другого все равно нет, - сдался Хью. И
опять повернул к жилищам.
- Нам же в другую сторону! - крикнул Джим.
Надо забрать наших женщин.
- К Хаффу женщин! Тебя схватят. Нельзя терять ни мгновения!
Но Эртц и Алан побежали за Хью.
- Ладно, - фыркнул им вслед Джим, - идите за вашими бабами. Но
поторапливайтесь .
Джо-Джим сел, положив голову карлика на колени, и тщательно осмотрел его.
Лицо Бобо посерело, на правой лопатке огромным красным пятном расплывалась
кровь. Он вздохнул и потерся головой о бедро Джо-Джима.
- Бобо устал, хозяин.
Джо- Джим гладил его по голове, - Терпи, - сказал Джо, - сейчас будет
больно .
Приподняв раненого, Джо-Джим выдернул нож. Струей хлынула кровь.
Джо-Джим посмотрел на смертельно длинное лезвие и прикинул глубину раны.
- Ему не выжить, - шепнул Джо.
Джим поймал его взгляд.
- Значит?
- Да, - кивнул Джо.
Джо-Джим ткнул извлеченным из раны ножом в свое бедро, но остался недоволен
и выбрал один из собственных, острых как бритва ножей. Левой рукой он поднял
подбородок Бобо и приказал:
- Смотри на меня, Бобо.
Бобо поднял на него глаза, пытаясь что-то сказать. Джо не сводил с него
взгляда.
- Бобо молодец, Бобо сильный.
Карлик слабо ухмыльнулся. Нож вонзился в яремную вену, не задев горла.
- Бобо молодец, - повторил Джо.
Бобо снова раздвинул губы в усмешке. Когда глаза карлика остекленели, и он
перестал дышать, Джо-Джим поднялся и пошел в ту сторону, откуда должны были
вернуться остальные. На ходу он проверил все свое оружие, подгоняя его так,
чтобы было сподручнее.
Хью выбежал ему навстречу, запыхавшись.
- Заминка вышла, - переведя дыхание, пояснил он. - Коротышка мертв. И
никого из твоих бойцов нет. Видно, Нарби не соврал, их и вправду перерезали.
Держи. - И он протянул Джо-Джиму длинный нож и специально изготовленные доспехи
с большим решетчатым шлемом, способным прикрыть обе головы сразу.
И Эртц, и Алан, и Хью тоже надели доспехи. Джо-Джим заметил свежий
кровоподтек на губе младшей жены Хью. Держалась она мирно, а в глазах ее бушевала
буря. Старшая жена, Хлоя, воспринимала все спокойно. Жена Эртца тихонько
всхлипывала, жена Алана была так же обескуражена, как и ее хозяин.
- Как Бобо? - спросил Хью, помогая Джо-Джиму застегнуть доспехи.
- Бобо больше нет.
- Ясно. Ну что ж, пойдем.
Идти им было трудно, женщины не привыкли к невесомости. У Переборки,
отделяющей шлюз шлюпки от Корабля, засады не было, хотя Джо и показалось, что он
увидел человека, нырнувшего в люк. Но никому, кроме брата, он об этом не
сказал .
Дверь опять заело, а Бобо теперь с ними не было. Мужчины налегли на нее.
Наконец она поддалась.
- Заталкивай женщин внутрь, - скомандовал Джим.
- Да поживей, - добавил Джо. - Гости пожаловали.
Он был на страже, пока его брат занимался дверью. Крики из глубины коридора
подтвердили его слова.
Джо-Джим прикрывал тыл, пока остальные вталкивали в шлюпку женщин. Младшая
жена Алана, как всегда, в самый подходящий момент забилась в истерике и
попыталась рвануться назад, но в невесомости это трудно было сделать. Хью от
всего сердца пнул ее ногой и загнал в шлюпку.
Джо-Джим метнул нож, чтобы сдержать наступающих врагов. С полдюжины
атакующих отпрянули назад. Потом, видно по команде, шесть ножей одновременно
прорезали воздух.
Джим почувствовал удар, но боли не было. Он решил, что нож угодил в броню.
- Кажется, пронесло Джо! - крикнул он, но ответа не услышал. Джим повернул
голову к брату. В нескольких дюймах от его глаз из прутьев решетки шлема
торчал нож. Его лезвие ушло глубоко в лицо Джо. Джо был мертв. Хью высунулся в
дверь.
- Скорее, Джо-Джим!
- Закрой дверь! - рявкнул Джим.
- Но...
- Закрой дверь, тебе говорят! - С этими словами Джим отпихнул его и закрыл
дверь.
Хью лишь мельком увидел нож, воткнутый в лицо. Потом он услышал, как
повернулся рычаг. Джим встретил атакующих лицом к лицу. Оттолкнувшись от переборки
непривычно отяжелевшими ногами, он ринулся на врагов, сжав обеими руками свой
страшный, в руку длиной клинок. Ножи противника сыпались на него, отскакивая
от стальных доспехов. Он крутанул клинком и рассек одного стражника почти
надвое .
- За Джо!
Удар отбросил его в сторону. Он перевернулся в воздухе, выпрямился и
размахнулся снова.
- За Бобо!
Враги нависли над ним со всех сторон. Окруженный, он бил наугад, лишь бы
попасть.
- А этот, на закуску, за меня!
Нож вонзился ему в бедро, но он даже не заметил этого.
- Один за всех!
Кто-то прыгнул ему на спину. Неважно, вот перед ним еще один, сталь возьмет
его не хуже любого другого.
- Все за од... - он не договорил. Хью пытался открыть дверь, запертую
снаружи, но у него ничего не получалось. Если здесь и был управляющий дверью
механизм, то где его искать? Он приложил ухо к стальной плите, но герметичная
дверь звуков не пропускала. Эртц дернул его за руку.
- Где Джо-Джим? - Остался там.
- Что?! Открывай дверь, живо, втащим его сюда.
- Не могу, она не поддается. Он хотел там остаться, он сам захлопнул дверь.
- Но мы должны спасти его, мы же кровные братья!
Внезапно Хью осенило.
- Вот поэтому он и остался, - тихо сказал Хью и рассказал Эртцу то, что
успел увидеть. - Для него Полет закончился. Займись Конвертером, Вилл. Нам
нужна энергия.
Они вышли из шлюза и задраили за собой последнюю дверь.
- Алан, - крикнул Хью, - загони баб в угол, чтоб под ногами не путались!
Усевшись в кресло пилота, он выключил огни. Зажглась надпись: «Двигатель
готов». Эртц делал свое дело.
- Пошел! - сказал сам себе Хью и включил пуск.
Толчок, прилив тошноты и он с ужасом почувствовал, что все начало
вращаться. Откуда ему было знать, что это разворачивалась пусковая шахта?
Иллюминатор перед ними наполнялся звездами. Они летели! Но часть экрана
закрывала огромная бесформенная масса, которую Хью никогда не видел,
разглядывая звезды в иллюминатор Капитанской рубки. Сначала он не мог понять, что это
такое, но, когда, наконец, сообразил, преисполнился благоговейным восторгом -
это был Корабль, и он смотрел на него снаружи! Хотя разум его давно уже
воспринял истинную природу Корабля, мысль о том, что он увидит Корабль извне,
никогда не приходила ему в голову. Звезды - да, поверхность планеты - да, к
этому он был уже готов, но наружную поверхность Корабля... Хью с трудом
оправился от шока.
- Что это? - спросил Алан.
Хойланд пытался объяснить. Алан лишь покачал головой.
- Не понять мне этого.
- Ничего. Позови Эртца. И женщин тоже, покажем им.
- Ладно. Но только, - в Алане вдруг заговорил здравый смысл, - бабам
показывать не стоит. Напугаются, дуры, они ведь никогда не видели звезд.
Удача, инженерный гений предков и крохи знания. Повезло, что Корабль
оказался у звезды с планетной системой, повезло, что они смогли спустить шлюпку;
повезло, что Хью сумел разобраться в пульте управления, прежде чем они
затерялись в глубоком космосе и умерли от голода.
Гений предков снабдил их суденышко огромным запасом энергии и большой
скоростью. Его создатели предвидели, что звездоплавателям все это понадобится
для исследовательских экспедиций в солнечной системе, к которой направлялся
«Авангард». Они строили шлюпку с максимальным запасом прочности, и Хью
использовал его до предела.
Повезло им и в том, что они очутились в сфере планетарного притяжения, и в
том, что орбита, по которой Хью направил шлюпку, совпадала с орбитами планет.
Описывая эллипс, он вышел к гигантской планете. Хью долго маневрировал, забыв
о сне и еде, чтобы выйти на орбиту вокруг нее, но вышел, в конце концов, так
близко, что увидел ее спутники. Удача сопутствовала ему до конца. Он
намеревался было в своем невежестве совершить посадку на гигантскую планету. Удайся
ему это, им всем осталось бы жить ровно столько, сколько требуется времени,
чтобы открыть люк. Но отчаянное маневрирование, выход на орбиту вокруг
планеты съели почти все топливо Конвертера.
Обложившись древними книгами, Хью без отдыха решал и решал уравнения,
составленные предками для определения законов движения тел, считал и
пересчитывал, выведя из терпения даже всегда спокойную Хлою. Вторая жена, безымянная,
держалась от него подальше.
Но все полученные им ответы гласили, что ему придется пустить на топливо
часть его бесценных книг, чтобы выйти к большой планете, даже если они сунут
в Конвертер всю свою одежду и оружие. Он скорее сунул бы в Конвертер своих
жен. В конце концов, Хью решил совершить посадку на один из спутников
планеты.
И опять везение, совпадение настолько невероятное, что трудно в него
поверить . Спутник гигантской планеты был пригоден для жизни. Но подумайте сами -
ведь для возникновения планеты такого типа, как наша Земля, тоже требуется
комбинация обстоятельств, столь же невероятных. Наш собственный мир под
нашими ногами тоже относится к разряду «Такого не бывает!».
Вероятность его существования просто смехотворно мала.
Так вот, именно такое везение и сопутствовало Хью Хойланду - везение
невероятное .
Гений земных предков завершил дело. Хотя Хойланд и освоил маневрирование в
космосе, при посадке он наверняка разбил бы любой корабль, построенный до
«Авангарда». Однако проектировщики «Авангарда» знали, что шлюпками корабля
будут управлять в лучшем случае пилоты второго поколения, и строили их,
исходя из этого.
Хью ввел шлюпку в атмосферу и с видом победителя лег на курс, который
доставил бы их всех прямиком в могилу, не возьми управление на себя включившийся
автопилот.
Хью мотался в кресле и ругался так, что даже заставил Алана оторваться от
иллюминатора и перенести свое удивленное восхищение с планеты на друга. Но
вернуть управление шлюпкой он был бессилен. Чтобы он ни пытался делать,
шлюпка шла сама по себе и на высоте тысячи футов легла на параллельный
поверхности курс.
- Хью, звезды исчезли.
- Сам вижу.
- Джордан, что же это? Куда они делись, Хью?
Хью рявкнул на Алана:
- Не знаю, и знать не хочу! Катись на корму к бабам и не приставай с
идиотскими вопросами.
Алан неохотно ушел, посматривая в иллюминатор на ясное небо и на
поверхность планеты. Ему было интересно, но не более, он давно уже потерял
способность восторгаться.
Только через некоторое время Хью сообразил, что группа приборов, которыми
он раньше и не пытался манипулировать, не понимая их назначения, как раз и
отдает автопилоту приказ о посадке. Поскольку выяснилось это методом проб и
ошибок, место для посадки Хью выбрал почти наугад. Но немигающие стереоглаза
автопилота беспрерывно подавали информацию в селекторное устройство, которое
исследовало ее и приняло решение. Корабль мягко приземлится в прерии
неподалеку от опушки леса. Эртц кинулся к Хойланду.
- Что произошло, Хью?
Хью устало махнул рукой в сторону иллюминатора.
- Приехали.
Он был слишком измотан и духовно и физически, чтобы обставить посадку
какой-нибудь торжественной церемонией. Годы борьбы, суть которой он сам понимал
более чем смутно, голода и жажды, годы пожирающих его душу стремлений почти
не оставили ему способности испытывать радость, когда наконец он добился
своего и достиг цели. Но они приземлились, они завершили Полет, начатый
Джорданом. Хью чувствовал себя не то чтобы счастливым, но умиротворенным и усталым
бесконечно.
- Выйдем? - спросил Эртц.
- Давай.
Алан подошел, когда они отдраивали люк, за его спиной толпились женщины.
- Прилетели, Капитан?
- Заткнись, - ответит Хью.
Женщины глядели в иллюминатор. Алан гордо и неправильно объяснял им что к
чему. Эртц открыл наружную дверь. Они вдохнули свежий воздух.
- Холодно, - заметил Эртц.
На самом деле температура была в лучшем случае градусов на пять ниже
никогда не меняющейся температуры на борту «Авангарда». Но откуда было знать
Эртцу, что такое погода?
- Чепуха, - буркнул Хью, неосознанно раздосадованный малейшей критикой в
адрес «его» планеты.
- Это тебе кажется.
- Возможно, - не стал спорить Эртц.
Наступила неловкая пауза.
- Пойдем, - сказал он, наконец.
- Пойдем.
Превозмогая нерешительность, Хью оттолкнул его и спрыгнул вниз. До земли
было всего футов пять.
- Прыгайте, здесь здорово!
Эртц присоединился к нему. Оба невольно жались к Кораблю.
- Мир огромен, - прошептал Эртц.
- Мы же знали, что он именно такой и есть, - отрезал Хью, обеспокоенный
охватившим его чувством потерянности.
- Эй! - Алан осторожно выглянул наружу. - Можно спускаться?
- Прыгай!
Алан одним прыжком присоединился к ним.
- Вот это да! - присвистнул он.
Их первая вылазка закончилась футах в пятидесяти от Корабля. Они шли,
держась кучкой, смотря под ноги, чтобы не споткнуться и не упасть на этой
странной неровной палубе. Все было нормально, но Алан поднял голову и вдруг
впервые в жизни не увидел потолка над собой. Головокружение и острый приступ
агорафобии . Он застонал, закрыл глаза и упал.
- Что случилось? - спросил Эртц и тоже посмотрел вверх.
Приступ свалил и его.
Хью боролся с головокружением. Страх и боль бросили его на колени, но,
упершись рукой в землю, он пытался подняться. Ему было легче - он так долго
смотрел на бескрайние просторы планеты в иллюминатор.
- Алан! - завизжала его жена, высунувшись из люка. - Алан! Вернись!
Алан открыл один глаз, посмотрел на Корабль и пополз к нему на брюхе.
- Алан! - скомандовал Хью. - Прекрати! Сядь!
Алан повиновался с видом человека, от которого требуют слишком многого.
- Открой глаза!
Алан осторожно открыл глаза, но поспешно зажмурился снова.
- Сиди спокойно - и придешь в себя, - добавил Хью. - Я уже в порядке.
Чтобы доказать это, он выпрямился в полный рост. Голова у него еще
кружилась, но он стоял. Эртц, лежащий до этого ничком, приподнялся и сел.
Солнце перевалило зенит. Прошло достаточно времени, чтобы сытый
проголодался, а они отнюдь сытыми не были. Крайне простым способом уговорили выйти
наружу женщин - вытолкав их пинками.
Отходить от Корабля те боялись и сгрудились в кучу. Но мужчины уже
освоились и расхаживали даже в одиночку. На виду у женщин Алану было нипочем
отойти от Корабля на целых пятьдесят ярдов. Во время одной из этих демонстраций
он заметил маленького зверька, позволившему своему любопытству взять верх над
осторожностью. Нож Алана сбил его, и зверек закувыркался в траве. Схватив
жирную тушку за лапы, Алан гордо подбежал к Кораблю.
- Смотри, Хью, смотри! Добрая еда!
Хью одобрительно взглянул на него. Первый испуг прошел, и сейчас его
охватило теплое чувство, как будто он, наконец, вернулся в свой далекий дом.
- Верно, - согласился он. - Добрая еда. Теперь, Алан, у нас всегда будет
много доброй еды.
Электроника
ЦИФРОВОЙ МОДУЛЯТОР ПЛОТНОСТИ ИМПУЛЬСОВ
(для регулирования мощности инвертора)
СВ. Кухтецкий
В статье рассмотрены принцип действия, конструкция, программное
обеспечение цифрового модулятора плотности импульсов и результаты
его испытаний в качестве регулятора мощности инвертора напряжения1. В
применении к инвертору, работающему на резонансную нагрузку, такой
способ модуляции обладает важным преимуществом: он дает возможность
регулировать мощность инвертора без применения дополнительных
силовых элементов, сохраняя «мягкий» режим переключения ключей во всем
диапазоне регулирования мощности. Модулятор реализован всего на
одной микросхеме (микроконтроллер ATtiny2313). Рабочая частота - до
300 кГц. Диапазон регулирования плотности импульсов (мощности) - от
0 до 100% с шагом 1%. Уровень модуляции устанавливается через
последовательный интерфейс (USART) от внешней управляющей системы или от
персонального компьютера.
ВВЕДЕНИЕ
Одним из неизбежных вопросов, возникающих при конструировании установки
индукционного нагрева, является выбор способа регулирования мощности инвертора.
1 Смотрите раздел «Техника» в «Домашняя лаборатория» №12 за 2011 г.
Основные требования к регулировке мощности довольно очевидны. Это плавность,
линейность, широкий диапазон регулирования (в идеале - от 0 до 100%
номинальной мощности), однозначность и т.д. В ряде случаев, например, при разработке
инверторов, встраиваемых в сложные лабораторные установки, могут появиться и
дополнительные требования. В частности, необходимость автоматизации от
внешнего компьютера. В этом случае ручка ЛАТРа, конечно же, не является хорошим
решением. Рассмотрим через призму этих критериев несколько способов
регулирования мощности, которые можно применить в лабораторных инверторах. По типу
устройств ограничимся рассмотрением только полумостовых инверторов
напряжения, как наиболее предпочтительных для лабораторных применений.
Переменное напряжение, которое образуется на выходе инвертора,
характеризуется набором параметров. Такие из них, как форма импульсов, частота их
следования и амплитуда, непосредственно влияют на результирующую мощность в
нагрузке. Поэтому изменение (модуляция) любого из них может быть использована
для регулирования мощности. Рассмотрим четыре способа модуляции, наиболее
часто применяемых в таких задачах: модуляция амплитуды, частоты, ширины и
плотности импульсов.
Амплитудная модуляция РАМ
Pulse Amplitude Modulation
Первый тип модуляции, который мы рассмотрим, - амплитудная. При амплитудной
модуляции на выходе инвертора мы имеем сигнал с фиксированной частотой и
шириной импульсов. Сама же амплитуда импульсов изменяется в зависимости от
требуемой мощности инвертора (рис.1).
Генератор
импульсов
F = const
Инвертор
Ывых
Un - var
Увых
JZZL
W = const
Рис.1. Принцип амплитудной модуляции.
Поскольку падение напряжения на открытых ключах обычно очень мало по
сравнению с напряжением источника питания, то амплитуда выходных импульсов
полумостового инвертора напряжения практически равна напряжению источника
питания. Поэтому наиболее простым и часто используемым способом изменения
амплитуды импульсов является использование регулируемого источника напряжения для
питания инвертора. На рис.1 он отмечен красным. Еще раз подчеркнем, что в
этой работе мы рассматриваем только полумостовые инверторы напряжения, причем
за 0 здесь и ниже принимается выходное напряжение при открытом нижнем ключе.
До уровня мощностей в несколько кВт регулируемый источник сравнительно про-
сто изготовить на основе обычного лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа).
Этот вариант подробно описан в первой статье этого цикла [1]. Для более
высоких уровней мощности обычно применяют импульсные источники. Основная проблема
их разработки заключается в том, что источник должен работать на большую
емкостную нагрузку. В этом случае использование обычных тиристорных фазовых
регуляторов мощности (типа диммеров), без применения специальных мер,
проблематично . Поэтому для этой задачи чаще используют понижающие высокочастотные
преобразователи напряжения типа «чоппер». Популярно про чопперы можно
прочитать, например, в книге [2] ив многочисленных статьях Интернета.
Основное достоинство амплитудной модуляции в качестве регулятора мощности
инвертора с резонансной нагрузкой заключается в том, что во всем диапазоне
регулирования мощности можно организовать так называемый «мягкий» режим
переключения силовых ключей инвертора. В «мягком» режиме ключи включаются и
выключаются в те моменты времени, когда протекающий через них ток равен нулю.
При этом снижаются коммутационные потери и улучшаются частотные
характеристики установки в целом. Еще одно преимущество, связанное с работой на
резонансной частоте, - хорошее согласование источника с нагрузкой.
Вторым достоинством амплитудной модуляции является линейность и полный
диапазон регулирования мощности (0-100%).
Главный же недостаток этого вида модуляции заключается в необходимости
использования регулируемого источника напряжения, который сопоставим по
мощности с мощностью самого инвертора. В случае ЛАТРа - это громоздкая «железяка»,
практически не поддающаяся автоматизации. В случае чопперов - это
необходимость применения дополнительных ключевых элементов не менее мощных, чем
ключи, используемые в самом инверторе и, естественно, - дополнительных схем
управления ими.
Тем не менее, существует вариант амплитудной модуляции, который можно
осуществить , не прибегая к использованию регулируемых источников напряжения. Это
бинарная амплитудная модуляция. При такой модуляции амплитуда выходных
импульсов принимает только два предельных значения: 0 и максимальное напряжение
питания инвертора. То есть фактически у инвертора есть всего два состояния:
выключено (на выходе ноль) и включено (на выходе - импульсы максимальной
амплитуды) . Понятно, что изменяя относительную длительность включенного и
выключенного состояний, можно регулировать среднюю мощность инвертора от 0 до
100% его максимальной мощности. Этот вариант бинарной амплитудной модуляции
мы рассмотрим в другом разделе, посвященном модуляции плотности импульсов,
поскольку этот вариант модуляции логически правильнее отнести именно к
модуляции плотности импульсов.
Частотная модуляция PFM
Pulse Frequency Modulation
Частотная модуляция (частотное регулирование мощности) - один из наиболее
часто используемых методов регулирования мощности в установках индукционного
нагрева. В инверторах напряжения в качестве резонансной нагрузки обычно
используется последовательный колебательный контур, образованный индуктором и
компенсирующим конденсатором. На резонансной частоте ток, текущий через
контур и, соответственно, мощность, поглощаемая нагреваемым образцом,
максимальны . При удалении от резонанса они падают. На этом и основан частотный способ
регулирования мощности: регулируя частоту инвертора, можно «перемещаться» по
падающему крылу частотной характеристики контура выше резонанса, тем самым
изменять мощность, поглощаемую образцом. Частота переключения ключей
инвертора в данном случае может задаваться автогенератором с регулируемой частотой
(рис.2).
Генератор
импульсов
F - var
Инвертор
"7~
Увых
Увых
Un = const
W - var
Рис.2. Принцип частотной модуляции.
Поскольку изменение частоты переключения инвертора происходит на уровне
модуля управления ключами, то при частотном регулировании (в отличие от
амплитудной модуляции) не требуется применения каких-либо дополнительных силовых
элементов помимо ключей инвертора. Это, несомненно, - положительный момент. К
недостаткам такого способа регулирования можно отнести следующее:
1. Нелинейность регулировочной характеристики, вызванная формой резонансной
кривой колебательного контура.
2. Зависимость регулировочной характеристики от свойств образца. Это опять-
таки обусловлено тем, что ширина резонансной кривой зависит от
добротности контура, которая, в свою очередь, связана с электрофизическими
свойствами нагреваемого образца.
3. Почти во всем диапазоне регулирования мощности (кроме работы на
максимальных мощностях вблизи резонанса) ключи работают не в оптимальном
режиме. То есть, как минимум, одно переключение ключей за период
происходит в так называемом «жестком» режиме, когда ток, текущий через ключ, в
момент переключения не равен нулю.
4. Не 100% диапазон регулирования мощности, особенно для низкодобротных
нагрузок .
Подробное описание частотного способа регулирования мощности и его
практической реализации на примере мостового лабораторного инвертора можно найти во
второй статье этого цикла [3].
Широтно-импульсная модуляция
PWM - Pulse Width Modulation
При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) частота следования импульсов и их
амплитуда остаются постоянными. Модулируется (изменяется) ширина импульсов в
зависимости от требуемой мощности (рис.3).
Применительно к задаче регулирования мощности инвертора, ШИМ может быть
использована в двух вариантах:
1. Частота следования ШИМ-импульсов совпадает с рабочей частотой инвертора.
В этом случае ключи инвертора открываются только на какую-то часть периода
колебаний тока в нагрузке, приблизительно равную ширине импульсов. В зависи-
мости от требуемой мощности коэффициент заполнения (отношение ширины
импульсов к периоду их следования) изменяется от 0 до 50% (без учета dead time) .
2. Частота следования ШИМ-импульсов намного меньше рабочей частоты
инвертора, а в модуляторе происходит только логическое произведение ШИМ-импульсов и
сигнала генератора импульсов (рис.3). Фактически в этом случае модулятор
работает как включатель/выключатель инвертора на какое-то количество периодов
его собственных колебаний.
Упр
Генератор
импульсов
F = const
Модулятор
ширины
импульсов
Инвертор
ивых
Un = const
Увых
W - var
Рис.3. Принцип широтно-импульсной модуляции.
По сути дела, второй вариант представляет собой случай бинарной амплитудной
модуляции, которую мы подробно рассмотрим в следующем разделе. Поэтому
остановимся кратко только на первом. В таком качестве ШИМ очень широко
применяется в современных импульсных источниках питания. Разработана большая
номенклатура интегральных контроллеров, использующих ШИМ, существует большое
количество литературы на эту тему. Что же касается использования ШИМ в инверторах,
работающих на резонансную нагрузку, то здесь этот метод модуляции
используется не так широко. Причина этого такая же, как и для частотного регулирования:
принципиальная невозможность обеспечить «мягкое» переключение ключей во всем
диапазоне регулирования мощности инвертора. То есть, даже если
синхронизировать начало импульса с нулем тока, то выключение ключей будет происходить уже
в моменты времени, определяемые требуемой мощностью. Например, для 50%
мощности выключение будет происходить в максимуме тока. Оптимально ключи будут
работать только при максимальной мощности инвертора.
Поэтому мы не будем детально рассматривать ШИМ, а сразу перейдем к
следующему методу модуляции, который и представляет основную тему данной статьи.
Модуляция плотности импульсов
PDM - Pulse Density Modulation
Суть этого метода очень проста: инвертор работает на частоте, равной
резонансной частоте нагрузки, включение/выключение ключей происходит мягко (в
нуле тока), а регулирование мощности производится за счет пропуска только части
импульсов, открывающих силовые ключи инвертора (рис.4). Например, если моду-
лятором будет пропущен только каждый второй импульс, идущий от генератора, то
средняя мощность на нагрузке будет составлять ровно 50% от максимальной. В те
же полупериоды, когда мощность в нагрузку не поступает, в ней (нагрузке)
происходят просто свободные колебания, затухающие в соответствии с добротностью
контура.
Упр
Генератор
импульсов
F = const
Модулятор
плотности
импульсов
Увых
Инвертор
Увых
Un = const
Непропущенные импульсы
W = const
Рис.4. Принцип модуляции плотности импульсов.
Итак, мы видим, что если генератор импульсов работает на резонансной
частоте нагрузки, то PDM во всем диапазоне регулирования мощности (от 0 до 100%)
обеспечивает «мягкое» переключение силовых ключей (в нуле тока). Но в отличие
от амплитудной модуляции, здесь уже не требуется применения каких-нибудь
дополнительных силовых элементов для регулируемого источника питания. То есть
может быть использован простой нерегулируемый источник: фактически
выпрямительный мост плюс конденсаторный фильтр.
Для того, чтобы преимущества PDM стали более очевидными, проведем небольшой
сравнительный анализ четырех методов модуляции, которые мы рассмотрели.
Сравнительный анализ
различных способов
модуляции
Объединим основные особенности рассмотренных выше методов модуляции в одной
таблице. Она представлена ниже.
Таблица 1.
Модуляция
Амплитуда
(А)
Частота
(F)
Ширина
импульсов
(W)
«Мягкое»
переключение во
всем диапазоне
изменения
мощности
Регулировка
мощности на
стороне
контроллера
инвертора
РАМ
Var
Const
Const
Да
Нет
PFM
Const
Var
Var
Нет
Да
PWM
Const
Const
Var
Нет
Да
PDM
Const
Var
Const
Да
Да
«Const» означает, что данные параметр в этом методе модуляции остается
фиксированным, a «Var» - что он изменяется в процессе регулирования мощности.
Под частотой здесь понимается (как обычно) количество импульсов в единицу
времени. Поэтому для PDM изменение плотности импульсов эквивалентно изменению
средней частоты следования этих импульсов, и частота отмечена как Var.
Из таблицы видно, что PDM является единственным методом модуляции из
четырех рассмотренных, который дает возможность реализовать мягкое переключение
ключей во всем диапазоне регулирования мощности и при этом не требует
применения дополнительных силовых регулирующих элементов. Поэтому он может
оказаться весьма перспективным для использования в лабораторных инверторах, где
плавность регулирования мощности и возможность ее автоматизации являются
важными требованиями.
Оставшаяся часть статьи посвящена описанию практической реализация
цифрового модулятора плотности импульсов применительно к задаче регулирования
мощности полумостового инвертора напряжения. Модулятор испытан в реальном
устройстве на реальной задаче. Как и в предыдущих статьях, схемы, конструкция и
программное обеспечение описаны достаточно полно и подробно для
воспроизведения собственными силами любым квалифицированным экспериментатором.
Предупреждение
об опасности
Необходимо помнить, что цепи выпрямителей и силовых модулей находятся под
высоким напряжением без гальванической развязки от питающей сети. Поэтому при
повторении этих конструкций нужно соблюдать предельную осторожность. ВСЕ
МАНИПУЛЯЦИИ можно проводить ТОЛЬКО ПОСЛЕ ВЫКЛЮЧЕНИЯ ПИТАНИЯ И ПОЛНОГО
ОТКЛЮЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ОТ СЕТИ!
ОСНОВНЫЕ АЛГОРИТМЫ PDM
Простейшие алгоритмы - шаблоны
Начнем с простейших алгоритмов PDM, использующих шаблоны. Идею этих
алгоритмов легко понять из рис.5.
Рис.5. Простейший алгоритм реализации PDM.
Шаблон задается на некотором количестве тактов (кадр) внешнего генератора
меандра. Количество ненулевых импульсов, отнесенное к количеству тактов на
кадре, задает относительную плотность импульсов. Количество тактов в кадре
(длина кадра) определяет разрешение, с которым задается плотность импульсов
(и, соответственно, мощность инвертора). Например, на кадре длиной 10 тактов
можно задать 11 уровней мощности. Именно такой случай показан на рис.5.
Самый простейший шаблон, который можно задать на кадре, представлен на
рис.5 сверху. В первой части кадра модулятор пропускает подряд какую-то часть
импульсов (в зависимости от требуемой мощности), а остальные (до конца кадра)
не пропускает. На рисунке показано три кадра с шаблоном, соответствующим
мощности 60%.
Этот простейший шаблон легко реализовать на практике для любой длины кадра
(чем длиннее кадр, тем меньше шаг регулирования мощности) . Но у него есть
один серьезный недостаток, который, как легко видеть из рис.5, заключается в
сильной низкочастотной модуляции выходного сигнала с частотой Fm = F0/N, где
F0 - частота генератора, а N - длина кадра. В результате при работе,
например, на частоте 100 кГц и кадрами длиной 10 мы можем услышать звук с частотой
10 кГц.
Уменьшить такую низкочастотную модуляцию можно за счет применения более
сложных шаблонов. В них импульсы идут уже не подряд, а «в разбивку». Пример
такого шаблона для тех же 60% мощности показан в нижней части рис.5.
Понятно, что в общем случае разбивка - неоднозначный процесс. Ее можно
сделать несколькими способами. Один из вариантов полного набора шаблонов
приведен на рис.6. Пунктиром обозначены импульсы, не пропущенные модулятором.
Шаблоны
JU
JU
Я
ляп
sum
гшл
п
juimjmnjiJin
jjjlRjbJlfulfL
JulJWJulRJl-
ллитгшяяагш
Мощность
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Рис.6. Вариант набора шаблонов,
На рис.6 видно, что полностью избежать низкочастотной модуляции все равно
не удается, но характер этой модуляции уже другой. В частности, частота
модуляции быстро растет с ростом мощности. Например, F0/10 для 10%, F0/5 для 20%
и F0/2 для 50%. В принципе, используя несколько шаблонов для каждого уровня
мощности и выбирая их случайным образом, можно «размазать» спектр
низкочастотной модуляции по широкому частотному диапазону и, тем самым, снизить
среднюю мощность каждой гармоники. Но для индукционного нагрева вряд ли это будет
актуальной задачей.
Алгоритмы с диффузией ошибки
Шаблоны удобны при сравнительно малой длине кадра. Но если мы захотим
регулировать мощность с большей точностью (например, изменять ее с шагом 1%), то
возникнет проблема, связанная с необходимостью хранить большое количество
длинных шаблонов (например, для шага в 1% мы должны использовать 100
шаблонов, длиной по 100 бит). Это уже 1250 байт. Для младших серий
микроконтроллеров это уже заметная величина. В этом случае используются другие алгоритмы. В
данной работе мы рассмотрим только один класс алгоритмов. Эти алгоритмы очень
просты, легки в реализации и дают хороший конечный результат. Все они, так
или иначе, связаны с перераспределением ошибки, вызванной квантованием.
Поэтому термин «диффузия ошибки», заимствованный из задачи растрирования
изображений, здесь будет вполне уместен. Область применения таких алгоритмов
очень широка: от цифровой обработки сигналов до двумерных задач растровой
компьютерной графики. К последним относятся, например, задачи растрирования
полутоновых изображений (алгоритм Флойда-Стейнберга), построение отрезков на
дискретном (растровом) экране (алгоритм Брезенхема) и т.п. В данной работе мы
естественно рассматриваем только одномерный вариант.
Для упрощения немного переформулируем задачу. Мы имеем дискретное (строби-
рованное) время, квант которого равен периоду внешнего генератора меандра.
Частота этого генератора совпадает с резонансной частотой нагрузки инвертора.
Инвертор работает в ключевом режиме, т.е. напряжение на нагрузке может быть
равно либо нулю, либо напряжению питания инвертора (примем его за 100%). Для
определенности будем считать, что меандр начинается с нуля, т.е. в первые
полпериода на нагрузке 0. Во время второго полупериода будет либо 0, либо
100% в зависимости от «решения» модулятора. Если модулятор пропускает все
импульсы (т.е. во всех вторых полупериодах на нагрузке будет 100%), то средняя
мощность будет максимальна (100%) . Если модулятор не пропускает ни одного
импульса, то средняя мощность на нагрузке минимальна (0%). Задача заключается в
том, чтобы научить модулятор так пропускать (и не пропускать) импульсы, чтобы
любое заданное промежуточное значение мощности (между 0% и 100%)
устанавливалось как можно быстрее, точнее и с минимальной модуляцией этого среднего
значения .
Рассмотрим по шагам алгоритм диффузии ошибки. Предположим, что нам нужно
обеспечивать на нагрузке какую-то промежуточную мощность, например, 37%.
Напомню, что инвертор может выдавать в каждом кванте только два значения. Либо
0 либо 100%. Самая простая идея - округлить. Сравним нужный уровень (37%) с
половиной (50%). Он меньше. Значит нам нужно подать на выход нулевой сигнал.
Так и поступим. Теперь, если на следующем шаге мы сделаем то же самое, то
опять получим 0. И так далее. Т.е. просто округляя желаемое значение мощности
на каждом шаге, мы получим на выходе инвертора среднюю мощность равную 0%, а
совсем не 37%.
Изменим «поведение» модулятора на втором шаге. Вспомним, что на первом
шаге, когда мы округлили 37% до 0 и выдали низкий уровень на выходную шину, мы
«недоложили» в нагрузку 37% мощности. Это и есть ошибка, вызванная
квантованием. Давайте на следующем (втором) шаге добавим величину этой ошибку к
мощности, которую мы должны выдать на втором шаге. Это все те же 37%. В
результате получаем 37% + 37% = 74%. Как и на первом шаге, округлим это значение.
74% уже больше половины, поэтому модулятор принимает решение на втором шаге
выдать в нагрузку уже 100% мощности (высокий уровень сигнала). Однако, 100% -
это все-таки больше 74%. Значит на этом шаге мы, наоборот, «переложили»
энергии в нагрузку. Переложили ровно на 26% (100-74) . Ошибка теперь будет -26%.
Минус означает, что мы «переложили». Теперь понятно, как нам поступить на
следующем (третьем) шаге. Нужно опять просуммировать заданный уровень
мощности (те же 37%) с ошибкой, сделанной на предыдущем (втором) шаге (-26%) , и
принять решение: что подавать в нагрузку (0 или 100%) . И так далее...
Как мы видим, алгоритм диффузии ошибки настолько прост, что его реализация
не составит особого труда для любой системы, допускающей программирование.
Для того чтобы, как говорят, «почувствовать на пальцах» работу этого
алгоритма, реализуем его просто в таблице Excel. На рис.7 представлен скриншот
страницы Excel с результатами расчетов 100 шагов. Для тех, кому скучно это делать
самому, соответствующий Excel-файл можно найти в архиве материалов этой
статьи ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-01-al.zip.
1
2
3
4
5
6
1
Номер
шага
Заданный
уровень, %
Уровень с
учетом
ошибки, %
На
нагрузку, %
Ошибка, %
2
1
37
37
0
37
3
2
37
74
1-М
-26
4
3
37
11
0
11
5
4
37
45
0
45
6
S
37
55
1-Ю
-IS
7
&
37
22
0
22
S
7
37
дд
1-Ю
-А1
9
5
37
-А
0
-А
10
g
37
33
0
33
11
10
37
70
1-Ю
-30
12
ii
37
7
0
7
13
12
37
44
0
44
14
13
37
51
1-Ю
-19
15
14
37
15
0
15
16
1Б
37
ЕЕ
1-Ю
-AS
17
1&
37
-5
0
-5
IS
17
37
гд
0
29
■ ■ ■
B9
55
37
S&
1-Ю
-А4
90
as
37
-7
0
-7
91
go
37
30
0
30
92
gi
37
67
1-Ю
-33
93
32
37
4
0
4
94
дз
37
41
0
41
95
g4
37
75
1-Ю
-22
96
gs
37
IS
0
15
97
g&
37
52
1-Ю
-AS.
93
97
37
-11
0
-11
99
BE37
2&
0
2&
100
SS
37
&3
103
-37
101
1-00
37
0
0
О
102
103
Среднее =
37.0Ю
104
Рис.7. Сто шагов работы алгоритма, реализованные в Excel.
Снизу таблицы выведена средняя мощность
му столбцу). На этом шаге мы вернулись к
самом начале), и ошибка среднего равна 0.
это не так. На рис.8. представлен график
висимости от номера шага.
на сотом шаге (среднее по четверто-
исходному состоянию (которое было в
Естественно, для произвольного шага
относительной ошибки среднего в за-
Относительная ошибка среднего
40
30
* 20
гтГ
"чр"
1 10
э
о
jj
' т
1
ц_ _Ц_
1 Т 1 '
■ г.
_L_d.j_*_i
Д. Г. V
'. % * .
т *± * *т
" тт;1-'.
1 11
v V
* *» '
' *• ■ '
1
il
—г
!|
1
" "Т
и
о
-10
-20
-30
-40
10
20
30
40
50
60
70
S0
90 100
Номертакта
Рис.8. Зависимость относительной ошибки средней мощности от номера шага.
На первых шагах ошибка существенна. Но она быстро затухает уже через
несколько тактов. После 10 шагов ошибка среднего значения становится меньше
10%, а после 50-60 тактов - уже не превышает пары процентов. Таким образом,
мы можем приблизительно оценить время релаксации будущей системы
регулирования мощности. Например, для рабочей частоты 100 кГц при регулировании
мощности с точностью до 10% это время не превышает 0.1 мс, а с точностью до 2% -
не более 0.5-0.6 мс. Для подавляющего количества задач, связанных с
нагреванием это достаточно хороший показатель.
Теперь можно перейти к практической реализации этого алгоритма.
PD-МОДУЛЯТОР
Принципиальная схема
Для создания модулятора мы выбираем самое простое схемотехническое решение,
которое только можно придумать. Модулятор представляет собой единственную
микросхему: 8-битный микроконтроллер AVR Attiny2313, обрамленный стандартной
минимальной «системой жизнеобеспечения» в виде кварцевого резонатора и
нескольких конденсаторов (рис.9).
+5
470.0
IC3
"Мощность"
(число от 0 до 100,
принимаемое по USART)
С5 22
С6
Вход
It
22
16 МГц
(от генератора меандра)
10
RESET
PD0/RXD
PD1/TXD
XTAL2
XTAL1
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4
PD5/T1
GND
VCC
РВ7
РВ6
РВ5
РВ4
РВЗ
РВ2
РВ1
РВО
PD6
20
С7
0.1
19
Выход
18
17
16
15
14
13
12_
11
ATtiny2313
Строб
Выкл
Рис.9. Схема модулятора.
Для повышения помехоустойчивости линия сброса (RESET) подключена
непосредственно к шине питания (+5В). Разъем для ISP (внутрисхемное программирование)
тоже не поставлен по этой же причине. Естественно, в процессе отладки ПО на
макете, все средства для ISP присутствовали.
Средняя плотность импульсов, формируемая на выходе модулятора, представляет
собой целое число от 0 до 100%. По сути дела это и будет мощность, выдаваемая
инвертором. Это число передается в модулятор по последовательному каналу
(USART). Формат кадра: 8 бит, 2 стоповых бита без контроля четности, скорость
- 250 кбит/сек. Формат кадра может быть изменен путем перекомпилирования
программы и повторной прошивки чипа.
Сигнал внешнего генератора меандра (частота от 0 до 300 кГц) поступает
параллельно на два вывода микроконтроллера PD2 и PD3. Через эти вводы
инициируются два внешних прерывания INTO и INT1. Настройка прерываний выполнена так,
что одно прерывание возникает при спаде сигнала (в этот момент начинается
нулевой полупериод меандра), а второе - по фронту (в этот момент начинается
следующий полупериод меандра, с высоким уровнем сигнала, т.е. «единичный»
полупериод) . Уровень сигнала - ТТЛ (5V).
Выходной (модулированный) сигнал снимается с вывода РВ7. Остальные выводы
порта В (РВ0-РВ6) используются для диагностических целей. На них выводится
уровень мощности, который в данный момент поддерживает модулятор.
Предусмотрено еще две выходных линии: строб, выдаваемый через каждые сто
тактов, и сигнал выключения. Активный уровень сигнала выключения низкий, если
текущий уровень мощности равен нулю. Во всех остальных случаях - высокий.
Программное
обеспечение
модулятора
В данном цикле статей мы ограничиваем рабочие частоты лабораторного
инвертора на уровне 300 кГц. Таким образом, половина периода будет длиться не
менее 1.67 мкс. При частоте тактового генератора микроконтроллера 16 МГц он
может выполнить как минимум 25-26 однотактных команд (в микроконтроллерах AVR
большинство команд выполняются всего за один такт). Этого вполне достаточно,
чтобы модулятор в режиме реального времени мог принимать решение об уровне
сигнала на выходной шине (РВ7) в зависимости от требуемой мощности и
накопившейся на предыдущем шаге ошибки. Листинг кода с подробными комментариями
можно найти в архиве данной статьи ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-
01-al.zip. Файл PDM.asm. Ниже описаны основные особенности данной реализации
кода.
Основная идея алгоритма следующая. В микроконтроллер «зашиты» две процедуры
обработки внешних прерываний, поступающих через линии PD2 (INTO) и PD3
(INT1). На эти входы поступает меандр от внешнего генератора, который задает
рабочую частоту инвертора. На каждом такте работы генератора инициируются два
прерывания. Первое прерывание возникает по спаду сигнала (меандра), т.е.
когда уровень изменяется от высокого к низкому. В этот момент начинается
«нулевой полупериод» меандра. На выходной линии в этом полупериоде всегда должен
быть 0, поэтому первая же команда в процедуре обработки INTO - это сброс
выходной шины в 0. Пока длится нулевой полупериод, микроконтроллер должен
понять , что же ему делать, когда придет второй «единичный полупериод» меандра.
На выходной шине он должен выставить либо 0, либо 1 согласно алгоритму,
который мы подробно рассмотрели выше. Решение зависит от уровня мощности, который
нужно обеспечить, и ошибки квантования, сделанной на предыдущем шаге.
Поэтому сразу же после сброса выходной линии в 0, микроконтроллер проверяет
наличие байта в приемнике USART. Туда внешняя управляющая система может
передать новое значение требуемого уровня мощности. Если в приемнике это новое
значение есть, то микроконтроллер корректирует уровень мощности (переменная
lev) , а если нет - оставляет прежним. Далее вычисляется текущий уровень
сигнала с учетом ошибки квантования, сделанной на предыдущем шаге, и принимается
решение о том, какой уровень сигнала установить на выходной линии в следующем
полупериоде. В конце процедуры производится вычисление новой ошибки
квантования для следующего шага. У микроконтроллера еще остается еще несколько
собственных тактов, чтобы отдохнуть и дождаться прерывания INT1.
Прерывание INT1 инициируется по фронту импульса, идущего от генератора
меандра . То есть при переходе сигнала меандра от низкого уровня к высокому. Это
- начало второго «единичного» полупериода меандра. К этому моменту
микроконтроллер уже прекрасно знает, что ему делать (выставить 0 или 1 на выходе).
Соответствующий байт для вывода в порт В уже подготовлен в процедуре обработ-
ки INTO. Микроконтроллер просто выдает этот байт в порт и в оставшееся время
выполняет вспомогательные действия - формирует сигналы на линиях «строб» и
«выкл». Затем он опять переходит в режим ожидания следующего прерывания от
генератора меандра.
Третья процедура, «зашитая» в микроконтроллере, вызывается при его сбросе.
В ней производится инициализация переменных, портов ввода/вывода, регистров
USART и внешних прерываний INTO и INT1.
Программа была разработана в среде AVR Studio 4, свободно доступной на
сайте фирмы Atmel [5] . Файл проекта (PDM.aps в папке PDM) можно найти в архиве
данной статьи ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-01-al.zip. В этом же
архиве имеется готовая прошивка для микроконтроллера ATtiny2313 (файл PDM.hex
в этой же папке), которую можно использовать без изменений, если выводы
контроллера задействованы в соответствии со схемой на рис.9.
ОТЛАДКА И
ТЕСТИРОВАНИЕ
МОДУЛЯТОРА
Отладочный стенд
Для отладки и тестирования программного обеспечения модулятора необходимо
было сделать небольшой стенд. Этот стенд был использован и в последующем
тестировании (уже в качестве модуля управления инвертором) при испытании
модулятора в реальной работе с инвертором. Блок-схема стенда показана на рис.10.
"Частота"
Генератор
меандра
ЛШШ_
Модулятор
"Мощность'
JLJI
USART
Управляющий
МК
ЖК дисплей
Рис.10. Блок-схема модуля управления.
Генератор меандра (отмечен синим) выдает исходный сигнал, который будет
модифицироваться модулятором. Компоненты, помеченные зеленым, выполняют
сервисные функции: обслуживание энкодера (или кнопок), при помощи которых можно
устанавливать нужный уровень мощности, передача данных модулятору через USART и
вывод информации (частота меандра и уровень модуляции) на
жидкокристаллический дисплей. Естественно, в основу этого сервисного модуля удобно положить
еще один микроконтроллер ATtiny2313. Таким образом, у нас получается
двухпроцессорный модуль управления.
Полная принципиальная схема модуля управления показана на рис.11 (ниже).
Схема проста и не нуждается в особых комментариях. Генератор импульсов
собран по классической схеме на трех инверторах (IC1). Четвертый служит просто
буфером.
С1
330
С2
510
СЗ
1100
"Частота"
R1 1к
R 1.5к
IC1
VCC
GND
14
13
12
11
10
74НС00
IC2
R1
VCC
D1
R2
С1
D2
S1
С2
Q1
S2
01
Q2
GND
02
— : (
74НС74
ч-5
470.0
IC3
С5 22
С6
22
| 1
16 МГц
_8
_9
10
RESET
PD0/RXD
PD1/TXD
XTAL2
XTAL1
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4
PD5/T1
GND
VCC
РВ7
РВ6
РВ5
РВ4
РВЗ
РВ2
РВ1
РВО
PD6
20
ffi
19_
18
17
16_
15_
14
13_
12
11
JL ATtiny2313
С9
Выход
Строб
Выкл
)7
IC4
CS 22
09
22
i 1
16 МГц
"Плотность
импульсов"
10
RESET
PDO/RXD
PD1/TXD
XTAL2
XTAL1
PD2/INT0
PD3/INT1
PD4
PD5/T1
GND
vcc
PB7
PB6
PB5
PB4
PB3
PB2
PB1
PBO
PD6
20
~\~0.1
19
14
18
13
17
12
16
11
15
6
14
5
13
^4
12
DB7
DB6
DBS
DB4
E
R/W
RS
VCC
VO
GND
LCD
R4
22k
"Контраст"
WH0802A
11
_L ATtiny2313
Рис.11. Принципиальная схема модуля управления.
D-триггер (половинка IC2) используется для симметризации сигнала генератора
импульсов, с целю получения чистого меандра с коэффициентом заполнения точно
50%. В данной задаче это важно.
Микроконтроллер сервисного модуля (IC4) «общается» с микроконтроллером
модулятора через последовательный интерфейс (USART) по самому простому варианту
подключения - без синхроимпульсов. Формат кадра: 8 бит без контроля четности,
2 стоповых бита, скорость 250 кбит/сек.
Для ввода уровня мощности можно использовать либо пару замыкающих кнопок,
либо энкодер. В случае кнопок (шаг регулирования мощности 10%) используются
оба внешних прерывания (INTO и INT1). В случае энкодера - только одно (INTO).
В данной работе использовался недорогой энкодер PEC16-2215F-N0024. Вывод А
подключался к пину PD2/INT0, вывод В - к пину PD3, а С - на Землю. Шаг
регулировки мощности при использовании энкодера - 1%.
В качестве жидкокристаллического дисплея выбран алфавитно-цифровой дисплей
WH0802A-YGH-CT. Естественно, можно использовать любой дисплей, контроллер
которого совместим с HD44780, с подходящим количеством знаков и строк.
Программное обеспечение
сервисного модуля
Программное обеспечение сервисного модуля некритично ко времени выполнения,
поэтому написано на языке С. Программа содержит две функции для работы с
USART (инициализация и отправка байта), пять функций обслуживания
жидкокристаллического дисплея, функции обработки прерываний энкодера (или кнопок) и
главная функция, в которой происходит инициализация переменных, портов
ввода/вывода и организация главного цикла программы.
В целом программа не содержит каких-либо особо нестандартных решений,
поэтому здесь комментироваться не будет. Подробные комментарии по всем
существенным моментам можно найти в исходном коде программы (файл main.с в папке
Control) в архиве этой статьи ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-01-
al.zip.
При разработке программы использовался стандартный свободно доступный
«джентльментский набор» С-разработчика для AVR: среда WinAVR (20090313),
компилятор MinGW (5.1.4) и текстовый редактор Notepad2. Все эти компоненты легко
найти в Сети. Make-файл для получения hex-файла можно взять в архиве данной
статьи в папке Control. Если управляющий микроконтроллер подключен так, как
показано на рис.11, то можно воспользоваться готовой прошивкой (файл main.hex
в этой же папке Control). Она откомпилирована для случая использования энко-
дера.
Отладка модуля управления
и программного обеспечения
Этот раздел предназначен для экспериментаторов, которые не очень уверенно
себя чувствуют при работе с микроконтроллерами AVR. Поэтому здесь необходимо
сделать несколько достаточно общих комментариев. По крайне мере для того,
чтобы знать что и где искать.
В данной работе используются 8-разрядные микроконтроллеры AVT, выпускаемые
фирмой Atmel. Я использую эти контроллеры не потому, что они во всем лучше,
чем микроконтроллеры других производителей. Просто так сложилось. Хотя у
микроконтроллеров AVR есть масса несомненных достоинств, признаваемых многими
разработчиками: удобная и богатая система команд, большое количество
регистров общего назначения, непосредственно связанных с арифметико-логическим
устройством. В сочетании с конвейером это дает возможность микроконтроллеру
выполнять большинство команд ровно За один машинный цикл. Это очень удобно при
разработке программ, работающих в реальном времени. Микроконтроллеры AVR
имеют богатый набор периферийных устройств и, как правило, обеспечивают
преемственность при переходе от младших моделей к старшим. Еще одним несомненным
достоинством AVR для российских разработчиков является их широкая
распространенность , небольшая цена младших моделей и огромное количество русскоязычной
документации.
Функциональные и скоростные характеристики микроконтроллеров растут из года
в год. В сочетании с низкой стоимостью, это приводит к тому, что
микроконтроллеры вполне можно использовать как обычный элемент цифровых схем,
выполняющий при этом весьма нетривиальные задачи, для которых при обычной
технологии нужно было бы использовать десятки микросхем малой и средней степени
интеграции. В этом качестве, конечно, они уступают ПЛИСам, особенно если есть
повышенные требования к скорости обработки сигналов. Но если этих требований
нет, то на микроконтроллерах можно сравнительно легко получать недорогие и
более гибкие решения. Поэтому затраты времени на изучение и освоение этой
технологии быстро окупаются.
Логика работы микроконтроллера определяется заложенной в него программой
(или на общепринятом жаргоне - «прошивкой»). Процесс разработки ПО для
микроконтроллеров несколько отличается от аналогичного процесса в применении к
персональному компьютеру. По сути дела, здесь этап написания и отладки кода
на эмуляторе - это еще только начало работы. Для многих задач, связанных с
микроконтроллерным управлением процессами реального времени, отладка на
эмуляторе не только недостаточна, а часто и просто физически нереализуема. Для
таких задач типичен следующий производственный цикл: написание (коррекция)
исходного кода программы, компиляция и сборка исполняемого кода (в данном
случае, hex-файл), загрузка этого кода во флэш-память микроконтроллера
(«прошивка») , тестирование на испытательном стенде, анализ результатов
тестирования и возврат к началу (коррекция исходного кода). То есть в этом процессе
появляется дополнительный элемент - «прошивка».
«Прошивка» микроконтроллера производится при помощи специальных устройств,
которые называются программаторами. К счастью микропроцессоры AVR позволяют
проводить так называемое внутрисхемное (внутрисистемное) программирование.
Англоязычная аббревиатура: ISP - In-System Programming. То есть можно
Запрограммировать уже установленный на рабочую плату микроконтроллер. На рис.12
показана схема включения микроконтроллера ATtiny2313, допускающая
внутрисхемное программирование. В данном случае используется 6-пиновый ISP-разъем.
+5
RESET
_+
~[С4
470.0
R1
10k
IC3
С5 22
С5
22
i 1
16 МГц
10
RESET
VCC
PD0/RXD
РВ7
PD1/TXD
РВ6
XTAL2
РВ5
XTAL1
РВ4
PD2/INT0
РВЗ
PD3/INT1
РВ2
PD4
РВ1
PD5/T1
РВО
GND
PD6
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
_L_ ATtiny2313
С7
0.1
ISP 1
SCL
MISO
MOSI
Рис.12. Схема включения микроконтроллера для ISP.
Видно, что помимо дополнительного ISP-разъема, в этой схеме есть еще одна
особенность - вывод RESET микроконтроллера «подтянут» к +5В через
дополнительный резистор R1. Это дает возможность устанавливать на шине RESET низкий
уровень для сброса и «прошивки» микроконтроллера.
Конечно готовый программатор, допускающий внутрисхемное программирование,
проще купить. Но не очень сложно и сделать самому. Е ели в персональном компь-
ютере есть параллельный порт для принтера (что сейчас уже редкость), то
программатор может выглядеть совсем просто - всего пять проводков и четыре
резистора, соединяющие разъем ISP на плате с разъемом LPT персонального
компьютера. Статей, описывающих такой «программатор», в Интернете огромное
количество, поэтому привожу только первую попавшуюся ссылку с красивой картинкой [6].
Если параллельного порта LPT в компьютере нет, а есть последовательный СОМ,
можно сделать почти такой же простой программатор, работающий через этот порт
[7] . Ну а если в наличии только ноутбук, у которого нет ни LPT, ни СОМ
портов , то можно сделать самодельный USB-программатор на любом микроконтроллере
AVR старших серий. Заодно можно попрактиковаться в программировании
контроллера самого программатора. Конечно, на один раз программатор придется где-то
найти. USB-программатор удобен еще и тем, что позволяет запитать схему
непосредственно от порта USB.
В Сети можно найти несколько несложных схем USB-программаторов на
микроконтроллерах AVR. Я в свое время воспользовался материалами сайта [8]. Сделанный
«на скорую руку» на кусочке макетной платы (как совсем временный вариант)
программатор оказался настолько удачным, что я пользуюсь им уже более
полутора лет. При этом ни разу не возникло мысли что-нибудь в нем переделать или
купить себе «фирменный». Кстати для прошивки микроконтроллер этого
программатора пришлось «оживить» старый-престарый компьютер, который уже несколько лет
никто не включал, но Зато у него был LPT-порт. Фотография этого программатора
представлена на рис.13.
Рис.13. Простой самодельный USB-программатор.
Последний вопрос, который осталось обсудить, прежде чем перейти
непосредственно к прошивке и отладке, это фьюзы (fuses). Фьюзы можно понимать как
некоторые перемычки внутри микроконтроллера, определяющие основные режимы его
работы. Фьюзы нельзя изменить программно изнутри контроллера. Их установить
можно только при помощи программатора. Программы, используемые для прошивки
микроконтроллеров, обычно имеют специальный режим для программирования фью-
зов. С фьюзами нужно быть предельно аккуратными, так как неверная (или
неосмысленная) установка фьюзов может привести к тому, что контроллер окажется
неработоспособным. В этом случае, возможно, придется искать параллельный
программатор, чтобы вернуть микросхему к жизни.
Еще один нюанс, связанный с программированием фьюзов, заключается в том,
что в некоторых программах 0 может означать 1 для фьюзов и наоборот (за счет
разной интерпретации понятия «установленный» фьюз разработчиками ПО).
Поэтому, для безопасности всегда нужно сначала считать фьюзы и выяснить как
интерпретирует новая программа прошивки факт установки фьюзов. Нулем или единицей.
Например, в Extended Byte (для ATtiny2313) производитель устанавливает все
фьюзы в 1. Так что это - хороший индикатор логики используемой программы
прошивки .
Для микроконтроллеров, используемых в данной работе, нужно установить фьюзы
согласной приведенной ниже таблице.
Байты фьюзов
Значение по умолчанию
Требуемое значение
Fuse Low Byte (L-fuse)
0110 0100
1110 1111
Fuse High Byte (H-fuse)
1101 1111
1101 1011
Fuse Extended Byte (E-fuse)
1111 1111
1111 1111
В первом байте мы убираем деление тактовой частоты на 8 при старте и
устанавливаем работу с внешним высокочастотным кварцевым резонатором. Заводская
установка - тактирование от внутреннего 8 МГц генератора. Во втором байте
включаем внутреннюю систему контроля питания и устанавливаем порог ее
срабатывания на уровень 2.7В. В заводской установке система контроля питания
отключена . Хотя, в принципе, этот байт можно и не трогать.
Теперь можно перейти к прошивке обоих микроконтроллеров и отладке всего
модуля управления. Кроме собранной платы, программатора и компьютера с
установленным программным обеспечением, понадобится еще осциллограф. Дополнительно
для контроля правильности работы управляющего микроконтроллера и USART удобно
«повесить» на пины РВ0-РВ6 микроконтроллера модулятора светодиоды с
последовательными резисторами 300-500 Ом. На эти пины периодически выводится уровень
модуляции (естественно в двоичном коде) - очень удобно для контроля в
процессе отладки.
Если все правильно собрано и прошито, то система должна заработать сразу
же. Максимум, что может потребоваться - выставить уровень контрастности
жидкокристаллического дисплея (R4 на рис.11). При неправильном положении
регулятора можно просто вообще ничего не увидеть на экране.
Но если все оказалось не так идеально, то последовательность отладки
такова .
1. При помощи осциллографа убеждаемся в работе генератора меандра. С ним
обычно никаких проблем не возникает.
2. Регулируя контрастность, добиваемся нормальной работы ЖК-дисплея.
3. Регулируя частоту генератора меандра и сравнивая показания осциллографа
с частотой, выводимой на ЖК-дисплей, убеждаемся в правильной работе
частотомера .
4. Крутим ручку энкодера (или нажимаем кнопки). На нижней строке ЖК-дисплея
мы должны видеть изменяющееся значение уровня модуляции.
5. Сравнивая код, показываемый светодиодами, подключенными к пинам РВ0-РВ6
модулятора, с уровнем модуляции, выводимым на дисплей, убеждаемся в
корректной работе USART.
6. Подключаем осциллограф к выходу модулятора. Считаем пропущенные
импульсы. Сравнивая их количество с показаниями уровня модуляции на ЖК-дисплее,
убеждаемся в правильной работе модулятора. Если осциллограф снабжен
частотомером, то можно установить частоту генератора меандра равной 100 кГц. Тогда
показание частотомера осциллографа (в кГц) будет равно уровню модуляции (в
%) •
На рис.14 показан рабочий момент в процессе отладки. Модуль управления,
собранный на макетной плате, - в центре. Белая коробочка слева - USB-
осциллограф PV6501. Осциллограммы с этого осциллографа выводятся
непосредственно на экран рабочего компьютера (справа). Питается осциллограф тоже от
USB. Чуть дальше макетной платой виден тот самый самодельный USB-
программатор .
Рис.14. Макет модуля управления в процессе отладки ПО.
Итак, модулятор (и модуль управления в целом) работают. Можно приступать к
испытаниям модуля управления в паре с инвертором.
Примечание
Для повышения помехоустойчивости модуля, после отладки обеих программ
подтягивающие резисторы линий RESET (R1 на рис.12) желательно удалить или
замкнуть перемычками. Также можно убрать и ISP-разъемы, т.к. свободные провода,
идущие от микроконтроллера к разъему, могут сработать как антенны, ловящие
наводки.
ИСПЫТАНИЯ МОДУЛЯ
УПРАВЛЕНИЯ С ИНВЕРТОРОМ
Модельный инвертор
Поскольку основная цель данной статьи - исследование PDM, а не
строительство очередного инвертора, то для испытаний был взят простой маломощный
инвертор. Он использовался в другой задаче, но вполне подходит для данного
тестирования с минимальной модификацией (добавление одного логического элемента
«НЕ» на входе). Схема этого инвертора представлена на рис.15 (вкладка).
+ 12В
+5В
JUL
Вход
10
14
&
8 Ы
1k
1/4 74HC00
Элементы, выделенные пунктиром,
расположены отдельно на макетной плате
IC1
NC
VCC
ANODE
VE
CATHODE
VO
NC
GND
6N137
7805
C2 0.1
C3 10.0
CI
0.1
R1
1k
D1 SF18
IC2
VCC
IN
SD
GND
VB
HO
vs
LO
C4 C5
0.1 \10.0
R2
T1
39 IRF840
R3
T2
IR2109
39 IRF840
+310B
JC6 _^С7
330.0
Выход cs 3.0
22:1
M2000HM1
К 32x16x12
3 шт
—w
C9 1.782 мкФ
0.5 мкГн
Рис.15. Схема инвертора, используемого для испытаний (см. вкладку).
Сам инвертор содержит достаточно стандартные схемотехнические решения,
поэтому не нуждается в особых комментариях. Опторазвязка 6N137 гальванически
отделяет модуль управления от высоковольтной части, связанной с питающей
сетью. Схема включения 6N137 взята из datasheet на эту микросхему.
Инвертирующий логический элемент на входе предназначен для согласований логики
модулятора модуля управления с логикой данного инвертора. В результате
положительный импульс на выходе модулятора приводит к открыванию верхнего ключа (Т1).
В качестве ключей используются сравнительно маломощные транзисторы IRF840,
поэтому никаких дополнительных драйверов затворов здесь не используется.
Затворы подключены через ограничивающие резисторы непосредственно к выходам
драйвера полумоста IR2109, который, в свою очередь, управляется внешними
импульсами, подаваемыми на его вход IN. При положительном импульсе на входе IN
формируется импульс на верхнем ключе полумоста. В остальное время -
открывающее напряжение на нижнем ключе. Естественно, в драйвере формируется также
небольшие паузы dead-time (около 500 не) для устранения сквозных токов. Такая
логика работы драйвера идеально подходит для реализации PDM.
Микросхема IR2109 включена стандартно по бутстрепной схеме согласно
datasheet. Бутстрепный способ реализации драйверов верхних ключей полумостов
подробно описан в литературе, поэтому останавливаться здесь на этом не будем.
Отметим только, что бутстрепный диод D1 нужно брать быстрый. Конденсатор (С5)
должен быть с малыми токами утечки (например, танталовый). В противном случае
нужно поставить параллельно ему керамический конденсатор (С4) . Для данного
тестирования вместо С4 и С5 можно просто поставить один керамический
конденсатор емкостью около 1 мкФ. Располагать его следует на минимальном расстоянии
от выводов VB и VS микросхемы IR2109.
Одну особенность в работе инвертора здесь все-таки необходимо отметить. В
данной работе для регулирования мощности используется PDM. При максимальной
мощности (100%) ключи работают симметрично (попеременно) как в обычном
полумостовом инверторе. Но при мощности ниже 100% работа ключей становится
несимметричной : с понижением мощности верхний ключ открывается все реже и реже. В
предельном случае, когда мощность равна 0%, нижний ключ всегда открыт, а
верхний всегда закрыт. Это создает проблемы при использовании драйверов с
трансформаторными развязками, которые использовались в предыдущих
конструкциях [1, 3]. К нижнему ключу применить их не удастся, поскольку при уменьшении
мощности коэффициент заполнения импульсов управления нижнего драйвера
приближается к единице. Но, к счастью, нижний ключ находится под потенциалом земли.
Поэтому можно подключить к нему драйвер вообще без гальванической развязки.
По существу развязка необходима только для верхнего ключа. Но для него
коэффициент заполнения никогда не будет превышать 50%. Поэтому трансформаторные
развязки вполне применимы. К сожалению, микросхема IR2109 формирует
сравнительно небольшую и нерегулируемую паузу dead-time (около 500 не), поэтому
есть вероятность, что задержка сигнала в трансформаторе может привести к
небольшому перекрытию момента закрывания верхнего ключа с моментом открывания
нижнего, если он будет подключен напрямую. В связи с тем, что целью статьи
является все-таки модулятор, а не законченный инвертор, то, для исключения
риска сквозных токов, тестирование было проведено на маломощном инверторе с
бутстропной схемой. Гальваническая развязка выполнена перед драйвером IR2109
на оптопаре 6N137. С другими реализациями инверторов разберемся в следующий
раз.
Конструкция этого инвертора показана на рис.16. При напряжении 310 В
инвертор стабильно работает до уровня мощности порядка 500-600 Вт. Для данных
испытаний (испытание модуля управления с PDM) этого вполне достаточно.
Рис.16. Конструкция инвертора, используемого в испытаниях.
Перейдем теперь к самим испытаниям.
Испытания на активной
нагрузке при пониженном
напряжении
Первое испытание проведем с активной нагрузкой при пониженном напряжении
питания. Для этих целей можно использовать любой регулируемый источник
постоянного напряжения (до нескольких десятков вольт), желательно с
быстродействующей электронной защитой от перегрузки. Здесь использован Б5-8
(регулируемый источник постоянного напряжения, диапазон напряжений от 0 да 50В с
защитой по току на уровне 2А) . В качестве активной нагрузки удобно использовать
мощную лампу накаливания (в данном случае это лампа на 500 Вт, сопротивление
холодной спирали около 6 Ом). Так и поступим. Цель этого испытания - выявить
грубые ошибки (правильность монтажа, работоспособность модуля управления и
самих ключей).
Нагрузка подключается непосредственно к земле и средней точке полумоста
(сток нижнего ключа - исток верхнего). К этим же точкам подключаем
осциллограф для контроля напряжения. Подаем питание: 12В - на драйвер ключей, 5В -
на макет модуля управления и 30-50В на инвертор. Плавно вращая ручку
энкодера , увеличиваем мощность. По увеличению яркости свечения лампы и количества
импульсов на осциллографе убеждаемся, что регулятор мощности на основе PDM
работает правильно. На рис.17 представлены три снимка инвертора в процессе
испытаний на активной нагрузке при значениях уровня мощности 50% и 100%.
Рис.17. Первые испытания инвертора с PDM.
Ниже на рис.18 показана осциллограмма напряжения на нагрузке. Тут
комментировать нечего - все работает правильно.
-JU* PV6501
'iiAiin Нлг-рпигн Вид "rrw
Осциллограф
Олнпкр
Пуск
Время/Дел
, 1': !
. Г Пс,
.n;s
.0.1I
№r,
IHruS !
■VnS
?r,S
ifns :
" ciru:.
0 >f.S
0.1 т= i
20l6
IJ.iS '.
P, С
luS i
0.5,5
c.it£. i
50nS
□ольт/Дел
Гнннрптпр
1v J ЬУ
ICCmV ' 50m''/
Вкл
йМ.'ЧЧ
Лмп^аьсы
Синхронизация
Бкл
Яниш1
Рис.18. Напряжение на активной нагрузке.
Можно приступать к самой интересной части - испытаниям инвертора на
резонансной нагрузке.
Испытание на
резонансной
нагрузке
Заменим активную нагрузку на резонансную. В качестве резонансной нагрузки
была использована эта же самая конструкция, что и в предыдущей статье [3] .
Образец - графитовый цилиндрический стержень диаметром 15 мм. Он помещен в
кварцевую трубку, которая в свою очередь располагается внутри индуктора.
Первые эксперименты также проведем при пониженном напряжении (50В от Б5-8).
Сигнал тока снимается с трансформатора тока по цепи первичной обмотки
согласующего трансформатора, сигнал напряжения - с самой первичной обмотки.
Здесь необходимо сделать одно важное замечание. Поскольку данный инвертор
использует PDM, то при малых мощностях большая часть периодов колебания
контура индуктора будут представлять собой свободные колебания. В этом случае
поведение тока в цепи первичной обмотки согласующего трансформатора зависит
от состояния ключей. В данной работе нижний ключ во время свободных колебаний
всегда открыт, т.е. первичная обмотка трансформатора замкнута на землю через
разделительный конденсатор (С8 на рис.15). Поэтому ток в трансформаторе тока
прямо пропорционален току в цепи индуктора.
Включается питание, как и в предыдущих испытаниях на активной нагрузке.
Регулируя частоту генератора, настраиваемся на резонанс. По осциллограммам тока
и напряжения видим, что переключения происходят в момент прохождения током
нуля. Регулируя мощность, убеждаемся в том, что «мягкое» переключение работа-
ет во всем диапазоне регулирования мощности. По сути дела этот результат и
есть основная цель данной работы.
На рис.19 представлены осциллограммы тока и напряжения на первичной обмотке
согласующего трансформатора, а на рис.20 - осциллограммы тока при различных
мощностях инвертора. Видно, что осциллограммы прекрасно согласуются с
теоретическими представлениями о поведении инвертора с PDM.
~* 3 160 uS I/JT = -ill
Рис.19. Осциллограммы тока и напряжения на первичной
обмотке согласующего трансформатора.
Рис.20а. Осциллограммы тока при малой (10%) мощности.
Осталось провести последние испытания инвертора с PDM при сетевом
напряжении питания. Стенд для этих испытаний показан на рис.21. В качестве источника
питания инвертора был взят источник, описанный в предыдущей статье [3] . Для
этого инвертора он, конечно, несколько великоват. Но для тестирования
подойдет . Остальные нюансы прокомментированы подписями на рисунке.
Рис.206. Осциллограммы тока при большой (справа, 77%) мощности.
С точностью до значений амплитуды, колебания тока совпадают с аналогичными
данными, полученными при пониженном питании. До уровня потребляемой мощности
500-600 Вт инвертор работал стабильно в течение нескольких часов. Регулировка
мощности происходит очень плавно, мягко и повторяемо. Никаких сбоев за это
время не наблюдалось. Температура радиатора с ключами при потребляемой
мощности до 500-600 Вт не превышала 30° (температуре в комнате около 23°) . Цвет
каления образца можно было плавно и повторяемо изменять от черно-красного до
желто-оранжевого.
Рис.21. Общий вид стенда для испытаний на резонансной
нагрузке при питании от сети.
Таким образом, задача плавной регулировки мощности при помощи PDM
достигнута . Проведение каких-либо дополнительных измерений и испытаний уже выходит за
рамки данной задачи.
ВЫВОДЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Итак, в данной статье мы рассмотрели принцип действия цифрового PDM, его
конструкцию, программное обеспечение и результаты испытаний в качестве
регулятора мощности инвертора напряжения. Модулятор реализован на одной
микросхеме (ATtiny2313) и обеспечивает модуляцию плотности импульсов внешнего
генератора меандра с частотой до 300 кГц. Диапазон изменения плотности импульсов -
от 0 до 100% с шагом 1%. Информация об уровне модуляции может поступать в
модулятор либо от внешней управляющей системы, либо от персонального компьютера
через последовательный интерфейс (USART).
Применение PDM для регулирования мощности инвертора с резонансной нагрузкой
дает очень важное преимущество. Он, в отличие от амплитудной модуляции, не
требует применения дополнительных силовых элементов для регулируемого
источника питания. В то же время (в отличие от частотного метода или ШИМ) PDM дает
возможность сохранить «мягкий» режим переключения ключей при любом уровне
мощности.
Для завершения разработки лабораторного инвертора, описываемого в данной
серии статей, нам осталось решить две задачи: увеличить единичную мощность
инвертора и реализовать автоматическую подстройку частоты (АПЧ) инвертора.
Первую Задачу выполнить не очень сложно. Во-первых, можно использовать
бутстрепный вариант и воспользоваться рекомендациями International Rectifier в
DT-92-2 [9] по увеличению мощности бутстрепных драйверов. Для упрощения
схемотехники вместо комплементарных пар полевых транзисторов, рекомендованных в
DT-92-2, можно применить драйверы в интегральном исполнении. Во-вторых, можно
реализовать «несимметричный вариант» с трансформаторной развязкой для
верхнего ключа и прямым (без развязки) подключением нижнего ключа. Это можно
сделать либо за счет дополнительной задержки по каналу нижнего ключа, либо путем
увеличения dead-time. В следующей статье мы эти варианты рассмотрим
подробнее .
Вторая задача (АПЧ) несколько сложнее. АПЧ оправдана для приложений, в
которых резонансная частота нагрузки может существенно изменяться в процессе
работы. Особенно это важно для высокодобротных нагрузок с узкой резонансной
кривой, когда небольшой уход от резонанса приводит к заметному падению
мощности, потребляемой нагрузкой.
Для АПЧ инверторов в настоящее время существуют хорошо известные и
отработанные решения. В основе этих решений обычно лежит фазовая автоподстройка
частоты (ФАПЧ). ФАПЧ включает в себя фазовый детектор (ФД) и генератор,
управляемый напряжение (ГУН). ГУН используется как задающий генератор для
инвертора. Его частота определяется управляющим напряжением, которое выдается
фазовым детектором. Это напряжение пропорционально сдвигу фазы между
сигналами тока и напряжения контура индуктора (при резонансе этот сдвиг равен нулю).
К сожалению, для инверторов, в которых мощность регулируется при помощи
PDM, этот стандартный и «обкатанный» подход может не сработать. Причина
Заключается в том, что при низких мощностях и низкодобротных нагрузках
происходит быстрое затухание колебаний в нагрузке. В результате появляются паузы, в
течение которых колебаний тока в контуре нет. В этом случае обычный фазовый
детектор уже не сможет работать.
Для того, чтобы почувствовать важность АПЧ для задач индукционного нагрева
и проиллюстрировать возможные проблемы использования ФАПЧ, было проведено
несколько очень простых, «учебных» экспериментов, результаты которых сведены
вместе на рис.22. На этом рисунке справа приведены осциллограммы тока в
нагрузках , фотографии которых приведены слева. Мощность инвертора составляла
5%, т.е. на каждые 20 тактов генератора меандра в нагрузку пропускался только
один импульс, с длительностью, равной половине периода свободных колебаний
контура. Момент подачи импульсов можно видеть на каждой осциллограмме снизу
(желтые прямоугольные импульсы). В индуктор помещались цилиндрические образцы
различных материалов (латунь, графит, сталь и немагнитная нержавеющая сталь).
По осциллограммам определялась частота собственных колебаний контура и
добротность. Эти данные приведены на соответствующих фотографиях сверху.
Рис.22. Осциллограммы тока при различных нагрузках.
Из рисунка видно, что в пустом индукторе классическая ФАПЧ была бы вполне
работоспособна даже при 5% мощности и ниже. Но для латуни или нержавеющей
стали ФАПЧ (особенно при наличии шума) скорее всего ФАПЧ будет сбиваться. Что
же касается графита, и тем более обычной стали, то здесь ФАПЧ просто не будет
работать по причине отсутствия сигналов на детекторе в течение сравнительно
больших промежутков времени.
Из этого же рисунка легко видеть, что резонансная частота контура
существенно зависит от образца, помещенного в индуктор. Действительно, для
достаточно хорошо проводящих материалов (латунь и немагнитная нержавеющая сталь)
сдвиг частоты вверх достигает почти 20% от резонансной частоты контура с
пустым индуктором. Этот эффект (увеличение частоты) легко понять, если принять
во внимание, что внесение хорошо проводящего образца в индуктор приводит к
уменьшению поля внутри индуктора за счет вихревых токов. Это эквивалентно
уменьшению объема пространства, занятого электромагнитным полем. А это, в
конечном счете, эквивалентно уменьшению индуктивности индуктора и повышению
резонансной частоты контура. В противоположность этим металлам, для
сравнительно плохо проводящего графита вытеснение поля мало. Поэтому резонансная
частота при внесении в индуктор графита почти не изменяется.
Интересен в этом смысле эксперимент с ферромагнитным материалом (сталь). На
рис.22 мы видим, что резонансная частота контура при внесении в индуктор
стального болта практически не изменилась. Здесь удачно скомпенсировались два
противоположных эффекта: уменьшение индуктивности индуктора за счет
вытеснения поля проводящим образцом и противоположный эффект - увеличение
индуктивности за счет внесения материала с высокой магнитной проницаемостью. Если мы
теперь нагреем образец выше точки Кюри, то второй фактор (ферромагнетик)
исчезнет , а резонансная частота контура резко возрастет. Это обстоятельство
служит еще одним аргументом в пользу АПЧ в инверторах, используемых для
плавки черных металлов.
Итак, мы видим, что АПЧ в инверторах для индукционного нагрева необходима,
но реализовать ее при помощи стандартных решений (типа ФАПЧ) вряд ли удастся.
То есть в инверторах с PDM придется применять какие-то более сложные схемы
АПЧ. Этим вопросам будет посвящена следующие, заключительные статьи данного
цикла.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кухтецкий СВ. Инвертор для индукционного нагрева. - Домашняя
лаборатория, 2011 №11.
2. Семенов Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-
Пресс, 2005. - 416 с.
3. Кухтецкий СВ. Инвертор для индукционного нагрева - 2. - Домашняя
лаборатория, 2011 №11.
4. Архив материалов к статье: ftp://homelab.homelinux.com/pub/arhiv/2012-
01-al.zip
5. Сайт фирмы Atmel: http://www.atmel.com/products/AVR
6. Простой программатор AVR.
http://www.myrobot.ru/stepbystep/mc_programmer.php
7. Программатор Громова, http://easyelectronics.ru/avr-shag-pervyj-
progr animator. html
8. USBasp - USB programmer for Atmel AVR controllers,
http://www.fischl.de/usbasp
9. Мощный буфер тока для управления затворами МОП-транзисторов.
http://vcoder.flyback.org.ru/electronics/power buffer/Power%20buffer.pdf
"Частота"
R 1.5k
C1
330
C2
510
R5 1k
IC1
C3
1100
VCC
GND
74HC00
IC2
R1
VCC
D1
R2
C1
□2
S1
C2
Q1
S2
01
Q2
GND
02
14
+5
470.0
IC3
C5 22
C6
221
16 МГц
74HC74
10
RESET
VCC
PDO/RXD
PB7
PD1/TXD
PB6
XTAL2
PB5
XTAL1
PB4
PD2/INT0
PB3
PD3/INT1
PB2
PD4
PB1
PD5/T1
PBO
GND
PD6
J_ ATtiny2313
IC4
RESET
VCC
PDO/RXD
PB7
PD1/TXD
PB6
XTAL2
PB5
XTAL1
PB4
PD2/INT0
PB3
PD3/INT1
PB2
PD4
PB1
PD5/T1
PBO
GND
PD6
20
~T~0.1
19
14
18
13
17
12
16
11
15 6
14
5
13
12
11
DB7
vcc
DB6
vo
DB5
GND
DB4
E
R/W
LCD
RS
WH0802A
_L ATtiny2313
Выход
Строб
Выкл
JUL
1/4 74HC00
14
Вход
10
&
IC1
NC
VCC
ANODE
VE
CATHODE
NC
vo
GND
6N137
Полная схема стенда для испытаний модулятора
плотности импульсов (PDM). Версия 2.3
©S.V.Kukhtetskiy, 2010
09 1.762 мкФ
-0.5 мкГи
Химичка
САМОДЕЛЬНЫЕ РЕАКТИВЫ
(рецепты из интернета)
ХЛОР
Газ, который легко можно изготовить самостоятельно.
Есть два основных способов получения хлора:
1) Самый простой и дешевый способ был всегда такой: смешиваем хлорную
известь ("хлорку") - Са(С1)0С1 с соляной кислотой НС1
2) Ну и с перманганатом калия ("марганцовкой") тоже можно, правда расход
кислоты для получения того же объема хлора будет больше
16НС1 + 2KMn04 = 2MnCl2 + 5C12 + 2KC1 + 8H20
При этом способе хлор идёт мощным зелёным потоком.
Также хлор можно получить при электролизе (графитовыми электродами)
концентрированного водного раствора поваренной (кухонной) соли.
2NaCl + 2Н20 ±2е" -> Н2 + С12 + 2NaOH
Внимание: Хлор - очень ядовитый газ, зеленоватого цвета, тяжелее воздуха.
Он вызывает отек легких, поэтому всю процедуру изготовления следует проводить
на открытом месте, либо в хорошо проветриваемом помещении.
ВОДОРОД
При погружении алюминия в воду оксидной пленки не будет, а будет
образовываться рыхлый слой гидроксида алюминия, который оседает на дно и выделяться
водород.
Есть способ избавления от оксидной пленки и получения водорода.
Водород можно получить в пробирке при взаимодействии алюминия в виде фольги
(можно купить в хозтоварах или использовать оберточную фольгу из-под
шоколада) или проволоки с 20-25%-ным раствором гидроксида натрия NaOH (КОН) или
кальцинированной соды Ыа2СОз (поташа К2СОз) . При слабом нагревании реакционной
смеси выделение водорода значительно ускоряется:
Na2C03 + Н20 = NaHC03 + NaOH
Оксидная пленка растворяется в щелочной среде
А1203 + 2NaOH + 7Н20 = 2Na [А1 (ОН) 4 (Н20) 2] ,
а дальше алюминий взаимодействует с водой и в щелочной среде с выделением
водорода
2А1 + 2NaOH + 10Н2О = 2Na [А1 (ОН) 4 (Н20) 2] + ЗН2
Если нет кальцинированной соды Ыа2СОз, то она как раз получается при
нагревании водного раствора пищевой соды, выше 60 град. Цельсия он разлагается
2NaHC03 = Na2C03 + Н20 + С02
Простой способ получения водорода, для этого нам понадобиться:
• перекись водорода Н202 (обычная аптечная или более высокий концентрат,
например пергидроль)
• паста из батарейки (алколиновые и солевые не подойдут)
• колба с газоотводом
Просто смешиваем перекись водорода и пасту в реакционной колбе.
Примечание: смешивайте небольшими порциями, эта смесь сильно увеличивается
в объеме.
ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА
Перекись водорода (Н2Ог) можно получить из любого отбеливателя серии
"персоль". Персоль (коммерческое название) или натрия пероксокарбонат (гидропе-
роксосольват карбоната натрия, перкарбонат натрия) имеет состав ЫагСОз»1,5Н20г
При смешивании с серной кислотой выделяет СО2, NaS04 и Н20г. Можно делать в
больших количествах, но промывать надо тщательней.
Перекись можно получить сразу же если к "персоль 3 с запахом лимона"
добавить воду.
Персоль-нб жидкая, 1 л
10% перекиси, гидроперит, добавки (всего около
35% сухих веществ).
Персоль-Знб супер, 100 г
кристаллический порошок, около 25% перекиси,
гидроперит, добавки (напис. сульфат натрия и др.).
Лебедь, 100 г
гранулы с мелким порошком, около 20% перекиси,
перкарбонат с добавками, должно быть ЫагСгОб,*
много пены от ПАВ.
Перекись водорода 30-40% можно получить, используя перегонку под вакуумом.
Конечно, без вакуум-насоса не обойтись. Идем на местную железо-барахолку и
находим исправный компрессор от бытового холодильника. Марка особо не играет
роли, но лучше поновее - и греется меньше, и вакуум получше будет (быстрее
перегонка). Для полной проверки можно с помощью медных трубочек на время
припаять выход компрессора к манометру (прибор для измерения давления). Если
будет «давить» 5 и выше кг/см3 - значить вам подойдёт. Ещё понадобится
электроарматура : контактная колодка на компрессор, пусковое реле, сетевой кабель.
Знающие быстро разберутся, что к чему. Те, кто не знаком с электрикой, могут
попросить кого-нибудь подключить насос. Ещё нужно на той же барахолке найти
медных трубочек 04 мм от задней стенки холодильника. Отыскиваем две бутылки
из-под шампанского. На бутылках не должно быть сколов и царапин. Находим две
подходящие резиновые пробки к бутылкам. Пробки должны быть достаточно
твёрдыми и входить в горлышки бутылки до половины своей длинны.
Вот схема готовой установки:
компрессор
Бутылка1 Бутылка2
Бутылку 2 перед заливкой хорошо вымыть - перекись от грязи разлагается.
Трубочка от бутылки 2 к бутылке 1 - желательно из алюминия, и должна входить
в обе пробки должна так, чтобы внутри бутылки 2 было 5-10 мм, а в бутылке 1 -
10-15 см. Трубочка от бутылки 1 к компрессору - из меди, и должна входит в
бутылку 1 на 5-10 мм. Эта трубочка припаивается к всосу компрессора. Если
есть, в разрыв этой трубочки впаивается тройник, свободный конец которого
через краник соединён с атмосферой (для спуска вакуума после окончания перегон-
ки и регулировки процесса выпаривания). Снаружи входы трубок в пробки
замазать клеем, силиконом. Перед перегонкой нужно обмотать бутылки тряпьём,
включить компрессор и под вакуумом испытать бутылки не менее 15 мин.
Наливаем в бутылку 2 отбеливатель, не более половины ёмкости.
Герметизируем. Включаем компрессор. Закрываем краник на тройнике. Через какое-то время
отбеливатель закипает, при этом бутылка охлаждается и если не подогревать её
тёплой водой, отбеливатель в ней замёрзнет. Интенсивность кипения
регулируется краником, не допуская переброски отбеливателя в бутылку 1. После выкипания
3/4 отбеливателя, компрессор останавливаем, спускаем вакуум краником. Имеем
концентрированный пергидроль (24-40%)
Берешь персоль, обрабатываешь ее слабой азотной кислотой до окончания
выделения СОг • Далее берешь растворимую соль кальция и высаживаешь плохо
растворимую в воде перекись кальция СаОг*8Н20, ее фильтруешь, моешь и сушишь - при
100°С она теряет кристаллизационную воду. Обрабатывая ее серной кислотой
можно получить перекись любой концентрации, включая безводную (зависит от
качества сушки СаОг и концентрации серной кислоты). Для стабилизации при хранении
добавляешь фосфат.
Из книги Губен И. "Методы органической химии"
Продажная перекись водорода, идущая на приготовление концентрированной
Н2О2, должна удовлетворить по Вольфенштейну следующим требованиям. Она не
должна содержать:
1) соединений со щелочными свойствами,
2) малейших следов тяжелых металлов,
3) твердых веществ любого происхождения, в том числе и индифферентных,
вроде пыли ит. п.
Такая перекись водорода может быть доведена выпариванием в вакууме при
низкой температуре до концентрации в 40—50%. Для получения больших концентраций
водный раствор перекиси водорода экстрагируют эфиром, который растворяет
почти лишь одну Н2Ог • Концентрация поднимается при этом до 70%. Многократной
дробной перегонкой в вакууме можно из такого раствора получить 99%-ную
перекись водорода. Она кипит при 84—85°/68 мм. Для приготовления необходимо
пользоваться новой посудой, так как уже царапины каталитически ускоряют
разложение Н2Ог. Необходимо также соблюдать в работе большую осторожность, так как
вполне возможны взрывы.
СИЛИКАТЕЛЬ
В некоторых опытах нужны водоотнимающие реагенты. Наиболее простой из них -
силикагель, пористая модификация Si02. Но так как его непросто достать, то я
решил привести пример его изготовления. Необходимо купить жидкое стекло (или
силикатный клей), серную кислоту 90% или спирт этиловый.
Синтез 1
В мензурку или банку (колба может испортиться) наливаем 50 мл жидкого
стекла и 60 мл спирта. Сразу же образуется студень. Его перемешиваем, жидкость
сливаем и сразу промываем водой. Лепим из него шарик и роняем об пол (шарик
должен подпрыгивать, как резиновый). Шарик сминаем и разламываем на кусочки
нужной величины. Сушим ночь на листе бумаги (смазав её глицерином или маслом,
чтобы не прилипало) и прожариваем, пока не станут прозрачными. Выход - 30
грамм силикагеля.
Синтез 2
В банку наливаем 80 мл концентрированной серной кислоты и приливаем 150
миллилитров жидкого стекла. Перемешиваем палочкой смесь до прекращения
выделения газов. Жидкость сливаем, и осадок несколько раз промываем водой методом
декантации, пока вода на вкус не перестанет быть кислой. Сушим, прожариваем.
Выход - 100 граммов.
МЕДЬ
Чистую медь можно получить путем электролиза водного раствора CuSCm :
2CuS04 + 2Н20 => 2Cu + 02 + 2H2S04
При использовании данного метода на электроде осаждается мелкодисперсный
порошок меди, причем частицы меди настолько мелкие, что способны образовывать
в воде коллоидный раствор. При прокаливании порошка следует не превышать
температуру в 120°С, иначе медь начинает быстро окисляться.
Для данного метода понадобиться следующее:
• источник постоянного тока (мы использовали блок питания компьютера на
200 ватт);
• два графитовых электрода (мы использовали токосборные электроды от
троллейбуса; можно найти на конечных остановках);
• электролизная ванна (мы использовали полулитровую банку от маринованных
огурцов «Дядя Ваня»);
• медный купорос (можно купить в магазине садовых удобрений; также
является синим компонентом «Бордосской смеси», купить можно там же).
В банку помещаете два электрода напротив друг друга, электроды не должны
касаться! К одному цепляете плюс, ко второму - минус. Заливаете ванну
концентрированным раствором медного купороса. Включаете в сеть. Отрицательный
электрод начинает покрываться медью. Когда наберется достаточно - отключаете.
Вытаскиваете электроды и снимаете с отрицательного медь. Высушиваете и
используете по своему усмотрению.
МЕДЬ УГЛЕКИСЛАЯ ОСНОВНАЯ
Медь(II) карбонат основной - СиСОз*Си(ОН)2 • В природе минерал малахит. Мол.
в. 221.10. Светло-зелёный тонкозернистый аморфный порошок, пл. 4.0 г/см3. При
нагреве до 150°С не изменяется, при 200°С разлагается и чернеет, переходя в
СиО. Нерастворим в воде, растворяется в кислотах с образованием
соответствующих медных солей, а так же в водных растворах цианидов, солей аммония и
щелочных карбонатов с образованием комплексных соединений меди.
Малахит - окрашивающий пламя компонент составов синего огня, используется в
комбинации с донорами хлора для создания синей окраски пламени. На воздухе
стоек, и способен нейтрализовывать кислоты, что делает его удобным для
применения в хлоратных составах.
Малахит токсичен, необходимо применение респиратора и перчаток.
Основную углекислую медь можно получить, действуя гидрокарбонатом натрия на
соли двухвалентной меди:
2CuS04 + 4NaHC03 = CuC03*Cu (ОН) 2 + 2Na2S04 + 3C02 + Н20
Исходные вещества:
1) Гидрокарбонат натрия, ЫаНСОз, сода пищевая - 125 г
2) Сульфат меди пятиводный, медный купорос, CuS04*5H20 - 95г
Равномерно смешивают 125 г тонко растёртой сухой соли CuS04*5H20 и 95г
тонко растёртого ЫаНСОз. Полученную смесь вносят небольшими порциями при быстром
перемешивании в 1 л кипящей воды, находящейся в стакане емкостью 2л. В
результате выделения углекислого газа раствор вспенивается. Очередную порцию
смеси вносят лишь после того, как поверхность воды освободится от пены. В
конце реакции смесь кипятят 10-15 минут, при этом наблюдается небольшое
выделение углекислого газа. Получается быстро оседающая суспензия основной
углекислой соли меди.
После отстаивания осадок промывают водой декантацией до отрицательной реак-
ции промывных вод на (SC^)2- (проба с раствором хлорида бария), затем
отсасывают на воронке Бюхнера, однако если воронка не доступна можно ограничится
тщательной декантацией. Для тщательной отчистки полученной соли от примесей
солей натрия нужно несколько раз прокипятить соль и отфильтровать. Только
после полной отчистки, полученная соль будет пригодная для использования в
пиротехнике. Полученный основной карбонат меди сушат между листами
фильтровальной бумаги. Затем сушат в тёплом месте, или на батарее.
Выход составляет: 48-50 г.
Исходный медный купорос, приобретённый
в магазине "садовод".
Смесь соды и купороса.
Полученная суспензия основного
карбоната, видны пузырьки, выделяющегося
углекислого газа.
Основной карбонат очень быстро выпадает
в осадок.
Видны частички в взвеси.
У*
Полученный основной карбонат меди, ещё
не совсем просушенный, более
просушенный имеет более светлый, голубовато-
зелёный цвет.
НАТРИЙ
Получение натрия
из клапанов
Натрий можно получить из зиловских выпускных клапанов.
Эти клапаны вместе с двигателями привозят в металлолом. Иногда б/у клапаны
привозят отдельно от двигателей. Не перепутайте их с впускными. Впускные
больше по диаметру тарелки.
Все этапы получения необходимо осуществлять в защитных очках (лучше
полнолицевой маске) и рабочей одежде, т.к. даже маленький кусочек натрия дает при
окислении достаточное количество щелочи для тяжелого повреждения глаза или
образования маленькой дырочки в одежде. И вообще помнить о том, что возня с
расплавленным натрием - мероприятие повышенной опасности, соответственно
выбирая место для мероприятия.
Первый этап - нагревание клапанов до 130-180 градусов с целью расплавить
натрий. После прогревания клапаны переворачиваются тарелкой вниз и
охлаждаются. Это делается с целью возможно полного перемещения натрия в полость
тарелки .
Второй этап - вскрытие полости клапана углошлифмашиной ("болгаркой").
Необходимо "допилиться" до полости в двух точках - в середине шейки клапана
(начало полости) и ближе к тарелке. Полностью отрезать шейку излишне, надо лишь
пропилить стенку. На этой стадии налипший к стенкам полости натрий
воспламеняется в месте реза, и образующиеся мелкие крупинки окиси разбрасываются
вращающимся кругом по сторонам (берегите глаза и одежду!). После окончания резки
горение самостоятельно прекращается при остывании зоны реза.
Третий этап - обламывание шейки клапана. Шейку нужно обламывать посередине
(по верхнему надрезу). Сталь клапана азотирована, закалена и в результате
весьма хрупка. Надо положить клапан на две точки опоры (ближе к концам) и не-
сильным ударом молотком в область надреза посередине обломить шейку.
Четвертый этап - собственно выплавление и выбивание натрия.
Обломанные клапаны в положении вверх отверстием осторожно нагреваются до
150-160 градусов для полного расплавления натрия. Затем по одному быстро
берутся плоскогубцами, и жидкий натрий выбивается сильными ударами зажатого в
плоскогубцы клапаном (перевернутым) о твердый тяжелый предмет в подставленную
емкость с машинным маслом. Вылетающий натрий часто загорается. В масле
горение сразу прекращается, но нужно быть психологически готовым к попаданию
достаточно большого кусочка горящего натрия куда-либо помимо емкости с маслом. И
соответственно выбирать для мероприятия такое место, где кусочки горящего
натрия не будут представлять опасности и не смогут нанести материальный ущерб.
Из 6 клапанов добыто 6-7 граммов натрия.
Металлический натрий можно достать извлечь из выпускного клапана двигателя
(он выглядит как большой гвоздь только остриё у него не острое, а плоское),
такого как автобусный, МАЗ, КАМАЗ, ЗИЛ, комбайн и т.п. Там в движке у них 8
впускных и 8 выпускных (есть ещё 4 и 4, 16 и 16 вроде) . Так вот выпускной
клапан внутри содержит металлический натрий.
Если Вы всё же стали счастливым обладателям клапана, то делаем следующее.
Значит, берём клапан и зажимаем его в тиски, затем берём ножовку и начинаем
пилить, распил производится где-то сантиметра 3 от основания шляпки
(обязательно надо вставить новое полотно в ножовку, так как если оно у вас б/у, то
Вы вряд ли сможете распилить его).
Пропилив миллиметра 3 вы увидите что он внутри как бы полый. Продолжаем
пилить дальше когда его почти распилили, то откусываем шляпку пассатижами
(плоскогубцами, кусачками) и цилиндрическую часть затыкаем пластилином
(липучкой, жвачкой). Уже рядом должна находится ёмкость с керосином или т.п. Я
брал масло для швейных машин. Потом берём сверло (оно уже должно заранее
лежать возле Вас) 3-4 мм диаметром (по диаметру полости клапана), и вкручиваем
его, как штопор в пробку (можно пассатижами). Сначала в ту часть где шляпка,
если оно туда вкручивается как в пластилин - значит там натрий! Затем
вынимаем его и. . . о чудо! Сначала металлический блеск, потом начинает розоветь и
золотиться; переход цветов лучше не ждать, а сразу опустить сверло в масло и
уже в масле ножом (гвоздём и т.п.) соскоблить его со сверла. Так повторяем,
пока не извлечём его весь. Следом откупориваем другую половину клапана - там
натрия поменьше, и делаем тоже самое.
Можно попытаться извлечь ещё немного натрия из шляпки (т.к. она внутри
полая и сверло некоторое кол-во не зацепило). Делается это так.
Берутся перчатки (поплотнее), в ванне открывается тонкая струйка холодной
воды (чуть толще спички), и прям под неё пододвигаем шляпку от клапана на
полсекунды - из неё начинает доносится беду предвещающее шипение. Затем берём
её в руки (пассатижами, кусачками), переворачиваем и трясем, как бы
вытряхиваем. Я вытряхивал на другой конец ванны (естественно он не должен быть
влажным) . Из неё выпадают такие беленькие или розовенькие комочки и сразу
прилипают к ванне, их отколупываем и кладём в ёмкость с натрием.
Чтобы плотно упаковать натрием баночку из-под нафтизина (10 мл) понадобится
3-4 клапана.
Примечания:
1) Не стоит пилить клапан болгаркой, потому что когда очень усердно пилишь
его ножовкой - иногда заметны искорки, а от болгарки ещё и загорится.
2) Если клапан взять впускной, то он выглядит примерно также, только внутри
он пустой. А есть ещё сплошные клапаны.
3) Клапан должен иметь плоскую шляпку, без всяких выемок и впадин - по
своему опыту знаю, что в клапанах с впадинами ничего не было.
ЙОД
Йод (Iodum), I - химический элемент, относящийся к галогенам (от греч.
halos - соль и genes - образующий), к которым также относятся фтор, хлор,
бром и астат. Атомный вес (масса) - 126,9.
Плотность (удельный вес) йода - 4,94 г/см3, температура плавления - 113,5
°С, температура кипения - 184,35 °С.
Из всех существующих в природе элементов йод является самым загадочным и
противоречивым по своим свойствам.
Из имеющихся в природе галогенов йод - самый тяжелый, если, конечно, не
считать радиоактивный короткоживущий астат. Практически весь природный йод
состоит из атомов одного стабильного изотопа с массовым числом 127.
Радиоактивный 1-125 образуется в результате спонтанного деления урана. Из
искусственных изотопов йода важнейшие - 1-131 и 1-123: их используют в медицине.
Молекула элементарного йода (12) , как и у прочих галогенов, состоит из двух
атомов. Фиолетовые растворы йода являются электролитами (проводят
электрический ток при наложении разности потенциалов), так как в растворе молекулы 12
частично диссоциируют (распадаются) на подвижные ионы. Заметная диссоциация
12 наблюдается при температуре выше 700°С, а также при действии света. Йод -
единственный галоген, находящийся в твердом состоянии при нормальных
условиях, и представляет собой серовато-черные с металлическим блеском пластинки
или сростки кристаллов со своеобразным (характерным) запахом.
Отчетливо выраженное кристаллическое строение, способность проводить
электрический ток - все эти "металлические" свойства характерны для чистого йода.
Однако йод выделяется среди прочих элементов, в том числе отличаясь от
металлов, легкостью перехода в газообразное состояние. Превратить йод в пар
даже легче, чем в жидкость. Он обладает повышенной летучестью и уже при обычной
комнатной температуре испаряется, образуя резко пахнущий фиолетовый пар. При
слабом нагревании йода происходит его так называемая возгонка, то есть
переход в газообразное состояние, минуя жидкое, затем оседание в виде блестящих
тонких пластинок; этот процесс служит для очистки йода в лабораториях и в
промышленности.
Йод плохо растворим в воде (0,34 г/л при 25 °С, приблизительно 1:5000),
зато хорошо растворяется во многих органических растворителях - сероуглероде,
бензоле, спирте, керосине, эфире, хлороформе, а также в водных растворах йо-
дидов (калия и натрия), причем в последних концентрация йода будет гораздо
выше, чем та, которую можно получить прямым растворением элементарного йода в
воде.
Окраска растворов йода в органике не отличается постоянством. Например,
йодный раствор в сероуглероде - фиолетовый, а в спирте - бурый.
Йод проявляет в соединениях переменную валентность (степень окисления): -1;
+1; +3; +5 и +7.
Химически йод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром,
а тем более фтор.
С металлами йод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя
бесцветные соли - йодиды.
С водородом йод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя
йодистый водород. С некоторыми элементами - углеродом, азотом, кислородом,
серой и селеном - йод непосредственно не соединяется. Несовместим он и с
эфирными маслами, растворами аммиака, белой осадочной ртутью (образуется
взрывчатая смесь).
Элементарный йод - окислитель. Сероводород H2S, тиосульфат натрия Ыа2Б20з и
другие восстановители восстанавливают его до I. Хлор и другие сильные
окислители в водных растворах переводят его в Юз.
В горячих водных растворах щелочей образуются соли йодид и йодат.
Осаждаясь на крахмале, йод окрашивает его в темно-синий цвет; эта реакция
используется для обнаружения йода.
Выделение кристаллического
йода из спиртового раствора
Объясню, какие бывают настойки йода и на чем основаны принципы растворения.
Настойка йода 10% спиртовая
растворен в 95° спирте (10,0 г в 100 мл спирта)
Настойка йода 2% спиртовая
растворен в 95° спирте (2,0 г в 100 мл спирта)
Настойка йода 1% спиртовая
растворен в 95° спирте (1,0 г в 100 мл спирта)
Настойка йода 5% спиртовая
йода - 5,0 г; йодида калия - 10,0 г; смеси 95°
спирта и воды (поровну) - до 100,0 мл.
Из первых трех йод можно выделить разбавлением раствора водой.
Четвертая, та, что которую продают в аптеках в маленьких бутылочках. В ней
йод растворен не за счет спирта, а за счет йодида калия в основном, и
разбавление её хоть каким количеством воды не даст ни при каких условиях
нормального выхода йода. Единственный способ - окисление йодида калия каким-нибудь
окислителем:
• раствор перманганата калия
• раствор гипохлорита натрия (это также «Белизна»)
• раствор перекиси водорода
Все это разумеется в кислой среде (соляная, серная или уксусная кислота).
Раствор марганцовки медленно прикапывается при постоянном сильном
перемешивании, до появления у раствора слабоватой розовой окраски - главное быстро не
лить.
Раствор перекиси льется из расчета по ОВР, но если считать не умеете, то
чем больше, тем лучше.
После окисления йодида калия йод становится практически нерастворимым и
очень хорошо коагулирует, в виде хлопьев, которые далеко не мелкие и
превосходно отфильтровываются.
Подробно каждый метод изложен далее.
Водный метод
Метод 1
1. 20 баночек, ну можно и 10, заливаешь в бутылку 1,2-2 л, воды половину,
воды много не будет. Больше воды - меньше концентрация спирта, а
следственно ниже растворимость йода во всем растворе.
2. Трясется все это минут несколько
3. Желательно отстоять примерно час (можно и ночь в холодильнике, если
время не горит).
4. Отрезаем горлышко от другой пластиковой бутылки, чтобы была как
воронка .
5. На воронку накручиваем черную полиэтиленовую пробку от растворителя. В
пробке делается отверстие под фильтр от капельницы, так чтобы его можно
было легко снимать и высыпать йод. Фильтр - лучше, чем сеточка от
большой импортной капельницы лучше всего. Русская тоже подходит, только
крепить сложнее.
6. Сливаем воду (с йодом) из бутылки в воронку. При этом йод, который
плавал наверху и внизу раствора, будет благополучно оставаться в фильтре.
Как заполнилось - ссыпали йод и т.д. с 20 банок выходит (если за
полчаса) 5-7 полных фильтров
7. Перед тем как ссыпать йод из фильтра не ленитесь проливать его водой,
иначе активность его будет совсем плохая. Вероятно из-за остатков
спирта .
8. Полученный и промытый кристаллический йод отжимаем в большом шприце.
Можно просто набить ваты (или обернув ее туалетной бумагой). Но сверху
ваты подложите кусочек тонкой ткани или что еще лучше материал фильтров
тех же капельниц. Это сильно сэкономит потери и нервы на отделение
йода. Отжимайте до предела, вплоть до поломки поршня, всей массой тела -
так чтоб получались крепкие таблетки, иначе будет сырой йод, а его
сушить проблематично. Выйти должно с 20 банок 2 таблетки толщиной
приблизительно 1 см.
9. Полученные таблетки растолочь, завернуть в синтетический шелк и
положить в книгу под хороший груз - чем дольше, тем лучше, хотя через час
вполне можно пользоваться.
Метод 2
1. Йод спиртовой выливаем в емкость - большой стеклянный бокал или баночку,
во что угодно лишь бы воду откачать было удобно. Скажем баночек 10, и
воды туда в 3-5 раза (больше не надо) от объема спиртового раствора.
2. Ставим выпадать. Через час - два смотрим, на дне должен быть йод в
большом количестве.
3. Откачиваем воду шприцом так, чтобы кристаллы не засосать. И промываем
водой до полного осветления воды,
4. Опять откачиваем воду практически до конца.
5. Кристаллы с водой переливаем в отжимной шприц с куском шелка и прессуем.
6. Помещаем йод в сухую герметическую стеклянную ёмкость.
Гидроперитовый метод
Берём 2 банки йода, 2 таблетки гидропирита и 2 мл соляной кислоты (серная
подходит хуже).
Заливаем в стеклянную, прозрачную ёмкость йод, толчём в пыль таблетки
гидропирита, засыпаем, начинается некое потрескивание, вращаем банку слушая
треск десять секунд, заливаем 2 мл солянки, накрываем крышкой (обязательно,
иначе йод улетит) и ставим отстояться.
Через 5-10 мин вы увидите, что йод посветлел, стал примерно такой же, как
чай по цвету, может чуть темнее, и на дне плавают чёрненькие кристаллы, они
выглядят как порошок или осадок. Берём шприц и со дна всасываем как можно
больше кристаллов йода, отливаем ненужный раствор и опять всасываем
кристаллы, так пока не соберём нужное количество. Затыкаем носик шприца куском ваты
размером со спичечный коробок, и крепко прижав пальцами вату к носику,
начинаем давить на поршень.
Шприцом придётся пожертвовать, после отжатия в нём будет таблетка
кристаллического влажного йода - его нужно разрезать и выбить её на книжку. Положить
в этой же книжке под пресс, и собрать уже в виде обычного кристаллического
йода.
Белезновый метод
В 50 мл 5% раствора йода заливаем сначала белизны 5 мл струей по всей
поверхности раствора так, чтобы размешалось, затем 2 мл соляной кислоты по
каплям. Вскоре кристаллы йода осядут. Сверху останется вонючая тёмно-желтая
жидкость. Отфильтруем йод через шелк, и промоем очень холодной водой. Отожмем
этой же тканью.
Газовый метод
1) Обрезаем литровую бутылку пополам, заливаем туда спиртовой раствор йода.
2) Держим наготове 1, 2 или 3 сухих нафтизиновых фурика1. Количество фури-
ков зависит от того, сколько вы залили йода. Фурики заполнены наполовину
марганцовкой.
3) В пробку из-под нафтизина приделываем отгон в виде капельницы длинной
25-30 см.
4) Обратный конец отгона засовываем в бутылку с раствором йода, фурик с
марганцовкой затыкаем уже готовой крышкой с отгоном и по каплям с 5-
миллилитрового шприца капаем соляную кислоту в фурик с марганцовкой.
Видим реакцию. Газ от реакции отделяет йод от спирта в бутылке. Это вы
увидите в процессе реакции. Если раствора йода залито много, а в фурике
уже плохо идёт реакция - перекидываете крышку с отгоном на другой фурик
с марганцовкой и делаете всё то же самое пока в бутылке вы не увидите
кристаллы, которые будут оседать на дне, а раствор не станет светлым.
5) Далее аккуратно сливаем спирт, как можно лучше, а осадок на дне
вытряхиваем в плотную книгу и прессуем. Через пару минут пресса открываем
книжку, дав чуть подсохнуть йоду, и счищаем его в большой керамический
стакан с широким горлом.
Уксусно-перекисный метод
В пол-литровую банку налить:
• 200 мл холодной воды
• 40 мл обычного уксуса
• 25 мл перекиси
• 2 маленьких (10 мл) или 1 большой (20 мл) флакона 5% раствора йода.
Ждать 15-20 мин и аккуратно слить большую часть раствора.
Остаток отжать через 20-миллилитровый шприц, в которой предварительно
размещен и утрамбован шарик ваты, обернутый в туалетную бумагу, иначе все
впитается в вату.
Отпрессовать и вытащить поршень, постучать шприцом - вываливается лепешка
около 1 г.
Примечание: чем больше уксуса и перекиси - тем лучше.
Очистка йода
сублимиров анием
Стакан с йодом на дне ставим на холодную плитку и накрываем плоской
тарелкой или стеклом. Можно вместо стекла поставить над стаканом плотно
прилегающую круглодонную колбу с холодной водой. Включаем плитку, и нагреваем стакан
до приличной температуры. Выключаем плитку, дав остыть стакану полностью.
Стакан остыл, и мы аккуратно снимаем тарелку, а на ней куча кристаллов
йода . Внизу стакана останется грязь. Возможно, чистые кристаллы йода будут и на
стенках стакана.
(ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Фурик (сленг) - контейнер, емкость для порошка, пузырек. Может использоваться для
проведения реакций.
Матпрактикум
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА
АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ
Майер Р.В.
Изучение численных методов и основ компьютерного моделирования
предполагает решение задач вычислительной физики различного
уровня сложности. Особый интерес в этом смысле представляет
собой моделирование различных течений вязкой жидкости, требующее
численного решения системы дифференциальных уравнений в частных
производных на ЭВМ. Классическим примером является двумерная
задача о течении вязкой несжимаемой жидкости в прямоугольной
полости (каверне) с движущейся крышкой, а также задачи о
конвекции в полости при подогреве сбоку и снизу. В статье
рассмотрена теория перечисленных явлений и предложены учебные
варианты компьютерных программ, которые можно использовать на
домашнем персональном компьютере.
Вихревое течение
вязкой жидкости
Сформулируем проблему: Вязкая несжимаемая жидкость целиком заполняет дву-
мерную прямоугольную полость, накрытую сверху твердой пластиной, движущейся с
постоянной скоростью V (рис.1). Стенки полости непроницаемы. Необходимо
рассчитать поле скоростей течения жидкости.
Из уравнений Навье-Стокса для плоского течения несжимаемой вязкой жидкости
следует:
до
х
dt
+ U
до
X
X
дх
+ и
до
X
У
ду
до
У
до
dt
+ и
у
х
дх
+ и
У
1 др
р дх
1 др
ду р ду
до
У _
+ v
^ д2их д2их^
дх'
ду
+ v
V
(d2vy ^ д2иу
V
дх'
ду
J
дих ди
+
У
дх ду
= 0
Введем функцию тока V(x,y,t) такую, что: vx = ЭФ/Эу, vy = ЭФ/Эх и вихрь
скорости со. Течение двумерное, вектор со перпендикулярен плоскости рис. 1 и
равен:
дих диу д2у/ д2у/
СО = ---- = hr + —
ду дх дх2 ду:
Учтем, что др/ду = Эр/Эх = 0. Если первое уравнение из системы Навье-Стокса
продифференцировать по Эу, второе по Эх, а затем уравнения вычесть, то
получится :
дсо
~di
и
X
дсо
дх
+ и
У
дсо
ду
+ V
^ д^со д^со^
+
dxL ду'
)
Эти два уравнения и составляют систему "функция тока - вихрь скорости".
Рис. 1. Расчет течения жидкости в каверне с подвижной крышкой.
Расчетную область покроем двумерной сеткой и запишем уравнения в
конечных разностях:
¥ij = (Wi-u +¥i+\,j -cohJh)IA
r
^yij=<¥i+\,j-¥i-\,j)l^h
Рис. 2 . Поле скоростей в каверне с движушрлмися дном и крышкой.
Результат расчета поля скоростей зависит от граничных условий, которые
задаются так (рис. 1):
1) на левой границе OA Ф=0, ЭФ/Эх = 0, вихрь скорости u>i,j = 2V2,j/h2;
2) на нижней границе АВ Ф=0, ЭФ/Эу = 0, вихрь скорости oi(M = 2Vi(M-i/h2;
3) на правой границе ВС Ф=0, ЭФ/Эх = 0, вихрь скорости oN(j = 2VN_i(j/h2;
4) на верхней границе СО Ф=0, дУ/ду = 1, вихрь о1Д = 24>i(2/h2 - 2V/h.
Рис. 3. Крышка и дно движутся в противоположные стороны.
Рис. 5. Течение жидкости в треугольной каверне и каверне с выступом.
Компьютерная модель позволяет, исходя из заданных размеров каверны,
скоростей крышки и дна, вязкости жидкости, рассчитать поле скоростей (рис. 2 и 3).
Хорошо видно, что когда скорости крышки и дна направлены противоположно,
сначала образуются два вихря, закрученных в одном направлении, а затем они через
некоторое время объединяются в один. В случае, когда крышка и дно движутся в
одном направлении, возникают два противоположно направленных вихря. На рис. 4
показано распределение функции тока, когда крышка и дно движутся с разными
скоростями. На экране монитора получается цветное изображение, границы
разноцветных областей соответствуют линиям тока. Для получения стационарного
решения необходимо, чтобы программа выполнила более 1500 итераций. Изображение на
экране обновляется через 200 итераций. Результаты численного моделирования
вихревого течения жидкости в кавернах различных форм с подвижной крышкой
представлены на рис. 5.
Ниже приведен вариант программы для расчета течения жидкости за
препятствием и в каверне без крышки, написанной на Free Pascal. В ней моделируется
образование вихрей при обтекании вязкой жидкостью одного и двух препятствий
(рис. 6). Как заданы граничные условия, ясно из процедуры Gr_usl.
Рассмотренный метод позволяет решить и другие задачи:
1) расчет поля скоростей в прямоугольной каверне с движуш?лмися дном и
крышкой (рис. 2);
2) расчет течения жидкости в каверне с различными профилями (рис. 5);
3) образование вихрей за пластиной, на которую набегает поток жидкости и
т.д. В последнем случае течение жидкости симметрично относительно
горизонтальной плоскости, и поэтому достаточно решить задачу для верхней
полуплоскости .
Рис. 6. Вихревое течение жидкости за препятствием и в каверне.
Uses crt, graph; Const n=80; m=40; dt=0.05; h=l; nu=2.0;
a=4; b=10; c=5; al=40; bl=45; cl=10;
Var i,j,k,DV,MV,EC:integer;
psi,w:array[0..N+1,0..M+l] of real;
Procedure Gr_usl;
begin For j:=0 to M+l do For i:=0 to M+l do begin
psi[0,j]:=psi[1,j]; psi[N+l,j]:=psi[N,j];
psi[i,0]:=0; psi[i,1]:=20; psi[i,M]:=0;
If (i>a)and(i<b)and(j>c) then psi[i,j]:=0;
If j>c then begin w[a,j]:=2*psi[a-1,j]/h/h;
w[b,j]:=2*psi[b+1,j]/h/h; end;
If (i>a)and(i<b) then w[i,c]:=2*psi[c,j-1]/h/h;
If (i>al)and(i<bl)and(j>cl) then psi[i,j]:=0;
If j>cl then begin w[al,j]:=2*psi[al-1,j]/h/h;
w[bl,j]:=2*psi[bl+1,j]/h/h; end;
If (i>al)and(i<bl) then w[i,cl]:=2*psi[cl,j-1]/h/h;
w[0,j]:=0; w[N+l,j]:=0; w[i,M+1]:=0; w[i,0]:=0; end; end;
Procedure Url;
begin psi[i,j]:=(psi[i-1,j]+psi[i+1,j]+psi[i,j-1]+psi[i,j+1]-w[i,j]*h*h)/4;
end;
Procedure Ur2;
begin w[i,j]:=w[i,j]+(psi[i,j+1]-psi[i,j-1])*(w[i+l,j]-
w[i-l,j] )*dt/4/h+(-psi[i+1,j]+psi[i-1,j])*(w[i,j+1]-
w[i,j-1])*dt/4/h+nu*(w[i-l,j]-4*w[i,j]+w[i+l,j]+
w[i,j-l]+w[i,j+1])/h/h*dt; end;
BEGIN DV:=Detect; InitGraph(DV,MV,;c:\bp\bgi');
Repeat Gr_usl; For i:=l to N do For j:=l to M do Url;
Gr_usl; For i:=l to N do For j:=l to M do Ur2;
Gr_usl; For i:=N downto 1 do For j:=M downto 1 do Url;
Gr_usl; For i:=l to N do For j:=l to M do Ur2;
inc(k); If к mod 200=0 then begin cleardevice;
For i:=l to N do For j:=l to M do begin
setcolor(round(psi[i,j]*2)+4);
If psi[i,j]=0 then setcolor(15);
rectangle(i*6+10,j*6,i*6+15,j*6+5);
rectangle(i*6+12,j*6+2,i*6+13,j*6+3); end; end;
until KeyPressed; CToseGraph;
END.
Конвективное движение
вязкой жидкости
Допустим, в поле тяжести имеется полость, наполненная жидкостью, и создана
разность температур между различными стенками полости, либо внутри нее
находится источник тепла или холода. Возникает конвекция - перенос теплоты
потоками вещества. Она обусловлена тем, что нагретые слои жидкости имеют меньшую
плотность и поднимаются вверх, а холодные - опускаются вниз. Найдем
распределение скорости и температуры жидкости, устанавливающееся в результате ее
конвективного движения и теплообмена.
Для этого следует совместно решить систему ДУЧП из уравнений Навье-Стокса в
переменных "функция тока - вихрь скорости" и уравнения теплопроводности:
С 2 2 \
д со д со дсодщ дсодщ ^дТ
+ — + G
дсо
dt
дТ_
= v
dxL ду'
= k
Гд2Т
J
дх ду ду дх
дх
д2тл
dxL ду'
со
ду/ дТ ду/ дТ q{x,y)
ду дх дх ду рс
2 2
д у/ д у/
дх2 ду2
где Т - температура, q - мощность источников тепла.
Для численного решения этой системы уравнений строят конечно-разностную
схему и задают граничные условия для Ф, со и Т. Программа, моделирующая
конвективные течения вязкой жидкости в прямоугольной полости при различном рас-
пределении температуры стенок и источников тепла, представлена ниже.
Uses crt, graph; const N=130; M=40; dt=0.0005; h=l; nu=2;
Var i,j,k,DV,MV,EC:integer;
psi,w,T:array[0. .N+1,0. .M+l] of real;
Procedure Gr_usl;
begin For i:=0 to N+l do For j:=0 to M+l do begin
T[i,0]:=0; T[i,M+1]:=10; T[0,j]:=T[1,j]; T[N+l,j]:=T[N,j] ;
psi[0,j]:=0; psi[N+l,j]:=0; psi[i,0]:=0; psi[i,M+1]:=0;
w[i,M]:=2*psi[i,M]/h/h; w[l,j]:=2*psi[1,j]/h/h;
w[N,j]:=2*psi[N,j]/h/h; w[i,l]:=2*psi[i,1]/h/h;
w[0,j]:=0; w[N+l,j]:=0; w[i,M+l]:=0; w[i,0]:=0; end; end;
Procedure Url;
begin psi[i,j]:=(psi[i-1,j]+psi[i+1,j] + psi[i,j-1]+psi[i,j+1]-w[i,j]*h*h)/4;
end;
Procedure Ur2;
begin w[i,j]:=w[i,j]-(psi[i,j+1]-psi[i, j-1])*(w[i+l,j]
-w[i-l,j])*dt/4/h+(psi[i+1,j]-psi[i-1,j])*(w[i,j+1]-
w[i,j-1])*dt/4/h+nu*(w[i-l,j]-4*w[i,j]+w[i+l,j]+
w[i,j-l]+w[i,j+1])/h/h*dt+0.001*(T[i+1,j]-T[i-1,j]); end;
Procedure Ur3;
begin T[i,j]:=T[i,j]+3*(T[i-1,j]-4*T[i,j]+T[i+1,j]+T[i,j-1] +
T[i,j+l])/h/h*dt-(psi[i,j+l]-psi[i,j-l])*(T[i+l,j]-T[i-l,j])
*dt/4/h+(psi[i+l,j]-psi[i-l,j])*(T[i,j+l]-T[i,j-l])*dt/4/h; end;
BEGIN DV:=Detect; InitGraph(DV,MV,'c:\bp\bgi');
Repeat Gr_usl; For i:=l to N do For j:=l to M do Url;
Gr_usl; For i:=N downto 1 do For j:=M downto 1 do Url;
Gr_usl; For i:=l to N do For j:=l to M do Ur2;
Gr_usl; For i:=N downto 1 do For j:=M downto 1 do Ur2;
Gr_usl; For i:=l to N do For j:=l to M do Ur3;
Gr_usl; For i:=N downto 1 do For j:=M downto 1 do Ur3;
inc(k); If к mod 500=0 then begin cleardevice; k:=0;
For i:=l to N do For j:=l to M do begin
setcolor(abs(round(psi[i,j]/10))raod 12+2) ;
circle(i*6,j*6,1); circle(i*6,j*6,2); circle(i*6,j*6,3);
setcolor(abs(round(T[i,j]))mod 12+2) ;
circle(i*6,j*6+250,2); circle(i*6,j*6+250,3); end; end;
until KeyPressed; CloseGraph;
END.
Компьютер рассчитывает линии тока жидкости и поле температур в следующих
случаях:
1) при подогреве снизу (рис. 7), что приводит к возникновению ячеек Бенара;
2) при подогреве сбоку (рис.8), а также при подогреве слева и охлаждении
справа (рис. 9);
3) при наличии небольшого по размерам источника тепла внутри жидкости (рис.
10 и 11).
Граничные условия заданы в процедуре Gr_usl. Они соответствуют случаю,
когда дно сосуда имеет более высокую температуру и в результате конвекции
возникают ячейки Бенара. На рис. 7 сверху показано распределение функции тока
(границы разноцветных областей - линии тока), а снизу - распределение
температуры (границы - изотермы).
Рис. 7. Моделирование конвекции и образования ячеек Бенара.
Созданная компьютерная модель позволяет провести целую серию вычислительных
экспериментов, изучая конвекцию при различных вязкости, теплопроводности,
плотности жидкости, размерах полости, температурах ее стенок, мощностях и
положениях источников тепла (холода). Например, на рис. 8 показан результат
расчета поля скоростей (слева) и поля температур (справа) в случае, когда
нагревается левая стенка полости. Хорошо видно, что возникает вихревое движение
жидкости, более нагретые слои поднимаются по левой стенке вверх, затем вправо
и опускаются. Статические черно-белые картинки не позволяют передать красоту
моделируемых явлений в полной мере. При запуске программы на экране монитора
возникают цветные динамические анимации, формирующие наглядный образ
исследуемых явлений и повышающие интерес студентов к изучаемой дисциплине.
Рис. 8. Результаты моделирования конвекции (подогрев сбоку)
Рис. 10.1. Конвекция от небольшого источника тепла внутри сосуда.
Рис. 10.2. Конвекция от небольшого источника тепла внутри сосуда.
Рис. 11. Конвективное движение жидкости от точечного источника тепла.
Рис. 9 соответствует ситуации, когда левая стенка полости имеет высокую
температуру, а правая - низкую. Возникает циркуляция жидкости: у левой
(горячей) стенки она поднимается вверх, затем вправо, а у правой (холодной) стенки
- опускается вниз. На рис. 10 моделируется конвективное движение жидкости,
когда внутри нее находится точечный источник тепла. Нагретые слои жидкости
(газа), поднимаясь вверх, образуют вихрь, похожий на "гриб" атомного взрыва.
Если источник тепла смещен в сторону, то течение несимметрично (рис. 11).
Рассмотренные выше компьютерные модели позволяют решить и более простые
задачи , например:
1) рассчитать распределение температуры в вязкой жидкости, текущей по
трубе, при наличии источника тепла;
2) определить поле скоростей в слое жидкости, ограниченном двумя
вертикальными пластинами, которые имеют различные температуры.
Анализ этих и других задач, связанных с использованием численных методов
для моделирования физических, биологических и иных систем представлен в
электронной книге "Задачи, алгоритмы, программы" (http://komp-model.narod.ru).
Литература
1) Кунин С. Вычислительная физика. - М.: Мир, 1992. - 518 с.
2) Майер Р. В. Компьютерное моделирование физических явлений. - Глазов,
ГГПИ: 2009. - 112 с. (http://komp-model.narod .ru, maier-rv.glazov.net)
3) Роуч П. Вычислительная гидродинамика. - М.: Мир, 1980. - 616 с.
Английский
МОРСКИЕ ЛИЛИИ ПОДМОСКОВЬЯ
SEA LILIES OF MOSCOW REGION
Алексей Шмаков, Антон Нелихов
Морские лилии не играют большой
роли в современных морях.
Некоторые из них живут на огромных
глубинах, другие ведут
незаметное существование в коралловых
рифах. Однако миллионы лет
назад все было иначе, и подводные
леса из лилий были самым
обычным пейзажем древних морей.
Многочисленные остатки этих
животных встречаются по всему
миру, одни из наиболее красивых
были найдены в Подмосковье.
Sea lilies do not play a great
role in modern seas. Some of
them live in enormous depths,
other lead their unobservable
existence in coral reefs.
However, millions of years ago,
everything was different, and
underwater woods of lilies were
quite a regular landscape of
ancient seas. Numerous remnants
of these creatures can be found
around the world, most
beautiful have been discovered in
Moscow regions.
История Московского моря
В самом начале каменноугольного
периода, 360 миллионов лет назад,
большая часть Подмосковья была сушей.
Отступившее в район Нижнего Новгорода
девонское море оставило после себя
заболоченную местность с множеством
рек, некоторые из которых достигали
нескольких километров в ширину. На
месте будущей столицы шелестели
пышные леса, в которых росли гигантские
папоротники, хвощи и тридцатиметровые
плауны. Здесь обитали древние амфибии
и огромные насекомые. Правда, их
остатки крайне редки. Единственный
фрагмент наземного позвоночного тех
времен - осколок челюсти с зубами -
был найден при строительстве
московского метро. Остатки насекомых из
карбона Подмосковья неизвестны.
Леса оставили после себя
значительные толщи каменного угля, которые еще
совсем недавно разрабатывались в
соседней Тульской области. В этих углях
нередко встречались отпечатки древних
растений.
По мнению ряда исследователей,
каменноугольные леса были похожи на
современные мангровые болота, которые
на сотни километров простираются от
моря вглубь материка. В конце раннего
карбона эти леса были затоплены
наступающим морем.
Это был один из самых глубоких
бассейнов на территории будущей столицы.
Впрочем, ему не удалось надолго
задержаться в регионе. К началу
среднего карбона, в так называемый
башкирский век, море отступило в район
нынешней Волги. Но это была только
незначительная в геологическом масштабе
передышка, и спустя несколько
миллионов лет море вернулось в Подмосковье.
Причем соленые воды хлынули
одновременно и с севера, и с востока,
задержавшись в окрестностях Москвы до
самого конца каменноугольного периода.
The history of the Moskow sea
At the very beginning of
Carboniferous period, 360 million years ago,
the most part of Moscow region was
dry land. The Devonian sea, receding
to the area of Nizhny Novgorod, left
water-logged grounds with multiple
rivers, some of which were several
kilometers wide. Rich forests with
gigantic ferns, horse-tails and
thirty-meter mosses rustled on the
place of the future capital. There
lived ancient amphibians and huge
insects. Their remnants are extremely
rare, though. The only fragment of a
and vertebrate of those times - a
splinter of a jaw with teeth - was
found when Moscow underground was
being built. Remnants of insects from
Carboniferous of the Moscow region
are unknown.
Forests left significant masses of
coal, which has been developed quite
recently in the neighbouring Tula
region. In this coal one could
frequently find imprints of ancient
plants.
A number of researchers believe
that Carboniferous forests resembled
modern mangrove marshes which spread
hundred kilometers from the sea into
the mainland. At the end of Early
Carboniferous these forests were
flooded by the advancing sea.
It was one of the deepest basins
within the territory of the future
capital. However, the sea did not
manage to stay in the region long. By
the beginning of Middle
Carboniferous, in the so-called Bashkirian Age,
the sea receded to the area of the
present Volga. But it was just a
minor, in the geological scope, break,
and several million years later the
sea returned to Moscow region. And
salty waters simultaneously poured
from the north and from the east to
stay in Moscow outskirts till the
very end of Carboniferous period.
Характеристики средне- и позднекар-
бонового бассейна менялись много раз.
Об этом свидетельствуют геологические
породы, образовавшиеся в те времена.
Иногда море становилось мелким, и в
его пересоленных лагунах отлагались
доломиты, иногда берег подступал
очень близко, и в геологической
летописи появлялись глины, иногда,
напротив, оно становилось довольно
глубоким. Реконструировать обстановку моря
помогают и окаменелости. Например,
раковины моллюсков и брахиопод с
толстой стенкой свидетельствуют о том,
что здесь было мелководье с сильными
течениями, находки ископаемых
животных с тонкой раковиной, напротив,
означают , что здесь были значительные
глубины.
В целом подмосковный бассейн
достигал глубины от 20 до 150 метров, был
чистым и теплым, о чем говорят, в
частности , остатки коралловых рифов,
которые могли существовать только на
глубине в несколько десятков метров и
только в воде нормальной солености.
Для кораллов также было важно, чтобы
температура воды не падала ниже 20
градусов тепла.
К концу каменноугольного периода
море начинает отступать из Московской
области. Открытый широкий бассейн
превращается в цепь пересыхающих
лагун , отмелей и прибрежных заливов.
Основной геологической породой
становятся не известняки, мергели и
доломиты, а глина, причем самых разных
цветов. Так, в карьере завода "Цемги-
гант" можно встретить прослойки
зеленой, желтой, красной и синей глины.
Кстати, именно из каменноугольной
глины делается знаменитая гжельская
керамика.
К началу следующего, пермского
периода, море окончательно покинуло
территорию Подмосковья. После себя
оно оставило осадки толщиной около
600 метров. В следующий раз море
пришло в регион только в середине
юрского периода.
The characteristics of Middle and
Late Carboniferous sea changed more
than once. It is witnessed by
geological strata formed in those times.
Sometimes the sea got shallow, and
dolomites laid in its oversalty
lagoons ; at times the shore came very
close, and clays were included in the
geological record; at other times, on
the contrary, it got rather deep.
Fossils also help to restore the sea
environment. For instance, thick
shells of mollusks and brachiopods
evidence that there were shallow
waters with intense streams, and finds
of ancient animals with thin shells,
on the contrary, mean that there were
considerable depths.
Upon the whole, Moscow region basin
reached depths of 20 to 150 meters,
it was clean and warm, which is
proved, in particular, by remnants of
coral reefs that could exist only in
the depth of several dozen meters and
only in the water of normal salinity.
It was also essential for corals that
the water temperature did not fall
below 20°C.
By the end of Carboniferous period
the sea started receding from Moscow
region. The open wide basin turned
into a chain of drying lagoons,
shoals and coastal bays. The clay of
various colors became the main
geological rock, not limestones, marls
and dolomites. In "Cemgigant" plant's
quarry there are layers of green,
yellow, red and blue clay. By the
way, it is the Carboniferous clay of
which the famous Gzhel ceramics are
made.
By the beginning of the next,
Permian period the sea finally left the
territory of Moscow region. By that
time it left sediments about 600
meters thick. The next time when the
sea came to the region was only in
the Middle Jurassic .
Панорама Домодедовского карьера
Domodedovsky quarry view
Морские лилии
Морские лилии, или, по научному,
криноидеи, возникли в раннем ордовике
и были широко распространены в
течение палеозойской и мезозойской эр. Их
расцвет пришелся на девонский и
каменноугольный периоды. В настоящее
время описано порядка пяти тысяч
видов ископаемых лилий. Все они, как и
современные, были пассивными фильтра-
торами и питались простейшими,
личинками беспозвоночных и мелкими
ракообразными. Большинство из них было
донными животными.
Тело криноидеи состоит из чашечки,
рук и стебля. Внутри чашечки
находятся все жизненно важные органы, на ее
верхней стороне располагается ротовое
отверстие. Анальное отверстие
находится у края чашечки на коническом
возвышении и называется папилла или
анальная пирамидка. Ротовое отверстие
лилии окружено руками-брахиолями,
направленными вверх. У наиболее древних
лилий было по пять рук, однако они
могли делиться, давая до сорока
ветвей каждая. На внутренней стороне
брахиолей имеются ресничные желобки,
по которым захваченные из воды
пищевые частички переносятся к ротовому
отверстию.
Для создания водных потоков и
улавливания добычи морские лилии
используют многочисленные боковые
ответвления брахиолей, так называемые пинну-
лы. Свой распущенный венчик морская
Sea lilies
Sea lilies or, in scientific words,
crinoids, appeared in the early Ordo-
vician and were widely spread during
Paleozoic and Mesozoic eras. They
were booming in Devonian and
Carboniferous periods. By now about five
thousand species of ancient lilies
have been described. All of them, as
well as the modern ones, were passive
filterers and ate the protozoans,
larvae of the invertebrate and the
smal crustacean. The majority of them
were benthonic animals.
The body of a crinoid consists of a
calyx, arms and a column. Inside the
calyx, there are all vita organs, on
its upper part there is an actinos-
tome. The anus is at the edge of the
calyx on the conic elevation, and it
is called a papilla, or an ana
pyramid. The lily's actinostome is
surrounded by arms-brachioles directed
upwards. The most ancient lilies had
five arms, but they could split,
giving up to forty branches each. At the
inward part of the brachioles there
are ciliate channels, by which food
particles caught from the water are
transported to the actinostome.
For creating water streams and
catching their prey, sea lilies use
numerous side ostioles of the
brachioles, so-called pinnules. The sea
lily places its disbanded corolla
лилия располагает против течения,
несущего питательные частицы и мелких
животных. Получается сеть для
улавливания планктона и детрита.
against the current bringing
nourishing particles and small animals. And
it gets a net for catching plankton
and detritus.
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
Вниз от чашечки у стебельчатых
морских лилий отходит прикрепительный
стебелек, состоящий из множества
члеников . Чаще всего стебель достигает в
длину нескольких сантиметров, однако
из юрских отложений известны огромные
лилии Pentacrinus длиной до двадцати
метров. В карбоне Подмосковья также
обитали большие лилии, например
Synyphocrinus, чашечка которого была
величиной с кулак а стебель мог
достигать пятиметровой длины.
руки-брахиоли
анальная пирамидка
чашечка
стебель
цирри
корни
arms (brachium)
anal tube (anal pyramid)
calyx
column
cirri
holdfasts
Down from the calyx the stalked sea
lily has an affixing stalk which
consists of numerous columnals. Most
often a column is several centimeters
long, however, in Jurassic strata
huge Pentacrinus lilies up to twenty
meters long have been found. In
Carboniferous of the Moscow region,
there also lived big lilies, for
instance, Synyphocrinus, with a scyphu-
lus as big as a fist, and a column up
to five meters long.
С помощью стебля криноидея
прикреплялась к грунту. Известно несколько
способов прикрепления. У некоторых
лилий был своеобразный якорь, другие
буквально приклеивались ко дну с
помощью специального раствора, третьи
могли закручиваться концом стебля
вокруг различных предметов. Ряд лилий,
в том числе подмосковных имели
корневую систему.
На стебле у ископаемых лилий
встречаются боковые придатки цирри,
которые также помогали животному
закрепиться. С их помощью морские лилии
обхватывали предметы, подобно
ползающим растениям. Кроме того, в циррях
созревали половые продукты.
Морские лилии - единственные
иглокожие, сохранившие характерную для
предков иглокожих ориентацию тела:
рот у них обращен вверх, а к
поверхности грунта повернута спинная
сторона .
The crinoid used the column to
affix itself to the ground. We know
several ways of the affixation. Some
lilies had a kind of anchor, others
literally glued to the bottom with
the help of a special solution, still
others could warp the end of their
stalk around various things. A number
of lilies, including the ones from
Moscow region, had a root system
(holdfast).
The ancient lilies often had side
adnexas called cirri on the column,
and they helped the animal to affix
itself. Due to them the sea lilies
grasped things like sprawling plants.
Besides, gamic products ripened in
cirri.
Sea lilies are the only echinoderms
which retain a typical of their
ancestors orientation of the body:
their mouth is directed upwards, and
their back is turned to the ground
surface.
В настоящее время существует около
80 видов стебельчатых морских лилий,
которые ведут сидячий образ жизни и
обитают на глубине от 200 метров до
шести километров. Бесстебельчатые,
напротив, предпочитают жить ближе к
поверхности. Их известно более 500
видов, в основном они обитают на
мелководьях, часто ярко и пестро
окрашены. Наибольшего разнообразия эти
животные достигают в тропической
области Тихого океана, где на одном
рифе можно встретить до пятидесяти их
видов.
At present there are about 80
species of stalked sea lilies which live
a sedentary life at the depth from
200 meters to б kilometers. On the
contrary, the stalkless ones prefer
to live closer to the surface. Over
500 species of them are known; they
chiefly dwell in shallow waters,
often brightly and variously coloured.
The greatest diversity is reached by
these animals in the tropical part of
the Pacific Ocean, where there can be
up to fifty species of them on one
and the same reef.
Бесстебельчатые лилии способны
открепляться от субстрата, перемещаться
вдоль дна и всплывать за счет
движения рук. Их скорость достигает
четырех сантиметров в секунду.
Согласитесь, очень неплохой результат для
"пассивных" иглокожих!
До последнего времени считалось,
что стебельчатые лилии никогда не
покидают участка дна, на котором
заякорились . Однако недавние исследования
показали, что по крайней мере
некоторые виды могут не только открепляться
от грунта, теряя при этом часть
стебля, но и перемещаться на значительные
расстояния. Они легко приживаются на
новом месте, восстанавливая
утраченный конец стебля. Такая адаптация
идентична стратегии ящериц, которые
отбрасывают свой хвост для спасения
от хищников. Морские лилии подобным
образом спасаются, например, от своих
родственников - морских ежей.
Криноидеи обламывают стебель в строго
определенном месте и уплывают, а еж еще
долгое время пытается найти жертву,
двигаясь вверх по остатку стебля.
Класс морских лилий относится к
типу иглокожих (Echinodermata), куда
также включаются морские звезды,
морские ежи и офиуры, и делится на
следующие подклассы:
Articulata (чрезвычайно
изменчивые формы; чашечка сильно
редуцирована, имеются бесстебельчатые
таксоны; мезозой - ныне; все современные
формы);
Camerata (упрощенная чашечка, самый
крупный палеозойский подкласс;
расцвет приходится на ранний карбон);
Cladida (чашка примитивного типа с
тремя рядами табличек; палеозой);
Disparida (крошечные животные; пин-
нулы на руках отсутствуют; палеозой);
Stalkless lilies are able to come
loose from the substrate, move along
the bottom and ascend due to the
movements of their arms. Their speed
can be up to four centimeters a
second. You can't but agree that it is
quite a good result for "passive"
echinoderms!
Until recently it has been believed
that stalked lilies never leave the
part of the bottom where they anchor.
However, the latest research has
shown that at least some species can
not only come loose from the ground,
losing a piece of the stalk, but also
travel considerable distances. They
easily take root on a new place,
restoring the lost end of the stalk.
Such adaptation is identical to the
strategy of lizards which throw their
tails off to escape from predators.
Sea lilies similarly escape, for
example, from their relatives - sea
urchins. Crinoids break theirs column
in a strictly specific part and sail
away, and the urchin keeps trying to
find its prey moving up along the
remnant of the stalk.
The class of sea lilies refers to
the type of echinoderms
(Echinodermata) , which also ncludes sea stars,
sea urchins and brittle stars, and is
divided into the following
subclasses :
Articulata (extremely variable
forms; the calyx is greatly reduced,
there are stalkless taxons; Mesozoic
- now; all modern forms);
Camerata (the calyx is simplified;
the largest Paleozoic subclass; bloom
in the early Carboniferous);
Cladida (the calyx is of the
primitive type with three rows of plates,
the Paleozoic);
Disparida (tiny animals; no
pinnules on their arms, the Paleozoic);
Flexibilia (усложненная чашечка,
включающая множество табличек; сильно
ветвящиеся брахиоли; палеозой).
Представителей всех подклассов,
кроме первого, можно встретить в
подмосковных каменноугольных отложениях.
Стоит отметить, что подкласс
Inadunata в настоящее время не
принимается большинством исследователей
ввиду его полифилетичности, то есть
происхождения разных членов группы от
разных предков. Таким образом,
объединение криноидей в подкласс nadunata
является, скорее, искусственным.
Впрочем, по вопросам биологической
систематики у разных ученых имеются
различные мнения.
Flexibilia (the calyx is elaborated
and includes numerous plates; bra-
chioles with lots of branches, the
Paleozoic) .
Representatives of all subclasses
but for the first one can be found in
Carboniferous of Moscow region. It
should be mentioned that the subclass
of Inadunata is not accepted by most
researchers at present due to its
polyphily, i.e. the origin of various
group members of the group from
various ancestors. Therefore, the
combination of crinoids in the subclass of
Inadunata is, most likely,
artificial. Various scientists have various
views on the issues of biological
systematics, though.
4
Породы среднего и позднего кар- Middle and Late Carboniferous
бона свидетельствуют об измене- rocks testify changes of
ниях характеристик в Московском features of the Moscow sea. The
море. Карьер Пески. Peski quarry.
Остатки морских лилий из
окрестностей Москвы были впервые описаны
известным палеонтологом Германом Траут-
шольдом в 1879 году. Происходили они
из ныне заброшенных и
рекультивируемых каменоломен в районе деревень
Каменное Тяжино, Мячково и Тураево.
Впоследствии морские лилии были
обнаружены и в других карьерах, таких как
Гжель, Домодедово, Пески.
Особенно интересно верхнекарбоновое
местонахождение близ деревни
Афанасьеве . Здесь расположен огромный карьер
завода "Цемгигант". Он довольно
старый и имеет внушительные площади, где
в больших количествах встречаются
остатки криноидеи. Известен случай,
когда за одну поездку в этом карьере
было найдено тринадцать целых
экземпляров лилий. Впрочем, в основном
исследователям попадаются разрозненные
членики или кусочки стеблей. Дело в
том, что после смерти лилия чаще
всего распадалась на отдельные
пластинки .
The remnants of sea lilies from the
outskirts of Moscow were first
described by German Trautschold, a
famous paleontologist, in 1879. They
originated from presently deserted
and backfilled quarry around the
villages of Kamennoye Tyazhino, My-
achkovo and Turaevo. Afterwards sea
lilies were found in other quarries
as well, such as Gzhel, Domodedovo,
Peski.
The upper Carboniferous location
near the village of Afanasievo is of
special interest. There is a huge
quarry of "Cemgigant" plant. It is
quite old, and its space is magnific,
and the remnants of crinoids can be
found there in great numbers. There
was a case when as many as thirteen
undamaged lilies were found in one
and the same trip. However, the
researchers mainly find separated
remnants or pieces of stalks. The matter
is that after its death the lily
usually split into separated plates.
Иногда в карьерах встречаются
эффектные плитки, сплошь
усеянные члениками криноидеи.
Sometimes one can meet effect
plates thick-sown with crinoid
columnals.
Это настоящие кусочки дна древнего
моря. Именно так оно выглядело и в
каменноугольном бассейне - покрытое
раковинами брахиопод и моллюсков,
иголками морских ежей и фрагментами
лилий. К сожалению, по членикам и
остаткам стебля практически невозможно
определить, какому виду лилий они
принадлежат. Большинство члеников
представляют собой небольшой кружок с
дырочкой или звездочкой посередине.
Более редко встречаются членики в
форме пятиугольника.
В общей сложности из карбона
Подмосковья известно не менее 27 видов
морских лилий, которые включаются в
18 родов. Наиболее часто встречаются
виды Cromyocrinus simplex, Dicromyo-
crinus ornatus и Mooreocrinus gemi-
natus. Их можно найти в отложениях и
среднего, и верхнего карбона. В
среднем карбоне также обычны Moscovi-
crinus multiplex и Pegocrinus biju-
gus. В позднем (до гжельского века) -
Hydriocrinus pusillus и Pachylocrinus
tenuiramosus.
Отложения последнего, гжельского
века представлены в Подмосковье не
очень широко. Они содержат богатую и,
вероятно, смешанную карбоново-
пермскую фауну брахиопод и гастропод,
куда входит и ряд древних реликтов.
Морские лилии этого возраста изучены
слабо, достоверно известно наличие
только одного вида - Belaschovicrinus
gjeliensis. Это доминирующий вид
данных отложений, чьи чашечки попадаются
наиболее часто. Другие лилии
гжельского века еще неописаны. Многие из
них известны в единственном
экземпляре.
В отложениях раннего карбона
Подмосковья находки целых лилий и
чашечек также крайне редки. Однако не так
давно в районе города Серпухов в
карьере Заборье была обнаружена
уникальная по сохранности чашечка кри-
ноидеи, принадлежащей к новому виду.
Ее нашли в так называемой стешевской
They are real pieces of the bottom
of the ancient sea. It is how it
looked in the bottom of Carboniferous
sea - covered with shells of brachio-
pods and mollusks, echinus of sea
urchins and parts of lilies.
Unfortunately, judging by the columnals and
stalk remnants, it is virtually
impossible to determine the species of
lilies they belong to. Most columnals
look as a small circle with a hole or
a star in the middle. Pentagonal
columnals can be met more seldom.
All in all, the Moscow region
Carboniferous contains no less than 27
species of sea lilies, which are
included in 18 genera. The species
Cromyocrinus simplex, Dicromyocrinus
ornatus and Mooreocrinus geminatus are
most often met. They can be found in
the strata of both Middle and Upper
Carboniferous. In Middle
Carboniferous, Moscovicrinus multiplex and
Pegocrinus bijugus are also typical.
In the Upper Carboniferous (up to
Gzhelian Age) - Hydriocrinus pusil-us
and Pachylocrinus tenuiramosus.
The strata of the last, Gzhelian
Age, are not very widely represented
in Moscow region. They contain a rich
and, probably, mixed Carboniferous
and Permian fauna of brachiopods and
gastropods, where a number of ancient
relicts is included. Sea lilies of
this age have been little researched,
the presence of only one species is
known for a fact - Belaschovicrinus
gjeliensis. It is a dominating
species of these strata, the calyx of
which can be found most often. Other
lilies of Gzhelian age have not been
described yet. Many of them are known
in single items.
In the Lower Carboniferous deposits
of Moscow region undamaged lilies and
calyx can be found very rarely, too.
However, not so long ago, around the
town of Serpuhov, in Zaborie quarry,
they found a uniquely undamaged cri-
noid calyx referring to a new
species. It was found in the so-called
Для сбора подмосковных криноидеи
подойдет средних размеров молоток
(можно молоток каменщика с плоским
бойком) и набор зубил, изрядное
количество терпения, максимум
осторожности и немножко везения. Искать лилии
следует в слоях переслаивания мергеля
и на границах мергеля с известняком.
Более редко лилии попадаются в фузу-
линовых известняках.
То collect crinoids of the Moscow
region, you will need a medium-sized
hammer (maybe a bricklayer's hammer
with a flat pane) and a set of
boasters, plenty of patience, maximum of
care and a bit of luck. You should
look for lilies in the layers of marl
intercalation and on the borders of
marl and limestone. Lilies are more
seldom found in Fusulina limestone.
Препарировать лилии достаточно
тяжело. Обработка одного экземпляра
занимает от нескольких дней до
нескольких месяцев. Чаще всего применяется
химическая обработка. Для этого на
плитку мергеля возле лилии кладется
таблетка гидроксида калия (гидроксид
натрия не подходит) . После того как
мергель вспучивается, его аккуратно
счищают щеткой под тонкой струей
воды. При этом необходимо строго
соблюдать меры предосторожности - калий не
должен попасть на кожу и посторонние
предметы.
Sea lilies are quite difficult to
preparation. It takes from several
days to several months to process one
item. Chemical processing is most
often applied. For that, a tablet of
potassium hydroxide (sodium hydroxide
won't do) should be put on the marl
plate next to the lily. After the
marl puffs up, it should be carefully
purged away with a brush under a thin
jet of water. Meanwhile precautionary
measures should be strictly observed
- potassium should not touch the skin
or things around.
После такой обработки образец на
две недели помещается в воду, которую
нужно менять, чтобы из камня вышел
весь гидроксид. Затем плитку с лилией
вновь промывают, просушивают и
образец готов.
Для некоторых экземпляров
применяется механическая обработка. Образец
помещают в воду и аккуратно счищают
лишнюю породу мягкой щеткой.
Небольшие куски мергеля можно откалывать
скальпелем, главное при этом не
задевать саму лилию. Зубила и даже
специальные высокочастотные отбойные
молотки для препарирования криноидеи не
подходят.
Несмотря на трудности поиска и
обработки (а может быть, и благодаря
им), у ископаемых морских лилий много
поклонников. И действительно, плитки
с криноидеями являются одними из
самых эффектных окаменелостей. Собрать
представительную коллекцию
подмосковных криноидеи можете и вы. Это тем
более интересно, что многие виды
лилий еще не описаны, и вы можете
внести свой вклад в изучение этих
прекрасных и изящных существ, которые
обитали в Московском море, высохшем
300 миллионов лет назад.
After such processing, the specimen
is placed in the water for two weeks;
the water should be changed so that
all the hydroxide could leave the
stone. Then the plate with the lily
is washed again, dried, and here is
the specimen.
For some specimens, mechanical
processing is used. The specimen is
placed in the water, the extra
material is purged away with a soft
brush. Small pieces of marl can be
removed with a lancet - but you
should not touch the lily. Boasters
and even special high frequency scale
hammers are not suitable for dressing
crinoids.
Despite the difficulties of search
and processing (or, may be, thanks to
them), the ancient sea lilies have a
lot of admirers. And in fact the
plates with crinoids are most
spectacular petrescences. You also can
gather a representative collection of
Moscow region crinoids. It is
especially interesting as many species of
lilies have not been described yet,
and you can make your contribution in
the research of these beautiful and
graceful creatures which lived in the
Moscow sea which dried 300 million
years ago.
Дискуссии
ТУРИНСКАЯ ПЛАЩАНИЦА - ПОРА СТАВИТЬ ТОЧКУ?
ст.н.с. ГНУ ВНИИКОП Россельхозакадемии
М.Т. Левшенко
Рассмотрены обсуждаемые в научной литературе возможные механизмы
возникновения «изображения» на льняном полотне Туринской плащаницы.
Показано, как могло образоваться это «изображение» на полотне
естественным путем. Масляные следы отпечатка тела на белом полотне,
содержащие частицы растительной смолы мирры, гидрофильные вещества из
сока алоэ, которые могли попасть на ткань вместе с маслом из мази,
нанесенной на тело при погребении, под воздействием энергия южного
солнечного света вызвали окисление и дегидратацию целлюлозы волокон
ткани плащаницы. Это дало видимый эффект появления «изображения» на
ткани. Приводятся экспериментальные данные прогрева льняной ткани,
на который был предварительно нанесен отпечаток ладони, смазанный
мазью. Результаты прогрева такой ткани энергией света ксеноновой
лампы, аналогом солнечного света, показали, что получается
«изображение» ладони, состоящее из расплывчатых желтоватых пятен, без
видимых границ. Это изображение ладони вызвано небольшим потемнением
поверхности волокон ткани.
Справка из
Википедии
Туринская плащаница (итал. Sindone di Torino) — христианская реликвия,
четырёхметровое льняное полотно, в которое, по преданию, Иосиф из Аримафеи
завернул тело Иисуса Христа после Его Крестных страданий и смерти (Мф.27:59-
60). В настоящее время хранится в соборе Святого Иоанна Крестителя в Турине.
Часть верующих убеждена, что на плащанице — подлинные отпечатки Лика и Тела
Христа, отчего Туринская плащаница ценится как одна из важнейших реликвий
христианства.
Католическая церковь официально не признаёт плащаницу подлинной, однако
считает её важным напоминанием о Страстях Христовых.
Православная церковь не имеет официальной позиции по вопросу её
подлинности; ряд церковных деятелей считает её подлинной.
Об использовании плащаницы при погребении Иисуса Христа сообщают все четыре
евангелиста.
После Воскресения Иисуса Христа о погребальных пеленах, которые апостол
Пётр увидел в пустой гробнице, сообщают евангелисты Лука и Иоанн.
Из апокрифических рассказов о погребальном саване Иисуса Христа сообщает
«Евангелие от евреев» во фрагменте сохранившемся в сочинении Иеронима Стри-
донского «О знаменитых мужах».
Алтарные покровы с изображением Христа размером в человеческий рост
распространились в Византии в конце XI века, такие покровы, хранившиеся в различных
церквях Константинополя, упоминаются в ряде источников XIII века.
По свидетельству Николая Месарита (1201 год) , в часовне Богородицы Фарос в
константинопольском дворце Буколеон: «Похоронные Ризы Господни. Они из
полотна и ещё благоухают помазанием». Участник и летописец IV крестового похода, в
ходе которого крестоносцами был взят и разграблен Константинополь, Робер де
Клари также упоминает хранившийся в монастыре Богородицы Влахернской «саван,
которым был обёрнут наш Господь», на котором «можно было хорошо видеть лик
нашего Господа», исчезнувший после взятия Константинополя («и никто — ни
грек, ни француз — никогда не узнал, что сталось с этим саваном, когда город
был взят»). Добрыня Ядрейкович (Новгородский архиепископ Антоний) также видел
погребальные пелены Христа в Константинополе во время паломничества в 1200
году в соборе святой Софии, подвешенные над алтарём между столпами кивория в
качестве катапетасмы).
После утраты в Константинополе плащаница якобы тайно хранилась у
тамплиеров .
Впервые реликвия зафиксирована во Франции в 1353 году: Жеффруа де Шарни
объявил, что плащаница находится у него. Вначале Плащаница была выставлена в
городе Лире во владениях де Шарни. В 1452 её выкупил Людовик I Савойский и
хранил в городе Шамбери, где она пострадала в пожаре 1532 года. После
переноса столицы в Турин в 1578 году, плащаница хранится в специальном ковчеге в
соборе Иоанна Крестителя в Турине.
В 1898 году, когда плащаница была выставлена на обозрение, фотограф-
любитель Секондо Пиа сделал снимки, и обнаружил на негативах человеческий
лик. Это открытие поставило ряд вопросов, главные из которых были вопрос о
подлинности плащаницы и личности изображённого на ней человека. Однако
провести серьёзные исследования с помощью современных методов удалось только в
конце XX века.
Туринская плащаница открывается для обозрения паломников довольно редко. В
последний раз это было сделано с 10 апреля по 23 мая 2010 года. В дни Турин-
ской Олимпиады 2006 года в подземной части Туринского собора при помощи
компьютерной графики было выставлено виртуальное изображение плащаницы, а также
устроена экспозиция, посвященная её истории.
В соответствии с данными радиоуглеродного анализа, плащаница была сделана в
Средние века (XIV век), в настоящее время учеными реконструирован способ
создания изображения на плащанице
В фокусе Туринской плащаницы скрестились многие научные, исторические и
теологические проблемы. Во второй половине XX века Ватикан разрешил
проведение научных исследований Плащаницы с применением специальной аппаратуры.
В 1988 году было проведено датирование методом радиоуглеродного анализа.
Образец был разделён на три части и исследован в лабораториях Аризонского
университета (США), Оксфордского университета (Великобритания) и Федерального
политехнического института в Цюрихе (Швейцария). Специалисты лабораторий
пришли к выводу о радиоуглеродном возрасте плащаницы в 691 ± 31 год, что после
калибровки с 95%-ной вероятностью указывает на дату изготовления между 1275 и
1381 гг.
Участник первого проекта по исследованию Туринской плащаницы, химик из Лос-
Аламосской лаборатории в США Раймонд Роджерс, проанализировав химический
состав ткани, высказал предположение, что образцы, снятые для радиоуглеродного
анализа, были взяты не с основной ткани, а с заплат, наложенных во время
одной из починок Плащаницы. Критика скептиков побудила к специальному
исследованию образцов под микроскопом, которое выявило одинаковое плетение ёлочкой
как у образцов, так и у остальной ткани плащаницы. Подобное плетение не имеет
других аналогов.
В околонаучной литературе часто высказывается предположение, что полотно
Плащаницы могло быть загрязнено более «молодым» углеродом. Особое
распространение получила статья А.В. Фесенко, А.В. Белякова, Ю.Н. Тилькунова и Т.П.
Москвиной «К вопросу о датировании Туринской плащаницы».
Так как плащаница подвергалась различным воздействиям, в том числе
вывариванию в масле для убеждения верующих, авторы статьи утверждают, что методики
подготовки образцов плащаницы, использованные при их радиоуглеродном
датировании , не обеспечивают полного удаления из ткани высохшего льняного масла.
Введённые в 1532 году в ткань 7% масла по расчётам авторов могли сдвинуть
дату создания плащаницы на 1300 лет назад.
Однако, возможность существенного искажения радиоуглеродного возраста
Туринской плащаницы, доказываемая Фесенко и соавторами, основывается на грубой
ошибке. Расчёты и математические выкладки в данной статье были опровергнуты
кандидатом физико-математических наук Сурдиным В.Г. в статье с ироничным
названием «Ошибка при решении элементарной задачи», в которой Сурдин вскрывает
противоречия в модели Фесенко и соавторов. Исправление ошибки приводит
решение задачи к корректному результату, согласующемуся с выводами специалистов.
Кроме этого, утверждается, что на Плащанице имеются следы от монет. Якобы
они были положены на глаза завёрнутого в полотно, и в них можно различить
символы, характерные для монет времён Пилата.
Следует отметить, что с научной точки зрения большинство сообщений о
результатах исследования плащаницы сомнительны. Лишь радиоуглеродный анализ
1988 года проводился независимо в трёх разных лабораториях (и дал практически
одинаковый результат), тогда как остальные сведения как со стороны
сторонников подлинности плащаницы (например, о характере ткани, о монетах, о пыльце),
так и со стороны противников (о частицах краски — охры по контурам тела и
киновари в изображениях «крови») встречаются в сообщениях одиночных
исследователей и другими исследователями не подтверждены.
В результате проведения новых исследований в 2008 году учёные впервые еде-
лали сверхточный цифровой снимок плащаницы в 12,8 млрд. пикселей, однако
определённый в 1988 году возраст полотна не получил опровержения.
Также с точки зрения начертательной геометрии в случае, если ткань
запечатлела объёмный отпечаток человека, то её развёртка должна показывать
искажённое изображение лица и тела, тем не менее на плащанице этого не наблюдается,
что представляет её как плоскую проекцию человека. При этом проекция человека
с тыльной стороны на целых 5 см превышает проекцию с лицевой.
Изображение тела на Плащанице характеризуется четкостью и полутоновостью
одновременно. Исследователями Плащаницы неоднократно предпринимались попытки
реконструировать способ создания подобного изображения.
Джон Джексон, руководитель группы учёных, которые в 1978 году в течение
пяти суток непосредственно изучали Плащаницу, пытался воспроизвести феномен
изображения на ней. Обладая математическими характеристиками изображения, в
процессе экспериментов он не смог достигнуть чёткости полутонового образа.
В 2009 году группа итальянских ученых во главе с доцентом (Professore
Aggregato) органической химии университета Павии Луиджи Гарласкелли (Luigi
Garlaschelli) заявила об удачном завершении экспериментов по реконструкции
способа создания изображения на Плащанице.
Для точности реконструкции использовались лишь материалы и методы,
доступные в Средние века. Процесс создания изображения проходил в несколько этапов:
1. Доброволец покрывался льняной тканью
2. Ткань натиралась пигментом с небольшим количеством кислоты
3. Пигмент постепенно удалялся (для ускорения этого процесса ткань
нагревалась в печи)
4. На заключительном этапе на ткань наносили пятна крови и другие
декорирующие элементы
В результате было получено нечёткое, полутоновое полноразмерное изображение
человеческой фигуры, схожее с тем, что имеется на Плащанице.
По мнению представителей Ватикана, данный эксперимент был спонсирован
итальянским обществом атеистов и агностиков. Также, было убедительно
продемонстрировано, что качество реконструкции намного уступает качеству
оригинала . Были подвергнуты сомнению сам процесс проведения эксперимента, соблюдение
стандартов публикации научного материала и осведомленность автора
исследования непосредственно о химических и физических характеристиках оригинала.
Основной упрёк в адрес итальянской работы — нечёткость полученного изображения.
Подобных неудовлетворительных результатов достигал и Джексон в 197Ох годах.
В декабре 2009 года в древнем захоронении в Иерусалиме были обнаружены
части савана, которые явились первой подобной находкой, относящейся к началу I
века новой эры.
По данным радиоуглеродного анализа, новонайденное полотно было изготовлено
примерно в то время, когда, по мнению верующих, умер Иисус Христос. При этом
оно было выткано методом простого двустороннего переплетения нитей, а не
саржевого (диагонального), которое использовано в Туринской плащанице. Саржевое
плетение нитей появилось лишь спустя тысячу лет после предполагаемой даты
смерти Христа. Остатки данного савана, по мнению некоторых исследователей,
могут подтвердить версию о поддельности Туринской плащаницы.
В отличие от Туринской плащаницы, найденный в Иерусалиме саван представляет
собой не цельный кусок ткани, а состоит из нескольких частей. В частности,
отдельный кусок ткани полагался для головы на тот случай, если человек,
которого хоронили, оказывался живым и приходил в сознание. Тогда он мог сдернуть
с лица часть савана и закричать. Про платок, закрывавший лицо умершего,
сообщает и евангелист Иоанн (Ин.20:6-7) — «Вслед За ним приходит Симон Петр, и
входит во гроб, и видит одни пелены лежащие, и плат, который был на главе
Его, не с пеленами лежащий, но особо свитый на другом месте».
* * *
Введение
В музеях и в церквях мира хранится множество полотен древности, которые
несут различные изображения. Многие изображения поражают нас своей
неповторимостью, однако, обычно мы знаем, как были созданы эти изображения. Легендарная
Туринская плащаница с ее загадочным «изображением» - пока исключение из этого
правила.
Полотно Плащаницы сейчас хранится в Турине, Италия. Плащаница представляет
собой хорошо сохранившийся кусок пожелтевшего льняного полотна, размером 4,36
м в длину и 1,09 м в ширину. Туринскую плащаницу тщательно оберегают: за
последние десятилетия эту реликвию выставляли на всеобщее обозрение всего
несколько раз. Последний раз плащаницу показывали недавно - в 2010 году, когда
ее смогли увидеть более двух миллионов посетителей.
Рис. 1. Отпечаток лица на полотне Туринской плащаницы, как это
мы видим (слева) и в фотографическом негативе (справа).
Наибольший интерес у всех поклонников на этом полотне вызывают желтовато-
коричневые следы двух фигур обнаженного мужского тела, расположенных
симметрично друг к другу, голова к голове. На одной половине этого полотна мы видим
- образ мужского тела со сложенными впереди руками, на другой половине - его
изображение со спины. Самое удивительное в этом полотне, что это изображение
негативное, то есть более темные детали реального тела выглядят на полотне
плащаницы (как на фотографическом негативе) - более светлыми, и наоборот.
Только это изображение на Туринской плащанице не является подлинным полным
негативом. Если бы это был полный негатив, то, например, темные волосы должны
были выглядеть на полотне светлыми. На ткани хорошо заметны и кровавые следы,
которые свидетельствуют, что перед смертью этого человека пытали. Эти следы
крови тоже не негативные, а настоящие, соответствующие группе АВ крови
человека .
Эти пытки, восстановленные учеными по кровавым следам на полотне, согласно
Новому Завету, соответствуют казни Иисуса Христа.
Ткань плащаницы, по многим признакам, отвечает характеристикам материи,
сотканной предположительно в I столетии нашей эры. Хотя недавние, в 2009 году,
находки израильского археолога Шимона Гибсона (Gibson Sh.) ткани
погребального савана, датированного первым веком нашей эры, ставят такую датировку
плащаницы под сомнение, так как способ переплетения нитей в найденной ткани
кардинально отличается от полотна Туринской плащаницы [8].
Вот уже более века полотно Туринской плащаницы не дает покоя ученым. Об
этой реликвии написано и издано множество книг и статей, в том числе и на
русском языке. Была помещена и большая обзорная статья Валерия Сойфера в
журнале «Континент» (№117 и №118 за 2003 год) , посвященная состоянию
исследований Туринской плащаницы. Но за прошедшее время со времени публикации этой
статьи появились новые теории, которые и будут частично изложены в этой
статье .
Раймонд Роджерс (Rogers R.N.) писал: «Изучение плащаницы - увлекательное
исследование. Ее можно изучать и по строгим научным методам. Плохо только,
что много диких фантазий некоторых авторов уничтожило доверие читателей к
научным результатам, полученным исследователями плащаницы» (Fanti G. and other,
2005).
Отвлечемся от версии о появлении «чудесного» отпечатка тела на полотне в
момент воскресения Христа и других подобных ненаучных версий, а ограничимся
рассмотрением только реалистических предположений ученых о возможности
образования такого «изображения» на полотне естественным путем.
Краткая характеристика
свойств «изображения»
Туринской плащаницы
Научное изучение Туринского полотна началось еще в начале XX века, после
того, как итальянский любитель-фотограф Секондо Пиа (Secondo Pia) опубликовал
фотографический негатив изображения на полотне плащаницы. Однако только в
1969 году ученые были впервые допущены непосредственно к изучению полотна
Туринской плащаницы.
В 1978-81 году, ученые из различных стран, в основном американские физики и
химики, объединились в специальный проект «Исследовательский проект Туринской
плащаницы» (STURP). В рамках этого проекта учеными были проведены, с
использованием 22 физических и химических методов, исследования непосредственно
полотна плащаницы. Во время этой работы исследователями были проделаны тысячи
различных анализов, на проведение и интерпретацию которых затрачены десятки
тысяч часов работы ученых.
Микроскопические и спектроскопические анализы ткани в области изображения и
вне его позволяли определить, использовались ли какие-либо красители,
сделанные на основе масел, наполнителей и растворителей; имеются ли различия в
структуре волокон на разных участках плащаницы, что давало возможность
выявить неоднородности в изображении и структуре ткани, обнаружить следы
реставрации .
Результаты, полученные учеными Джулио Фанта (Fanti G. , Marinelli Е., 1999)
и Джеком Джексоном (Jackson P.J., 1990), в рамках этого проекта, показали,
что никаких чужеродных веществ и красок в области изображения, ни
минеральных, ни органических, на плащанице не обнаружены. Измерения, проведенные
учеными с помощью разных приборов, дали один и тот же результат, показавший, что
изображение сформировано льняными волокнами, в которых пожелтела целлюлоза в
результате дегидратации, т.е. потери молекул воды целлюлозой волокон.
Получила объяснение и хорошая сохранность изображения на плащанице в течение многих
сотен лет. Свойства целлюлозы волокон полностью соответствует этому факту.
Большинство ученых согласилось с таким объяснением, как с основным.
Как показал профессор Кевин Моран (Могan Е.К., 1992), видимое изображение
желтоватого отпечатка тела на полотне создалось относительно небольшим
количеством пожелтевших частей льняных волокон в нитях на поверхности ткани
плащаницы. С нижней стороны нитей и там, где нити переплетены между собой,
образуя основу ткани, волокна не имеют никаких потемнений. Исследователем
плащаницы отмечено, что в сечении потемневших нитей наблюдалось всего от 2 до 5
мозаично потемневших волокон. При этом общее количество волокон в сечении
этих нитей составляло от 80 до 120. Каждое потемнение волокна получается из
разрывных пожелтевших частей волокна (пикселей) с четкими границами каждого
пожелтения - размером 15-20 мкм шириной (диаметр волокна) и 50-500 мкм
длиной. Пожелтение пикселей очень равномерное, с четкими границами, и оно темнее
на 30% по сравнению с естественным белым цветом волокон.
В местах ткани, где изображение темнее, пиксели (пожелтения) на волокнах
ближе расположены друг к другу, в светлых областях они расположены дальше
друг от друга. В местах большего потемнения изображения и частично
пожелтевших волокон в этих местах в нитях больше. Важно, что интенсивность пожелтения
пикселей не зависела от силы контактного давления частей тела на ткань. Это
доказывает, что химический процесс, участвовавший в формировании изображения
на ткани, был точно один.
Химическая природа образовавшегося желтого цвета пикселей была установлена
Джон Хеллер и Алан Адлер (Heller H.J., Adler D.A., 1981) . Они показали, что
дегидратация и окисление молекул целлюлозы в волокнах может приводить к
образованию молекулярных структур органических хромофоров желтого цвета,
отсутствующих в обычных молекулах целлюлозы. Эти хромофоры имеют в своем составе
ненасыщенные группы: карбоксильную или карбонильную -С=0, или они содержат
образовавшиеся двойные связи углерода -СН=СН-. Еще одно важное наблюдение этих
ученых - кровь на нитях защитила их от излучения, которое вызвало потемнение
льняных волокон нитей ткани. Под бурыми следами гемоглобина крови, льняные
волокна полотна сохранили естественный белый цвет.
Эти научные исследования полотна Туринской плащаницы группой STURP смогли
дать ответ на два основных вопроса: о природе изображения и о возрасте
полотна .
Yd km j>ixd
(length 200 lo IOOOjj ; 0.2 to I mm)
colourless cellulose
Рис.2
Схема окраски «пикселя». Из статьи А.В. Power [29].
Ученые пришли к выводу, что изображение возникло из-за какого-то процесса,
наиболее вероятная версия - кратковременное воздействие излучения (Могап К.,
Fanta G. 2002). Тем не менее, исследователи группы STURP, не смогли объяснить
механизм, посредством которого двойное изображение тела человека было
сформировано на этой ткани.
Полученные в результате этого исследования, обширные данные до сих пор
служат основным материалом для научного изучения плащаницы. К сожалению,
значительная часть результатов работ исследователей группы STURP опубликована в
специальных научных журналах, малодоступных для неспециалистов. К настоящему
времени, предложено более десяти теорий объяснения процесса формирования
изображения на полотне плащаницы естественным путем.
Дальнейшие исследования Раймонда Роджерса (Rogers N.R., 2004) волокон
плащаницы показали, что в этих разрывно-пожелтевших волокнах ткани плащаницы
окрашен только тонкий верхний слой этих волокон. Он показал, что волокна
плащаницы покрыты тонким слоем углеводов из крахмала, различных Сахаров и других
примесей, в некоторых местах этот слой претерпел химические изменения и
окрасился в желтый цвет. Раймонд Роджерс и Анна Арнольди (Rogers N.R., Arnoldi
А. , 2003) выдвинули гипотезу, что раз окрашена только поверхность нитей,
значит , окраска волокон образовалась в результате химических реакций с участием
примесей, находившихся на поверхности волокон.
Р. Роджерс и А. Арнольди предположили, что эти примеси могли попасть и
остаться на поверхности ткани при сушке ткани после моющего раствора во время
изготовления ткани. В состав этих оставшихся примесей могли входить фракции
крахмала и различных Сахаров. Они доказывали, что изображение могло
сформироваться с участием амино-корбонильной реакции Майара, при которой потемнение
волокон происходит от образования темно-окрашенных меланоидов, образующихся
при нагревании моносахаридов с аминами. Газообразные амины, могли выделиться
из мертвого тела человека через нос и рот, и потом могли взаимодействовать с
примесями волокон ткани. Больший контраст изображения в области лица, волос
головы, усов и бороды, по сравнению с отпечатком на плащанице остальных
частей тела, можно объяснить и большим количеством прореагировавших аминов в
районе головы. Эта реакция происходит при более низкой температуре, чем
реакция дегидратации целлюлозы волокон.
Основное возражение против этой теории Р. Роджерса и А. Арнольди то, что
значительных количеств соединений азота и аминов в области потемневших
волокон исследователями STURP обнаружено не было. Хотя, возможно, эта реакция и
внесла какую-то часть потемневших волокон в создание «изображения» на
плащанице .
Наблюдаемые разрывные (пиксельные) окрашивания волокон ткани попытался
объяснить Бернар Повер (Power В.А. , 2003). Он считает, что в этом процессе
участвовали микрокристаллы минеральных солей, которые присутствовали на
поверхности волокон плащаницы, попав на полотно из мази с тела. Он предположил
образование на волокнах плащаницы мелких капель воды, сконденсировавшихся на
кристаллах солей. Конденсация влаги на кристаллах соли может иметь место при
относительной влажности полотна больше 78%. Капли воды на волокнах льняной
ткани были распределены неравномерно, как и кристаллы растворимых солей,
таких как хлорид натрия или хлорид кальция. Б. Повер предположил, что мощный
импульс сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения вызвал перегрев этих капель
воды выше 200°С, что в свою очередь химически изменило целлюлозу волокон на
коротком отрезке волокна. В соответствии с размером капель, и образовались
желтоватые цвета вдоль радиуса действия пара каждой испарившейся капли. Только
как мог возникнуть такой импульс СВЧ, он не смог установить.
Несмотря на многочисленные доказательства отсутствия пигментов на полотне,
интерпретация Плащаницы, как произведения неизвестного художника или мастера
средневековья сохраняется с необычным упорством до настоящего времени.
Например, Уолтер Мак-Кроун (McCrone C.W., 1980) заявил, что, по его мнению,
неизвестный художник мог нанести изображение на полотно плащаницы с помощью
природного пигмента гематита, содержащего железо.
В 1994 г. Эмили Крейг и Рандал Бресси (Craig А.Е., Bresee R.R.) предложили
способ формирования изображения на полотне - путем рисования сухим пигментом,
например мелкой пылью углерода - порошка алоэ или смеси пылевидных окиси
железа и коллагена. По этому способу, сухой пигмент может передаваться с
чертежа на ткань непосредственным прикосновением. Закрепление полученного
изображения производилось паром, который растворял коллаген, а при остывании
коллаген закреплял тонким слоем пигменты изображения.
В 2009 году итальянские ученые во главе с Луиджи Гарласчелли (L.
Garlaschelli) предложили способ создания изображения на ткани с помощью
пигмента охры. По этому способу изображение фиксировалось на ткани, нагревом
полотна в печи [14] .
Но серьезных аргументов в поддержку своих теорий этими авторами предложено
не было.
Некоторые свойства
льняных волокон и
дегидратация целлюлозы
Отвлечемся пока от полотна Туринской плащаницы, и рассмотрим строение и
свойства льняных волокон более подробно, используя данные из книги Г.И. Фрид-
лянд (1982). Ткань плащаницы соткана из нитей, которые состоят из скрученных
пучков льняных волокон. Основными компонентами льняных волокон, используемых
в текстильной промышленности, являются следующие вещества: до 80% целлюлозы
(клетчатки), около 5% лигнина, до 3% гемицеллюлозы, 8-12% воды и небольшие
количества смол, жиров, воска, белка и других веществ. Льняные волокна
относятся к природным растительным лубяным волокнам, которые имеют сложное
морфологическое строение. Структура и состав льняных волокон определяет и их
свойства - относительно высокую прочность и значительную гигроскопичность,
обусловленную гидрофильными свойствами молекул целлюлозы и гемицеллюлозы, а так
же развитой капиллярно-пористой структурой льняных волокон.
Одиночное льняное волокно (техническое волокно), используемое для прядения
нитей, представляет собой группу из 10-25 элементарных волокон, соединенных
вместе одревесневшими срединными пластинками лигнина. Размер элементарного
волокна из средней части стебля льна составляет около 20-30 мм длинной и 16-
32 мкм в диаметре. Клеточная стенка элементарного волокна состоит, в
основном, из нескольких десятков тонких слоев целлюлозы. Целлюлоза относится к
линейным полимерам, со степенью полимеризации в волокнах льна до 30000
мономеров - остатков глюкозы.
Большинство участков молекул целлюлозы в клеточной стенке расположены
параллельно друг другу. Между параллельно расположенными участками молекул
целлюлозы осуществляется межмолекулярное взаимодействие через водородную связь.
Хотя энергия одной водородной связи сравнительно небольшая, но поскольку в
молекуле целлюлозы много гидроксильных групп, то общая энергия связи
взаимодействующих молекул достаточно велика, обеспечивая прочность льняному
волокну. Участки стенок волокон, где части молекул целлюлозы, расположены в
неупорядоченном состоянии, образуя поры и капилляры, могут прочно удерживать
молекулы воды свободными гидроксильными группами молекул целлюлозы и
гемицеллюлозы посредством водородной связи. В молекулах целлюлозы отсутствуют образующие
цвет органические хромофоры, поэтому цвет волокон из целлюлозы - чисто белый.
Испарение воды из волокон ткани происходит, в основном, за счет подвода со-
ответствующего количества тепла. Воздушно-сухая ткань имеет равновесную
влажность с окружающим воздухом. Поэтому когда мы рассматриваем дегидратацию
воздушно-сухой ткани, то это дальнейшее удаление влаги из воздушно сухого
волокна .
Рис. 3. Элементарное лубяное волокно льна (увелич. 200 и 400),
состоящее из чистой клетчатки, в нижней и средней своей части
приближается по форме к цилиндру, вверху же — остроконечно (с
медленно суживающимся конусообразным концом), или совершенно
гладко на всем протяжении, или покрыто продольными полосками,
поперечно-направленными трещинами и коленными уступами (Ь) ,
благодаря чему оно кажется как бы сочлененным; внутренний канал
(а) , по большей части почти совершенно заполненный протоплазмой,
является под микроскопом в виде узкой желтой линии.
По мере удаления воды из волокон воздушно-сухой ткани, происходит сближение
молекул целлюлозы в волокнах за счет сил водородных связей. Гидрофильные
вещества, адсорбированные на поверхности волокон, являются «катализатором»
дегидратации волокон. К таким веществам относятся крахмал и его модификации,
растительные протеины и другие вещества. Эти вещества образуют водородные
связи с молекулами целлюлозы и гемицеллюлозы волокон, вытесняя молекулы воды.
Необратимое удаление молекул воды из волокна сопровождается образованием
новых меж- и внутримолекулярных связей, при этом происходит и окисление
целлюлозы, с возникновением образующих цвет хромофорных связей с не насыщенными
группами.
Оценки, сделанные Б. Повер (Power А.В., 2003) показали, что для
дегидратации целлюлозы волокон, необходимой для формирования видимого изображения,
нужна энергия около 286 Дж на грамм целлюлозы подвергшихся дегидратации
волокон. При подсчете этой энергии ткань нагревали до 200° С, до получения
видимого пожелтения целлюлозы волокон.
«Солнечная» гипотеза
формирования изображения
на Туринской плащанице
Традиционная точка зрения, основанная на анатомических, физических,
химических и биохимических результатах исследований полотна плащаницы, дает
основание сделать вывод, что на полотне мы видим естественно образовавшийся
отпечаток мертвого тела человека, предварительно подвергшегося пыткам. В 1984 г.
физик Джон Джексон и др. (Jackson P.J. at other.) с помощью компьютерной
программы сделал объемную реконструкцию модели тела человека, преобразовав
отпечаток тела на полотне плащаницы.
Любой процесс формирования изображения состоит из трех основных факторов:
источник изображения - в нашем случае мертвое тело, содержащее на поверхности
секреции тела и мазь, механизм передачи секреций тела и мази - контактный
механизм передачи, и приемник изображения - внутренняя сторона ткани. Самый
спорный вопрос - в механизме закрепления изображения на полотне Туринской
плащанице.
Джованни Фацио (Fazio G., 2006) утверждает на основании данных
археологических раскопок, что в древнее время алоэ и мирра использовались в виде водяной
или масляной суспензии и в сухом виде. В связи с их термической
нестабильностью, следы этих веществ не всегда можно обнаружить на ткани плащаницы. Как
было отмечено на третьей международной Даллаской конференции следы алоэ и
мирры были найдены на полотне плащаницы микроскопическим анализом Baima
Bollone (1983) и Nitowski Е. (1986), но не были обнаружены Дж. Хеллер (Heller
H.J.,1983) и Р. Роджерс (Rogers N.R., 2002). Изучение льняных волокон полотна
показало отсутствие жидкости в момент формировании изображения, т.е. тело, в
момент обертывания тканью, было сухое (Rogers N.R., 2002). Однако этот вывод
не исключает возможность попадания на ткань небольших количеств мази и влаги
с тела.
Члены группы STURP С. Пелликори и М. Эванс (Pellicori F.S., Evans S.M.,
1981) показали, что присутствовавшие на теле алоэ и мирра в контакте с
полотном, могли выступить в качестве катализатора «скрытого изображения».
Для объяснения контактного механизма передачи изображения, Дж. Герман
(German D.J., 1977) предположил, что если ткань плащаницы первоначально была
жесткой (например, после накрахмаливания ткани), то после ее наложения на
тело, она плотно должна контактировать с одними участками тела и слабо с
другими участками тела. Соответственно, и отпечаток тела на ткани будет отражать
различную контрастность этих частей тела.
Существуют две основные группы теорий закрепления изображения: первая
группа - получение изображение от дегидратации целлюлозы вследствие химических
реакций от механизма диффузии при прямом контакте ткани с трупом. Вторая
группа теорий - термохимический эффект тепла или излучения для дегидратации
целлюлозы волокон ткани. Первую научную попытку объяснить физические и
химические процессы образования изображения на Туринской плащанице только
химическим путем предпринял в начале прошлого века профессор Пауль Виньон (Vignon
Р., 1937). По мнению П. Виньона изображение на ткани возникло из-за
химического взаимодействия веществ на ткани, выделенных телом человека и
использованных для бальзамирования. Этими веществами могли быть: оливковое масло,
смола мирра, сок алоэ, окись железа из крови, мочевина, соли пота, вода и
другие вещества. Только эта и подобные ей «чисто химические» теории не смогли
объяснить многие свойства «изображения», в том числе и пиксельную (разрывную)
дегидратацию поверхностного слоя целлюлозы волокон.
Закрепление изображения энергией излучения впервые, в пятидесятых годах
прошлого века, предложила профессор Китти Литл (Little К., 1978). Она прово-
лила исследования по изучению воздействия ионизирующей радиации на льняные
ткани. За счет различных доз облучения, образцы белой льняной ткани
приобретали изменения оттенков от соломенно-желтого до темно-коричневого. Она
предположила, что дегидратация льняных волокон с образованием соломенно-желтой
окраски поверхности Туринской плащаницы могла возникнуть под воздействием
кратковременного радиоактивного излучения на целлюлозу волокон полотна.
Однако она так и не смогла ответить на вопрос, как могла подвергнуться такому
радиоактивному облучению ткань плащаницы.
С. Пелликори (Pellikori F.S., 1980) предположил, что если бы ткань
плащаницы попала в условия повышенной температуры, то отпечатавшееся от тела
изображение проступило бы на ткани. Он считал, что высокая температура могла
возникнуть аналогично температуре пожара 1532 года в соборе, когда обгорела
хранившаяся в нем ткань плащаницы.
С. Пелликори решил смоделировать этот процесс. На кусок ткани были нанесены
небольшие количества и тонким слоем потовые и сальные выделения человека, а
также смола мирра и оливковое масло. Обработанную таким образом ткань
подвергли нагреву на воздухе при температуре 125°С в течение более 3 часов.
Желтоватое потемнение ткани при таком прогреве, возникло только в тех местах
ткани, где была нанесена смесь этих веществ.
Как только мы исключим предпосылку, что изображение было зафиксировано
некоторыми химическими или энергетическими механизмами, происходившими, когда
тело лежало в гробнице, а предположим, что фиксация изображения могла
происходить и вне гробницы, так сразу же приходит мысль об использовании энергии
солнца. В весенний день на Ближнем Востоке вся атмосфера нагрета палящими
лучами солнца. Объяснить механизм закрепления изображения на полотне энергией
солнца пытались некоторые исследователи.
Наиболее подробно этот вопрос освещен в статье Сергея Муравьева (Mouraviev
N.S., 1997). С. Муравьев пишет, что Себастьяно Роданте (Rodante S., 1983)
показал, что на белой ткани, пропитанной водным или масляным раствором алоэ и
мирры, под воздействием энергии солнечных лучей, через 5-15 минут на
поверхности ткани появляется коричневый налет, и ткань не темнела на стороне,
противоположной источнику света. Ткань, пропитанная этими составами и высушенная
- не темнеет от солнечных лучей, даже после воздействия солнечными лучами в
течение 60 мин. Этот факт С. Роданте использовал для подтверждения своей
теории, что изображение на плащанице сформировалось в результате вспышки света,
в момент воскресения тела. Кстати, эксперименты с попыткой получить при
помощи вспышки света видимое потемнение ткани не увенчались успехом, так как во
вспышке света недостаточно энергии для видимой дегидратации целлюлозы
волокон .
С. Муравьев предложил собственную, достаточно сложную, теорию возникновения
отпечатка. Он предположил, что тело и внутренняя сторона ткани плащаницы были
пропитаны жидкой мазью из алоэ и мирры, растворенных в воде или масле.
Отпечаток тела человека получился в результате отражения от помазанного тела на
внутреннюю сторону ткани солнечных лучей, прошедших через ткань. Масляный
раствор алоэ и мирры на ткани в этом случае действовал как катализатор. Чтобы
не было искажений пропорций тела на полотне, ткань должна была плотно
прилегать к телу в момент облучения. Требовалась так же двойная экспозиция тела на
солнечном свету, т.е. обернутое тканью тело во время освещения солнечными
лучами нужно было перевернуть. Он считал, что хорошая прозрачность ткани
плащаницы была видна на фотографиях в проходящем свете исследователя из группы
STURP Б. Шворца (Schwortz В.). Экспериментальной проверки этой теории не
проводилось , но можно предположить, что отраженной от тела солнечной энергии
будет недостаточно для видимой дегидратации целлюлозы волокон.
Недавно, американские ученые, профессора Натан Уилсон и Скотт Минич (Wilson
N.D., Minnich S., 2005), предложили свою «солнечную» версию появления
изображения на ткани. По этой версии, если освещать полотно белой ткани через
стекло, с нарисованным изображением лица, то через несколько дней на полотне
появляется негативное изображение, похожее на отпечаток на полотне Туринской
плащанице. Такая длительная экспозиция необходима для освещения белого
полотна, от которого большинство солнечной энергии отражается.
Предполагали использование энергии солнца в своей «фотографической» теории
появления изображения на полотне и Линн Пикнет с Клайв Принс (2006),
приписывающие авторство такого изображения на Туринской плащанице Леонардо да Винчи.
Только, согласно их теории, на ткань плащаницы попадал отраженный от
освещаемого объекта свет. Естественно мощность этого отраженного света,
взаимодействующего с полотном, была небольшой. Поэтому, что бы получить изображение на
полотне, на него приходилось наносить дополнительно светочувствительные
реактивы, и время выдержки при освещении полотна отраженном от объекта светом,
для получения видимого изображения, измерялось часами.
Объяснение механизма
дегидратации ткани
Туринской плащаницы
Рассмотрим процесс освещения солнечными лучами масляного отпечатка тела на
полотне плащаницы. Тепло может передаваться волокну ткани теплопроводностью,
конвекцией и световым излучением. Если тепло, необходимое для нагревания
материала, передается в основном лучистой энергией, обычно такое нагревание
называют радиационной сушкой или сушкой инфракрасными лучами.
Ткани относятся к материалам с малой проницаемостью лучистого потока
видимых и инфракрасных лучей. Главной отличительной особенностью этого способа
нагрева ткани является то, что поток лучистой энергии, попадая на поверхность
волокон, частично проникает в тонкий поверхностный слой волокон, и
поглощается, преобразуясь в тепловую энергию, а частично отражается от поверхности.
Степень поглощения и отражения энергии зависит от характеристики лучевого
потока и свойств поверхности волокон. В расчетах по радиационному теплообмену
необходимо знать коэффициенты отражения и поглощения облучаемой ткани.
В настоящее время закономерности тепло- и влагопереноса в таких капиллярно-
пористых телах, как ткани, достаточно хорошо изучены и представляют собой
аналитическую теорию взаимодействия тепло- и массопереноса в материале,
описанную А.В. Лыковым (1968).
Сушка тканей из растительных волокон солнечным светом широко применяется в
быту и в промышленности. Так же известно, что если взять кусок белого
льняного полотна (или лист белой бумаги) и оставить его на освещаемом солнечными
лучами месте, то под воздействием солнечного света он пожелтеет, то есть,
происходит естественная дегидратация с окислением целлюлозы волокон. Только
время пребывания этого полотна, на солнечном свету, должно быть довольно
длительным .
Общеизвестно, что в полуденные часы весенних и летних месяцев, особенно в
южных районах Земли, энергия солнечных лучей у земной поверхности может
достигать значительных величин. Подсчитаем, какую энергию могла получить ткань
Туринской плащаницы, освещаемая солнечными лучами в районе города Иерусалима.
На открытом воздухе сила освещения объекта определяется высотой солнца над
горизонтом, и зависит от географической широты места, времени года, времени
суток. На рассеяние и поглощение солнечных лучей в атмосфере Земли большое
влияние оказывает состояние атмосферы - влажность воздуха и его чистота от
пыли.
Проследим, как перераспределяются потоки энергии, поступающие на солнечную
сторону Земли, воспользовавшись данными из книги Б. Дж. Бринкворт (1976).
Энергетическая сила излучения Солнца (Солнечная постоянная), падающая на
обращенную к Солнцу атмосферу Земли, примерно равна 1360 вт/м2. Большая часть
солнечной энергии в ультрафиолетовом спектре, основная часть энергии в
инфракрасном спектре и часть энергии в видимом спектре поглощается или
рассеивается многокилометровой толщей атмосферы Земли. Солнечные лучи, несущие
оставшиеся около 45% энергии, преимущественно в видимой части спектра, могут
достигать поверхности Земли. Дневное количество солнечного излучения максимально
не на экваторе, а вблизи широты в 40°. Подобный факт является следствием
наклона Земной оси к плоскости ее орбиты. Город Иерусалим расположен на широте
32° и на возвышенности на высоте до 1 километра над уровнем моря в местности
с сухим и чистым воздухом. Поэтому можно считать мощность Р=800 вт/м2
(типичная интенсивность солнечного излучения в субтропиках в летнее время) - это
вполне возможная энергия для облучения ткани плащаницы в районе Иерусалима в
весеннее время. Если считать, что солнце освещало плащаницу с нужной стороны
и под нужным углом, а облачный покров отсутствовал, даже если предположить,
что в полуденное время половина этой энергии отражалась от пропитанной маслом
и частицами смолы поверхности ткани, остается энергия около 300-400 вт/м2. На
поверхности Туринской плащаницы изображение (точнее - частично потемневшие
волокна) занимает площадь около 2 м2 . В таком случае, за 0,5 часа освещения
солнечными лучами полотна в полуденное время этот масляный отпечаток на
полотне мог получить дозу солнечной энергии в количестве 300 вт/м2 х 1800 сек х
2 м2 = 1080000 Дж. Сколько нужно энергии, что бы объяснить формирование
видимого изображения на плащанице? Химическую энергию, затраченную на
дегидратацию целлюлозы волокон плащаницы легко вычислить по данным Б. Повера. Масса
дегидратированных волокон плащаницы лежит в пределах от 10 до 50 г. Тепловая
энергия, затрачиваемая на 1 г - около 286 Дж. Следовательно, необходимая
энергия лежит в интервале от 2860 до 14300 Дж. Как мы видим, солнечной
энергии достаточно, поэтому, ткань пропитанная маслом с частицами смолы и алоэ,
желтела в опытах С. Пелликори под действием энергии солнечных лучей за 10-15
мин.
Рассмотрим значение пропитки ткани маслом и определим равновесную
температуру ткани. Тонкие пленки масел прозрачны для видимых, ультрафиолетовых и
инфракрасных лучей. Смоченная маслом или водой, белая ткань поглощает видимые и
инфракрасные лучи значительно лучше, чем сухая льняная ткань, за счет
меньшего отражения. При поглощении телом солнечной радиации его температура
повышается. Б. Бринкворт показывает, сколь многообразны пути, посредством которых
тело приобретает и теряет энергию. Чтобы нам было легче понять поведение
такого тела, упростим наблюдаемую картину. Предположим, что интересующее нас
тело представляет тонкую пластину, лежащую на теплоизолирующем основании.
Это элементы так называемого плоского солнечного коллектора. Под действием
солнечного излучения эта пластина нагревается до тех пор, пока не достигнет
равновесной температуры. Равновесную температуру мы получаем по данным Б.
Брикворта - полагая мощность солнечного света Р=800 вт/м2, мы находим
значение равновесной температуры нагреваемой ткани равное около 70°С.
Одним из наиболее эффективных методов усовершенствования солнечного
коллектора является наложение на поверхность пластины поглотителя, прозрачного для
видимого света покрытия. Большинство тонких пленок из полимеров и масел
пропускают около 90% видимого солнечного излучения, но поглощают длинноволновое
(инфракрасное) излучение, испускаемое поглотителем, т.е. получается так
называемый «тепличный эффект». В результате этого эффекта, потери тепла
нагреваемой пластины на конвекцию снижаются. В нашем случае равновесная температура
нагретого солнечными лучами полотна будет по Б. Брикворту уже более 110°С.
Поэтому, наверное, ткань, с высохшим маслом, в опытах у С. Пелликори, желтела
намного медленнее, чем не высохшая, то есть пленка масла на поверхности
волокна служила своеобразным коллектором. Волокна ткани, покрытые сверху тонкой
полимерной пленкой из масла будут сильнее нагреваться - «микротепличный
эффект». Пленка полисахаридов, обнаруженная Мак Креем на полотне плащаницы,
тоже могла служить микроколлектором для нагрева волокон при солнечном облучении
ткани.
Пластина коллектора
Из а лир у ющее о с но е а пив
а—Простои л пасх и и. коллектор
Прозрачное покрытие
j пластина
коллектора
Изолирующее основание
С— коллектор с покрытием
Рис. 4. Плоские солнечные коллекторы. Из книги Б.Дж. Бринкворт [1].
Неравномерная (пиксельная) дегидратация волокон может быть объяснена
неравномерным распределением в качестве катализатора примесей на поверхности
волокон. В качестве такого катализатора К. Моран и Дж. Фанти (2002) считают, что
возможно это были вещества алоэ. Пиксельную дегидратацию целлюлозы можно
объяснить попаданием на ткань и других веществ, например растворов смолы мирры,
в виде мелких капель. Капли с частицами ароматической смолы (мирры) попали на
ткань вместе с маслом из мази, нанесенной на тело, и они обладают небольшой
отражательной способностью. Поглощая солнечную энергию и нагреваясь, они
помогают процессу дегидратации воды с поверхности волокон с этими частицами
смолы. Масляное окружение частиц смолы в этом случае, играло роль коллектора
тепла к участкам волокон ткани, и способствовало процессу необратимой
дегидратации влаги из нагретых частей волокон плащаницы. Другие части волокон
нитей ткани, не содержащие на своей поверхности небольших частиц смолы, или
солей, как считает Б. Повер, не перегревались и не подвергались дегидратации.
Так могла образоваться мозаичная (пиксельная) дегидратация волокон полотна
плащаницы. Нужно учитывать в этом случае излучения не только общую энергию
облучения, но и мощность света, попадающего на площадь отдельного волокна,
пропитанного маслом.
Следовательно, в качестве «катализатора» удаления связанной влаги из
нагретых волокон полотна могли выступать мукополисахариды из сока алоэ, соль пота,
частицы смолы и некоторые другие гидрофильные вещества, находившиеся на
волокнах полотна плащаницы. В этих условиях могло происходить и ускоренное
окисление целлюлозы волокон плащаницы. В этом случае, необратимое удаление
остаточной влаги из волокон и окисление целлюлозы происходило при нагревании
полотна плащаницы при относительно низкой температуре, вероятно около 120°С.
Необходимо экспериментально проверить, насколько реально это мое
предположение .
Проведение
модельного
эксперимента
Этот эксперимент описан в статье М.Т. Левшенко (2006). Для нанесения
печатного рисунка на ткань, при окраске тканей, используется загущенный раствор
красителя, так как вследствие достаточно высокой капиллярности натуральных
волокон жидкий раствор красителя будет растекаться по ткани. При
приготовлении печатной краски, для окрашивания тканей может применяться и естественный
Загуститель - крахмал (Г.И. Фридлянд, 1982).
Подготовка к проведению модельного эксперимента нами была разбита на этапы:
приготовление «красящего» состава - мази, нанесение этого состава мази на
ткань способом «прямой печати» - ладонью смазанной мазью, и завершение
процесса «окраски» - фиксационная термообработка масляного отпечатка на ткани
энергией света.
Основными компонентами мази, по нашим предположениям, были оливковое масло
и мирра - ароматическая смола (торговое название ладан), выделяемая
некоторыми растениями семейства Бурзеровых. Еще одним компонентом при приготовлении
мази был сухой сгущенный сок «сабур», получаемый выжимкой из листьев Алоэ
настоящее (Aloe barbadensis). Этот сок с древних времен широко использовали на
ближнем Востоке как разнообразное медицинское средство. Если считать
ароматическую смолу мирру, как красящее вещество, а сухой сок алоэ содержал
полисахариды в качестве загустителя, то масло оливковое из мази можно
рассматривать , как пленкообразователь нашего «красителя». Кроме этих компонентов, в
мази была и соль, которая попала в мазь из пота, высохшего на теле. Даже если
при предварительном приготовлении мази в I веке н.э. сухие компоненты мази
размешивали только в оливковом масле, небольшие количества воды должны были
попасть в мазь и на полотно плащаницы из испарений тела после его обертывания
полотном.
Для приготовления этого печатного «красящего» состава мази использовалась
технология приготовления лекарственных мазей, рекомендуемая для фармацевтов
[10]. По этой технологии я приготовлял мазь концентрированную, суспензионную,
гидрофильно-липофильную, эмульсионного типа «вода в масле».
Сок алоэ извлекали прессованием измельченных свежесобранных листьев Алоэ
древовидное (Aloe arborescens), растения хорошо известного по комнатной
культуре.
Вместо высушивания сока алоэ, я использовал добавление в сок в качестве
загустителя пшеничного крахмала, имеющего в растворах небольшую вязкость.
Порошок крахмала тщательно перемешивали в фарфоровой чашке с равным количеством
свежеотжатого сока алоэ. В эту смесь добавляли поваренную соль из расчета до
1%, опять перемешивали, и после этого добавляли при перемешивании равный
объем водной эмульсии смолы мирры. Завершали приготовление нашей полученной
смеси нагреванием при температуре 70-80°С при перемешивании в течение около 5
минут, добавляя при этом равное по объему количество оливкового масла.
Я предполагаю, что фиксационная сушка масляного отпечатка на полотне
Туринской плащаницы происходила в окрестностях Иерусалима под воздействием энергии
солнечного света. Режим прогрева ткани энергией солнечного света я заменил
прогревом энергией искусственного освещения ксеноновой лампы. Л. Пикнет и К.
Принс в своих опытах ткань тоже прогревали не солнечным светом, а светом
ультрафиолетовой лампы. Я использовал ксеноновую лампу типа ДКсТ, с основным
излучением в диапазоне длин волн 300-1200 нм, что дает спектр излучения света
похожий на солнечный спектр.
При расчете необходимой мощности энергии модельного источника световой
энергии учитывали, что на опытный образец ткани должно попадать от лампы
энергия около 600 вт/м2, аналогично расчетному количеству солнечной энергии.
Для этого, образец ткани я помещал примерно в 20 сантиметрах от лампы,
мощностью 500 вт.
Для проведения эксперимента был взят кусок белой полотенечной льняной ткани
на который нанесли отпечаток способом печати «ладонью», предварительно
смазанной мазью. Ткань, с масляным отпечатком, прогревали светом ксеноновой
лампы в течение 15-20 мин.
Рис. 5. «Изображение» отпечатка ладони на прогретом льняном полотне.
Результаты прогрева ткани показали, что получившиеся изображение руки на
ткани состоит из расплывчатых желтовато-коричневых пятен, без видимых границ.
Очевидно, что этот отпечаток руки обладает некоторыми свойствами
фотографического негатива. Части пальцев часть ладони, соприкасавшиеся с полотном,
кажутся темными, и чем плотнее прижимались к полотну части ладони, тем темнее
полученный отпечаток. Плотно прижатые части ладони обеспечили максимальное
попадание смолистых веществ из мази на полотно. Части ладони, неплотно
соприкасавшиеся с тканью, обеспечили попадание небольшого количества смолистых
веществ с мазью, и, соответственно, это вызвало небольшое потемнение
поверхности волокон ткани.
Нами была проведена световая микроскопия потемневших нитей и льняных воло-
кон из экспериментальных образцов ткани. Наблюдения экспериментальных
образцов льняных волокон из ткани под световым микроскопом показали, что в нитях
ткани некоторые льняные волокна так же потемнели только в верхней части
нитей. Так как наш источник света, в отличие от Солнца, испускал не
параллельные лучи, а рассеянный свет, то потемнение волокон целлюлозы в наших опытах
произошло на большую глубину волокон нитей ткани, чем на волокнах ткани
плащаницы.
История возможного
появления изображения
на ткани
Но если «изображение» на ткани не дело рук художника, то кого же? Уильям
Мичем (Meacham W., 1983), в своей статье пишет, что возможно, какая-то
средневековая религиозная секта, повторила на одном из своих членов казнь,
которой подвергся Иисус. При этом, был снят с тела отпечаток на ткань и после ее
прогрева, выдали ткань за погребальный покров? Существует и такая версия -
«Подражание Христу». Кстати, мною получен отпечаток ладони на льняном полотне
именно таким путем. Но мне нравится больше другая версия - «евангелистская».
А если согласиться с «Новой хронологией» академика А.Т. Фоменко (2007),
предположившего, что Иисус Христос жил на тысячу лет позже общепринятой даты,
тогда и возраст ткани плащаницы, определенный учеными из группы STURP - XII век
н.э., будет соответствовать нашей «евангельской» версии.
Что бы понять, как могло возникнуть «изображение» на Туринской плащанице,
попробуем восстановить предполагаемую библейскую последовательность событий,
подробно описанную В. Сойфером (2003). По свидетельствам Евангелистов, Иисуса
распяли на кресте приблизительно около полудня в пятницу по местному времени,
накануне пасхи, перед распятием его пытали. Его тело сняли с креста в девятом
часу вечера этого же дня. Похороны Иисуса были поспешными, так как согласно
обычаям иудеев, тела нужно было непременно похоронить до захода солнца.
В новозаветное время, богатых жителей Иерусалима хоронили в вырубленных в
известняковых холмах склепах-пещерах. Иисуса Христа похоронили в пещере,
принадлежавшей богатому человеку Иосифу из Аримафеи, который был учеником и
поклонником Иисуса. Об этой гробнице сказано, что она находилась на склоне
холма Голгофы около Иерусалима. Добавим только, что эта пещера была, в это
время , сухой.
Умершего Христа поместили в гробницу, завернув его обнаженное тело в
льняной погребальный покров - плащаницу. Времени для омовения его тела не было,
перед обертыванием тела тканью, конечно, был совершен обряд обмазывания тела
небольшим количеством мази - умащение благовониями. Поэтому на ткани
сохранились отпечатавшиеся следы тела и крови. Отметим только, что погребенное тело,
по-видимому, было сильно обезвожено в результате пыток и так как оно пробыло
несколько часов распятым на кресте, освещенным солнечными лучами.
Затем, по прошествии двух дней, к месту погребения Иисуса пришли женщины,
чтобы продолжить обряд погребения. Они увидели, что на каменном ложе в склепе
не было тела, осталось лежать только погребальное полотно.
К сожалению, Евангелисты в своих рассказах ничего не говорят о дальнейших
событиях, происходивших у этой гробницы в тот день. Однако, с большой
степенью вероятности, я могу предположить дальнейшее развитие этих событий.
Конечно, в то утро пришел к гробнице и ее владелец, где он увидел оставшуюся ткань
на погребальном ложе.
По воззрениям иудеев, все предметы, соприкасавшиеся с мертвым телом,
считались ритуально «нечистыми», поэтому он сам, конечно, ничего внутри гробницы
не трогал. Он позвал служанку и велел ей прибраться. Служанка начала уборку в
гробнице, в тот день, около полудня. Она вытащила из гробницы полотно
плащаницы и расстелила его на освещенном жарким апрельским солнцем склоне горы для
просушки. На полотне должны были быть видны масляные и кровяные пятна,
оставшиеся после обертывания тела тканью. Полотно плащаницы было обращено к
солнечным лучам внутренней промасленной стороной. Потом, через некоторое время,
служанка посмотрела на ткань, намереваясь убрать и ее, и удивилась - на ткани
она увидела вместо бесформенных масляных пятен - бледный желтоватый
расплывчатый отпечаток обнаженного тела. Можно предположить, что появление этого
«изображения» удивило и И. Аримафейского, почему он и сохранил эту «нечистую»
ткань.
Вячеслав Синельников (2002) пишет: «... Раннее утро. Гробница пуста. На
высеченном ложе распростерлось траурное полотно, обожженное «молнией»
Воскресения» . Я же считаю, что полотно Туринской плащаницы обожжено не «молнией», а
реальным солнечным светом, и не утром, а примерно в полдень. Масляные следы
отпечатка тела на полотне, содержащие частицы смолы мирры и крахмала, соль
пота, вещества из сока алоэ, под воздействием энергии южного солнечного света
дали видимый эффект появления «изображения» на этой ткани.
Выводы
Туринская плащаница является одним из самых известных и спорных
археологических артефактов. Для объяснения процесса формирования этого изображения на
полотне были предложены различные теории. Некоторые из этих теорий основаны
на проверяемых экспериментом процессах, другие являются спекулятивными.
По моим предположениям, на основе проведенных модельных опытов, можно
сделать вывод, что обезвоженное на солнце тело и сухое место погребения,
небольшое количество мази на теле, могли дать четкий масляный отпечаток тела на
полотне .
На волокнах ткани плащаницы находились пленки оливкового масла и
полисахаридов , которые послужили своеобразным коллектором тепла при нагреве полотна
солнечными лучами. Солнечный свет в течение непродолжительного времени
освещал полотно в определенном направлении, а состав мази был гетерогенный. На
поверхности волокон полотна находились «катализаторы» дегидратации из мази -
частицы сока алоэ, соль из пота, частицы смолы мирры. Неравномерное
распределение этих примесей на поверхности волокон полотна, послужили причиной
неравномерного нагрева частей волокна ткани, что обусловило неравномерную
(пиксельную) дегидратацию и окисление целлюлозы волокон. Значительный нагрев
полотна плащаницы при этом отсутствовал.
Энергия солнечных лучей по всем параметрам соответствует требованиям ученых
к источнику энергии, вызвавшему дегидратацию ткани Туринской плащаницы:
параллельность лучей, кратковременность воздействия, неглубокое одностороннее
проникновение, достаточное количество энергии. Конечно, следы крови на ткани
плащаницы защитили льняные волокна от дегидратации под действием энергии
солнечного света.
Успешные предварительные эксперименты показали жизнеспособность
предложенного «солнечного» механизма дегидратации льняных волокон ткани энергией
солнечного света. Дальнейшие исследования позволят ответить на вопросы - какую
роль в изображение внесли ароматические и гидрофильные вещества, какая была
концентрация ароматической мази на теле, какой процент в изображении занимает
потемнение Сахаров под действием аминов, как долго полотно облучалось
солнечными лучами.
Если эти эксперименты будут успешно проведены, то, как считает С. Муравьев,
ничто не помешает ученым, когда-нибудь в апреле в Иерусалиме, выполнить
конечный эксперимент в реальном масштабе времени и в натуральную величину.
Литература
1. Бринкворт Б.Дж.: «Солнечная энергия для человека». 1976. (Перевод В. J.
Brinkworth, 1972).
2. Левшенко М. : «Разгадка одной из тайн Туринской плащаницы». Ж. "Химия и
жизнь - XXI век", № 7, с. 38-39. 2006.
3. Лыков А.В.: «Теория сушки». 1968.
4. Носовский Г.В., Фоменко А. Т.. «Царь славян». СПб. Нева. 2007, 590 с
5. Синельников В.: «Туринская плащаница на Заре новой эры». 2002.
6. Сойфер В.: «Туринская плащаница и современная наука». Ж. " Континент", №
117, с.1-21. №118, с. 1-26. 2003.
7. Пикнет Л., Принс К.: «Туринская плащаница». М. 2006. (Перевод Lynn
Picknett and Clive Prince, 2000).
8. Фридлянд Г.И.: «Отделка льняных тканей», 1982.
9. "An Israeli archaeologists discovered a 2,000-year-old gold earring".
10.http://www.thaindian.com/newsportal/world/an-israeli-arheologists
ll.Baima Bollone P.L.: "La presenza della mirra, dell'aloe e del sangue
sulla Sindone", in: "La Sindone, Scienza e Fede", Atti del II Convegno
Nazionale di Sindonologia, Bologna 1981, CLUEB, Bologna 1983, pp. 169-
174 .
12.Craig E.A., Bresee R.R.: "Image Formation and the Shroud of Turin". J.
of Imaging Science and Technology. V.34, No 1, 1994. Емили А. Креиг и
Рэндалл P. Бреси.
13.Fanti Giulio and other: "Evidences for Testing Hypotheses about the Body
image formation of the Turin Shroud". The third Dallas international
conference on the Shroud of Turin: Dallas, Texas, September 8-11, 2005.
14.Fanti G., Marinelli E.: "Cento prove sulla Sindone: un giudizio
probabilistic sull autenticita", Ed. Messaggero, Padova, 1999.
http://www.shroud.com/fanti3en.pdf
15.Fazio Goivanni: "The original presence of burial ointments on the Turin
Shroud". Collegamento pro Sindone Internet. 2006.
16.Heimburger Thibault: "Comments About the Resent Experiment of Professor
Luigi Garlaschelli", 2009. http://www.shroud.com/papers.htm
17.Heller H. John, Adler A.D.: "A chemical investigation of the Shroud of
Turin", Canadian Society of Forensic Sciences Journal, Vol. 14, No. 3,
1981, pp. 81-103.
18.Heller H. John: "Report on the Shroud of Turin", Houghton Mifflin C,
Boston 1983, p. 144.
19.Jackson P. John: "Is the image on the Shroud due to a process heretofore
unknown to modern science?". Shroud Spectrum International, No. 34,
1990, pp. 3-29.
20.Jackson J.P., Jumper E.J., Ercoline W.R.: "Correlation of image
intensity on the Turin Shroud with the 3-D structure of a human body
share", Appl. Opt., Vol. 23, No. 14, 1984, pp. 2244-2270.
21.Little Kitti: "Photographic Studies of Polymeric Materials",
Photographic Techniques in Scientific Research, 1978, vol.3, ch.4,
pp.145-269.
22.Meacham William: "The Authentication of the Turin Shroud: An Issue in
Archaeological Epistemology". Current Anthropology - Vol. 24 - №3. 1983.
Www.shroud.com/meacham2.htm Археолог Уильям Мичем.
23.McCrone W.C., Skirius С: "Light Mikroscopical Study of the Turin
Shroud, I", Mikroscope, 1980, No.28, p. 105.
24.Moran Kevin, Fanti Giulio: "Does the Shroud body image show any physical
evidence of Resurrection?" IV Symposium Scientifique International du
CIELT, Paris, 25-26 Avril 2002.
25.Moran K.E.: "Optically Terminated Image Pixels Observed on Frei 1978
Samples". 1992. Www.shroud.com/pdfs/moran.pdf&prev. Кевин Э. Моран
26.Mouraviev S.N.: "The Image Formation Mechanism on the Shroud of Turin: A
Solar Reflex Radiation Model (the Optical Aspect)". Applied Optics
vol.36, No. 34. 1997. www.osa.org/pubs/osajournals.org. Сергей H.
Муравьев
27.Nitowski E.: "The Field and Laboratori Report of the Environmental Study
of the Shroud in Jerusalem", CarmentileMonasteri, USA, 1986.
28.Pellicori S.F., Evans M.S.: "The Shroud of Turin through the
microscope". Archaeology, 34, 34-43, 1981.
29.Pellicori S.F.: "Spectral properties of the Shroud of Turin". Applied
Optics, 1980, v.19, No.12, p. 1913-1920.
30.Power A. Bernard: " How microware radiation could have formed the
observed image on the Holy Shroud of Turin" , Collegamento pro Sindone
Internet. 2003.
31.Rench Aaron: "Surprising new study on Shroud of Turin. Simple technique
could have been used to produce image". 2005.
http://www.wnd.com/?pageld=29124 по Аарон Рэнч
32.Rodante S.: "The imprints of the Shroud do not derive only from
radiation of various wavelength", Shroud Spectrum International 7
(Indiana Center for Shroud Studies, Nashville, Ind., 1983), pp 21-23.
33.Rogers R.N. and Arnoldi A.: "The Shround of Turin: an Amino-carbonil
Reaction (Mailard Reaction) Mai explain the Image Formation".
Melanoidins vol. 4, 2003, pp.106-113. Раймонд H. Роджерс и Анна Арнольди
34.Rogers N. Raymond: "Freguently Asked Questions (FAQs)", 2004.
Www.shroud.com/pdfs/rogers 5fags.
35.Rogers R.: "Scientific Method Applied to the Shroud of Turin, a Review".
2002. http://www. shroud.com/pdfs/rogers2.pdf
36.Vignon P.,Wueshel E. A. Scient. Amer., 1937, v. 156, p. 162.
Координаты автора
для переписки
Адрес: 142703, Московская обл., г. Видное, ул. Школьная, 78.
Тел.: (495) 541-76-55,
E-mail: lev-mika@yandex.ru
Дискуссии
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС - XXI ВЕК
А.Ю. Чернов
Анализируя эволюцию важнейших достижений науки и
техники в области энергетики, транспорта,
промышленности, новых материалов, космонавтики, военной техники,
биологии, медицины, электроники в XX - начале XXI
вв., автор приходит к выводу о затухании темпов
научно-технического прогресса. В статье даются
рекомендации по повышению эффективности научных исследований и
ускорению темпов НТП.
Мы живем в мире, полном стереотипов - о постоянном ускорении научно-
технического прогресса, о захватывающих перспективах науки и техники в XXI в.
Насколько они основательны?
Аналитический обзор эволюции важнейших достижений науки и техники по
отраслям за последние десятилетия, поддающихся количественному сравнению,
позволяет сделать интересные выводы.
Начнем с энергетики. В этой области прогресс в основном обеспечивается
ростом единичной мощности энергоустановок, повышением их КПД, освоением
нетрадиционных источников энергии. Рост единичной мощности в электроэнергетике
прекратился с середины 1970-х годов. Самая мощная паровая турбина (1,3 млн. кВт)
была пущена в 1973 г. в США на ТЭС «Амос-3». Для сравнения: с 1900 г. до 1931
г. максимальная мощность турбин возросла в 40 раз (с 5 тыс. кВт до 208 тыс.
кВт), а с 1931 г. до 1973 г. - в 6,5 раза. КПД ТЭС вырос с 1918 г. до 1939 г.
вдвое (КПД лучшей ТЭС - Стейт-Лайн - составил 27%) , к началу 1960-х годов у
лучших ТЭС достиг 42%, а к началу 1970-х годов у парогазотурбинных ТЭС - 50%.
КПД угольных ТЭС сейчас не превышает 42-43%, лучших комбинированных
парогазотурбинных установок - 60%, т.е. за 30 лет улучшение только1 на 10%.
Среди нетрадиционных источников энергии самые многообещающие темпы роста в
1960-1980-е годы показали АЭС (с 1965 г. по 1985 г. в мире построен 431
реактор общей мощностью 353 млн. кВт), но после Чернобыля и Фукусимы все
изменилось. Вводится в строй по несколько реакторов в год, в основном, в странах,
укрепляющих военно-ядерный комплекс (Индия, КНР, Иран, Тайвань, Россия и
несколько других стран). Остальные государства либо объявили о близком закрытии
АЭС, либо молчаливо дожидаются, когда действующие АЭС выработают свой ресурс.
Самые перспективные реакторы - на быстрых нейтронах, из-за высоких рисков
аварий закрыли США, Германия, Япония, Казахстан, Франция. Только Россия с
удивительным упорством эксплуатирует 30 лет единственный в мире промышленный реактор
на быстрых нейтронах БН-600 в Белоярске и строит ему на Замену реактор БН-800.
За 30 лет эксплуатации было 27 утечек натрия - взрывоопасного теплоносителя,
из-за радиоактивного загрязнения санитарная зона вокруг станции увеличена с 8
до 30 км (как у Чернобыльской АЭС).
После 1973 г., несмотря на 4-кратное повышение мировых цен на нефть (в
сопоставимых ценах), мощное финансирование соответствующих НИОКР,
конкурентоспособных альтернативных источников энергии так и не появилось. Работы по
нетрадиционным энергоисточникам являются развитием достаточно давних
технологий: ветроэлектростанции (с 20-х годов XX в., а ветряные мельницы - с XII
в.), синтез углеводородов (со времен второй мировой войны), солнечные
элементы (фотоэлементы - с 1888 г.), спирт, газ, электричество и растительные масла
в качестве моторного топлива (с начала XX в).
Огромные надежды связывали с термоядерной энергией. Но исследования ведутся
уже более 50 лет, затрачено свыше 30 млрд. дол., а сроки появления первых
термоядерных электростанций все отодвигаются. Главная проблема -
неустойчивость плазмы, отсутствие материалов для стенок реакционных камер,
выдерживающих мощный поток нейтронов.
Общественный интерес к термояду остыл. В США с 1980 г. сократили его
финансирование на 2/3, законсервировали самый крупный в мире реактор Принстонской
лаборатории. Последним оплотом остается многострадальный международный проект
ITER, обсуждаемый уже два десятилетия. Строительство ведется медленно, на
начальной стадии, в г. Кадараш (Франция) . В СМИ прошло сообщение, что дату
запуска ITER решено перенести с 2018 г. на неопределённый срок.
В космонавтике самые значительные достижения были в первые 15 лет после
запуска в 1957 г. первого спутника: полет первого человека в Космос (в 1961
1 Поскольку КПД 100% является предельным, он не может наращиваться линейно - чем
ближе к максимальной величине, тем труднее его увеличивать. - Прим. ред. (здесь и
далее).
г.), первая высадка на Луну (1969 г.), а также первые метеорологические,
разведывательные, навигационные, астрономические, радиотрансляционные спутники,
орбитальные станции («Салют» в 1971 г. и «Скэйлаб» в 1973 г.), планетоходы
(«Луноход»), полеты к Венере и Марсу2, запуск межзвездного корабля («Пионер3»
в 1972 г.) . После чего интенсивность крупных космических достижений заметно
снизилась. Наиболее значимые и дорогостоящие среди них - корабли
многоразового использования «Шаттл» (1981 г.) и долговременные орбитальные станции. Но
первые оказались экономически неэффективными, и в 2010 г. их эксплуатация
прекращена, а из вторых - осталась только одна МКС, развитие которой постоянно
урезается.
Коммерческое использование Космоса также не оправдало ожиданий.
Индустриализация Космоса, Луны и т.д. - пока удел фантастики. Самое перспективное
направление - космическая радиосвязь - стала жертвой прогресса в других
отраслях техники. Многократное повышение надежности и снижение веса
радиооборудования, а также развитие дешевых наземных оптико-волоконных линий связи
сократили в мире потребность в ежегодных космических запусках: с 30 в 1990-е годы
до 28 - в 2008 г. Общий доход от использования 2 00 коммерческих
спутников, находящихся сейчас на орбите, составил в 2008 г. 8 млрд. дол., а
расходы всех стран на космические исследования в 2008 г. превысили 35
млрд. дол.
На транспорте важнейшими параметрами всегда были вместимость, скорость и
экономичность транспортных средств. Самое крупное морское судно построено
было в 1976 г. (танкер «Батиллус» вместимостью 632 тыс. т) . Он и другие
подобные монстры быстро пошли на слом из-за неэффективности, и сейчас тоннаж судов
не превышает 260 тыс. т (танкер «Кпоск Nevis») . В то же время за предыдущее
36 лет максимальные размеры судов возросли4 в 15 раз! Наивысшая скорость
судов практически не меняется с середины XX в.
В авиации до последнего времени самым крупным самолетом был «Боинг-747»
(взлетный вес - 400 т, вместимость - 400 чел.) , выпускавшийся с 1970 г. С
2006 г. начался выпуск лайнера А-380 (560 т, 555 чел.). Полуторакратный рост
размеров за 36-летний период - достижение очень скромное, если учесть, что за
предыдущие 40 лет максимальные размеры самолетов увеличились почти
шестикратно5. Да и выпущено За 3 года всего 24 А-380, в то время как самолетов «Боинг-
747» за первые 1,5 года серийного производства продали свыше 100.
Максимальная скорость полетов гражданской авиации в последние годы сократилась в
несколько раз из-за отказа от эксплуатации сверхзвукового лайнера «Конкорд» и
«Ту-144», появившихся в начале 1970-х годов.
В автомобильном транспорте самосвал-рекордсмен 2004 г. (модель «Т282В»)
всего на 4% превзошел по грузоподъемности рекордсмена 1977 г. - «Терик Титан»
(365 т против 350 т). Максимальная скорость серийно выпускаемых легковых
автомобилей возросла6 с 1966 г. по 2005 г. на 1/3 (с 300 км/ч у «Форд ГТ40» до
390 км/ч у «Koenigsegg CCR». В предыдущие же 39 лет рост скорости составил
2 Автоматическими станциями.
3 «Пионер-10» (англ. Pioneer 10, Pioneer F) — беспилотный космический аппарат НАСА,
предназначенный, главным образом, для изучения Юпитера.
4 И очевидно достигли оптимальной величины.
5 И очевидно достигли максимальной величины.
6 Дальнейший рост скорости проблематичен, поскольку физические возможности водителей
не изменились - не каждый может водить на максимальной скорости (и подходящих дорог
для нее нет) .
1,5 раза (с 200 км/ч у «Бугатти 41» в 1930 г.)
В 1829 г. паровоз «Ракета» Стефенсона развил скорость 39 км/ч, в 1903 г. на
железной дороге Мариенфельде — Цоссен локомотив компаний Siemens & Halske и
AEG показал скорость в 5 раз большую - 210 км/ч. С 1981 г. во Франции и
других странах эксплуатируются пассажирские составы, способные двигаться со
скоростью 300 км/ч, а сейчас - 370 км/ч (поезд «TGV POS») . За 100 лет скорость
передвижения по железной дороге возросла менее чем вдвое. Разрекламированные
поезда на магнитной подушке (со скоростью до 580 км/ч) , испытываемые с 1984
г., так и не прижились из-за неоправданно высоких затрат, большой
энергоемкости, вредного воздействия магнитных полей на пассажиров7 и экипаж. Такую
дорогу сейчас строит только Китай.
Умеренный рост экономичности транспортных средств обусловлен энергетическим
кризисом и резким ростом цен на топливо8.
Самый экономичный авиалайнер «Airbus А-320» имеет удельный расход горючего
30 г/пасс, км, что на 17% ниже, чем у «Боинга 747».
В 1920-1940-е годы наименьший расход топлива на 100 км на серийных
автомобилях достигал 5-5,4 л («Ситроен 5CV» и «2CV»), к началу 1980-х годов - 3,65
л («Рено 5TL»), а к 2000 г. - 2,5 л («Фольксваген-Лупо», гибридные автомобили
фирмы «Тойота»). Однако лучшие значения КПД двигателей внутреннего сгорания
за последние 100 лет радикально не изменились. Первый работоспособный дизель,
созданный в 1897 г. , с КПД в 30% (против 4% у первых двигателей внутреннего
сгорания, построенных Ленуаром в 1859 г.), бескомпрессорный дизель Юнкерса в
конце 1920-х годов имели уже 38%-й КПД. Наивысшее достижение современных
дизелей (и тепловых двигателей вообще) - 50% (судовой финский дизель «Wartsila-
Sulzer 14RTA96-C» мощностью 109 тыс. л.с, расход топлива - 118 г/л.с.'ч,
построен в 2002 г.).
В промышленности одним из основных направлений технического прогресса в
XIX-XX вв. было увеличение единичной мощности орудий производства. К середине
1970-х годов этот процесс почти сошел на нет. Не превзойдена ни единичная
мощность домны (5 тыс. м3) , ни кислородных конверторов (емкость 350 т) , ни
прокатных станов9 (с 1969 г. стан 2000 Липецкого комбината мощностью 6 млн.
т/год), ни карьерных экскаваторов (с 1968 г. фирмы «Бюсайрус», емкость ковша
- 168 м3, вес 12 тыс. т) , ни гидравлических прессов (с 1967 г. в СССР на
НКМЗ, усл. 75 тыс. т) и т.д.
Другим важнейшим направлением прогресса можно назвать автоматизацию
промышленных процессов. В свое время были написаны тысячи книг о перспективах
роботизации, заводах-автоматах. В начале этот прогресс быстро нарастал, но с
начала 1990-х годов сменился застоем. Первый промышленный робот был создан в
1961 г. (Энгельберг, США) , к 1970 г. в мире было всего около 350 роботов, в
1982 г. мировое производство промышленных роботов достигло 12 тыс. шт., в 1990
г. - 80 тыс. шт. (рост в 6,7 раза) , затем темпы роста резко упали. Пик
производства достиг в 2007 г. - 123 тыс. шт. (рост за 17 лет в 1,5 раза или на 2,5%
Поскольку биологические ткани не обладают ферромагнитными свойствами, биообъекты
просто не замечают магнитные поля и не испытывают никакого вредного влияния.
8 Энергетический кризис и резким рост цен на топливо должен был бы вызвать сильный
рост экономичности. У умеренного роста должны быть другие причины.
9 Промышленность вовсе не стремиться к гигантизму, она стремиться к оптимальной
экономичности (максимуму прибыли, минимуму себестоимости). Никто не будет производить
больше стали, чем можно продать.
в год) , а в 2009 г. - упало до 68 тыс. шт. Треть промышленных роботов в мире
используется в автомобилестроении (на 10 автомобилестроителей установлено в
Японии - 2, а в Европе и США - 1 робот), но на общий уровень
производительности труда это мало влияет10. Так в 1921 году на заводах Форда (когда роботов
не было) выпускали на 1 работника - 28 автомобилей в год, а сейчас на заводах
Тойоты и Форда соответственно - 32 и 26 автомобиля в год.
Основная часть роботов используется на операциях, не требующих сложных
манипуляций и опасных для человека (в зоне радиации, высоких температур, под водой,
при разминировании и т.д.). В 2010 г. у мирового лидера роботостроения - Японии
90% всех выпущенных промышленных роботов по стоимости (401 млрд. иен из 448
млрд. иен) предназначались для 5 технологических операций: сварки (в основном в
автомобилестроении), установки электронных компонентов на печатные платы для
поверхностного монтажа, перемещения полупроводниковых пластин в чистых
комнатах, перемещения хрупких дисплеев для телевизоров и мониторов, установки
кристаллов микросхем и солнечных элементов в корпуса. Роботизация сложных
сборочных операций - редкое явление. При этом надо иметь ввиду, что часто фирмы
внедряют такую роботизацию не по экономическим, а рекламным соображениям, чтобы
показать для потенциальных покупателей и инвесторов, что их производство идет в
ногу с прогрессом. Так, крупнейший роботостроительный завод в Японии фирмы
«Якусава Электроник» с 1990г рекламировал свое автоматизированное
производство, где роботы делали роботы. С 2009 г. на предприятии эксплуатируется всего
один робот.
Стагнация наблюдается также в производстве гибких автоматизированных систем,
станков с ЧПУ, обрабатывающих центров. СССР, США, ФРГ, Япония, Англия в 1970
г. выпустили 6,4 тыс. станков с ЧПУ, в 1980 г. - 45,7 тыс. шт., в 1990 г. -
112 тыс. шт., а в 2005 г. США, Россия, ФРГ, Италия, Китай произвели11 около 90
тыс. станков с ЧПУ.
Основными вехами в производстве новых промышленных материалов в последние
30-40 лет стали: нанопорошки (с диаметром частиц 10-100 нм) , углеродное
волокно (1965 г.), углеродные нанотрубки (1991 г.), аморфные сплавы (1960 г.),
металлокерамические композиты, сплавы с памятью формы, алмазные пленки,
высокотемпературные сверхпроводники (1986 г.) . Но все они дорогостоящи, и объемы
их производства невелики - до нескольких десятков тысяч тонн. В лидерах
производства - углеродное волокно (41 тыс. т в 2008 г.) .
Имея очень узкие области применения, новые материалы не вытесняют
традиционные . Для сравнения: созданные в первой половине XX в. материалы
(нержавеющие, хромированные, низколегированные стали, дюралюминий, стеклопластики) уже
через 20-30 лет выпускались миллионами тонн.
«Звездным часом» современной химии оказались 1930-1950-е годы, когда были
синтезированы (и освоено их промышленное производство) почти все важнейшие
современные полимеры (пластмассы, синтетические волокна и каучуки): мочевино-
формальдегидные смолы и полиметилметакрилат (1928 г.), полистирол и полиакри-
лонитрил (1930 г.), поливинилхлорид и ненасыщенные полиэфиры (1933 г.), мела-
миноформальдегидные смолы (1935 г.), полиуретаны (1937 г.), бутадиенстироль-
ный каучук (1938 г.), полиэтилен высокого давления (1939 г.), нейлон и поли-
Робот стоит немало, труд людей зачастую может обходиться дешевле, тем более что
нужны люди осуществляющие контроль продукции после робота и для его обслуживания.
Если заводы станут автоматизированными, значит, не будет работы для людей и у них не
будет доходов - кто тогда будет покупать продукцию автоматизированных заводов?
11 Станок с ЧПУ - это не расходный материал, он может работать долго, десятки лет, а
значит, после удовлетворения первоначальной потребности спрос будет падать.
эфирные смолы (1941 г.), бутилкаучук и эпоксидные смолы (1943 г.), полиэти-
лентерефталат (1947 г.), АБС-пластики (1952 г.), полиэтилен низкого давления
(1953 г.), полипропилен (1957 г.), поликарбонаты (1959 г.). В 1938 г. в мире
начался бурный рост производства полимеров: с 0,2 млн. т до 30 млн. т в 1973
г., и до 200 млн. т в 2000 г. После 1960 г. появилось много новых полимеров,
но производство каждого из них не превышает сотен тысяч тонн12. А на долю
только перечисленной двадцатки 1930-1950-х годов «рождения» приходится до 90%
выпускаемых сейчас полимеров.
В медицине бурное развитие новых технологий, медикаментов, медицинской
техники началось со второй половины XIX в. после достижений в области
вакцинации, дезинфекции, хирургии, и особенно с 1930-1940-х вместе с появлением
сульфиламидов и антибиотиков для борьбы с инфекциями. В результате в развитых
странах мира стала быстро увеличиваться средняя продолжительность жизни. Так,
по семи странам (США, Англия, Франция, Швеция, Норвегия, Нидерланды, Дания)
рост составил: в период 1870-1900 гг. - 7 лет (до 50,5 лет), в 1900-1930 гг.
- 11,2 года, в 1930-1960 гг. - 10,3 года (до 72 лет). А после 1960 г.,
несмотря на многочисленные достижения, в том числе в области томографии,
трансплантации органов, фармацевтики, генетико-молекулярных методов, средняя
продолжительность жизни в указанных странах за 41 год возросла только на 6 лет
(до 78 лет).
И это при колоссальном росте расходов на медицину. Например, в США, по
данным ВОЗ, в 2006 г. на Здравоохранение израсходовано 2 трлн. дол. (6714 дол. на
человека), или 15% ВВП (1/7 часть трудовой жизни американцы теперь тратят,
зарабатывая на врачей и лекарства). Но чего стоят эти затраты, если рядом, в
нищей Кубе, где на медицину тратят в 20 раз меньше - всего 363 дол. на человека
в год (с учетом покупательной способности валют), или 7% ВВП, где современные
технологии и медикаменты для большей части населения недоступны, средняя
продолжительность жизни13 в 2008 г. оказывается почти такой же, как в США,
77,3.
Передовые медицинские технологии практически никак не влияют на
максимальную продолжительность жизни людей. Всего 2 человека в мире превысили порог
120 лет (предел, установленный Богом для людей, по Библии14) : француженка
Жанна Луиза Кальман (умерла в 1997 г. в возрасте 122 лет) и англичанин Томас
Пар (умер в 1635 г. в возрасте 152 лет). Людей старше 80 лет в мире сейчас 90
млн. чел., старше 100 - 287 тыс. чел., а старше 110 - всего 76 чел.!
Коренного перелома за последние 30 лет, к сожалению, нет и в лечении многих
распространенных болезней: от рака в мире умерли в 1975 г. - 4,2 млн. чел., а
в 2007 г. - 6,4 млн. чел.; от сердечно-сосудистых болезней - соответственно,
14,1 млн. чел. и 13,5 млн. чел.; из-за болезней органов дыхания - 3,1 млн.
чел. и 6,7 млн. чел., болезней органов пищеварения - 1,4 млн. и 1,7 млн. чел. ,
от диабета - 0,7 млн. и 1,24 млн. чел.
В военной технике самые главные достижения пришлись на 40-е - начало 60-х
годов XX в.: ядерное и термоядерное оружие, стратегическое, оперативное,
тактическое ракетное оружие, атомные подлодки, и т.д. Многие параметры оружия,
созданные в те годы, остались непревзойденными до сих пор: максимальная и ми-
Полимеры также не производятся в количествах более необходимых, иначе их не
продать.
13 Возможно, произошел отбор на жизнестойкость, тогда как в США с помощью медицины и
пособий выживают даже слабоумные и инвалиды от рождения.
14 Ну, если верить библии, то 900 лет жизни для человека (на примере патриархов) не
предел.
нимальная мощность ядерных зарядов, самые активные отравляющие вещества (V-
газы) , самые скоростные истребители (МИГ-25) и т.д. Многие виды оружия
остаются на вооружении США, России и других ведущих стран до сих пор. Прогресс в
последующие 40 лет был скромным15, причем самые значительные достижения в
основном связаны с развитием электроники, позволившими создать более точное и
«умное» оружие (разделяющиеся боеголовки индивидуального наведения,
высокоточные крылатые ракеты и другие средства поражения, самолеты-невидимки,
противоракетное оружие) . Но этот прогресс не бесспорен. Так, все истребители-
невидимки «F-117» сняты с вооружения к 2008 г., а выпуск в США
разрекламированного первого истребителя пятого поколения «F-22» из-за высокой стоимости был
прекращен после закупки небольшой партии (160 ед.) . Основным боевым самолетом
США остается «F-16», разработанный в 1975 г.
Разумеется, самые важные научно-технические достижения последних 30-40 лет
связаны с электроникой. Достаточно сказать, что современный настольный
компьютер с процессором «Пентиум-4» с тактовой частотой в 4 Мгц имеет большую
вычислительную мощность, чем все 48 тыс. ЭВМ (1,9 млрд. оп./сек) США в 1968 г.
Производительность игровой приставки «Сони PS3» с 9-ядерным процессором
мощностью 2 трлн. оп./сек на два порядка выше всех 60 тыс. ЭВМ, которыми располагал
СССР в 1986 г.
Главным двигателем прогресса в электронике было повышение плотности
размещения компонентов на микросхеме (по закону Мура, удвоение плотности шло
каждые 2 года). Благодаря постоянному повышению разрешающей способности
фотолитографических установок, ширина линий при формировании микросхем уменьшилась
с 20 мкм (20000 нм) в начале 1960-х годов до 32 нм к концу 2009 г., т.е. в
600 раз (при росте плотности в 360 тыс. раз) . В результате в 2005 г. был
создан двухядерный процессор «Itanium 2» с 1 млрд. транзисторов.
И все же в последние годы появились признаки замедления прогресса и в этой
области. С 2002 г. фактически прекратился рост тактовой частоты процессоров16.
Переход к многоядерным процессорам решает проблему только отчасти, так как,
во-первых, не все программы подлежат распараллеливанию, а во-вторых, рост
числа ядер ведет к адекватному росту площади кристалла и повышению стоимости
процессора. Но самое главное заключается в том, что фотолитография вплотную
подошла к своим физическим пределам. В 2011 г. освоили с помощью иммерсионной
фотолитографии и двойного сканирования технологию 22 нм. Некоторые ученые
надеются к 2013 г. «дойти» до 15 нм (60 атомов кремния) - дальнейшее сокращение
упирается в физические законы оптики и колоссальный рост стоимости фабрик (до
3-4 млрд. дол).
Большие надежды возлагали на вакуумную ультрафиолетовую литографию (процесс
EUV) с предельной волной излучения 13 нм, но трудности с созданием
источника излучения, бездефектной маски и резистов делают ее внедрение
маловероятным. Многолетние попытки заменить фотолитографию электроннолучевой, ионно-
лучевой или рентгеновской литографией оказались безуспешными. Сегодня пытаются
найти выход за счет создания наноманипуляторов и квантовых компьютеров для
достижения атомных размеров компонентов. Но работающих образцов этой техники пока
никто не видел.
Миниатюризация микросхем - не самоцель, но средство удешевления продукта,
для этого и новые технологии формирования микросхем должны быть
производительнее прежних. Современная фотолитографическая установка на кремниевой подложке
Ну, может быть, мировая обстановка стала
средства на вооружение без особой нужды. При
вести к экономическому краху (пример СССР).
16 Производительность процессоров сейчас мало
более мирной - никто не будет тратить
слишком больших расходах это может при-
зависит от тактовой частоты (предел).
диаметром 300 мм, за 30 сек, формирует структуры 100 млрд. транзисторов. Такой
производительности у альтернативных технологий нет даже в теории. А это
значит, что через 3-5 лет произойдет остановка дальнейшей миниатюризации, причем
на неопределенное время. Даже если предположить невероятное, что будут найдены
какие-то сверхновые решения, то рано или поздно размеры деталей микросхем
уменьшатся до атома (0,25 нм), что неизбежно положит предел прогрессу.
Отмечу, что стремительный рост технических характеристик электронной
техники не привел к революционным практическим результатам. Так, например за
последние 47 лет мощность супер-ЭВМ возросла в 2 млрд. раз! С 6 млн. оп./сек у
CDC6600, Cray (США) в 1964 г. до 11380 трлн оп./сек - японская ЭВМ К Computer
в 2011 г. Ученые обещали, что мощные ЭВМ позволят точно предсказывать
природные катаклизмы, погоду, экономические процессы. Наконец, породят
искусственный разум, способный делать переводы с других языков, распознавать слитную
речь и рукописи, создавать полностью безлюдные производства, многократно
ускорять научные разработки; писать музыку, стихи, картины и т.д. Но пока
появление таких ЭВМ не привело к ускорению темпов НТП. Точность долгосрочных
прогнозов погоды (на 7 дней и более) очень низкая, экономические кризисы и
колебания мировых цен и спроса непредсказуемы, качество машинного перевода
плохое, безлюдных производств продукции хотя бы средней сложности (автомобилей,
швейных изделий, жилых домов, и т.д.) по-прежнему нет. Ничего не изменилось и
в предсказании природных катастроф. Если в начале XX в., когда не было ЭВМ,
от крупных землетрясений и цунами погибало 100-200 тыс. чел в десятилетие, то
только от цунами в Индонезии17 в 2004 г. и землетрясения в Китае в 2008 г.
погибли 320 тыс. чел. Ни одно из них не было предсказано супер-ЭВМ18.
Не видно значительного экономического эффекта и от массовой компьютеризации
мирового народного хозяйства. Только в разрезе госсектора в 2008 г. из
бюджета на эти цели выделялось: в России - 4,1 млрд. дол, в США - 38,6 млрд. дол.
Но огромные затраты развитых стран мира не приводят к сокращению числа
занятых19 в высокомпьютеризированных отраслях и профессиях, ускорению темпов
роста ВВП, повышению конкурентоспособности продукции (товары развитых стран все
более вытесняются произведенными Китаем и другими странами третьего мира20) .
Например, в США в 1968 г. было 48 тыс. ЭВМ с суммарным быстродействием 1,9
млрд. оп./сек, а в финансовой сфере занято 2,6 млн. чел.; в 2004 г. уже 230
млн. персональных компьютеров с быстродействием каждого по 1,5 и более млрд.
оп./сек и число занятых в финансовой сфере - 7 млн. чел21.
Развитие информационных технологий, видимо, завершится в ближайшее
десятилетие22. К 2020 г. все жители планеты будут иметь мобильные телефоны (в
основном смартфоны или мультимедийные с доступом в Интернет), в каждой семье
будет один или несколько компьютеров с доступом в Интернет (за исключением 1
млрд. жителей, проживающих в районах не имеющих электроэнергии). Сейчас в
мире 4,5 млрд. абонентов мобильной связи и 1,5 млрд. компьютеров. Получат
развитие сотовые сети 3G и 4G, мобильное и цифровое телевидение.
Правительство Индонезии вообще не интересовалось какими-либо предсказаниями
цунами. Следует отметить, что современные технологии, по крайней мере, позволяют
оперативно оповестить о цунами, когда оно уже возникло.
18 Супер-ЭВМ здесь не причем, прежде всего, нужен надежный метод предсказания.
19 А куда бы девались тогда умные люди, особенно если учесть, что и на
автоматизированных производствах им места нет. Компьютер - это инструмент, вроде лопаты для
рытья. Если некому рыть, то и лопата не нужна.
20 Ну, уж компьютеры тут точно не причем, хотя их и в Китае хватает.
21 Прогресс налицо. Если прогресс вызывает безработицу - то на кой ляд он нужен?
22 Примерно тоже самое говорилось, когда в обиход вошла регулярная почтовая служба
(использовавшая лошадей).
Другая развивающаяся отрасль - биотехнология, в отличие от электроники
находится в начале пути. От нее ждали огромных практических результатов23,
прежде всего, для сельского хозяйства и здравоохранения. В 2000 г. расшифрован
геном человека, потом 600 геномов других организмов (почти всех основных
болезнетворных микроорганизмов и половина наиболее значимых сельскохозяйственных
культур и животных - пчелы, курицы, коровы, свиньи, лошади, кукурузы,
винограда, сои, сорго, картофеля, кофе, риса, огурца. В 2009 г. американская
биотехнологическая компания «Complete Genomics* разработала метод расшифровки
генома человека в течение 1 дня с затратами в 4,4 тыс. дол. (в 2000 г. это
исследование стоило 3 млрд. дол.) . Но очереди из желающих узнать свой геном пока
нет, как нет и зримых достижений в борьбе со СПИДом, другими тяжелыми
болезнями на основе расшифровки геномов24.
Практически полезные манипуляции с геномом и другие биотехнологические
операции (клонирование и др.) идут трудно и вызывают неоднозначную реакцию в
обществе . Растет число противников использования генетических модификаций
(ГМО), да и экономический эффект от их использования пока скромен. С начала
применения в 1995 г. посевы ГМ-культур (соя, кукуруза, хлопок, картофель и
др.) оценивались в 120 млн. га. Основной эффект от них - рост продуктивности
(в среднем на 10%) и 30%-ное сокращение расхода пестицидов по сравнению с
обычными культурами. Результат всего этого важный, но отнюдь не
революционный: американские фермеры получили дополнительный доход в 2003 г. в 1,9 млрд.
дол., или 400 дол./га. Например: методами обычной селекции при меньших
затратах иногда добивались больших успехов. Например, Луи Вильморен в 1840-е годы
селекцией повысил содержание сахара в сахарной свекле25 с 10% до 16%, а
датские фермеры - удойность коров в 2,3 раза За 40 лет (с 3,6 т в 1963 г. до 8,1
т в 2002 г.).
Приходится констатировать, что идет постепенный переход от революционного к
эволюционному развитию науки и техники. За последние 30 революционных
достижений не было, а темпы улучшения технических параметров замедлились.
Исключение составляли только электроника и биотехнология, но и их ближайшие
перспективы неопределенны.
В обозримом будущем нас, видимо, ожидает только два крупных научно-
технических события - это завершение информационной революции и (по мере
исчерпания ископаемого топлива) переход к новой энергетике, основанной на
широком использовании ветровой и солнечной энергии, биотоплива, строжайших мерах
энергосбережения, а также на развитии общественного, электро- и велотранспор-
та.
НИОКР и ВВП
Подобная ситуация с НТП не могла не сказаться на эффективности расходов на
науку. Несмотря на возрастающие из года в год затраты развитых стран на НИОКР,
23 На самом деле они и имели место, но это стараются не афишировать, так как
население подозрительно относится к генно-модифицированным растениям и животным.
24 Собственно говоря, речь идет о получении карты генома, выяснение в деталях как
это работает - это дело будущего, может даже очень далекого, хотя конечно, кое-какие
успехи есть и в этом.
25 Когда маленькое увеличивают в два раза - это рост 100 процентов, а вот когда надо
сделать большое еще большим - тут уже все на пределе, так что приходиться применять
что-то революционное. Методы классической селекции работали хорошо, когда имели дело
с маленьким, а вот в предельном случае они требуют очень и очень много времени для
достижения даже незначительного результата.
показатели экономического развития замедлились.
В 2006 г. в мире на НИОКР израсходовано 860 млрд. дол. (из них на США
пришлось 40%) . Это в 6 раз больше, чем в 1979 г. Всего в мире За последние 30
лет на эти цели потрачено, по нашим оценкам, более 15 трлн. дол. (в США -
около 6 трлн. дол.) Для сравнения: за предыдущие 70 лет (1968-1929 гг.) Штаты
израсходовали на НИОКР в 23 раз меньше - 262 млрд. дол.
Самый высокий уровень расходов на НИОКР сейчас регистрируется в Японии -
3,1% ВВП (кстати, одного из самых низкорастущих ВВП в мире - 1,7% в среднем за
последние 10 лет против 10% в 60-е годы). Лидер мировых расходов на науку -
США в 2001 г. потратил 2,7% ВВП. Страны ЕС в 2005 г. при затратах на науку в
2% ВВП имели 2% его годового прироста.
Затухание темпов мирового НТП и низкая отдача затрат развитых стран на НИОКР
должны послужить предупредительным сигналом при разработке будущей
инновационной политики России. Конечно, расходы государства на науку увеличивать надо (в
2009 г. - из федерального бюджета выделено около 6 млрд. дол.). Но само по
себе это не даст ощутимого результата26 — в условиях затухающего мирового НТП
надо шире использовать другие, малозатратные рычаги стимулирования
инновационного процесса.
Следует обратить внимание на зарубежный и исторический опыт. Так, Китай,
Индия, страны Юго-Восточной Азии тратят на НИОКР намного меньше, а темпы
экономического роста там в несколько раз выше27. В этих странах широко используют ранее
накопленную интеллектуальную собственность мира, не обременяя себя
дорогостоящими НИОКР. Кстати, и в развитых странах до начала второй мировой войны
расходы на НИОКР были ничтожны (в США, например, в 192 9 г. тратили на науку всего
200 млн. дол., или 0,1% ВВП), но технический прогресс был стремительным28,
темпы роста ВВП и производительности труда в разы превышали современные.
Можно утверждать, что для повышения эффективности современной инновационной и
инвестиционной деятельности первоочередное значение имеет не рост
финансирования НИОКР, а оптимальное распределение выделяемых средств по отдельным научным
направлениям, проектам, творческим коллективам, а также более широкое
использование ранее сделанных разработок и исследований.
Меры повышения
эффективности
Для сокращения финансовых рисков и повышения финансовой эффективности
затрат государства на инновации, необходимы следующие меры29:
• Во-первых, следует четко разделить бюджетное финансирование инновацион-
26 Наука и производство напрямую не связаны. Научные разработки не нужны там, где
нет развитой промышленности, например, у папуасов и пигмеев - и они никак не могут
стимулировать ее. А вот там где она есть - она нуждается в новинках для увеличения
прибыли и обновления спроса.
27 Поскольку они начали практически с нуля. Для них все является новым. С США их
рост надо сравнивать, когда они достигнут уровня США, впрочем, это не за горами.
Также следует иметь в виду, что именно там находятся производства высокоразвитых
стран, в том числе и США - там дешевая рабочая сила. В результате в США имеет место
безработица, и население начинает плохо покупать, скажем, автомобили. Эти же
автомобили плохо покупают и китайцы - маленькая зарплата. В результате экономический спад
и кризис.
28 Угу. Особенно если учесть, что это была Великая депрессия — мировой экономический
кризис, начавшийся в 192 9 году и продолжавшийся до 1939 года. Однако мир выходил из
депрессии вплоть до 1945 года. Поэтому 1930-е годы в целом считаются периодом
Великой депрессии.
29 Которые вообще мало связаны с вышесказанным.
ных НИОКР, направленных на улучшение экономических и социальных
показателей, создаваемых товаров и услуг, а также условий их производства, и
остальных НИОКР. То есть, нужны разные механизмы планирования,
распределения бюджетных средств, учета и контроля по обеим областям науки.
• Во-вторых, распределение бюджетных средств между инновационными
программами, проектами, грантами должно осуществляться с количественной
привязкой к величине улучшения важнейших экономических и социальных
показателей производства определенных товаров, услуг, технологий в заданные
сроки .
Для средств производства (и технологий) основными улучшаемыми
экономическими показателями являются:
1) производительность,
2) экономичность,
3) надежность и долговечность,
4) изменение потребительских свойств выпускаемой продукции.
Интегральной оценкой данных показателей служит величина экономического
эффекта, определяемая по известным методикам.
Для потребительских товаров и услуг основные показатели улучшения - это
выгоды для потребителя: охрана его здоровья и жизни, экономия затрат и времени,
улучшение внешности и условий общения, получение новой информации и знаний, а
также положительных эмоций, улучшение условий потребления других товаров и
услуг.
Косвенными количественными показателями могут быть рост объема продаж и
прибыли от реализации потребительских товаров и услуг, сокращение
потребительских и социальных расходов, увеличение продолжительности жизни, уровня и
качества образования.
• В-третьих, параметром отбора исполнителей для инновационных программ,
проектов, грантов должна служить результативность деятельности таковых в
прежних инновационных проектах (по перечисленным показателям).
• В-четвертых, общий объем средств, выделяемых на инновационную
деятельность из бюджета, надо увязать с эффективностью их использования в
предшествующие годы, чтобы не допустить неоправданного перерасхода средств
при снижении результативности исследований.
• В-пятых, в условиях неопределенности дальнейшего развития науки и
техники больше внимания со стороны государства уделять премированию успешных
разработок, выполненных исследователями на собственные и спонсорские
средства. Это сэкономит государственные ресурсы и активизирует поиск
учеными новых нетрадиционных направлений решения существующих проблем.
Можно было бы ежегодно объявлять несколько десятков крупных премий
(размером в 1 млн. евро и выше) для разработок, улучшающих параметры техники
и продукции в важнейших отраслях народного хозяйства (до с заданного
государством уровня).
• В-шестых, наравне с поддержкой конкретных инновационных проектов шире
финансировать мероприятия косвенного содействия инновациям, прежде
всего, связанные с их информационным обеспечением. Особенно важно ускорить
перевод библиотечных фондов, других баз данных в электронную форму.
Остановимся на последнем подробнее. Из-за ограниченного доступа
исследователей к накопленной научной информации многие разработки предаются забвению и
их проводят повторно, другие обнаруживаются и доводятся до коммерческого
использования спустя многие годы (так было с первым антибиотиком - пеницилли-
ном, открытием эффекта сверхпроводимости и т.д.). Поэтому решающее значение
имеет развитие информационной инфраструктуры науки — максимальное облегчение
доступа исследователей и других категорий населения к накопленной научно-
технической информации (содержащейся в патентах, книгах, периодике и др.). Если
еще многократно «просеять» придуманное и опубликованное за прошедшие
десятилетия и века, наверняка в «сухом остатке» окажутся многие оригинальные идеи, а
может быть, подсказки к новым революционным направлениям техники и науки.
Ведь когда-то отсталая средневековая Европа начала свое возрождение,
перешедшее в стремительное развитие науки и техники, с изобретения книгопечатания.
Открытие Гуттенберга в середине XV в. сделало возможным массовое тиражирование
накопленных человечеством знаний.
На одном бытовом сканере (например, Astra 4 500) среднюю по размерам книгу
можно отсканировать за 1 час, а изданную со времен Ивана Федорова литературу на
русском языке (4 млн. книг, несколько миллионов номеров журналов, общим объемом
около 1 млрд. стр.) могли бы отсканировать30 500 операторов за 5 лет, и
сохранить без распознавания (в формате DjVu, PDF) - при двусменной работе на 250
сканерах, в фондах крупнейших библиотек Москвы и Петербурга. Затраты - около 15
млн. дол (при оплате труда с начислениями - 15 тыс. руб./мес. или 3 дол./час)
Профессиональные сканеры или цифровые фотокамеры ускорят дело в 3-10 раз.
Сканер ATIZ BookDrive с автоматическим перевертыванием страниц, стоимостью
35 тыс. дол без участия оператора обрабатывает 500 страниц книг в час, а при
круглосуточной работе за год - более 4 млн. страниц. 50 таких сканеров общей
стоимостью 1,75 млн. дол при 10 операторах в смену (для установки и снятия
книг) отсканируют всю литературу за те же 5 лет при затратах на зарплату
операторов около 900 тыс. дол.
Распространение сканеров только в рамках существующей сети библиотек не
нарушит законодательства об авторских правах. Большинство из 50 тыс. российских
библиотек имеют компьютеры и доступ в Интернет. Не имеющие интернета библиотеки
могут получать книги на лазерных дисках. Вся программа обошлась бы в 3-15 раз
дешевле годовых расходов на комплектацию библиотек новыми книгами (в 2006 г. -
1,6 млрд. руб.).
Реализация такого проекта облегчит поиск научно-технической информации,
расширит круг потенциальных исследователей, особенно в провинции, будет
стимулировать изобретательскую деятельность населения, не говоря уж о том, что повысит
качество учебного процесса в высших и средних учебных заведениях и
самообразования населения, а быть может, отвлечет часть населения от вредных привычек
(пьянства, наркотиков и др.).
Крупномасштабную оцифровку библиотечных фондов осуществляют Китай,
американская компания «Google», некоторые другие организации, но, к сожалению, они
сканируют мало русскоязычных документов, и доступ к их ресурсам ограничен.
Подсчитано автором по данным справочников: Печать в СССР и РФ за разные годы,
Сводных каталогов русской книги за 1826-1917 г., 1801-1825 г., а 1726—1800 гг. и
других источников.
Аппендикс
Помпеи и НТП
Когда ходишь по улицам Помпеи, понимаешь, что уже 2 тыс. лет назад люди
имели основные условия для нормальной жизни1: красивые дома (с внутренними
двориками, колоннами, росписями на стенах), водопровод, канализацию, мостовые
с тротуарами, театры, библиотеки, выборные органы местной власти, школы,
медицина (включая хирургию) и т.д.
Достижения технического и общественного прогресса за прошедшие века намного
скромнее, чем нам внушают.
Я смог выделить только 3 области технического прогресса, существенно
повлиявшие на жизнь людей, но и они не бесспорны:
1) Современный транспорт (автомобили, поезда, самолеты). Жителям Помпеи он
мало что дал бы, так как знакомые, магазины, работа находились для них в
пределах 15 минут ходьбы (диаметр города около 800 м).
2) Новые средства досуга, информации и связи (электрические лампы, печатные
издания, компьютер, телевизор, мобильник). Электроосвещение на 3-4 часа
удлинило продолжительность дня для досуга и т.д., но настолько же сократило время
сна и пассивного отдыха. В результате растут стрессы, переутомление, а с ними
депрессия, потребление алкоголя, наркотиков, болезни психики, глаз,
гипертония. Сколько, наверное, образованный житель Помпеи тратил времени на
выписывание нужной информации из папирусов библиотек, столько теперь люди тратят на
отфильтровывание ненужной и поиск нужной информации в Интернете, массе книг,
журналов, телепередач. В итоге за год у меня, например, набирается полезной и
интересной мне текстовой информации (включая мои мысли) не более 100 стр. (в
рукописном виде). За год смотрю только 2-3 стоящих фильма и прочитываю
столько же книг (остальное - просто потерянное время). Посещений театра и
библиотек у помпейцев, наверное, было не меньше. Мобильник у меня служит в основном
для поручений от начальства и жены, сам звоню редко, предпочитаю живое
общение. Подаренный смартфон так и не освоил (за ненадобностью). Вместо
Интернета, газет и телевидения новости в Помпеях писали на стенах вокруг форума
специальные служащие. Дойти до форума можно было за 10 минут, что тоже было не
сложно.
3) Увеличение средней продолжительности жизни с 45 лет в Древнем Риме до
80-83 лет в развитых странах сейчас. Наполовину этот показатель вырос за счет
сокращения детской смертности. Раньше треть самых слабых и больных детей
умирали до 5 лет, выживали и давали потомство только самые крепкие. Был жесткий
естественный отбор, как в природе. Сейчас все дети-доходяги доживают до
старости, рожают таких же доходяг, что ведет к ухудшению генофонда и будущему
вырождению. При этом треть здоровых крепких детей убивают после зачатия, как
не желанных (в 2005 г. в мире на 130 млн. рождений было 42 млн. абортов).
Поэтому если придерживаться не юридических рамок жизни, а биологических и
христианских (т.е. с момента зачатия), тогда продолжительность жизни возросла за
2 тыс. лет только на 20 лет, взрослые помпейцы умирали в 55-60 лет.
Технический прогресс подарил взрослым фактически только старость без заметного
повышения качества жизни в ней. А много ли радости в старости? Если здоров,
увлечен любимым делом, материально обеспечен, окружен вниманием и уважением
близких, знаменит - тогда конечно долголетие благо (правда, не для общества в
целом) . Но вокруг себя я мало вижу таких стариков. Некоторые выдумывают себе
новые хобби, держатся за любую работу (даже почти не оплачиваемую), заводят
Во многом за счет использования труда рабов.
домашних животных и т.д., чтобы как-то скрасить старость.
Остальные технические достижения 2-х тысячелетней истории малоэффективны,
дороги, бесполезны или опасны для людей: космонавтика, атомная бомба,
огнестрельное оружие, АЭС, роботы, супер-ЭВМ, манипуляции с геномами и клетками,
трансплантация органов и т.д. Как в 79 г. н.э. люди не смогли предвидеть
извержение Везувия, так и в XXI веке с помощью супер-ЭВМ, спутников, сейсмо-
станций не смогли предупредить о землетрясениях и цунами в Индонезии, Китае,
Японии и др. А в январе 2012 г. в 500 км от Помпеи круизный лайнер "Коста
Конкордиа", оснащенный ультрасовременным навигационным оборудованием
(гидроэхолотами с компьютерной графикой, космическими навигаторами и т.д.)
напоролся на рифы и затонул как простая римская триера.
Напоследок о жизненном уровне. Конечно, за 2 тыс. лет он поднялся, но не
так значительно как нам кажется. Рабочие массовых профессий (каменщики,
кузнецы, поденщики) на дневную зарплату могли купить около 2 кг мяса, а сейчас
средний работающий итальянец или россиянин - около 4 кг говядины или свинины
(по хлебу примерно такое же соотношение), т.е. уровень оплаты труда по
покупательной способности вырос только в 2 раза. Честно говоря маловато при
всеобщей механизации производства и новых технологиях Реально достаток возрос
сильнее, но не благодаря техническому прогрессу, а в результате вовлечения
женщин в производство и сокращения числа детей в семье (с 3-4 до 1-2). Если в
Древнем Риме работник (мужчина) должен был кормить в среднем 4-5 иждивенцев,
то в современных развитых странах - всего 1-0,5 иждивенцев. Степень
обеспеченности жильем в 79 г. н.э. оценить сложно. Косвенный расчет я сделал по
данным числа жителей (20 тыс. чел) и площади Помпеи (650 тыс. кв. м) за
вычетом площади улиц, общественных зданий и площадей, садов (по данным плана
города насчитал - 250 тыс. кв. м). Получилось около 20 кв. м на 1 жителя
(включая толщину стен домов, атрии, подсобные помещения), при этом не учтено, что
многие дома имели вторые этажи (не сохранились). Это вполне современный
уровень: в России в среднем сейчас 22,4 кв. м жилья/чел, в моей семье - 16 кв.
м/чел (включая подсобные помещения и стены).
Зачем я все это пишу? Что бы очернить современную науку и ностальгировать
по славному прошлому? Нет, без науки уже не обойтись 7 млрд. жителям Земли.
Но мне не нравится 3 вещи в современном НТП и о них надо сказать:
1) Наука все больше вторгается в сферы с непредсказуемыми последствиями для
человечества, которые могут быть ужасны. Там уже случилось с атомной
энергией. Никто теперь не может утверждать, что ядерное оружие не применит кто-то в
будущем. А сколько новых бед может принести управление геномом, электронные
средства контроля и управления разумом человека, наночастицы, легко
приникающие в живые ткани и органы и т.д. Общество должно законодательно ограничить
деятельность ученых только безопасными и неотложными для людей проектами.
2) НТП стал очень дорогостоящим и малоэффективным (не смотря на уверения
самих ученых) . За 10 лет (2001-2010 гг.) на НИОКР в мире потратили почти 10
трил. дол. - это треть от того, что потратило человечество до этого. А что
нового получили? Планшетник, электронную бумагу, ну еще кое-что по мелочи. А
между прочим на 10 трил. дол. можно было бы обеспечить всех жителей стран
третьего мира2 ноутбуками с выходом в Интернет (ценой по 300 дол.) и заменить
большинство ТЭЦ и АЭС на ветро- и гелиоэлектростанции3. Нужно строже
подходить к финансовым аппетитам ученых и безжалостно закрывать направления, много
2 А это еще зачем? Разве что Россия тоже относится к третьему миру.
3 Давно бы заменили, но, увы, они не в состоянии дать необходимую энергию.
лет не дающие реальной пользы . А они «рожать проблемы» умеют. Вспомнить хотя
бы «компьютерную проблему5 2000 года».
3) Идет «обожествление» НТП научными кругами, политиками, СМИ. Обществу
внушают мысль, что наука может решить любые проблемы (в т.ч. созданные ею
самой) , нужно только подождать и дать еще денег. Это порождает в людях опасные
иллюзии и успокоенность, что все само собой решится. Ученые найдут новые
источники энергии взамен исчерпаемых6, новые лекарства от всех болезней, роботы
принесут материальное изобилие и т.д. Но наука не может изменить законов
физического мира и человеческого социума. И то, что долго не могут разрешить
ученые несмотря на большие усилия, обычно так и остается не осуществленным
(много веков ищут эликсир молодости и бессмертия, вечный двигатель7 и т.д.).
Возможности технического прогресса весьма ограничены и это наглядно мне
показала экскурсия в древние Помпеи.
4 Наука накапливает знания, необходимые для решения практических проблем. Реальную
пользу (решение проблем) дают прикладные (отраслевые) НИИ, КБ и R&D отделения
компаний . Они и используют знания, добытые наукой. Обыватели обычно не понимают этого.
Нельзя было изобрести лазер в Помпеях - для этого еще не было накоплено достаточно
знаний. Нельзя изобрести машину времени сегодня - для этого тоже пока не накопили
достаточно знаний. Если сокращать науку, то эти знания не будут накоплены никогда.
5 Это была проблема программистов, а не ученых.
6 А если они не найдут, то кто найдет? И что делать, если все-таки не найдут?
7 Стопроцентно, что учение не ищут ни эликсир молодости, ни вечный двигатель. Первый
искали алхимики, а второй - необразованные изобретатели, не знающие, что вечный
двигатель просто невозможен по законам физики.
Дискуссии
ЭКОНОМИКА РОССИИ - XXI ВЕК
Чернов А.Ю.
Дается сравнительные анализ душевого уровня производства США,
Англии, России по 24 важнейших показателям. Делается вывод о
высоком уровне реального производства в России, не заслужено
занижаемого в печати. Приводятся примеры высокоэффективных
предприятий. Критикуется официальный курс на модернизацию экономики.
Предлагаются другие подходы к ее развитию.
Потоки критики вылили экономисты и журналисты на отечественную экономику за
годы рыночных реформ, обзывая ее сырьевой, отверточной, полуколониальной,
отсталой. Но соответствует ли это действительности. Попробуем в этом
разобраться через сравнение российской экономики с ведущими странами мира.
Традиционные сравнения экономической мощи и жизненного уровня различных
стран через объем ВВП несовершены, т.к. основную часть ВВП формирует сфера
услуг (в США - 75%, в России - 60%), второстепенные производственные отрасли
и этот показатель сильно зависит от различий в уровне цен (несмотря на
применение дефляторов, специальных курсов валют по паритету покупательной
способности и т.д.)
Более точную оценку экономической мощи страны, по нашему мнению, могут дать
показатели выпуска важнейших видов материальной продукции, которые
публикуются международной и национальной статистикой. Мы выбрали по 1-3 показателя-
представителя отдельных отраслей промышленности (электроэнергетики,
металлургии, химической промышленности, промышленности стройматериалов, легкой
промышленности, пищевой промышленности, деревообработки, целлюлозно-бумажной
промышленности, электроники, общего машиностроения, транспортного
машиностроения, электротехнической промышленности), строительства и сельского
хозяйства . Для ВПК взяли 4 показателя выпуска важнейших видов военной техники
(баллистические ракеты, боевые самолеты, надводные суда, подлодки). По
химической промышленности важным также является выпуск полимеров, но нет данных
по странам за последние годы. Автор сознательно исключил из рассмотрения
показатели добычи нефти, газа, угля, нефтепереработки, чтобы не влиял на оценку
сырьевой фактор, дающий России очевидные преимущества.
В качестве стран сравнения взял США, как экономически самую развитую сейчас
страну мира и Англию, как одну из высокоразвитых стран Европы, с которой
началась мировая индустриализация, бывшей когда-то «мастерской мира».
Результаты межстранового анализа представлены в таблице № 1 и № 2.
Таблица №1.
Важнейшие показатели производства в США, Англии и России в 2008-11гг.
Продукция
Ед.измер.
США
Англия
РФ
Население (для справки)- млн.чел
310
62
142
Электроэнергия
млрд.квт-ч
4326
381
1037
Сталь
млн. т
81
9,7
67
Алюминий
млн. т
1,72
0,25
3,85
Цемент
млн. т
72
10,1
55
Удобрения (2008 г)
млн. т
18,3
0,9
16,2
Ткани
МЛН.KB.м
2300
120
3200
Обувь
млн.пар
32
28
97
Зерно(2008г)
млн. т
406
25
108
В т.ч. без идущего на биотопливо
млн. т
300
25
108
Мясо в убойном весе (2008 г)
млн. т
43,0
3,4
7,6
Молоко (2008 г)
млн. т
86
13,7
32,3
Сахар-песок (2007 г)
млн. т
6,8
1,0
3,5
Растительное масло (2008 г)
млн. т
11,9
0,92
3,3
Пиломатериалы (2008 г)
млн.куб.м
72,9
2,8
21,8
Целлюлоза, бумага, картон (2008 г)
млн. т
100
5,0
13,7
Автомобили
млн.шт
7,7
1,39
2
Телевизоры, холодильники,
млн.шт
29
2,3
13,4
стиральные машины
Микросхемы (2007 г)
млн.дол
125000
400
Ракеты (космические запуски +
шт
15
0
37
межконтин. военные ракеты)
Боевые самолеты
шт
106
6
63
Надводные боев. суда основных классов
шт
2
0,5
0,5
Подлодки
шт
0,8
0,1
0,4
Авиалайнеры (2010 г)
шт
4 62
16
Станкостроение
млн.дол
2026
471
229
Построено квартир (2008 г)
тыс.ед
1123
232
768
Примечания:
1. Выпуск тканей в США за 2006г (только хлопчатобумажные, шерстяные) и
обуви за 2006 г, по Англии последние данные по хлопчатобумажным тканям за
1995 г (84 млн. кв. м) и шерстяным тканям за 2002 г (36 млн. кв. м) ,
обуви за 2000 г Дальнейшую публикацию статистики прекратили, чтобы
наверное не пугать население динамикой падения производства. Для сравнения
Россия дала в 2006 г 57 млн. пар обуви и 2,2 млрд. кв. м
хлопчатобумажных и шерстяных тканей.
2. Данные России по мясу - оценка на 2011 г, по молоку и растительному
маслу - За 2009г, по сахарному песку - за 2008 г.
3. Данные по целлюлозе есть только по России, по США даю свою оценку исходя
из общемировой пропорции производства целлюлозы (90 млн. т) и бумаги,
картона (365 млн. т) и того, что экспорт и импорт целлюлозы США одного
порядка (14% и 10% соответственно от мирового объема) , а Англия почти
всю целлюлозу импортирует (1,2 млн. т) , поэтому по ней только данные о
производстве бумаги и картона.
4. Данные по выпуску телевизоров, холодильников, стиральных машин - по США
За 2003 г (позже не публиковали), а по России за 2008 г., по Англии
выпуск холодильников и стиральных машин за 2000 г (позже не
публиковались) . В 2011г закрылся последний в Англии завод по производству
телевизоров .
5. По автомобилям - США и Англия за 2010 г, по России - оценка За 2011 г.
6. Надводные боевые суда основных классов: по США за 5 лет в 2007-2011 г
введены в строй 1 авианосец типа «Нимитц», 10 эсминцев типа «Арли Бёрк»
и 4 подлодки типа «Вирджиния», в основном для замены более старых; в
России за 2007-2011 г введены в строй подлодки «Нерпа», «Юрий
Долгорукий», «Санкт-Петербург» (заложены еще 3 атомных подлодки), фрегат
«Ярослав Мудрый» проекта 11540, корвет «Стерегущий» проекта 20380 и
«Дагестан». В Англии за 2001-2011 г построены для своих ВМФ - 1 подлодка, 3
эсминца, 2 фрегата.
7. Боевые самолеты - поставки истребителей на экспорт в 2007-10 г: США -
204 ед., в России - 197 ед. Для своих ВВС и ВМФ по нашей оценки США
поставили за данный период около 60 ед. F-22 и 160 ед. F/A-18E/F, а Россия
- 34 ед. МИГ-29, 8 ед. Су-27/30, 13 ед. Су-34. Общий итог для США - 424
ед. или 106 ед./год, а для России - 252 ед. или 63 ед./год. Англия в
кооперации с другими европейскими странами выпускает истребитель
«Тайфун». С 2003 г. ВВС Англии получили 51 ед. «Тайфун» (или четверть всего
выпуска), условно считаем вклад Англии такой же, или по 6 самолетов в
среднем за год.
8. В 2010 г США сделало 15 космических запусков и не строит
межконтинентальные ракеты уже 20 лет, а Россия имела 31 космических запусков и
поставила на боевое дежурство 3 ракеты «Тополь-М» и 3 ракеты «РС-24 Яре».
9. Станкостроение: США и Англия за 2010 г, Россия за 2009 г.
10.Вместо микросхем по России дан выпуск всех электронных компонентов за
2007 г (из отчета ОАО Ангстрем за 2009 г).
Таблица №2.
Выпуск важнейшей продукции в США, Англии и России на 1 жителя.
Вид продукции
США
Англия
РФ
Электроэнергия
квт-ч/чел
13955
6145
7303
Сталь
кг/чел
261
156
472
Алюминий
кг/чел
5,5
4
27
Цемент
кг/чел
232
163
387
Удобрения (2008 г)
кг/чел
59
15
114
Ткани
кв.м/чел
7,4
1,9
22,5
Обувь
пар/чел
0,103
0,452
0,68
Зерно (2008 г)
т/чел
1,310
0,403
0,76
в т.ч. без идущего на биотопливо
т/чел
0,97
0,4
0,761
Мясо в убойном весе (2008 г)
кг/чел
139
55
54
Молоко (2008 г)
кг/чел
277
221
227
Сахар-песок (2007 г)
кг/чел
22
16
25
Растительное масло (2008 г)
кг/чел
38
15
23
Пиломатериалы (2008 г)
куб.м/чел
0,235
0,045
0,154
Целлюлоза, бумага, картон (2008 г)
кг/чел
323
81
96
Автомобили
шт/чел
0,025
0,022
0,014
Телевизоры, холодильники,
шт/чел
0,094
0,094
стир. машины
0,037
Микросхемы
дол/чел
403
3
Ракеты (космич. запуски +
шт/млн.чел
0,048
0
0,261
межкон. воен. ракеты)
Боевые самолеты
шт/млн.чел
0,34
0,097
0,44
Эсминцы, фрегаты, корветы
шт/млн.чел
0,008
0,008
0,004
Подлодки
шт/млн.чел
0,003
0,002
0,003
Авиалайнеры
шт/млн.чел
1,5
... .
0,11
Станкостроение
Дол/шт
6,5
7,6
1,6
Построено квартир
Шт/тыс.чел
3,6
3,7
5,4
Из таблицы №2 видно, что из 24-х выбранных нами важнейших видов продукции
по 12-ти душевое производство в России превосходит или равно США и Англию
(сталь, алюминий, цемент, удобрения, ткани, обувь, сахар, ракеты, боевые
самолеты, подлодки, телевизоры, холодильники, стиральные машины, квартиры), по
6 показателям Россия превосходит или равна Англии, но уступает США
(электроэнергия, зерно, растительное масло, молоко, пиломатериалы, целлюлоза, бумага,
картон), по производству мяса различия между Россией и Англией ничтожно (1
кг) и только по 5 видам Россия уступает обеим странам. Рассмотрим детальнее
это отставание.
По автомобилям душевое производство отстает в 1,5-2 раза, но с каждым годом
сокращается (в 2000 г выпускали в РФ - 0,008 автомобилей/чел, а в США -
0,04). Кстати в хваленном многими экономистами СССР максимальный уровень
производства автомобилей всех типов и автобусов составлял - только 0,008 шт/чел.
(1985г). Есть все основания полагать, что к концу этого десятилетия душевой
выпуск автомобилей в России достигнет современного уровня США и Англии.
Сейчас он тоже достаточно высок и соответствует уровню, например, такой развитой
страны, как Италия (в 2010 г там выпустили 0.0145 автомобиля/жителя).
Отставание по выпуску надводных боевых кораблей основных классов носит
объективный характер и не имеет большого значения для общей безопасности страны,
т.к. основные границы России сухопутные, ВМС расщеплены на 4 несвязанных
между собой флота и поддерживать их все на высоком уровне экономически не
возможно . Для США и Англии флот имеет более важное значение, и тоннаж вводимых
надводных судов в США всегда был больше, чем у СССР.
Реально имеет место многократное отставание России по выпуску пассажирских
самолетов от США, где, кстати, 80% выпуска приходится на Боинг-737
(запущенного в серию в 1967 г, т.е. ровесника Ту-134, Ту-154, Як-40). Но стоит ли
тратить огромные средства на создание новых авиалайнеров, без особых шансов
завоевать внешние рынки? Лучше делать то, что получается и пользуется давно
спросом за рубежом, а это, прежде всего, боевые самолеты, вертолеты,
транспортные самолеты, авиадвигатели, космические ракеты. Надежные и экономичные
авиалайнеры мы никогда не умели делать. Достаточно посмотреть в Википедии
статистику авиакатастроф Тушек (выпустили Ту-134 и Ту-154 - 1787 ед. ,
разбилось 145 ед. или 8,1%), Плов (выпустили Ил-62, Ил-86 - 383 ед., разбилось 28
ед. или 7,3%), Яков (выпустили Як-40, Як-42 - 1196 ед., разбилось 100 ед. или
8,4%), и для сравнения Боингов (В-737 выпустили 6819 ед. , разбилось 159 ед.
или 2,3%), Аэробусов (А-320 выпустили 4181 ед., разбилось 25 ед. или 0,6%). С
начала 2011 г. в мире разбилось 8 авиалайнеров, из них 6 отечественного
производства (в т.ч. новейший Ан-148). СССР много экспортировал лайнеров только
в соцстраны, которые были на уровне полуколоний, и не имели права выбора, и в
некоторые развивающиеся страны, которым СССР давал дешевые кредиты, часто не
возвращаемые. Даже такая высокотехнологичная страна как Англия отказалась от
самостоятельного выпуска национального лайнера и сейчас по кооперации с
другими странами поставляет для Аэробуса только авиамоторы, крылья и некоторые
другие детали лайнеров (сборка ведется во Франции и Германии). Чем Россия
лучше ее?
Отставание России от анализируемых стран в области станкостроения чисто
символическое, т.к. все три страны имеют крайне низкий уровень выпуска данной
продукции, не покрывающий их внутреннего спроса. В настоящее время в мире
произошло четкое разделение труда в машиностроении и основную часть станков
для всех стран мира (86% в 2010 г) делают 7 стран, у которых это лучше или
дешевле получается (Китай, Германия, Япония, Италия, Южная Корея, Тайвань,
Швейцария), и где объемы производства станков достигают 100 и более дол. на 1
жителя в год, т.е. в 15-20 раз больше, чем в США и Англии (за исключением
Китая, где в 2010 г выпустили 15 дол. станков на 1 жителя или только в 2 раза
больше, чем в США и Англии). Но За это США и Англию не перестали считать
высокоразвитыми странами.
Самое большое отставание России от развитых стран в области
микроэлектроники. Но, во-первых, это отставание нам досталось по наследству от СССР. Во-
вторых, производство микросхем - очень сложное, дорогостоящее и рентабельно
только при больших объемах выпуска продукции. Поэтому оно тоже сосредоточено
в небольшой группе стран специализирующихся на нем, а многие развитые страны
его не имеют. Например автору статьи не удалось обнаружить в печати
упоминания о наличие в Англии современных крупных фабрик по обработке кремниевых
пластин, хотя здесь сосредоточены сильные исследовательские центры по
разработке микросхем (в частности процессоров для мобильников и т.д.). Отдельные
стадии производства микросхем ведущих фирм рассредоточены в разных странах.
Например, фирма Интел основную часть полупроводниковых пластин обрабатывает
на фабриках, расположенных на территории США, а резка их на кристаллы,
проверка, сборка в корпуса как самые трудоемкие операции осуществляется в
основном в Малайзии, Сингапуре, Тайване и других азиатских странах. Кремниевые
кристаллы для микросхем закупает в Японии, фотолитографические установки - в
Голландии и Японии. Поэтому с формальной точки зрения США выпускает только
полуфабрикат, а готовые микросхемы из него дают азиатские страны третьего
мира. Современная номенклатура микросхем настолько огромна, что всю ее
производить не в состоянии ни одна страна мира (США, например, почти все микросхемы
памяти, дисплеев закупает в Азии). Все это делает разговоры об угрозе
национальной безопасности, из-за отсутствия современных микроэлектронных
производств в России, лишенными здравого смысла. Страны, выпускающие микросхемы в
больших объемах, также зависимы от поставок материалов, других электронных
компонентов от зарубежных поставщиков и не способны выпускать сложные
электронные изделия без международной кооперации. А для вклада в общий экономиче-
ский потенциал страны вопрос о том, выпускать микросхемы на 200 дол/чел в год
(уровень США), или закупать их за рубежом, ничтожно мал. Организация же
крупномасштабного производства современных микросхем в России потребует огромных
средств, решение таких проблем, как нахождение рынков сбыта этой продукции и
доступа к необходимым технологиям, материалам, оборудованию. Здесь очень
высоки риски затратить деньги в пустую (как уже было в СССР, и в некоторых
современных проектах на «Микроне» и «Ангстреме»).
Общий вывод можно сделать такой, что по важнейшим натуральным показателям
экономика России не уступает ведущим странам мира, обеспечивает рост
материального благосостояния населения и поддержания национальной безопасности на
должном уровне, структура ее стала более оптимальной, избавившись от ненужных
производств бывшего СССР и став более ориентированной на производство
потребительских товаров и экспорт.
Частые сравнения объемов производства современной России и бывшего СССР
абсолютно не корректны. Речь идет о принципиально разных экономиках. В СССР все
маниакально было сосредоточено на выпуске продукции группы А и вооружений, а
потребительские товары были второстепенными. Какой прок населению от первого
места в мире по выпуску стали, цемента, пиломатериалов, если в 1980 г продажи
населению в расчете на 1 жителя стройматериалов составляли одну доску (0,006
куб. м) , ведро цемента (8 кг) , 700 г гвоздей (это 15 шт. длиной 150 мм) . Сам
автор в детстве на даче все время выпрямлял старые гвозди для повторного
использования, хотя жил в обеспеченной семье. Объемы и структуру выпуска
продукции устанавливались директивно руководством страны совершенно оторвано от
реальных потребностей страны. СССР выпускал больше всех в мире тракторов,
станков, танков, но при этом закупал за рубежом до 20% зерна, все большие
заводы (ВАЗ, КАМАЗ и т.д.) оснащались импортными станками, проиграна была война
в Афганистане. На выпуск не нужной стране техники тратились огромные
энергоресурсы, материалы, рабочая сила. Долго поддерживать «производство ради
производства» на таком уровне было невозможно, и натуральные показатели выпуска
многих видов продукции начали снижать в СССР задолго до начала перестройки (в
эпоху застоя). Сравнивать показатели СССР с современными нельзя также потому,
что советское государство с помощью приписок умышленно искажало статистику
важнейших показателей (объемы производства зерна, мяса, молока и т.д.) .
Умудрялись завышать даже выпуск техники. Например, производство шасси автомобилей
складывали с выпуском самосвалов и других автомобилей, сделанных на базе этих
шасси. Сейчас тоже статистика «хромает», но в другую сторону. Фирмы стараются
занизить объемы производства, чтобы меньше платить налогов.
Специалисты ВПК любят показывать многократное падение выпуска военной
техники с советских времен, забывая указать, что тогда была холодная война.
После ее окончания США и НАТО тоже многократно сократили выпуск оружия и как
видно из таблиц №1 и №2 баланс выпуска основных вооружений сохраняется. Если
Россия под давлением военного лобби начнет наращивать производство
вооружений, это приведет неизбежно к ответным мерам США, НАТО, Китая и опять втянет
ее в гонку вооружений. Хотя сам паритет - вещь в современном мире не
обязательная. Вот Китай имеет всего 20 межконтинентальных ракет против 550 у
России и 650 у США и не сильно беспокоится по этому поводу, все внимание уделяя
развитию экономики. А население более 200 государств без ядерного оружия
часто с символическими армиями тоже «спит спокойно», хотя среди них есть страны
с большой территорией и огромными природными богатствами (Канада, Бразилия,
Австралия, Саудовская Аравия и др.).
Для будущего нормального развития российской экономики важно ей не мешать
развиваться по рыночным рельсам. Вмешательство государства часто ведет к не
рациональному расходованию средств, нарушению принципов свободной
конкуренции , распространению коррупции, сохранению неэффективных производств.
Рассмотрим несколько примеров. Мировая практика показала неэффективность
больших автозаводов полного цикла, на смену им пришли автосборочные заводы на
100-200 тыс. машин/год с гибкой и быстрой перестройкой на различные модели по
желанию покупателей. В результате гигантские заводы центра автомобилестроения
США - Детройта, закрылись, население города сократилось с 1,8 млн. чел. до
700 тыс., ( в основном цветные безработные, заселившие пустующие дома),
брошенные заводские корпуса и жилые кварталы разрушаются и зарастают
растительностью. У нас та же ситуация назревает с АвтоВАЗом. Всем понятна его
бесперспективность в нынешнем виде, но государство упорно продолжает его
дотировать. Еще более крупные дотации получают 15 тыс. бывших колхозов и совхозов с
1,9 млн. работников, владеющих 90% сельхозугодий страны. А 300 самых
передовых хозяйств (многие с участием иностранных фирм) имея 3,7% земли и 260 тыс.
работников в 2008 году дали 32% товарной продукции сельского хозяйства России
(237 млрд. руб) , т.е. столько же сколько 7 тыс. худших предприятий.
Урожайность зерновых в них в среднем 38 ц/га, надои коров - 6,3 т в год (выше, чем
в Германии). Если бы государство искусственно не поддерживало бы на плаву
убыточные неэффективные хозяйства, они бы разорились, и их землю купили бы
передовые хозяйства, резко увеличив объемы производства.
Проблема роста безработицы в результате закрытия неэффективных предприятий
искусственно раздута. Основная часть работников давно работает в сфере услуг
(45 млн. из 70 млн. занятых в экономике) и не связана с промышленностью и
сельским хозяйством. Многие работники только числятся номинально на
производственных предприятиях для начисления пенсионного стажа, а сами давно работают
в других местах. Почти 12 млн. чел работают в России вне организаций, т.е. в
режиме самозанятости, в т.ч. челноками, сезонными строителями, частными
водителями, уличными торговцами, прислугой, в подсобных личных сельских
хозяйствах и т.д. Если бы государство не чинило препятствия индивидуальному
предпринимательству, освободило бы его от налогов, когда не используется наемная
сила (для бюджета это мизерные суммы, в 2009 г в консолидированный бюджете они
составляли всего 0,4% всех доходов), тогда бы самозанятость населения еще
больше возросла, сократилась бы безработица и потребность в социальной помощи
государства неимущим гражданам.
Частный бизнес вводит новые предприятия только с востребованной в стране
продукцией и, как правило, высокоэффективные. На Новолипецком
металлургическом комбинате в 2011 г пущена самая автоматизированная в мире домна №7.
Будет выплавлять 3,4 млн. т чугуна с персоналом 280 чел. На Первоуральском
новотрубном заводе введен сталеплавильный цех мощностью 950 тыс. т. Один
рабочий будет выпускать 3400 тонн стали в год, что в три раза больше, чем на
среднем металлургическом предприятии в России и соответствует выработке
лучших заводов США. В последние годы все основные металлургические заводы
заменили электропечами мартены, УНРСами1 - изложницы, большинство советских
прокатных станов. В 2006 г пущен Хакасский алюминиевый завод с самой высокой в
мире производительностью труда (618 т/чел. в год). В 2011 г введен Тихвинский
вагоностроительный завод мощностью 13 тыс. грузовых вагонов новой
прогрессивной конструкции и 80 тыс. т стального литья в год. Число работников всего 3,5
тыс. чел. Для сравнения Уральский вагоностроительный завод выпускает 20 тыс.
вагонов в год при персонале 54 тыс. чел (танки и другая военная продукция
составляет только 20% стоимости его продукции). В г. Калуге автосборочные заво-
Установка непрерывной разливки стали.
ды Фольсваген и «ПСМА Рус» имеют производительность 50 автомашин в год на 1
работника (соответственно мощность 150 тыс. и 125 тыс. шт., а занято 3 тыс.
чел. и 2,6 тыс. чел.). На сборочных и кузовных линиях АвтоВАЗа
производительность в 2-3 раза ниже. В 2006 г компания LG Electronics открыла в Рузском
районе Московской области самый большой завод в Европе по производству
бытовой техники и электроники, где 1,5 тыс. чел. выпускают в год до 1,7 млн.
холодильников, стиральных машин, телевизоров, домашних кинотеатров (расширяется
до 4 млн. ед. бытовой техники). ООО «Калужский цементный завод» строит завод
мощностью 3,5 млн. т с производительностью 3,5 тыс. т цемента на 1 работника
в год (на советских заводах в 2009 г выработка в среднем - 700 т
цемента/чел., а в странах ЕС - 5 тыс. т чел.). Основанное голландцем Ван Ден Бринк
Виллеке в 2002 г ОАО «Птицефабрика Ломоносовская» в 2005г дала прирост живой
массы птицы 4 6,4 тыс. т при 519 работниках (основной поставщик мяса для
Петербурга и Ленинградской области). Если бы такая производительность была бы
по всей России (90 т/чел. в год), тогда на все мясное животноводство
потребовалось бы только 110-120 тыс. работников. В агрофирме «Салаир» одним
трактором «Джон Дир», с почвообрабатывающим комплексом, два механизатора за сезон
вспахивают и засевают 3,6 тыс. га, намолачивают одним комбайном «Джон Дир» до
4 тыс. т зерна За сезон. При такой производительности для получения 100 млн.
т зерна потребовалось бы всего 30 тыс. тракторов и 25 тыс. комбайнов на всю
страну. В 2007 году компания «Ситроникс» открыла фабрику по производству
микросхем с топологическим размером 0,18 мкм на Заводе «Микрон» в подмосковном
Зеленограде. Аналогичная степень миниатюризации микросхем доступна сегодня
лишь шести странам — Франции, Германии, США, Тайваню, Японии и Сингапуру.
Сейчас государство хочет провести само крупномасштабную модернизацию
российской экономики, сделав ставку на нанотехнологии, микроэлектронику и другие
высокие технологии. Но за красивыми словами скрываются чудовищные будущие
затраты, туманные результаты и очень высокие риски. Сколько раз уже наше
государство бросалась за высокими технологиями и получала ничтожные результаты.
Во время сталинской индустриализации погубили до 20 млн. чел (в
коллективизацию, голод 1932-33 гг. , репрессии 1937 г. , на стройках ГУЛага) и почти все
построенные предприятия оказались совершенно ненужными в последующим. Даже в
войну тысячи наспех налепленных танков и самолетов не спасли страну от
чудовищных человеческих потерь - 15 млн. солдат (по книгам Памяти) против 3,7
млн. чел у вермахта. В 60-ые годы увлеклись новой мечтой - завоеванием
космоса. По оценкам специалистов в современных ценах потратили на космос за
полвека в СССР и России до 0,5-1 трил. дол. (только Запусков ракет «Р-7» и
«Протон» было 2,3 тыс. при средней стоимости 1 пуска сейчас 70-100 млн. дол), а
теперь в год в мире делается коммерческих космических запусков не более 30,
на них Россия зарабатывает всего до 600 млн. дол. в год (включая туристов,
МКС) . Рентабельность «космической эпопеи» предлагаю подсчитать самим. Затем
полюбили атомную энергетику, но Чернобыльская авария, а теперь и на Фукусиме,
заставили ряд стран начать закрытие АЭС. Будет еще одна масштабная авария и
все страны закроют эти опасные объекты, а Россия приняла программу
строительства новых АЭС до 2020 года стоимостью более 100 млрд. дол., игнорируя
высокие риски, недовольство населения и бедную сырьевую базу урана. А сколько
потратили денег на исследования по термоядерному синтезу без практического
результата, переброску сибирских рек, супер-ЭВМ, сверхзвуковой лайнер Ту-144,
внедрение кукурузы, БАМ, добычу газа с помощью атомных взрывов и т.д..
Высокие технологии - самые рискованные и непредсказуемые по результатам проекты,
среди которых успешных намного меньше, чем провалившихся. Просто о последних
ученые и государство предпочитают помалкивать.
Между тем сама жизнь подсказывает естественный путь развития российской
экономики без рисков и сверхвысоких затрат, после того как закончатся
ископаемые энергоресурсы. Прежде всего, это производство зерна на экспорт. Если
поднять урожайность до среднеевропейского уровня (50-60 ц/га) и ввести в
оборот пустующие поля (до 70 млн. га) можно экспортировать до 300-400 млн. т
зерна в год на сумму 100-130 млрд. дол. (экспорт нефти и газа дает сейчас до
300 млрд. дол в год). Высокий уровень производства зерна создаст
благоприятные условия для роста животноводства, в т.ч. на экспорт. Сейчас наиболее
успешно развивается в России птицеводство. Население мира уже перевалило за 7
млрд. чел и дефицит продовольствия будет только нарастать, а с ним будет
расти спрос и цены на зерно и мясо. Вторая естественная составляющая будущей
экономики - международный транзит товаров и людей, вытекающий из уникального
географического положения России между Европой и Азией. Сейчас товарооборот
между Европой и Юго-Восточной Азией достигает 1 трил. дол. в год и весь идет
морским путем. Быстрее и дешевле многие грузы было бы перевозить по
Транссибу. На этом Россия могла бы заработать до 100 млрд. дол. и более (если
считать средний транспортный тариф - 10% от стоимости грузов). Организация
хорошей автомагистрали от Смоленска до Владивостока открыло бы дорогу
международному транзитному автотуризму, доходы от которого для России даже трудно
сейчас оценить. Третье направление - экспорт возобновляемых альтернативных
энергоресурсов (в т.ч. в виде электроэнергии) и развитие энергоемких производств
на их основе. Речь прежде всего идет о строительстве в Сибири и Дальнем
Востоке новых ГЭС (в т.ч. на малых реках), производство биотоплива (из
древесины, зерна), развертывание ветроэлектростанций в тундре и других малоосвоенных
районах с сильными ветрами, солнечных электростанций в южных районах. Только
ветровой потенциал России оценивается в 50 трил. квт'час, что при современных
ценах составляет 5 трил. дол. В эти проекты охотно пойдет иностранный капитал
(т.к. в Европе и Японии мало рек, лесов, площадей под ВЭУ2) , что позволит
минимизировать собственные инвестиции. Хорошие перспективы для экспортного
развития имеет черная металлургия (много железной руды и коксующихся углей),
деревообработка, производство минеральных удобрений и некоторые виды
машиностроительной продукции (грузовые автомашины, легковые автомобили нижнего
ценового класса, вертолеты, военная техника, транспортные самолеты, кабельные
изделия, товарные вагоны, комбайны, энергетическое оборудование и некоторые
другие). А остальное можно закупать за рубежом и не стеснятся этого. Сейчас
все развитые страны живут в режиме международной кооперации.
Мир быстро приближается к исчерпанию базовых природных ресурсов (нефти,
газа, угля, урана, цветных металлов, фосфатов, пресной воды, леса, пашни),
поэтому развитые страны учатся жить экономно. Закрываются шахты,
металлургические, химические, машиностроительные заводы, сокращается строительство, в
Европе население пересаживается с автомобилей на общественный транспорт и
велосипеды. Россия тоже должна рано или поздно создать «экономную экономику»,
производящую только действительно необходимые материальные блага с
минимальным расходом оставшихся природных ресурсов, а население приучить к скромному
образу жизни. В условиях дефицита природных ресурсов дальнейшее наращивания
производства стали, электроэнергии, химикатов, автомашин и других
материальных благ станет не благом, а злом, с которым надо будет бороться, и это время
не за горами.
Основные экономические проблемы современной России находятся не в сфере
производства, а за пределами его. На мой взгляд, это прежде всего чрезмерное
2 Ветроэнергетические установки.
вмешательство государства и чиновников в хозяйственную деятельность
(финансирование малопонятных мегапроектов, большие дотации неэффективным
предприятиям, сложное законодательство, протекционистские таможенные пошлины, большое
участие государства в капитале многих компаний, много контролирующих
структур, неофициальное вмешательство чиновников и т.д.), что питает коррупцию,
мешает конкуренции и развитию бизнеса. Вторая проблема - менее справедливое,
чем в развитых странах распределение созданных благ между социальными
группами и территориями и как следствие сильное расслоение населения по доходам,
большое количество очень бедных и сверх богатых людей. Этому способствует
плоская шкала подоходного налогообложения граждан, фактическая отмена налога
на наследство и дарение, символические размеры для богатых граждан налога на
их имущество и отсутствие реальной денежной и натуральной государственной
помощи малообеспеченным гражданам (в первую очередь имеющим детей). Низкая
платежеспособность бедной части населения снижает общий спрос на отечественную
продукцию и тормозит дальнейшее развитие экономики.
ФОТОГАЛЕРЕЯ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННОГО
на 26 января 2012 г.
Список условно разбит по разделам принятым в последних номерах журнала,
потому что названия разделов, как и сам журнал, постоянно менялись. Да и
некоторые статьи вполне могут принадлежать совершенно разным разделам, тогда как
для других вообще проблематично найти хоть какой-то подходящий раздел.
Название
Раздел
Год
№
A simple homemade Van de Graaff generator
Английский
2007
3
Англо-русский словарь компьютерной лексики
Английский
2007
6
Англо-русский толковый словарь генетических терминов
Английский
2007
7
Машина времени
Английский
2008
9
Английский для наших, ч.1
Английский
2008
10
Английский для наших. Часть 2
Английский
2008
12
Против интеллектуальной собственности
Английский
2009
1
Изготовление солнечного элемента
Английский
2010
8
Выражения величины
Английский
2010
11
Выражения величины (продолжение)
Английский
2010
12
Выражения величины (продолжение)
Английский
2011
1
Выражения величины (продолжение)
Английский
2011
2
Выражения величины (окончание)
Английский
2011
3
Английский для химиков
Английский
2011
4
Английский для химиков (продолжение)
Английский
2011
5
Английский для химиков (продолжение)
Английский
2011
6
Английский для химиков (продолжение)
Английский
2011
7
Английский для химиков (продолжение)
Английский
2011
8
Английский для химиков (продолжение)
Английский
2011
9
Английский для химиков (продолжение)
Английский
2011
10
Английский для химиков (окончание)
Английский
2011
11
Мозазавры в степях Волгограда
Английский
2011
12
Новый обскурантизм и Российское просвещение
Беспокойство
2007
2
Наркотики и общество
Беспокойство
2007
4
Формирование «диссертационной ловушки»
Беспокойство
2007
6
«Блеск и нищета» высшего образования в России
Беспокойство
2008
1
Оправдание науки
Беспокойство
2008
3
Наука: вызовы природы и общества
Беспокойство
2008
4
Выбор катастроф
Беспокойство
2008
6
Наше образование
Беспокойство
2008
7
Пятое правило арифметики
Беспокойство
2008
7
DARPA и «Колхоз»
Беспокойство
2010
1
Апокалипсис завтрашнего дня
Беспокойство
2010
3
Почему мы доверяем науке?
Беспокойство
2011
6
0 реформе образования в России
Беспокойство
2011
6
Об образовании
Беспокойство
2011
6
Никола Тесла
Биографии
2007
8
Жизнь Александра Флеминга
Биографии
2007
9
О возможности генерации сверхпроводящего состояния воды
Гипотезы
2007
10
Охота на шаровую молнию
Гипотезы
2007
11
Где скрываются снежные люди
Гипотезы
2008
5
Параллельные миры и машины времени
Гипотезы
2009
5
Параллельные миры и машины времени (продолжение)
Гипотезы
2009
6
Что происходит с современным НТП?
Дискуссии
2006
12
Пиратство как прогрессивный налог
Дискуссии
2007
3
Пиратство как двигатель прогресса
Дискуссии
2007
3
Книги, интернет, экология
Дискуссии
2008
4
Техношок или сложность?
Дискуссии
2008
5
Аспирантура
Дискуссии
2008
6
Глобальное потепление
Дискуссии
2008
7
Глобальное потепление и озоновые дыры -
наукообразДискуссии
2008
7
ные мифы
Изменение климата, 2001 г. Обобщенный доклад
Дискуссии
2008
7
Преподавание химии
Дискуссии
2008
7
Взгляд российского шахтера на систему образования
Дискуссии
2008
7
по химии
Да здравствуют пираты!
Дискуссии
2008
7
Не просто бесплатно
Дискуссии
2008
8
Обобществленные истины
Дискуссии
2008
8
Большой Адронный Коллайдер
Дискуссии
2008
8
Пиратская бухта
Дискуссии
2009
4
У края финансовой бездны
Дискуссии
2009
5
Теория кризиса
Дискуссии
2009
5
Чернобыль
Дискуссии
2009
6
Глобальное потепление и его модель
Дискуссии
2010
3
Конопляные мифы
Дискуссии
2010
6
Проблема 2033
Дискуссии
2010
6
Таяние льдов
Дискуссии
2010
6
Школьная Америка
Дискуссии
2010
7
Еретические мысли о науке и обществе
Дискуссии
2010
7
Герострат и логика
Дискуссии
2010
9
Еще раз о науке и учености
Дискуссии
2011
1
Молния в кармане
Идеи
2007
8
Механика
Идеи
2009
4
Послужной список Ильи Громовержца
Измышлизмы
2007
1
В начале
Измышлизмы
2009
7
Религии мира
Измышлизмы
2009
9
Эволюционная роль религии
Измышлизмы
2010
3
Русская культура и способ производства
Измышлизмы
2010
3
Читая Библию
Измышлизмы
2010
4
Читая Библию (окончание)
Измышлизмы
2010
5
Читая Библию 2
Измышлизмы
2010
8
Читая Библию 2 (продолжение)
Измышлизмы
2010
9
Читая Библию 2 (окончание)
Измышлизмы
2010
10
От папирусов до электронных книг
История
2007
3
Самиздат: неподцензурная журналистика в СССР
История
2007
5
Домострой
История
2007
6
Охотники за микробами
История
2007
7
Космос: наука и мифы
История
2007
8
История Земли и жизни на ней
История
2007
10
Призрак казненного инженера
История
2007
11
Неофициальное жизнеописание ВЭИ
История
2007
12
Баллада о вересковом меде
История
2008
1
Шотландский вересковый эль
История
2008
1
Что случилось в Росуэлле
История
2008
2
Неизвестная история человечества
История
2008
3
Не смеется ли Господь Бог?
История
2008
8
Дилетанты
История
2008
9
Повседневная жизнь охотников на мамонтов
История
2008
11
Первобытное искусство
История
2008
12
Искусство Древнего Египта
История
2009
1
Искусство Древней Передней и Малой Азии
История
2009
2
Крито-Микенское искусство
История
2009
3
Искусство Древней Греции ч.1
История
2009
4
Искусство Древней Греции ч.2
История
2009
5
Очень Древняя Греция
История
2009
5
Очень Древняя Греция (продолжение)
История
2009
6
Кузькина мать
История
2009
6
Изгнание из Эдема
История
2009
7
Искусство этрусков
История
2009
8
Изгнание из Эдема (продолжение)
История
2009
8
Жизнь в Древнем Риме
История
2009
9
Жизнь в Древнем Риме
История
2009
10
Краткая история почти всего
История
2009
11
Краткая история почти всего (продолжение)
История
2009
12
Краткая история почти всего (окончание)
История
2010
1
Жизнь и чаяния алхимиков
История
2010
2
1185 год
История
2010
3
1185 год (продолжение)
История
2010
4
1185 год (окончание)
История
2010
5
Неслучайные случайности
История
2010
6
Неслучайные случайности (окончание)
История
2010
7
Темные пятна Лунной истории
История
2010
8
Естественная история жизни
История
2010
9
Естественная история жизни (продолжение)
История
2010
10
Голубая кровь
История
2010
10
Естественная история жизни (продолжение)
История
2010
11
Естественная история жизни (окончание)
История
2010
12
Очень краткая история человечества
История
2011
1
До и после динозавров (продолжение)
История
2011
2
Блеск меча
История
2011
2
До и после динозавров (окончание)
История
2011
3
Краткая история тела человека
История
2011
4
Арабески ботаники
История
2011
5
Арабески ботаники (продолжение)
История
2011
6
Тропой Хаоса
История
2011
6
Арабески ботаники - 2
История
2011
7
Тропой Хаоса (окончание)
История
2011
7
Арабески ботаники - 2 (окончание)
История
2011
8
Краткая история средневековья
История
2011
8
Краткая история средневековья (продолжение)
История
2011
9
Краткая история средневековья (окончание)
История
2011
10
Кривая история открытий
История
2011
11
Кривая история открытий (продолжение)
История
2011
12
Холодный термояд.
Комментарии
2006
12
Поиск внеземных цивилизаций: новая стратегия.
Комментарии
2006
12
Клин Клинским вышибают, или кулинар в стиле X
Комментарии
2007
1
Быть иль не быть
Комментарии
2008
7
Уроки программирования на Visual С++ с помощью MFC
Компьютер
2007
1
Тайны и секреты компьютера
Компьютер
2007
3
Уроки программирования баз данных в Visual Basic
Компьютер
2007
4
Технологии компонентного программирования
Компьютер
2007
6
Диагностика зависания и неисправностей компьютера
Компьютер
2007
7
VBA: для тех кто любит думать
Компьютер
2007
7
Работа с коммуникационными портами в программах для
Win32
Компьютер
2007
8
Локальная сеть из двух компьютеров
Компьютер
2007
9
Восстановление данных с лазерных дисков
Компьютер
2007
9
Основы программирования на С#
Компьютер
2007
9
С++ в примерах (для начинающих)
Компьютер
2007
10
Операции под MS Windows
Компьютер
2007
11
Полезные советы по работе с компьютером
Компьютер
2008
2
Строим локальную сеть
Компьютер
2008
3
Сборка ПК дома
Компьютер
2008
4
Базовый курс: Windows и Интернет
Компьютер
2008
5
MS-DOS
Компьютер
2008
6
Visual Basic 6.0 Самоучитель для начинающих
Компьютер
2008
7
Visual Basic 6.0 Самоучитель для начинающих
Компьютер
2008
8
Самоучитель по ASSEMBLER
Компьютер
2008
9
Как начать осваивать микроконтроллеры
Компьютер
2008
10
Тропой пингвина
Компьютер
2008
11
Советы и секреты
Компьютер
2009
1
Ускорение Windows ХР
Компьютер
2009
6
Настройка системы безопасности Windows ХР
Компьютер
2009
6
Папы и мамы ПК
Компьютер
2009
6
Настройка BIOS
Компьютер
2009
7
Настройка BIOS (продолжение)
Компьютер
2009
8
Разберемся с компом
Компьютер
2009
11
Разберемся с компом (окончание)
Компьютер
2009
12
LINUX для системщиков
Компьютер
2010
1
Компьютер изнутри. Периферийные устройства
Компьютер
2010
3
Компьютер изнутри (окончание)
Компьютер
2010
4
Простейший ремонт компа
Компьютер
2010
6
Выращивание грибов. Советы начинающим.
Лаборатория
2007
2
Простые опыты с ультразвуком.
Лаборатория
2007
2
Культура растительных клеток и тканей
Лаборатория
2007
5
Практическая биотехнология для начинающих
Лаборатория
2008
1
Руководство по капиллярному электрофорезу
Лаборатория
2008
3
Как увидеть ДНК
Лаборатория
2008
4
Техника эксперимента в органической химии
Лаборатория
2008
6
Лазерные треки в тонких пленках
Лаборатория
2009
9
0 плазмоидах и шаровой молнии
Лаборатория
2009
10
Демонстрация шаровой молнии
Лаборатория
2009
10
Природа шаровой молнии
Лаборатория
2009
10
Исследования формирования плазмоидов
Лаборатория
2009
10
Создание шаровой молнии
Лаборатория
2009
10
Работа с мицелием
Лаборатория
2011
4
Практикум начинающего миколога
Лаборатория
2011
6
Практикум начинающего миколога (продолжение)
Лаборатория
2011
7
Практикум начинающего миколога (окончание)
Лаборатория
2011
8
Мираж на вашем столе.
Ликбез
2006
12
Ген, мутация и эволюция человека. Расы и народы.
Ликбез
2007
2
Набор инструментов генного инженера.
Ликбез
2007
2
Физика в вопросах и ответах.
Ликбез
2007
2
Шум окружающей среды
Ликбез
2007
3
Роман о грибах
Ликбез
2007
5
Модели молекул
Ликбез
2007
6
Как измеряются расстояния между атомами в кристаллах
Ликбез
2007
6
Невероятно — не факт
Ликбез
2007
6
Технологические экзотермические смеси
Ликбез
2007
9
Растительные галлюциногены
Ликбез
2007
10
Пять нерешенных проблем науки
Ликбез
2007
11
101 ключевая идея: Физика
Ликбез
2007
12
Основы биотехнологии
Ликбез
2008
1
Лекции по биологии
Ликбез
2008
4
Расшифровка прошлого
Ликбез
2008
5
Неандертальцы снова выйдут на мамонтов
Ликбез
2008
5
Поход за разумом
Ликбез
2008
5
Заразные гены...
Ликбез
2008
5
...И парадоксы систематики
Ликбез
2008
5
Лекции по биологии (продолжение)
Ликбез
2008
5
Канна биноиды
Ликбез
2008
6
Из чего все состоит
Ликбез
2008
8
Как физики изучают элементарные частицы
Ликбез
2008
8
Топливные элементы: прошлое, настоящее, будущее
Ликбез
2008
8
Эволюция
Ликбез
2008
9
До и после динозавров
Ликбез
2008
9
Проставляем даты
Ликбез
2008
9
Вендские жители Земли
Ликбез
2008
9
Суперсила
Ликбез
2008
10
Искусственные драгоценные камни
Ликбез
2008
10
Экология
Ликбез
2008
11
Биология для электронщиков
Ликбез
2008
12
Биология для электронщиков (продолжение)
Ликбез
2009
1
Биология для электронщиков (продолжение)
Ликбез
2009
2
Биология для электронщиков (окончание)
Ликбез
2009
3
История отмороженных
Ликбез
2009
4
Радиация: дозы, эффекты, риск
Ликбез
2009
6
Решение задач с применением нечеткой логики
Ликбез
2009
6
Нейрокомпьютинг и его применение
Ликбез
2009
9
Происхождение мозга
Ликбез
2009
9
Нейрокомпьютинг и его применение
Ликбез
2009
10
Происхождение мозга
Ликбез
2009
10
Человеческий мозг
Ликбез
2009
11
Происхождение мозга
Ликбез
2009
11
Человеческий мозг (окончание)
Ликбез
2009
12
Генетика для второгодников
Ликбез
2010
1
Атомная физика для второгодников
Ликбез
2010
2
Сверхпроводимость
Ликбез
2010
2
Нанотехнология
Ликбез
2010
3
Неприятности с физикой
Ликбез
2010
4
Неприятности с физикой (окончание)
Ликбез
2010
5
Тайная жизнь муравьев
Ликбез
2010
6
Тайная жизнь пчел
Ликбез
2010
7
Тайная жизнь термитов
Ликбез
2010
8
Наши соседи: пауки и насекомые
Ликбез
2010
9
Периодическая система: история и современность
Ликбез
2010
11
Генетика для второгодников (продолжение)
Ликбез
2010
12
Психоделики сегодня
Ликбез
2010
12
Вечный двигатель
Ликбез
2011
1
Частная жизнь муравьев
Ликбез
2011
2
Легендарные композиты прошлого
Ликбез
2011
2
Частная жизнь муравьев (продолжение)
Ликбез
2011
3
Частная жизнь муравьев (окончание)
Ликбез
2011
4
Характер физических законов
Ликбез
2011
4
Характер физических законов (окончание)
Ликбез
2011
5
Геном человека
Ликбез
2011
7
Геном человека (продолжение)
Ликбез
2011
8
Геном человека (продолжение)
Ликбез
2011
9
Мир многих миров
Ликбез
2011
10
Геном человека (окончание)
Ликбез
2011
10
Мир многих миров (окончание)
Ликбез
2011
11
Мир в ореховой скорлупке
Ликбез
2011
12
Хроники лаборатории.
Литпортал
2006
12
Иисус, еврей из Галилеи
Литпортал
2007
1
Лес (часть повести «Улитка на склоне»).
Литпортал
2007
2
Имя розы
Литпортал
2007
3
Сладкое бремя славы
Литпортал
2007
4
Сморчки
Литпортал
2007
5
Клон
Литпортал
2007
7
Отверженные, гл.3
Литпортал
2007
8
Альтист Данилов
Литпортал
2007
9
Мусорщик на Лорее
Литпортал
2007
10
Рог изобилия
Литпортал
2007
11
Дед Мороз
Литпортал
2007
12
Профессия
Литпортал
2008
1
Кракатит
Литпортал
2008
2
Мой сын физик
Литпортал
2008
3
Женская интуиция
Литпортал
2008
3
Человек, который пришел слишком рано
Литпортал
2008
4
Ретрогенетика
Литпортал
2008
5
Тиски доктринерства
Литпортал
2008
6
Фелицетин
Литпортал
2008
6
Адепт Сергеев
Литпортал
2008
7
Аналитик
Литпортал
2008
8
Уровень шума
Литпортал
2008
9
Принцип неопределенности
Литпортал
2008
10
Шальная компания
Литпортал
2008
11
Новогодний маньяк
Литпортал
2008
12
Снегурочка
Литпортал
2008
12
Срубить дерево
Литпортал
2009
1
Муравьи
Литпортал
2009
2
Где бы ты ни был
Литпортал
2009
3
Скальпель Оккама
Литпортал
2009
4
Обмен разумов
Литпортал
2009
5
Ферми и стужа
Литпортал
2009
6
Взрыв всегда возможен
Литпортал
2009
6
Верный вопрос
Литпортал
2009
7
Открытие себя
Литпортал
2009
8
Постоянная должность
Литпортал
2009
9
Сбалансированная экология
Литпортал
2009
10
Подарки Семилиранды
Литпортал
2009
11
Рождественский сюрприз
Литпортал
2009
12
Куколка
Литпортал
2010
1
Фабрика Абсолюта
Литпортал
2010
2
Абсолютное оружие
Литпортал
2010
3
Ящера
Литпортал
2010
4
Какие смешные деревья
Литпортал
2010
5
День муравья
Литпортал
2010
6
День муравья (окончание)
Литпортал
2010
7
Революция муравьев
Литпортал
2010
8
Революция муравьев (окончание и подвал)
Литпортал
2010
9
Сага о психоделиках - 2
Литпортал
2010
10
Сага о психоделиках - 2 (продолжение)
Литпортал
2010
11
Сага о психоделиках - 2 (окончание)
Литпортал
2010
12
Ночь перед Рождеством
Литпортал
2010
12
Упорный
Литпортал
2011
1
Сага о психоделиках
Литпортал
2011
1
Сага о психоделиках (продолжение)
Литпортал
2011
2
Сага о психоделиках (продолжение)
Литпортал
2011
3
Дневник Евы. Дневник Адама
Литпортал
2011
4
Свидетель колдовства
Литпортал
2011
5
Наваждение
Литпортал
2011
5
Олеся
Литпортал
2011
6
Ответное чувство
Литпортал
2011
6
Ведьма на выданье
Литпортал
2011
7
Прохвессор накрылся
Литпортал
2011
7
День триффидов
Литпортал
2011
8
Котел с неприятностями
Литпортал
2011
8
День триффидов (окончание)
Литпортал
2011
9
Пчхи-хологическая война
Литпортал
2011
9
Мертвое прошлое
Литпортал
2011
10
До скорого!
Литпортал
2011
10
Терпение и труд
Литпортал
2011
11
Военные игры
Литпортал
2011
11
Похищение чародея
Литпортал
2011
12
Ключик
Литпортал
2011
12
Задачи с решениями
Матпрактикум
2007
1
Материалы семинара по обработке сигналов
Матпрактикум
2007
8
Расчет дополнительных погрешностей каналов ИИС АСУТП
Матпрактикум
2007
11
Анализ временных рядов и прогнозирование
Матпрактикум
2008
7
Автоматическое регулирование объектов
Матпрактикум
2008
10
Сигналы и линейные системы
Матпрактикум
2009
4
Сигналы и линейные системы
Матпрактикум
2009
5
Сигналы и линейные системы (продолжение)
Матпрактикум
2009
6
Сигналы и линейные системы (продолжение)
Матпрактикум
2009
7
От постановки задачи до принятия решения
Матпрактикум
2009
8
Сигналы и линейные системы
Матпрактикум
2009
9
Сигналы и линейные системы
Матпрактикум
2009
10
Сигналы и линейные системы
Матпрактикум
2009
11
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
1
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
2
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
3
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
4
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
5
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
6
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
7
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
8
Цифровая обработка сигналов
Матпрактикум
2010
9
Автоматы и их обучение
Матпрактикум
2011
8
Использование компьютерных моделей
Матпрактикум
2011
10
Молочнокислые бактерии
Микроб
2009
6
H1N1. Война с ветряными мельницами
Микроб
2009
7
Трудно быть богом.
Мышление
2007
2
Тангенциальная индукция и законы электромагнетизма
Мышление
2007
5
Относительность и электрические машины
Мышление
2007
5
Апгрейд обезьяны
Мышление
2009
7
Апгрейд обезьяны (окончание)
Мышление
2009
8
Стирка ультразвуком.
Практика
2007
2
Приготовление целебных спиртных напитков
Практика
2007
4
Трехфазный двигатель в однофазной сети
Практика
2007
9
Выбор осциллографа
Практика
2008
6
Получение дрожжей из пивных бутылок
Практика
2008
8
Биология. Палеонтологическая экскурсия
Практика
2008
9
Выбор системы очистки воды
Практика
2008
9
Из жизни винодела
Практика
2008
10
Гальванопластика дома
Практика
2008
12
Умная теплица
Практика
2009
7
Химия в саду
Практика
2009
7
Определение минералов с паяльной трубкой
Практика
2009
8
Удаление пятен
Практика
2009
9
Пайка для начинающих
Практика
2009
11
Хромирование без проблем
Практика
2009
12
Нарезание резьбы
Практика
2010
1
Работа с оргстеклом
Практика
2010
1
Работа со стеклом
Практика
2010
1
Как построить ветрогенератор
Практика
2010
10
Видеопроектор своими руками
Практика
2010
10
«Физический минимум» на начало XXI века
Проблемы
2009
5
Энергия атома: в конце концов
Проблемы
2009
6
Шаровая молния - единство противоречий
Проблемы
2009
10
Финансовый менеджмент семьи
Разное
2007
1
Китайцы вывели трех частично светящихся поросят.
Разное
2007
2
Художник? — Значит, террорист.
Разное
2007
2
Особенности национального похмелья
Разное
2007
4
Канадские ученые обнаружили в кипятке живую
рыбу
Разное
2007
4
Власти США утверждают, что пища из клонированных
Разное
2007
4
животных безопасна
Полный справочник по уходу за пресноводными
тропи-
Разное
2007
5
ческими рыбами
Два объявления
Разное
2007
5
Требуются редакторы разделов
Разное
2007
6
Экономика и финансы домашнего хозяйства
Разное
2007
7
Юмор и объявления
Разное
2007
7
Курс лекций по ТРИЗ для начинающих
Разное
2007
8
Растения — твои друзья и недруги
Разное
2007
8
Юмор и объявления
Разное
2007
8
Эти странные русские
Разное
2007
9
Анатомия сканера: взгляд изнутри
Разное
2007
9
Анатомия сенсоров изображений
Разное
2007
9
Наглядное сравнение сканеров CCD и CIS
Разное
2007
9
Правда о колбасе
Разное
2007
9
Юмор и объявления
Разное
2007
9
Вольбахии: чужие внутри генома
Разное
2007
10
Информация к размышлению
Разное
2007
10
Информация к размышлению
Разное
2007
11
Традиционное предновогоднее послание
Разное
2007
12
Редакторам
Разное
2008
1
Полезные советы по работе в MS Word
Разное
2008
2
Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы
Разное
2008
2
Мы приглашаем редакторов
Разное
2008
3
Запись в библиотеку
Разное
2008
3
Алё, мы ищем редакторов
Разное
2008
4
Муравьи - грибоводы
Разное
2008
5
Искусственный рай
Разное
2008
6
Вакансии для физиков
Разное
2008
6
Малый алхимический свод
Разное
2008
7
Информация к размышлению
Разное
2008
8
Информация к размышлению
Разное
2008
9
Традиционное предновогоднее послание
Разное
2008
12
Работа мастера позолотчика
Разное
2009
1
Диссертация
Разное
2009
2
Как поступить в американский университет
Разное
2009
3
Конференция и симпозиум
Разное
2009
3
Международный симпозиум в Томске
Разное
2009
4
Весенний криз
Разное
2009
4
Диссертация
Разное
2009
7
Просьба
Разное
2009
7
Минералы
Разное
2009
8
Дух экономной лампы
Разное
2009
8
К читателям
Разное
2009
8
Открытое письмо президенту
Разное
2009
9
От редакции
Разное
2009
9
Волна пиратского залива
Разное
2009
10
От редакции
Разное
2009
10
Обман в науке
Разное
2009
11
Кое-что из Заблуждений
Разное
2009
11
От редакции
Разное
2009
11
Опиум для народа
Разное
2009
12
Что сбылось из прогноза РЭНД?
Разное
2009
12
Новогодняя элегия
Разное
2009
12
Ловцы человеков
Разное
2010
1
День святого Валентина
Разное
2010
1
От редакции
Разное
2010
1
Ловцы человеков (окончание)
Разное
2010
2
От редакции
Разное
2010
2
Покупаем комплектующие для ПК
Разное
2010
3
Новые горизонты Фулбрайта
Разное
2010
3
От редакции
Разное
2010
3
И это все о ней
Разное
2010
4
Фотогалерея
Разное
2010
4
От редакции
Разное
2010
4
И это все о ней (окончание)
Разное
2010
5
Фотогалерея и справочник
Разное
2010
5
От редакции
Разное
2010
5
Фотогалерея и справочник
Разное
2010
6
От редакции
Разное
2010
6
Фотогалерея и справочник
Разное
2010
7
Разговор с ангелом майским вечером
Разное
2010
7
Фотогалерея
Разное
2010
8
Клеи, замазки, цементы
Разное
2010
8
От редакции
Разное
2010
8
Фотогалерея
Разное
2010
9
От редакции
Разное
2010
9
Краткий определитель научного шарлатанства
Разное
2010
10
Переписка
Разное
2010
10
Фотогалерея
Разное
2010
10
От редакции
Разное
2010
10
Некоторые ядовитые растения
Разное
2010
11
Симпозиум! Симпозиум! Симпозиум!
Разное
2010
11
Фотогалерея
Разное
2010
11
От редакции
Разное
2010
11
Некоторые растения-психоделики
Разное
2010
12
Фотогалерея
Разное
2010
12
Традиционное предновогоднее послание
Разное
2010
12
Некоторые растения-психоделики (продолжение)
Разное
2011
1
Интересные факты по истории
Разное
2011
1
Фотогалерея
Разное
2011
1
Список опубликованного
Разное
2011
1
Книги из спецхранов
Разное
2011
2
Как работает электродвигатель
Разное
2011
2
Фотогалерея
Разное
2011
2
Симпозиум! Симпозиум! Симпозиум!
Разное
2011
2
От редакции
Разное
2011
2
Книги из спецхранов (продолжение)
Разное
2011
3
Фотогалерея
Разное
2011
3
Весенний призыв
Разное
2011
3
Книги из спецхранов (окончание)
Разное
2011
4
Нанопоры в молекулярной биологии
Разное
2011
4
Фотогалерея
Разное
2011
4
Экзамен по химии
Разное
2011
4
Доллар 98
Разное
2011
5
Лекарственные растения
Разное
2011
5
Сенсор для обнаружения панкреатита
Разное
2011
5
Фотогалерея
Разное
2011
5
Конкурс
Разное
2011
5
Дедушка Митрофаныч
Разное
2011
5
Лекарственные растения (продолжение)
Разное
2011
6
Фотогалерея
Разное
2011
6
От редакции
Разное
2011
6
Лекарственные растения (продолжение)
Разное
2011
7
Фотогалерея
Разное
2011
7
От редакции
Разное
2011
7
Лекарственные растения (окончание)
Разное
2011
8
Золото, золото, золото
Разное
2011
8
Защитные и клеящие составы
Разное
2011
8
Фотогалерея
Разное
2011
8
Из писем в редакцию
Разное
2011
8
Золото, золото, золото (окончание)
Разное
2011
9
Фотогалерея
Разное
2011
9
К научных работникам
Разное
2011
9
Ножевые и инструментальные стали
Разное
2011
10
Фотогалерея
Разное
2011
10
От редакции
Разное
2011
10
Домашняя библиотека Homelab
Разное
2011
11
Шарманка и кукуруза
Разное
2011
11
Опреснитель воды
Разное
2011
11
Фотогалерея
Разное
2011
11
От редакции
Разное
2011
11
Открытия и названия элементов
Разное
2011
12
Провал
Разное
2011
12
Фотогалерея
Разное
2011
12
Новогоднее поздравление
Разное
2011
12
Учимся использовать QSL
Системы
2007
5
Пример проектирования дискретного ПИД-регулятора
Системы
2007
9
Управление шаговым двигателем с помощью PC
Системы
2007
10
Основы автоматизации эксперимента
Системы
2008
2
Интерфейс RS-485
Системы
2008
12
Согласование сигналов для систем управления
Системы
2008
12
Принципы электросовместимости приборов
Системы
2008
12
Гальваническая развязка
Системы
2008
12
Протокол MODBUS
Системы
2009
2
Шина I2C
Системы
2009
2
Система КАМАК
Системы
2009
3
Х-10 - коммуникация через электросеть
Системы
2009
3
Подключение приборных плат к шинам компьютера
Системы
2009
4
Применение протокола Х-10 в домашней автоматизации
Системы
2009
4
Стандарты VME и VXI
Системы
2009
5
QNX/Neutrino
Системы
2009
5
Интерфейс RS-485
Системы
2009
6
Преобразователь интерфейса I2C - UART
Системы
2009
7
Однопроводный интерфейс компании DALLAS
Системы
2009
8
Управление выходом спирта
Системы
2010
2
Меморандум электронщикам
Системы
2011
1
С чего начинаются роботы
Системы
2011
3
С чего начинаются роботы (продолжение)
Системы
2011
4
С чего начинаются роботы (окончание)
Системы
2011
5
Передача информации по каналу связи
Системы
2011
9
Автоматическая система управления
Системы
2011
10
АЦП с USB
Системы
2011
11
Цветовая маркировка диодов.
Справочник
2006
12
Параметры отечественных излучающих диодов ПК
диапаСправочник
2006
12
зона .
Параметры отечественных излучающих диодов ПК
диапаСправочник
2006
12
зона .
Параметры прецизионных стабилитронов и стабисторов.
Справочник
2006
12
Параметры стабилитронов и стабисторов -
ограничитеСправочник
2006
12
лей напряжения.
Параметры стабилитронов и стабисторов малой мощности.
Справочник
2006
12
Параметры стабилитронов и стабисторов большой
мощСправочник
2006
12
ности .
Semiconductor Diodes.
Справочник
2006
12
Zener Diodes.
Справочник
2006
12
Цоколевка распространенных биполярных и полевых
Справочник
2006
12
транзисторов.
Общие сведения по малогабаритным электромагнитным реле
Справочник
2007
1
Параметры тиристоров.
Справочник
2007
2
Тривиальные названия химических веществ
Справочник
2007
2
Таблица растворимости неорганических веществ.
Справочник
2007
2
Растворители и разбавители
Справочник
2007
3
Зарубежные микросхемы и их аналоги
Справочник
2007
4
Бытовые яды
Справочник
2007
8
Опасные пищевые Е-добавки
Справочник
2007
9
Команды DOS
Справочник
2007
10
Справочник кустаря
Справочник
2007
12
Альфа и омега
Справочник
2008
4
Словарь компьютерного сленга
Справочник
2008
6
Старинные рецепты
Справочник
2009
1
Самодельный плазматрон.
Техника
2006
12
Электрохимическая установка.
Техника
2007
2
Высоковольтная лаборатория
Техника
2007
3
Ректификационная установка своими руками
Техника
2007
4
Самоделки для сада и огорода
Техника
2007
6
Дистиллятор с тепловым насосом
Техника
2007
10
Размышление на вечную тему (переработка мусора)
Техника
2007
11
Самодельное оборудование
Техника
2009
3
Анатомия и физиология контрольно-измерительных приборов
Техника
2009
9
Установка перегонки и ректификации спирта
Техника
2010
2
Устройства для получения пленок
Техника
2010
3
Магнитометры
Техника
2010
4
Эффективный способ получения газа Брауна
Техника
2010
4
Окно в инфракрасный мир
Техника
2010
5
Аппарат для синтеза бензина
Техника
2010
7
Самодельный плазмотрон
Техника
2010
11
Робот-сканер
Техника
2011
5
Муфельная печь МПК-2
Техника
2011
6
Самодельный пескоструйный аппарат
Техника
2011
7
Инвертор для индукционного нагрева
Техника
2011
12
Инвертор для индукционного нагрева - 2
Техника
2011
12
Коаксиальная криптоловая печь
Техника
2011
12
Пиво своими руками
Технологии
2007
1
Краткая инструкция по сканированию книг и обработке
Технологии
2007
1
сканов
Лабораторная технология
Технологии
2007
1
Приготовление спиртосодержащего сырья
Технологии
2007
4
Руководство по ректификации спирта
Технологии
2007
4
Табуретовка
Технологии
2007
4
Культивирование грибов
Технологии
2007
5
Левитация сверхпроводника
Технологии
2007
6
Газовый аккумулятор
Технологии
2007
6
Нетрадиционные технологии домашнего выращивания грибов
Технологии
2007
7
Наиболее характерные заражения грибной культуры,
Технологии
2007
7
мицелия, субстрата
Оцифровка печатных текстов
Технологии
2007
9
Выращивание грибов простым способом, т.1
Технологии
2007
9
Выращивание грибов простым способом, т.2
Технологии
2007
9
Домашнее пивоварение: технология двух кастрюль
Технологии
2007
10
Дать книге вторую жизнь
Технологии
2007
10
Изготовление фейерверков
Технологии
2007
10
Домашнее виноделие
Технологии
2007
11
Выращивание грибов
Технологии
2007
12
Литье
Технологии
2007
12
Разведение пивных дрожжей в домашних условиях
Технологии
2008
1
Жарим зерно дома
Технологии
2008
1
Эли бочкового созревания
Технологии
2008
1
Уксус. Что это такое и как его делают
Технологии
2008
1
Краткая инструкция для сканирования книг
Технологии
2008
2
Гальванопластика
Технологии
2008
2
Как сканировать журналы и брошюры
Технологии
2008
3
Искушение коньяка
Технологии
2008
3
Домашний эль
Технологии
2008
4
Производство грибов
Технологии
2008
5
Создание текстового слоя
Технологии
2008
6
Домашнее виноделие
Технологии
2008
7
Грибы на грядках
Технологии
2009
5
Техника стеклодувных работ
Технологии
2009
7
Стеклодувное дело (продолжение)
Технологии
2009
8
Лазерно-утюжная технология печатных плат
Технологии
2009
8
Искусственная икра
Технологии
2009
10
Выращивание грибов
Технологии
2009
12
Создание электронных книг из сканов
Технологии
2010
1
Извлечение духа вина
Технологии
2010
2
Технология красоты
Технологии
2010
3
Иллюстрации djvu-книг
Технологии
2010
3
Технология красоты (продолжение)
Технологии
2010
4
Технология красоты (продолжение)
Технологии
2010
5
Комплект DEE от LizardTech
Технологии
2010
5
Технология красоты (окончание)
Технологии
2010
6
Культивирование каннабиса
Технологии
2010
6
Светящаяся краска
Технологии
2010
7
Изготовление качественных печатных плат
Технологии
2010
7
Варим мыло
Технологии
2010
8
Книги своими руками
Технологии
2010
8
Золото из материнских плат
Технологии
2010
9
Работа с оргстеклом
Технологии
2010
10
Знакомство с портным
Технологии
2010
10
Введение в магнитные жидкости
Технологии
2010
11
Дамаск и булат
Технологии
2011
2
Технологии по работе со стеклом
Технологии
2011
7
Пескоструйная обработка стекла
Технологии
2011
7
Изготовление ножа
Технологии
2011
9
Как почистить сканы книг
Технологии
2011
10
Пиротехника для начинающих
Технологии
2011
11
Посуда и оборудование
Химичка
2007
1
Что и как сделать
Химичка
2007
1
Что и где взять
Химичка
2007
1
Кристаллы
Химичка
2007
4
Методика выращивания кристаллов
Химичка
2007
4
Опыты без взрывов
Химичка
2007
5
Электролиз
Химичка
2007
6
Девять уроков пиротехники
Химичка
2007
7
Химия для любознательных
Химичка
2007
8
Термит
Химичка
2007
9
Введение в пиротехнику
Химичка
2007
12
Опыты в домашней лаборатории
Химичка
2008
1
Некоторые синтезы для домашней лаборатории
Химичка
2008
2
Анализ грязных вод
Химичка
2008
3
Влечение запаха
Химичка
2008
4
Угольная батарея
Химичка
2008
8
Опыт создания угольного топливного элемента
Химичка
2008
8
Озон
Химичка
2008
10
Купоросное масло химии
Химичка
2008
11
Клондайк для химика
Химичка
2008
11
Желудочный сок химии
Химичка
2009
1
Грозное оружие химии
Химичка
2009
2
Первый, восьмой и семнадцатый
Химичка
2009
3
Светящиеся краски и краски-хамелеоны
Химичка
2009
4
Клондайк для химика
Химичка
2009
5
Получение аммиачной селитры
Химичка
2009
6
Выращивание кристаллов
Химичка
2009
11
Препараты из природного сырья
Химичка
2010
6
Препараты из природного сырья (продолжение)
Химичка
2010
7
Препараты из природного сырья (продолжение)
Химичка
2010
8
Препараты из природного сырья (продолжение)
Химичка
2010
9
Препараты из природного сырья (окончание)
Химичка
2010
10
Качественные реакции
Химичка
2010
11
Экстракция растительных алкалоидов
Химичка
2010
12
Работа со стеклом
Химичка
2011
1
Как сделать ракету
Химичка
2011
2
Получение щелочных металлов
Химичка
2011
3
Лаборатория юного химика
Химичка
2011
4
Некоторые кухонные рецепты
Химичка
2011
6
Простые рецепты
Химичка
2011
7
Изготовление реактивов
Химичка
2011
8
Изготовление реактивов (продолжение)
Химичка
2011
9
Изготовление реактивов (продолжение)
Химичка
2011
10
Изготовление реактивов (окончание)
Химичка
2011
11
Самодельные реактивы
Химичка
2011
12
Аналого-цифровой преобразователь из звуковой
карты.
Электроника
2006
12
Преобразование угла потенциометра в цифровой
код.
Электроника
2006
12
Прецизионный измеритель перемещения.
Электроника
2006
12
Устройство для обнаружения движущихся металлических
Электроника
2006
12
предметов.
Схема, обеспечивающая развертку по диагональной оси
Электроника
2006
12
любого осциллографа.
Блок питания аэроионизатора
Электроника
2007
1
Другой блок питания аэроионизатора
Электроника
2007
1
Еще один блок питания аэроионизатора
Электроника
2007
1
Варианты блока питания аэроионизатора
Электроника
2007
1
Электронный пылеулавливатель
Электроника
2007
1
Цифровая шкала - частотомер
Электроника
2007
4
Узлы электронных схем
Электроника
2007
5
Применение микросхемного стабилизатора К175ХП2
Электроника
2007
6
Как воруют электричество
Электроника
2007
7
Схемы питания высоковольтных устройств
Электроника
2007
8
Помехоустойчивые устройства
Электроника
2007
8
Полезные схемы
Электроника
2007
9
Простой импульсный блок питания на 15 Вт
Электроника
2007
10
Высоковольтная электроника
Электроника
2007
11
Приемники импульсного ИК излучения
Электроника
2007
12
Автоматическое бесконтактное переключающее
устройство
Электроника
2008
1
Конденсаторное реле сверхдлительных выдержек времени
Электроника
2008
1
Фотоэлектронные устройства (обзор)
Электроника
2008
1
Числоимпульсный генератор
Электроника
2008
1
Измерение температуры датчиком DS1820
Электроника
2008
2
Источники стабильного тока и их применение
Электроника
2008
2
Электронно-оптический индикатор
Электроника
2008
2
Индикаторы магнитных полей
Электроника
2008
2
Приборы для научных исследований
Электроника
2008
3
Преобразователи частоты и устройства плавного пуска
Электроника
2008
4
Регулировка мощности
Электроника
2008
4
Лабораторный блок питания 0...20 В
Электроника
2008
4
Управление сетевой нагрузкой
Электроника
2008
4
Термометр цифровой
Электроника
2008
5
Универсальный регулятор мощности
Электроника
2008
5
Радиоэлектронные устройства
Электроника
2008
6
Ремонт СД-проигрывателей
Электроника
2008
7
Экономичный источник питания счетчика Гейгера
Электроника
2008
8
Сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения
Электроника
2008
8
Радиолюбительский дозиметр
Электроника
2008
8
Прибор непрерывного радиационного контроля
Электроника
2008
8
Радиационный индикатор в радиоприемнике
Электроника
2008
8
Датчик радиации в охранной системе
Электроника
2008
8
Создание USB-устройств
Электроника
2008
9
Программируемый логический контроллер
Электроника
2008
9
Заготовка для исследования переходных процессов
Электроника
2008
9
Микроконсоль для Бейсик-контроллера
Электроника
2008
9
AVR BASINT
Электроника
2008
9
Индукционная печь
Электроника
2008
10
Контактный терморегулятор
Электроника
2008
10
Электроника для биологов
Электроника
2008
11
Измеритель индуктивности, сопротивления и емкости
Электроника
2008
11
Блок питания радиолюбителя
Электроника
2008
11
Исследование динамических параметров БП в N1 Multisim
Электроника
2008
11
Датчики в системах сбора данных и управления
Электроника
2008
11
От сайта к сайту
Электроника
2008
12
Цифровое управление паяльником
Электроника
2008
12
FT8U245AM в интерфейсе USB
Электроника
2009
1
Преобразователи интерфейса USB на микросхемах
FT8U232AM, FT8U245AM
Электроника
2009
1
Наглядная электроника
Электроника
2009
1
Многоточечный термометр
Электроника
2009
2
Работа АЦП с СОМ портом
Электроника
2009
2
Наглядная электроника (продолжение)
Электроника
2009
2
Функциональные модули установок ИФВЭ
Электроника
2009
3
Наглядная электроника (продолжение)
Электроника
2009
3
Формирование микроконтроллерами интервалов времени
Электроника
2009
4
Преобразование сигналов в заданные логические уровни
Электроника
2009
4
Наглядная электроника (продолжение)
Электроника
2009
4
Наглядная электроника (окончание)
Электроника
2009
5
Анатомия микроконтроллерных схем
Электроника
2009
6
Измерительные цепи
Электроника
2009
7
Цифровой термометр с датчиком LM75AD
Электроника
2009
8
Как использовать карты MMC/SDC
Электроника
2009
8
Практика создания ПИ-регуляторов
Электроника
2009
9
Высоковольтный усилитель постоянного тока
Электроника
2009
10
Пьезокерамический трансформатор
Электроника
2009
10
Быстродействующий повторитель напряжения
Электроника
2009
10
Источник мощных прямоугольных импульсов света
Электроника
2009
11
Измерение временных интервалов
Электроника
2009
12
Инфранизкочастоный диэлектрический спектрометр
Электроника
2010
1
Устройство для определения диэлектрических параметров
Электроника
2010
1
Счетчик Гейгера
Электроника
2010
2
Цифровой глаз с памятью
Электроника
2010
6
Управление лампой через интернет
Электроника
2010
8
Управление лампой через USB
Электроника
2010
8
Включение компьютера звонком телефона
Электроника
2010
8
Управление шаговым двигателем через USB
Электроника
2010
9
ШИМ-контроллер на микроконтроллере AVR
Электроника
2010
9
ИК радар близкого действия
Электроника
2010
10
Инфракрасный радар
Электроника
2010
10
Подключение карт памяти к микроконтроллерам
Электроника
2010
11
Устройство регистрации температуры
Электроника
2010
11
Разработка датчика угловой скорости
Электроника
2010
12
Высоковольтный источник питания 0-1000 В
Электроника
2011
1
Миниатюрный осциллограф
Электроника
2011
2
Homemade Arduino
Электроника
2011
3
Мир электронщика
Электроника
2011
4
Контроллер шагового двигателя для робота
Электроника
2011
5
Контроллер униполярного шагового двигателя
Электроника
2011
5
Управление шагового двигателя на ПЛИС
Электроника
2011
5
Самодельный мини-эхолот
Электроника
2011
6
Универсальный измерительный прибор «АВО-2006»
Электроника
2011
6
Цифровой акселерометр
Электроника
2011
7
Подключение детектора типа сцинтиллятор-фотодиод
Электроника
2011
8
Цифровой генератор низкой частоты
Электроника
2011
8
Источник стабилизированного высокого напряжения
Электроника
2011
8
Формирователь киловольтных импульсов
Электроника
2011
9
Простой источник стабильного тока
Электроника
2011
9
Источник для зарядки емкостных накопителей
Электроника
2011
11
Физики продолжают шутить
Юмор
2007
6
Юноше, обдумывающему житье
Юмор
2007
10
Телевизор на службе здоровья
Юмор
2007
12
Справочник Гименея
Юмор
2008
4
Это должен знать каждый таракан
Юмор
2008
5
0 жидком воздухе
Юмор
2008
7
Анекдот
Юмор
2008
8
Анекдоты
Юмор
2008
9
Теория валентности
Юмор
2009
3
История физики
Юмор
2009
4
Про бизнес
Юмор
2009
5
Проект Genesis
Юмор
2009
7
Химики еще шутят
Юмор
2010
11
Закон Мэрфи
Юмор
2010
12
2 = 1
Юмор
2011
1
Всемирное тяготение
Юмор
2011
2
Теория относительности
Юмор
2011
3
Фокусы квантовой теории
Юмор
2011
4
Что значит быть PhD
Юмор
2011
4
Библейские байки
Юмор
2011
5
Математики тоже шутят
Юмор
2011
6
Собутыльник
Юмор
2011
7
Гений
Юмор
2011
7
Подлокотник
Юмор
2011
9
0 побочных аспектах современной цивилизации
Юмор
2011
9
Невероятный симбиоз
Юмор
2011
10