Text
                    ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
шттттж
ИЮНЬ-ИЮЛЬ 2016


ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ Научно-практический и образовательный интернет-журнал Адрес редакции: domlab@ inbox.com Статьи для журнала направ- лять, указывая в теме пись- ма «For journal». Журнал содержит материалы найденные в Интернет или написанные для Интернет. Журнал является полностью некоммерческим. Никакие го- норары авторам статей не выплачиваются и никакие оп- латы за рекламу не принима- ются. Явные рекламные объявления не принимаются, но скрытая реклама, содержащаяся в статьях, допускается и даже приветствуется. Редакция занимается только оформительской деятельно- стью и никакой ответствен- ности за содержание статей не несет. Статьи редактируются, но орфография статей является делом их авторов. использовании материа- зтого журнала, ссылка При лов на него не является обяза- тельной, но желательной. Никакие претензии за не- вольный ущерб авторам, за- имствованных в Интернет статей и произведений, не принимаются. Произведенный ущерб считается компенсиро- ванным рекламой авторов и их произведений. По всем спорным вопросам следу- ет обращаться лично в соответ- ствующие учреждения провинции Свободное государство (ЮАР). При себе иметь, заверенные ме- стным нотариусом, копии всех необходимых документов на афри- каанс, в том числе, свидетель- ства о рождении, диплома об образовании, справки с места жительства, справки о здоровье и справки об авторских правах (в 2-х экземплярах). СОДЕРЖАНИЕ Популярная палеогеография (окончание) Мир микробов (продолжение) Осваиваем статистику (продолжение) Учебные опыты по органической химии Технологический контроллер (продолжение) Рентгеновская установка Рентгеновский сканер Рентгеновский томограф Физика для самых маленьких (продолжение) Культивирование нехороших растений Наука Плоского мира Фляжка Биологически активные растения (продолжение) В мире насекомых (продолжение) Как сеять грибы Электродвигатели Фотогалерея НА ОБЛОЖКЕ Рисунок к публикации «Наука Плоского мира». Я вижу: мыслью ты измерил целый мир, Постиг планет могучее движенье, Рожденье звезд и их происхожденье, И весь порядок жизни мировой Есть только беспорядок пред тобой! Июнь-Июль 2016 История Ликбез 53 65 Химичка 80 Электроника 92 Техника 102 108 113 Мышление 118 Технологии 169 Литпортал 179 Юмор 297 Разное 304 327 353 356 372
История ПОПУЛЯРНАЯ ПАЛЕОГЕОГРАФИЯ Ясаманов Н.А. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ МЕЗОЗОЙСКОЙ ЭРЫ Мезозойская эра, или эра средней жизни — довольно продолжительный отрезок геологической истории Земли длительностью около 175 млн. лет. Несмотря на то, что мезозой затерян в дебрях далекого прошлого, о существовании в то время природных условий, разнообразных ландшафтов, о составе атмосферы, солености и глубинах морей и океанов, холодных и теплых течениях, животных и растительном покрове можно судить — уверенно и подробнее реконструировать их, чем, напри- мер, палеозоя. Отложения морского и континентального происхождения мезозой- ского возраста весьма многочисленны и распространены достаточно широко на всех континентах. Они содержат обильные остатки беспозвоночных и позвоночных животных, стволов и веток, отпечатки побегов и листьев, многочисленные споры и пыльцу растений. В отложениях запечатлены следы тектонических движений, вулканизма и экзогенных преобразований. В отличие от более древних периодов геологического прошлого, когда о ланд- шафтах и особенностях органического мира мы могли судить только по изучению отложений современных континентов, начиная со среднего мезозоя появляются геологические данные по морям и океанам. Благодаря глубоководному бурению на
основании изучения керна скважин получены неоценимые сведения не только о со- ставе и возрасте пород залегающих на глубинах нескольких сот и даже тысяч метров от поверхности дна океанов, но и об условиях их образования. В течение мезозоя в разных районах планеты периодически происходили интен- сивные складкообразовательные и горообразовательные движения, сопровождаемые обильными вулканическими извержениями. Осуществлялось не только разрастание устойчивых областей земной коры, но и расколы континентов по крупным разломам с образованием рифтовых зон и активные перемещения литосферных плит. Триасовый период — время раскола земной коры В течение триасового периода, продолжавшегося около 35 млн. лет, в резуль- тате крупнейших расколов земной коры Пангея — этот супергигантский материк — разделился на два огромнейших материка — Гондвану и Лавразию. Ранний триас — время полного завершения герцинского орогенеза. Поднятия и складкообразовательные движения в это время обозначились в Аппалачах, в пре- делах Мексиканского залива, на о-ве Тасмания, в Восточной Австралии, на юге Африки (Капские горы) и в Монголо-Охотском поясе. Поднятиями были охвачены обширные платформенные участки. Области активиза- ции платформ и орогенные области1 характеризовались не только активным возды- манием, но и формированием глубинных разломов и интенсивным вулканизмом. В триасовом периоде произошел распад Гондваны и Лавразии. Вдоль возникших глу- бинных разломов, предопределивших контуры современных материков южного полу- шария, впоследствии образовались глубокие протяженные впадины — рифтовые зо- Крупный самостоятельный структурный элемент земной коры, формирующийся в особую стадию развития платформ.
ны, вначале весьма похожие на современные рифты Байкала или зону Великих Аф- риканских разломов. На границе палеозоя и мезозоя разломы рассекли многие устойчивые участки земной коры. Например, на Сибирской платформе они явились центрами излияний базальтовых лав, известных под названием траппов. Эти траппы имеют мощность около 15 км и занимают территорию свыше 500 тыс. км2. В конце среднего триаса отдельные участки Тихоокеанского, Верхоянского, Кордильерского, Средиземноморского геосинклинальных поясов1, а также некото- рые герцинские структуры2 (Шпицберген, Мангышлак, Туаркыр), залитые морем, были приподняты и подверглись размыву. В конце триасового периода произошла новая вспышка вулканизма. По ожившим древним и вновь образованным разломам на земную поверхность с глубины в не- сколько сот километров устремились потоки базальтовых лав. Под тяжестью мно- гокилометровых толщ базальтов земная кора прогибалась, и по возникшим трещи- нам изливались новые порции базальтовых лав. Новая тенденция в развитии лито- сферы Земли наметилась в связи с расколом Пангеи и раздвижением континентов в разные стороны. В это время полностью закрылся океан палео-Тетис, Китайский континент причленился к Евразии, возник новый мезозойский океан Тетис, распо- лагавшийся между Евразиатским и Африканским континентами. Тетис сильно сужал- ся к западу и расширялся в восточном направлении. Это дало основание устано- вить существование в Тетисе двух расходившихся на восток ветвей срединно- океанических хребтов. Северная ветвь охватывала Альпы, Карпаты, Балканы, Ма- лый Кавказ и Эльбрус, а южная — Апеннины, Динариды, Анатолию и Южный Иран. Между этими хребтами располагались микроконтиненты: Итальянский, Родопский, Иранский. В то далекое время максимальная ширина мезозойского океана Тетис составляла 2500 км. Вдоль рифтовых зон начала раскрываться Северная Атлантика, находившаяся ме- жду Северо-Американским и Африканским континентами. Южная Америка соединялась с Африкой, но отделялась от Северной Америки океаническими просторами, суще- ствовавшими на месте современного Карибского моря и Мексиканского залива. В триасовом периоде произошло образование частей современного Северного Ле- довитого океана. Во всяком случае, в настоящее время вскрыты погребенные под чехлом мощных толщ осадочных образований грабены3, многие из которых распола- гаются в пределах Западно-Сибирской низменности и раскрываются в северном на- правлении. Западно-Сибирская низменность должна была стать океаном, но даль- нейшее сближение Европы и Сибири помешало этому. Растяжение литосферы с образованием океанов компенсировалось сжатием на континентальных окраинах, в результате которого появились вулкано- плутонические комплексы на окраине Евразии (Монголия, Забайкалье, Юго- Восточной Китай). На западных окраинах Северной и Южной Америки существовали Синонимы: складчатый геосинклинальный пояс, складчатый пояс, геосинклиналь - об- ширный линейно вытянутый тектонически высокоподвижный пояс земной коры. Располагает- ся либо между древними континентальными платформами, либо между платформами и ложем океана, включая внутренние и окраинные моря, островные дуги и глубоководные желоба. 2 Герцинская складчатость (по названию горной группы Центра Европы, известной у древних римлян как Герцинский Лес — лат. Hercynia Silva, Saltus Hercynius), варис- цийская (варисская) складчатость (по древнему названию областей Саксонии, Тюрингии и Баварии — лат. Cur Variscorum) , — зра тектогенеза (конец девона — начало триаса) , проявившаяся в палеозойских геосинклиналях; завершилась возникновением складчатых горных систем — герцинид (варисцид). 3 Graben — (ров, канава) — дислокация, участок земной коры, опущенный относительно окружающей местности по крутым или вертикальным тектоническим разломам. Длина грабе- нов достигает сотен километров при ширине в десятки и сотни километров. Грабены обычно образуются в зонах растяжения земной коры (рифтовых зонах).
протяженные островные дуги, сходные с современными островными дугами восточ- ной акватории Тихого океана. Островные дуги имелись также в пределах совре- менной Новой Зеландии и Новой Каледонии, а также в Западной Антарктиде. В тесной зависимости от тектонической жизни планеты развивались морские трансгрессии и регрессии. Рост размеров суши и увеличение ее гипсометрическо- го уровня1 в основном осуществлялся за счет горообразовательных процессов, проявлявшихся на границах литосферных плит. В среднем триасе сократились площади осадконакопления на платформах, и мно- гие из них были приподняты и подвержены размыву. На окраинах и в центральных частях древних платформ и эпигерцинских плит образовались узкие, глубокие грабенообразные прогибы — авлакогены, которые заполнялись грубым терригенным материалом, а иногда и угленосными толщами. В позднетриасовую эпоху площадь эпиконтинентальных морей увеличилась незна- чительно, однако трансгрессии были кратковременными. В это время возникли складчатые структуры, так называемые ранние мезозоиды. Древнекиммерийская фа- за складчатости проявилась в Индонезии, Индокитае, Тибете, Северном Афгани- стану, на Эльбурсе, Кавказе и Балканах. Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в позднетриасовой эпохе. Континенты и микроконтиненты: Ик - Индо- китайский; Ир - Иранский. Однако, несмотря на довольно обширные поднятия, рельеф континентов не отли- чается большими контрастами и высотой. На платформах господствовали аккумуля- тивные и денудационные равнины2. К первым относятся крупные озерно- Гипсометрическими данными для какой-нибудь местности называются высоты ее точек, определенные каким бы то ни было способом нивелирования, соответственно чему эти данные бывают весьма различной точности. 2 Денудационные равнины — равнины, созданные под воздействием экзогенных процессов, в частности, выветривания, которое не стоит понимать буквально как работу ветра. Вы- ветривание есть процесс разрушения горной породы химическими, физическими и прочими природными процессами и явлениями.
аллювиальные внутриконтинентальные комплексы, озерно-дельтовые приморские и эоловые (пустынные) низменности с небольшими увалистыми водораздельными воз- вышенностями, а ко вторым — денудационные холмистые и возвышенные равнины. Спокойные плавные очертания рельефа иногда нарушались узкими и протяженными впадинами. В них обычно располагались речные долины и озера. Глубина морей, покрывавших современные континенты, была небольшой. Только в геосинклинальных областях и вблизи срединно-океанических хребтов существовал контрастный рель- еф с перепадами глубин в несколько тысяч метров. Сильные изменения произошли в триасовом периоде в составе органического ми- ра . На смену вымершим в конце перми группам фауны и флоры пришли новые. На- земный растительный мир знаменовался появлением важнейших представителей хвойных и дальнейшим развитием гинкговых и цикадофитовых. Наряду с ними про- должали существовать реликты палеозойских семенных папоротников, кордаитов и каламитов, которые, однако, уже в середине триаса вымерли. Животному царству суши было свойственно преобладание рептилий и заметное сокращение земноводных, в частности стегоцефалов. Существенные изменения про- изошли в классе рептилий. Зверообразные и котилозавры вымерли, и им на смену в середине триаса пришли динозавры. В триасе появились и первые млекопитаю- щие . Это были мелкие и весьма немногочисленные животные. Органический мир морей был довольно богат и многообразен. В мелководных, нормально-соленых условиях большого расцвета достигли головоногие моллюски — аммониты и белемниты. Аммониты в отличие от своих позднепалеозойских предков имели более сложное строение и весьма богатую и разнообразную скульптуру го- ризонтально завитой раковины. Сильно видоизменилась фауна двустворчатых мол- люсков — появились устрицы, возникли новые роды среди брюхоногих моллюсков и морских ежей, а также первые представители шестилучевых кораллов. Большого разнообразия достигли морские позвоночные. К плавающим пресмыкающимся относи- лись многочисленные ихтиозавры и плезиозавры, а среди рыб преобладали кости- стые . Практически повсеместное распространение имел однотипный теплолюбивый комплекс морских беспозвоночных. Например, остатки одних и тех же рептилий и амфибий, жизнедеятельность которых прекращалась при среднегодовых температу- рах ниже 10 °С, обнаружены даже на крайнем северо-востоке и востоке Евразии и в южной части Австралии, т. е. в тех районах, которые по палеомагнитным дан- ным располагались вблизи Северного и Южного полюсов. По-видимому, даже в око- лополярных районах в раннем и среднем триасе температура вряд ли опускалась ниже уровня, характерного для субтропического пояса. В течение раннего и среднего триаса на Земле существовали четыре основные природные зоны: экстрааридная (пустынная), умеренно аридная зона сухих и опустыненных саванн, переменно-влажная и равномерно-влажная. Экстрааридные условия господствовали на значительной части Северо- Американского, Африканского, Евразиатского материков, на севере Южной Америки и в Австралии. В этих районах располагались крупные пустыни с характерными эоловыми формами рельефа — дюнами, барханами и такырами. Пустыни пересекались только редкими транзитными крупными реками. В одиночных оазисах, находившихся на берегах водоемов и в речных долинах, произрастали устойчивые к засухе де- ревья, главным образом своеобразные хвойные и цикадофитовые. В редких пресно- водных и слабозасолоненных бассейнах существовал резко обедненный в видовом и родовом отношении комплекс остракод и двоякодышащих рыб. Более умеренные аридные тропические условия в течение значительной части триаса преобладали на севере Северной и Южной Америки, в Северной Европе, За- падной и Южной Сибири, Китае и Монголии. Растительный покров не был сплошным, но оазисы встречались значительно чаще, чем в экстрааридной зоне. Состав рас- тительности в них был довольно разнообразный. Наряду с позднепалеозойскими реликтами (папоротники и кордовые) здесь господствовали хвощевые.
Густые заросли из сравнительно влаголюбивых ассоциаций растений располага- лись в широких долинах, на побережьях крупных озер и приморских низменностях. В переменно-влажной области тропического климата господствующим типом ланд- шафта являлась лесная саванна. Фауна морей переменно-влажной и умеренно арид- ной областей тропического пояса отличалась богатством видов и родов. На шель- фах наряду с кораллами, брюхоногими двустворчатыми и головоногими моллюсками, мшанками, морскими ежами и лилиями обитали рыбы и водные рептилии. Среди по- следних особо выделялись ихтиозавры (рыбоящеры) и плезиозавры. Ихтиозавры — эти хищники мезозойских морей — были великолепными пловцами. Размеры их пре- вышали 2 м. Они имели гладкую кожу, удлиненный череп с зубастой пастью. Тело заканчивалось вертикальным кожистым хвостовым плавником. В отличие от ихтио- завров плезиозавры имели массивное тело, короткий хвост, ластообразные конеч- ности, очень длинную шею и маленькую голову. Массивность и строение тела по- зволяли плезиозаврам обитать только в воде и передвигаться в пределах обшир- ных мелководий с глубинами, не превышающими 2-4 м. Их размеры достигали 15 м. Приморские и внутриматериковые озерно-аллювиальные равнины в областях пере- менно-влажного и умеренно аридного климата являлись основным местообитанием рептилий. В этих условиях существовали ящеротазовые динозавры (их иногда на- зывают ужасными ящерами) и амфибии. Большое распространение в триасе имели листрозаурусы. Эти пресмыкающиеся достигали в длину 120 см. Массивное тело держалось на коротких и сильных но- гах, челюсть изгибалась кверху, все зубы были направлены внутрь и только два небольших клыка выпирали наружу. Находки скелетов листрозаурусов, этих типич- но сухопутных животных, в Африке, Южной Америке, Индии, Австралии и Антаркти- де доказывают единство материков в виде Гондваны и отсутствие в триасовое время каких-либо разделявших их крупных водных преград. Равномерно-влажные тропические условия в течение всего триаса господствова- ли в Юго-Восточной Азии, Индии, Южной Америке и Антарктиде. Здесь главенст- вующее положение занимали лесные и озерно-болотные ландшафты. В составе лесов принимали участие такие представители голосеменных, как цикадофитовые, бен- неттитовые, гинкговые, а также древовидные папоротники, плауны и хвощи. На приморских озерно-дельтовых и озерно-аллювиальных низменностях в услови- ях экваториального влажного климата располагались густые заросли лесов, напо- минавших современные дождевые экваториальные леса. В их состав входили древо- видные папоротники, цикадофитовые и беннетитовые. Обилие влаги и растительной массы способствовало накоплению залежей угля. Хотя площадь аридного климата сократилась, но особенности осадконакопления и характер жизнедеятельности животных по сравнению по сравнению со средним триасом существенно не изменились. Наиболее прохладные условия в течение триасового периода существовали на северо-востоке Евразии. По сравнению с другими областями здесь обнаружено очень малое содержание карбонатного материала (одного из основных показателей теплого климата), установлен иной тип растительности и животного царства, в котором отсутствуют типичные группы тропических организмов (кораллы, морские ежи). Остатки морских беспозвоночных обладают нежными и тонкими раковинами. На протяжении триасового периода наблюдается очень интересная зависимость организмов от окружающей среды. Вследствие возрастания сухости воздуха в пер- вой половине триаса многие рептилии были вынуждены проводить значительную часть времени в неглубоких озерах, реках и в прибрежных зонах морей. Причем некоторые из них (ихтиозавры и плезиозавры) по мере увеличения аридизации стали совсем водными формами. Другие, наоборот, приспособились к обитанию на суше и приобрели толстый роговой панцирь, предохраняющий их от испарения и перегревания. В конце триаса ввиду сильного изменения ландшафтно- климатических обстановок произошло обновление фауны рептилий.
Юрский период — расцвет динозавров Юрский период — один из самых характерных периодов мезозойской эры. Во мно- гих отношениях он отличается от триасового, и главное заключается в том, что юра — это время типично морских условий в жизни континентов. Отмечаются две морские трансгрессии, которые одновременно охватили почти все континенты. Они проявились в конце раннеюрской и начале позднеюрской эпохи и разделялись от- четливой регрессией среднеюрской эпохи. Тектоническая жизнь на планете в течение юрского периода была более интен- сивной, чем в триасе. Для этого периода типичны процессы складко- и горообра- зования, происходившие в результате столкновения литосферных плит, и крупные нарушения глыбового характера в пределах платформ и областей активизации. Об- разование горстовых поднятий и грабенов сопровождалось интенсивным наземным вулканизмом. Древнекиммерийский орогенез затронул отдельные районы Альпийско- Гималайского пояса (Пиренеи, Альпы, Карпаты, Крым, Кавказ, Тибет, Индокитай). Орогенические движения происходили в конце средней юры, но особой силы они достигли в позднеюрскую эпоху, когда охватили северные районы Тихоокеанской геосинклинального пояса. Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в позднеюрской эпохе. Континенты и микрокон- тиненты: Аф - Африка; Ир - Иранский. В это же время Австралия и Антарктида отделились от Африки и Индии, и воз- никший новый Индийский океан соединился с восточной окраиной океана Тетис. Наиболее обширным в юрском периоде был Тихий океан. Его размеры даже превыша- ли современные. Азия отделилась от Северной Америки океаническим бассейном. На западной окраине Северной Америки происходила интенсивная складчатость — так называемый невадийский орогенез, который по времени соответствовал позд- некиммерийскому. Складкообразование сопровождалось внедрением крупных интру- зий и высокотемпературным метаморфизмом. Образование невадийского пояса складчатости и батолитов было обусловлено процессом столкновения континента с
островной дугой. Активная тектоническая жизнь непосредственно оказывала влияние на распреде- ление морских бассейнов и рельеф земной поверхности. В начале поздней юры на- ступила одна из крупнейших мезозойских трансгрессий. В это время морские воды проникали по вновь образованным грабенообразным структурам далеко в глубь платформ. Море затопило не только значительную часть Евразии, Северной Амери- ки, Южной Америки, но и восточное и западное побережье современной Африки, западное побережье Мадагаскара, Индию и Австралию. Однако в результате акти- визации тектонических движений в конце юрского периода в ряде районов насту- пила регрессия моря. Это обусловило не только обмеление морских бассейнов, но и возникновение обширных лагун и заливов с повышенной соленостью воды. Различная интенсивность тектонических движений привела к формированию раз- нообразных крупных форм рельефа земной поверхности. Максимальная глубина вновь образованных океанических бассейнов не превышала нескольких тысяч мет- ров . В их пределах выделялись абиссальные и батиальные области, зоны матери- кового склона и обширные шельфовые участки, постепенно переходящие в эпикон- тинентальные моря. Максимальная глубина последних составляла 400-500 м. Наиболее сложным и контрастным рельефом обладали области, испытавшие кимме- рийские движения. Для них были характерны неровное дно морских бассейнов, со- седство глубоководных впадин с поднятыми участками дна и островными дугами, расчлененное побережье и сильно изрезанная береговая линия. Приморские низ- менности сравнительно быстро переходили в возвышенности и горные массивы, ко- торые прорезывались многочисленными реками. Менее контрастный рельеф сущест- вовал на платформах. Лишь в центральных их частях располагались выровненные возвышенности и холмисто-увалистые равнины, сменяющиеся аккумулятивными озер- но-аллювиальными и озерно-дельтовыми приморскими низменностями. Юрская флора характеризовалась господством голосеменных форм. Споровые, в основном папоротниковые и хвощевые образовывали самостоятельные заросли в пределах отдельных сильно увлажненных низменностей, примыкавших к морям и крупным озерам. Растительный покров в первой половине юрского периода был представлен хвойными, цикадофитовыми, беннеттитовыми и гинкговыми. В поздней юре в связи со снижением влажности леса поредели, исчезли влаголюбивые формы и появились растения, способные переносить засуху. Вначале редколесья распо- лагались на возвышенностях, но впоследствии из-за роста засушливости они рас- пространились и на приморские низменности. Флора юрского периода была хорошо дифференцирована как в экологическом, так и в географическом плане. Это определялось воздействием зонального и провин- циального климата высотой суши и соотношением площади суши и моря, наличием крупных орографических рубежей и т. д. По экологическому характеру и систематическому составу в течение ранней и средней юры на платформах северного полушария, флора которых в настоящее вре- мя хорошо изучена, существовали, по крайней мере, три геоботанические зоны. Флора, произраставшая на северо-востоке Евразии и северо-западе Северной Аме- рики, обладала наименьшим систематическим разнообразием, и характеризовалась слабым развитием теплолюбивых форм и отсутствием представителей тропической и экваториальной флоры. Здесь росли главным образом хвойно-гинкговые леса. Теплолюбивые цикадофитовые и беннеттитовые появились только на южных окраи- нах зоны хвойно-гинкговых лесов. По сравнению со своими сородичами из южных областей они имели небольшую высоту и слабо разветвленный ствол. Роль травя- нистого покрова в хвойно-гинкговых лесах играли низкорослые папоротники, мел- кие хвощи и плауны. Деревья обладали годовыми кольцами нарастания, подобными тем, которые имеются современных деревьев, растущих в условиях сезонных коле- баний температур. Однако, по мнению известного советского палеоботаника В. А. Вахрамеева, климат зоны хвойно-гинкговых лесов вряд ли можно было считать су-
ровым. Несмотря на хорошо выраженную сезонность климата, зимы были мягкими: средние зимние температуры не опускались ниже О °С. Многие гинкговые в про- хладные сезоны года теряли листву. В юрское время проявилась вертикальная климатическая зональность, обуслов- ленная существованием значительной разницы в температурном режиме и увлажне- нии между низменностями, возвышенностями и горными массивами. В горах произ- растали хвойные леса, а на хорошо дренированных низменностях — хвойно- гинкговые и гинкговые леса. В областях высоким температурным режимом на низ- менностях росли цикадофитовые, беннеттитовые и смешанные — цикадофитово- беннеттитовые леса, а на слабо дренированных низменностях, подвергавшихся за- болачиванию, и на широких заболоченных поймах располагались заросли папорот- ников и хвощей. В ранней и средней юре в зоне хвойно-гинкговых лесов существовала необычай- но высокая увлажненность, что и предопределило развитие обильно увлажненных ландшафтов. Здесь располагались озерно-болотные и сильно заболоченные низмен- ности. В широких речных долинах находились пойменные заболачивающиеся озера и старицы. В них, а также в дельтах полноводных рек накопление растительных ос- татков способствовало формированию угленосных осадков. Наибольшее разнообразие имела тропическая флора, в которой преобладали ци- кадофитовые и беннеттитовые. Исходя из разного систематического состава в различных ландшафтах тропического пояса выделяются несколько палеофлористиче- ских областей и зон. Одной из многих являлась Индо-Европейская область, рас- положенная в пределах Евразиатского материка. Примерно такая же флора произ- растала на Тихоокеанском побережье Северной Америки, в Австралии и в Южной Америке. Значительные изменения в составе растительного покрова и географиче- ском распространении различных форм произошли в позднеюрскую эпоху. Только флора южных и северных приполярных районов по существу сохранила свой прежний облик. Благодаря высокой влажности и сохранившемуся температурному режиму здесь продолжали рост хвойно-гинкговые леса с папоротниковым подлеском. По- степенно смещавшаяся в северном полушарии засушливость климата вносила опре- деленные коррективы не только в распределение ландшафтных обстановок, но и в состав и распределение растительного покрова. В районах, которые подверглись сильной аридизации, многие влаголюбивые формы исчезли, леса поредели, и в них сохранились лишь засухоустойчивые формы. Практически полностью исчезли гинк- говые и папоротниковые. В целом растительный покров в областях умеренного ув- лажнения стал напоминать в экологическом отношении современные леса восточной части Средиземноморья. Растительность ксерофильного редколесья обладала чер- тами, свойственными засушливому климату. Беннеттитовые и цикадофитовые имели кожистые листья, а хвойные — чешуйчатую хвою. В низких широтах из-за высокой степени аридизации растительный покров был сильно разрежен, а местами полностью отсутствовал. Деревья произрастали толь- ко в долинах рек и вблизи источников воды. Здесь основная роль принадлежала опустыненным саваннам, саванно-степям и полупустыням. В областях с сильным дефицитом влаги располагались пустыни. В низких широтах, в областях обильного увлажнения, тип растительного покро- ва в поздней юре по сравнению с ранне- и среднеюрской эпохами почти изменил- ся. Здесь произрастали влаголюбивые тропические и экваториальные сообщества бенеттиттовых, цикадофитов и древовидных папоротников. Фауна позвоночных юрского периода характеризовалась значительным развитием гигантских рептилий, среди которых различаются наземные, водные и летающие формы, травоядные и хищные. Родоначальником динозавров являлись сравнительно широко распространенные еще в конце триаса мелкие ящеры — текодонты. В триасе эти ящеры стали пере- двигаться на двух задних ногах. Поскольку главным органом чувств у рептилий
были глаза, преимуществом по сравнению с другими обладали особи с высоко под- нятой головой. Они лучше ориентировались среди высокой травянистой раститель- ности . Многие из динозавров имели гигантские размеры. Длина некоторых из них была 20-25 м, а масса достигала 30-35 т. Среди динозавров были распространены как четырехногие формы, так и двуногие. Многие гиганты вели полуназемный образ жизни. Значительную часть времени они, подобно современным бегемотам, прово- дили в воде. Для поддержания большого веса тела кости скелета должны были об- ладать значительной прочностью. Однако быстро перемещаться по суше такие ги- ганты не могли. Они обладали полыми костями скелета, тонкими зубами, пригод- ными для поедания только мягких побегов и водорослей, и облегченными шейными позвонками. Динозавры, ведущие полуназемный образ жизни, имели далеко отодви- нутые глаза и длинные носовые (воздухоносные) ходы. Благодаря этому, напри- мер, утконосые динозавры зауролофы могли полностью погружаться в воду, спаса- ясь от врагов или в поисках пищи. Некоторые полуназемные динозавры имели укороченные передние конечности, снабженные перепонками, длинный уплощенный хвост. Они были хорошими пловцами. В то время как полуназемные динозавры передвигались преимущественно на четы- рех ногах (диплодоки, бронтозавры) и реже на двух (зауролофы), типично назем- ные формы, за малым исключением, были двуногими. Они обитали главным образом в сильно увлажненных местах, покрытых богатой растительностью, но с твердой почвой, так как в сильно заболоченных или густозаселенных местах они не смог- ли бы передвигаться. Среди наземных динозавров различались растительноядные и хищные. Ярким представителем растительноядных динозавров были игуанодонты. Некоторые из них достигали в длину 10 м. Эти животные имели трехпалые задние конечности с перепонками, которые позволяли перемещаться по топким побережьям рек, озер и морей. Они обладали своеобразным клювом, который использовался при объедании побегов с кустарников и деревьев и как средство защиты. Живот- ное имело сильную челюсть и могло наносить клювом опасные укусы и рваные ра- ны. Страшными хищниками, жившими в юрском периоде, были крупные двуногие ди- нозавры — кариозавры. Наземные динозавры размножались с помощью яиц, которые откладывали в теплый песок, точно так же как это в настоящее время делают крокодилы и черепахи. Растительноядные динозавры вели стадный образ жизни. Об этом свидетельствует множество отпечатков следов, обнаруженных в ископаемом состоянии на берегах древних морей и крупных озер. Обилие сильно заболоченных территорий, густая лесная растительность, нали- чие многоводных и широких рек, крупных озерных бассейнов в ранней и средней юре способствовали значительному сокращению численности наземной динозавровои фауны и смещению ареала их обитания в пределы ксерофильного редколесья. Гос- подствующее положение в сильно обводненных ландшафтах заняли полуназемные и водные рептилии. Среди последних главенствовали ихтиозавры и плезиозавры. Их- тиозавры своей внешностью напоминали современных дельфинов, но в отличие от них имели более удлиненную морду с зубастой пастью. Длина их тела достигала 6 м. Вместо передних и задних ног у них были плавники в форме ласт. Ихтиозав- ры, так же как и млекопитающие, были живородящими животными. Современниками ихтиозавров были плезиозавры, плиозавры и др. Плезиозавры и плиозавры обладали мощными ластами. Они довольно свободно чувствовали себя в воде. Небольшая голова с зубастой пастью, в которой находилось множество ост- рых конических зубов, располагалась на очень длинной шее. Наиболее крупные особи достигали в длину 10 м. Постепенно ряд рептилий приспособился к обитанию в воздушной среде. Предка- ми юрских летающих ящеров — птерозавров были текодонты, а точнее, те из них, которые вели древесный образ жизни и обладали способностью планировать с вет-
ки на ветку, подобно некоторым современным формам. Планирование на небольшие расстояния у одних особей осуществлялось благодаря длинным чешуям, которые расширялись на концах, образуя тонкостенные мешочки, у других — с помощью эластичной кожистой пленки, натянутой между конечностями и туловищами. Летающие ящеры (рамфоринхи, птеродактили и птеронодоны) быстро освоили воздушный океан. Они были представлены многочисленными видами разных размеров от карликов до гигантов. Рамфоринхи имели длинный хвост, пятипалые задние ко- нечности и длинные узкие перепончатые крылья размахом около 1 м. Гигантами среди летающих ящеров следует признать птеродактилей, многие из которых дос- тигали в размахе крыльев около 8 м. Однако это, как стало известно, не пре- дел , поскольку найдены скелеты, по которым можно судить, что отдельные особи имели размах крыльев около 15 м. Челюсти летающих ящеров были густо усажены острыми и длинными зубами, тело одних покрывала густая шерсть, а тело других — чешуя, крылья были перепонча- тыми. В юрский период появились первые птицы — археоптериксы и археорнисы, кото- рые были величиной с голубя. Необходимо отметить, что эти птицы имели много общих черт с пресмыкающимися, особенно в строении черепа и скелета. Вместе с тем они обладали более совершенной кровеносной и нервной системой, у них были лучше развиты органы чувств по сравнению с рептилиями. Большой объем мозга, забота о потомстве и хорошая приспособляемость к различным условиям жизни способствовали широкому расселению птиц и обитанию в самых разнообразных ландшафтно-климатических условиях. В пресных озерах, а также в старицах и полноводных реках обитала моллюско- вая фауна. Озера, расположенные на низменностях, и широкие поймы рек зараста- ли водной и прибрежной растительностью и превращались в болота. Здесь проис- ходило накопление мощных толщ угля. Воды озер и стариц, содержащие большое количество продуктов гниения растений, были бедны кислородом, известью и мно- гими питательными веществами. Это привело к тому, что придонная фауна водо- емов состояла из однообразных остракод и моллюсков. В поздней юре, в результате иссушения климата и исчезновения густой и вла- голюбивой растительности, многие водные бассейны из заболоченных превратились в открытые и лишенные растительности, что в свою очередь привело к увеличению в воде кислорода и извести. Господствующее положение заняли формы, экологиче- ски связанные с теплыми и прозрачными водами. Это различного типа крупные формы двустворчатых и брюхоногих моллюсков. Богатством видов отличалась в юрском периоде морская фауна беспозвоночных. Причем в ее распространении намечается ряд различий, позволяющих наметить су- ществование зоогеографических провинций и областей. Так, например, в пределах северного полушария выделяются, по крайней мере, три экологических типа фау- ны: бореальный (северный), смешанный и тропический. Наиболее богатой и разно- образной была фауна беспозвоночных тропических морей. В сторону полюса она сильно обеднялась. В ранней и средней юре в тропических и бореальных морях обитали аммониты и белемниты, а также двустворчатые моллюски. Ряд типичных бореальных форм миг- рировал в низкие широты, а в поздней юре наблюдалась обратная картина. В вы- сокие широты перемещались тропические представители головоногих и двустворча- тых моллюсков и брахиопод, кораллы, морские ежи и строматопоры. Расцвет коралловой фауны произошел в середине позднеюрской эпохи. В это время существовало максимальное количество семейств и родов кораллов, а во многих морских бассейнах в зоне мелководья возникли многочисленные рифовые постройки. Крупнейшие рифовые тела существовали на перифериях тропического океана Тетис, в эпиконтинентальных тропических морях Северной и Южной Америки и Африки.
В течение юрского периода наблюдались значительные изменения климата. Ран- неюрская эпоха характеризовалась ярко выраженной гумидизацией климата, боль- шим разнообразием сильно обводненных ландшафтов, присутствием в осадочных об- разованиях растительного углерода, причем не только в рассеянном состоянии, но и в виде мощных толщ каменных и бурых углей. По температурному режиму в юрском периоде можно выделить экваториальный, два тропических и два субтропи- ческих пояса. В экваториальном и тропических поясах среднегодовые температуры обычно превышали 22-24 °С. В ранней и средней юре существовала не только термическая зональность, но и зональность, обусловленная различием во влажности и количестве выпадавших ат- мосферных осадков. Выделяются северный и южный аридные пояса и расположенный между ними экваториальный влажный пояс. К северному аридному поясу относились центральные районы США. и Северная Африка, а к южному — Карибский бассейн, территория Сомали и Танзании. Значительно большими площадями обладали районы с переменным увлажнением — Африка, Аравия, юг Индокитая, юг Бразилии. Харак- терными ландшафтами перечисленных районов являлись ксерофильное редколесье, располагавшееся на берегах морей, озер и крупных речных артерий, а в аридных поясах — полупустыни и пустыни. Соленость воды морских бассейнов этих терри- торий не превышала 35 %ь. Районы, расположенные в средних широтах, а в северном полушарии такими были Западная и Восточная Сибирь, Северо-восток СССР, Монголия и Северный Китай, характеризовались развитием влажного субтропического климата. Однако его главное отличие от современного субтропического климата заключалось в отсут- ствии четко выраженного зимнего сезона с отрицательными температурами. Услов- но северная граница субтропического климата в Евразии намечается по линии Бе- лое море — Южный Урал — Балхаш — Шаньдунский полуостров. Растительным эквива- лентом этого климатического пояса являлась зона хвойно-гинкговых лесов. В этом климатическом поясе в основном располагались озера болота широкие поймы и обширные дельты рек, а также моря с нормальной соленостью. На низких водоразделах, в пределах увалисто-холмистых равнин и преимущественно на воз- вышенностях и склонах гор произрастали хвойные леса. Присутствие в составе хвойно-гинкговых лесов значительного количества цика- дофитов, распространение каолинитовых кор выветривания, наличие среди морской фауны рептилий и теплолюбивых моллюсков, примесь в морских осадках глауконита и стяжений фосфорита, а также палеотемпературные определения позволяют счи- тать , что на севере субтропического пояса среднегодовые температуры колеба- лись в пределах 15-20°, а на юге — 18-20 °С. Близкие условия существовали в средних и высоких широтах южного полушария. Температурные условия в среднеюр- скую эпоху после кратковременного понижения на границе ранней и средней юры вновь стали высокими. Несмотря на большую влажность, в результате продолжительного прохладного сезона выветривание не доходило до каолинитовой стадии. Морская фауна стала беднее за счет исчезновения теплолюбивых форм, а на континентальных простран- ствах произрастали хвойно-гинкговые и хвойные леса. Иссушение климата в поздней юре привело к постепенному исчезновению лесной растительности, высыханию озер и к сокращению объема поверхностных вод. В ус- ловиях сильного дефицита влаги ландшафты приобрели вид современных опустынен- ных саванн, полупустынь и пустынь. По степени распределения влажности в поздней юре в аридном поясе северного полушария выделяются две области. В центральной части аридного пояса сущест- вовали наиболее сухие условия с продолжительными засухами, а в периферических частях — на территории современной Центральной Европы, на юге СССР, в Монго- лии и Северном Китае периоды засухи были менее продолжительными. Это способ- ствовало развитию ксерофильного редколесья, озерных водоемов и рек с обширны-
ми поймами. Ландшафтно-климатические особенности этой области, так же как и области переменно-влажного климата, в пределах которых располагались обширные низменности, покрытые разреженными лесами, с твердым грунтом на побережьях многочисленных неглубоких озер, весьма благоприятствовали развитию динозавро- вой фауны. Субтропический пояс выделяется для территории Евразии, и по отношению к со- временным широтам он простирался субмеридионально. Субтропический климат гос- подствовал в Северной Европе, на значительной части Восточно-Европейской платформы, на Урале, в Сибири, Монголии. Здесь среднегодовые температуры из- менялись в пределах 12,5—13 °С. Даже в бассейне Печоры, на Таймыре и на ост- ровах Земли Франца-Иосифа среднегодовые температуры морских вод в позднеюр- скую эпоху временами достигали 17,5 °С. Наиболее низкие температуры были ха- рактерны для умеренного пояса. Умеренный климат в это время господствовал в северном полушарии на Крайнем Северо-востоке СССР и Аляске. В морях умеренно- го пояса обитала бореальная фауна, состоявшая главным образом из тонкостенных двустворчатых моллюсков и редких белемнитов. Ландшафт юрского периода (по 3. Шпинару и 3. Буриану). Лесная расти- тельность этого времени состояла преимущественно из голосеменных. Меловой период — становление океанов и возникновение цветковых Мезозойская эра заканчивается меловым периодом, продолжавшимся около 70 млн. лет. Он знаменовал собой качественно новый этап в развитии ландшафт- но-климатических областей и органического мира Земли. В течение этого периода
тектоническая жизнь планеты оставалась активной. В течение мелового периода продолжались киммерийские горообразовательные движения. В начале мелового периода в результате этих движений были созданы горно-складчатые сооружения на востоке Евразии. Складчатые пояса располага- лись на огромной территории, охватывающей Верхоянье, Чукотку, Камчатку, Даль- ний Восток и восток Китая. Дополнительные складкообразовательные движения на границе раннего и позднего мела (так называемая австрийская фаза складчато- сти) усилили контрастность этих участков земной коры. В это время, как и ра- нее, наряду с подводными вулканическими излияниями осуществлялось внедрение гранитных интрузий. Движения, обусловленные австрийской фазой складчатости, наиболее сильно проявились в Восточной Азии и Кордильерах и менее интенсивно в современном Альпийско-Гималайском поясе (Восточные Альпы, Карпаты, Кавказ, Памир). В конце мелового периода имела место довольно активная ларамийская орогеническая фаза. Складчатые движения охватили окраины Тихого океана. На значительную высоту оказались приподняты Анды, Кордильеры, горные сооружения Антарктиды, Чукотки и Камчатки. Продолжалось раздвижение гондванских континентов. Северная Америка отделя- лась от Африки и Евразии. Эти активные раздвижения сопровождались формирова- нием новых морей и океанов. Так, например, Атлантический океан приобрел близ- кие к современным очертания, возникли Бискайский залив и Гренландское море. В это время был заложен рифт Красного моря и началось раскрытие Индийского океана, а Индостан и Мадагаскар отделились от Африки. Индостанский континент совершил длительное путешествие, исчисляемое тысячами километров, пока в се- редине палеогена он не столкнулся с Азиатским континентом. В результате тако- го столкновения были образованы Гималаи. Положение литосферных плит и срединно-океанических хребтов в позднемеловой эпохе. Началу мелового периода был свойствен регрессивный этап развития, но в се- редине раннего мела ему на смену пришел трансгрессивный этап. Позднемеловая морская трансгрессия была одной из самых величайших трансгрессий на Земле. В это время многие континенты оказались покрытыми морем. Море занимало почти
40 % территории современной Евразии и 35 % территории Северной Америки, около 20-25 % территории Африки и Австралии и 15 % территории Южной Америки. В тесной зависимости от тектонических движений формировался рельеф земной поверхности. Наиболее контрастным и возвышенным он был в местах столкновения литосферных плит между собой. В результате поднятий и складчатости были обра- зованы многие горные массивы. Области платформенной активизации также облада- ли возвышенным и горным рельефом. Так же как и в настоящее время, горные сооружения и глубоководные океаниче- ские впадины занимали на земной поверхности весьма незначительную площадь. Основная же роль принадлежала выровненным шельфовым участкам, неглубоким эпи- континентальным морям, приморским озерно-дельтовым и внутриконтинентальным озерно-аллювиальным низменностям и равнинам, возвышенным равнинам с увалисто- холмистыми водоразделами и выровненным плато. На них, а также на плоских во- доразделах в благоприятных климатических условиях формировались коры выветри- вания. Некоторые более древние горные сооружения (герциниды, каледониды) в эпохи активизации испытали поднятия, однако амплитуда высот была не очень значительной и вряд ли превышала 1000 м. В течение мелового периода развитие организмов и их расселение определялись природными условиями. Значительные изменения в распределении ландшафтно- климатических зон в первую очередь отразились на наземной флоре. В середине мелового периода осуществлялось широкое расселение многих представителей выс- шей флоры — покрытосеменных растений. Еще в начале мелового периода их роль в растительном покрове была невелика, но уже в середине позднемеловой эпохи они заняли главенствующее положение. По сравнению с поздней юрой в раннем мелу произошло изменение морфоанатоми- ческого строения гинкговых. В то время как юрские гинкговые обладали сильно расчлененной листовой пластинкой, раннемеловые формы имели уже цельную пла- стину. Это свидетельствует не столько о более высокой ступени развития, сколько об их приспособлении к сезонным, а возможно, и к суточным колебаниям температур. Многие древесные сообщества хвойных и гинкговых, особенно те, которые росли в высоких и средних широтах, обладали ясно выраженными годичными кольцами. Это свидетельствует о существовании в зоне хвойно-гинкговых лесов относитель- но прохладных условий. В средних широтах располагалась зона цикадофитово-беннеттитовых лесов. Она отделялась от зоны хвойно-гинкговых лесов довольно узкой полосой развития смешанных цикадофитово-хвойно-гинкговых лесов. В Евразии к этой зоне относи- лись крайний север Европы, Северный Урал, юг Западной Сибири и Приморье. Наивысшего расцвета и разнообразия достигла флора в областях с тропическим влажным климатом. Склоны возвышенностей и низменности были покрыты густым по- логом леса, весьма сходного с современными экваториальными лесами. Особенно большого разнообразия достигли цикадофитовые и многочисленные древовидные па- поротники. В сторону областей засушливыми условиями многие влаголюбивые формы исчезали, лесной покров редел и превращался в ксерофильное редколесье. Лесная растительность тропического типа произрастала Южной Евразии, на юге Северной Африки, юге Гренландии, также в Африке, Австралии и Южной Америке. В начале раннемеловой эпохи в лесах, состоящих из голосеменных форм, появи- лись первые представители покрытосеменных растений. Уже в конце раннего мела их роль резко увеличилась. Сильно уменьшился видовой состав голосеменных, не- смотря на существование довольно благоприятных условий. Появились и сравнительно быстро распространились по всему земному шару маг- нолии, лавровые, платаны, эвкалипты и дубы. Среди хвойных господствующее положение заняли сосновые и таксодиевые. Эти две группы растений по условиям произрастания сильно отличались друг от дру-
га. Сосновые леса, хорошо приспособленные к интенсивному солнечному облучению и засушливым условиям, произрастали на открытых возвышенных участках. Таксо- диевые же, являющиеся тенелюбивыми растениями, предпочитали области с сильным увлажнением. Поэтому заросли таксодиевых располагались в низменных, обильно увлажненных местах, главным образом на низких поймах. В конце раннего мела постепенно исчезли многие мезозойские формы (подозамитовые и саговые) и силь- но обновился состав папоротников, особенно среди травянистых форм. В раннемеловую эпоху наземные формы животных достигли большого разнообра- зия. На суше по прежнему господствовали хорошо приспособленные к обитанию в лесных и саванных ландшафтах рептилии. Наличие благоприятных условий для жиз- недеятельности, обилие пищи и отсутствие врагов способствовали развитию у них гигантизма. По сравнению с позднеюрской эпохой в раннем мелу число зауропод уменьши- лось , господствующее положение заняли птиценогие динозавры — игуанодонты и утконосные динозавры. Господство двуногой динозавровой сухопутной фауны было связано с необходимостью обитания среди высокой растительности и периодиче- ским пребыванием в воде. Эти крупные травоядные животные жили главным образом в болотистых лесах расположенных на берегах крупных пресноводных водоемов. Не имея иных средств защиты, они скрывались в озерах, заводях и заливах от хищ- ных динозавров — тарбозавров и тиранозавров. Так же как и позднеюрские пред- шественники растительноядных динозавров, игуанодонты имели на задних конечно- стях перепонки, что позволяло им беспрепятственно, несмотря на огромные раз- меры, передвигаться по влажным и топким грунтам. Типично сухопутными формами были растительноядные четвероногие рептилии. Для защиты от хищников они имели тяжелые панцири с шипами, роговыми воротни- ками, колючими гребнями или толстую шкуру, покрытую мелкими, но плотными ро- говыми пластинками. Обилие атмосферных вод и наличие неровностей рельефа способствовали возник- новению пресных озер, в которых наряду с различными рыбами обитали довольно многочисленные пресноводные брюхоногие и двустворчатые моллюски. В озерах, зарастающих водной и болотной растительностью (и в связи с этим обедненных кислородом), моллюсковая фауна была угнетенной и весьма малочисленной. В раннемеловую эпоху среди морской фауны беспозвоночных осуществилась диф- ференциация по климатическому признаку. В приполярных морях распространялась бореальная фауна, а в низких широтах — тропическая и экваториальная. Четкой границы между этими двумя довольно различными комплексами фауны практически не существовало. В морских бассейнах, занимавших промежуточное положение, обитали смешанные фауны, в составе которых в зависимости от температурных ус- ловий преобладали то тропические, то бореальные представители. Бореальная фауна характеризовалась присутствием эндемичных родов аммонитов, белемнитов и двустворчатых моллюсков. Тропические моря были населены богатой фауной беспо- звоночных. Основную роль играли кораллы, морские ежи, аммониты, белемниты, брахиоподы, теплолюбивые представители планктонных фораминифер и наннопланк- тон. На морском мелководье, там где воды не испытывали сильных изменений солено- сти ввиду отсутствия вблизи речного стока, находились крупные отмели, на ко- торых располагались колонии устриц и рудистов, барьерные и береговые рифы. В районах развития рифовых комплексов обитали брахиоподы, морские ежи, морские лилии и не дожившие до настоящего времени строматопоры. Обширные пространства занимали подводные луга. На некотором удалении от берега находилось основное местообитание белемнитов и аммонитов. В конце раннего мела ареал обитания бореальной фауны сильно расширился и многие из типичных бореальных форм (например, двустворчатые моллюски рода ау- целлин или аммониты рода краспедитес) достигли тропических морей.
В течение раннемеловохю времени в результате изменения температурного режи- ма происходило то расширение, то сужение климатических поясов. Существовавший в начале раннемеловой эпохи значительный дефицит влаги постепенно сменился обильным увлажнением в ее конце. Сильно увеличились площади с гумидным типом климата. Одновременно с этим произошло незначительное общее похолодание. Температуры приповерхностных морских вод в экваториальном и тропическом поясах на протяжении большей части позднего мела были довольно высокими. На- пример, в морях Западной Европы в начале раннего мела они составляли 20- 25 °С. Примерно такие же температуры существовали в конце раннего мела в морях, расположенных на востоке Южной Африки в Северной Австралии и Северной Америке. В самом конце раннего мела произошло снижение температур на 2-3°, и это не- замедлительно сказалось на составе фауны. Резко сократились ареалы кораллов и рудистов, появились не только организмы, которые могли существовать в различ- ных температурных условиях, но и бореальные организмы, а также уменьшилось карбонатонакопление. Экваториальный пояс охватывал север Южно-Американского континента, цен- тральную часть Африки, юг Аравии, Индию и Индокитай. По обе стороны от него находились области с тропическим засушливым климатом. Северный аридный сектор охватывал юг США, Мексику, Центральную Америку, север Африки и Южную Евразию, а южный — Южную Америку, Африку и центральные области Австралии. В этих об- ластях преобладали пустыни и полупустыни с ксерофильным редколесьем, весьма сходные с современными саваннами. Понижение температурного режима в конце раннего мела произошло повсеместно. Так, снижение среднегодовых температур на 5-8 °С по сравнению с началом ран- немеловой эпохи установлено для морей, расположенных на территории Карпат, Крыма, Северного Кавказа, юга европейской части СССР, Средней Азии и Сибири. Прохладные условия в течение раннемеловой эпохи существовали в пределах се- верных окраин Северо-Американского и Евразиатского материков, на юге Африки, Австралии, Южной Америки и в Антарктиде. На севере Евразии среднегодовые тем- пературы в течение продолжительного времени колебались от 12 до 15 °С, а в конце раннего мела они составляли 8—12 °С. Похолодание привело к смещению климатической зональности, и в приполярных районах возник климат, сходный с современным умеренным климатом. Как уже отмечалось выше, в конце раннего мела произошла существенная пере- стройка растительного покрова. Этот важнейший в истории Земли и биосферы факт до настоящего времени все еще не нашел полного объяснения. Неясны причины и места возникновения покрытосеменной растительности. По-видимому, в это время произошли достаточно сильные преобразования в природных условиях, которые способствовали широкому распространению покрытосеменной флоры. Последняя была лучше приспособлена к динамическим контрастам ландшафтно-климатических усло- вий, которые можно объяснить изменением состава атмосферы, тектонической ак- тивностью планеты и, возможно, космическими причинами. В конце раннего мела продолжались активные перемещения континентов, сильно изменилась концентрация углекислого газа и кислорода в атмосфере, осуществилось глобальное понижение температур, появились сезонные колебания температур и влажности, уменьшилась облачность, а следовательно, усилился приток как яркого солнечного света, так и жесткой радиации. Очевидно, эти факторы и привели к изменению соотношения мало приспособленной к резким колебаниям температур голосеменной и споровой флоры и широкому распространению лучше приспособленной покрытосеменной. В отличие от голосеменных покрытосеменные растения обладают большей фото- синтезирующей поверхностью, у них более совершенные водно-сосудистая и корне- вая системы и они могут лучше переносить сезонные колебания температур и влажности. В позднемеловое время хвойно-широколиственные леса произрастали в
высоких широтах северного и южного полушарий. В конце позднего мела появились и сильно расширили свои ареалы листопадные теплоумеренные формы — орех, бук и береза. Хвойные были представлены сосновыми (сосна, ель, пихта, тсуга, кедр) и таксодиевыми. Однако еще в течение длительного времени в приполярных рай- онах присутствовали реликты не только раннемеловой, но и даже юрской флоры. Здесь располагались заросли из низкорослых форм цикадофитов, араукариевых и гинкговых. В средних широтах произрастали широколиственные леса — платаны, лавры, дубы, каштаны и клены. В субтропиках росли как широколиственные листо- падные, так и вечнозеленые магнолии, лавры, пальмы, а также секвойи, эвкалип- ты , сосны; в подлеске располагались папоротники, гинкговые и цикадофитовые. Во влажных тропиках и в приэкваториальной части произрастали дождевые эква- ториальные леса, вечнозеленая растительность которых была представлена глав- ным образом пальмами, древовидными папоротниками, вечнозелеными дубами, маг- нолиями и т . д. В засушливых ландшафтах ксерофильного редколесья и сухих опустыненных са- ванн господствовали узко- и мелколистные формы растительности. Рощи и неболь- шие леса встречались лишь в виде оазисов и вдоль речных долин и образовывали галерейные леса. Среди наземной фауны позвоночных в течение позднего мела появились новые виды четвероногих растительноядных рептилий — анкилозавры, цератопсы, которые обладали пассивными средствами защиты от хищников (шипы, панцирь, роговой по- кров) . Они уже не жили, как их предки, в прибрежно-морских или приозерных за- рослях, а переместились в пределы саванного редколесья. В этих ландшафтах во- дились рогатые цератопсы, очень сходные и в экологическом и в морфологическом отношении с появившимися в кайнозое носорогами. В саванных ландшафтах сущест- вовали утконосые гадрозавры. Они перемещались на двух ногах и были тесно свя- заны с водной средой. Об этом свидетельствуют во-первых, утиная морда с дале- ко отодвинутыми ноздрями и, во-вторых, наличие плавательных перепонок на но- гах. Гадрозавры питались прибрежной болотной растительностью обитали в широ- ких речных руслах, дельтах рек и по образу жизни напоминали современных беге- мотов . Большого разнообразия в позднемеловое время достигли крокодилы, основным местообитанием которых являлись реки пойменные озера и старицы. Условия от- крытой саванны с умеренно аридным климатом и сезонным, но обильным выпадением осадков благоприятствовали развитию динозавровой фауны. Динозавры обитали в многочисленных тихих водоемах, окруженных зарослями из влаголюбивых растений. В заболоченных тропических и субтропических лесах на внутриматериковых аллю- виальных и приморских озерно-дельтовых низменностях с обильным увлажнением происходило резкое сокращение видового состава динозавров. В субтропиках это объяснялось не столько высокой влажностью, сколько умеренностью климата и почти сплошным развитием озерно-болотных ландшафтов. Слабое распространение позвоночных в лесных ландшафтах было связано с не- благоприятными условиями их обитания, непроходимостью лесных зарослей и ог- ромных заболоченных пространств, трудностью пропитания. В течение позднего мела широкое развитие получили пресноводные моллюски с массивными раковинами. Большого разнообразия достигла фауна морских беспозво- ночных, представленная головоногими моллюсками — брахиоподами, двустворчатыми и брюхоногими моллюсками, кораллами, фораминиферами, морскими ежами и лилия- ми . Распространение всех беспозвоночных определялось температурным режимом. Так, в приполярных районах и морях высоких широт обитал бореальный комплекс, состоящий из песчаных фораминифер и эндемичных видов аммонитов и белемнитов. В нем отсутствовали кораллы и многие моллюски с массивной раковиной. В тропи- ческих морях фауна характеризовалась большим разнообразием. Многочисленные кораллы и строматопоры участвовали в построении крупных рифовых массивов. В
мелководных морях обитали аммониты, брахиоподы, крупные и мелкие фораминифе- ры, рудисты и крупные устрицы. На протяжении позднемеловой эпохи на Земле существовали экваториальный, тропический, субтропический и умеренный пояса. Первые два в отличие от анало- гов предшествующей эпохи захватывали более обширные территории. В тропическом поясе обитали теплолюбивые организмы, произрастали вечнозеленые дождевые леса и располагались саванны. Температурный режим повсеместно был довольно высо- ким. Максимально высокие температуры существовали в середине позднемеловой эпохи. В морях Западной Европы они колебались в пределах 19-25 °С, но в конце позднего мела, особенно на границе с кайнозоем, за исключением Южной Европы, среднегодовая температура понизилась до 15 °С. Высокие среднегодовые температуры были характерны для Карпат, Крыма, Закав- казья и юга Средней Азии, в течение позднемеловой эпохи они изменялись в пре- делах 18-27 °С. Высокие температуры в течение позднемеловой эпохи существова- ли в морях, располагавшихся на территории США (20-26 °С) , на юге Канады (20- 28 °С) и севере Австралии (20-24 °С). В северном полушарии находились два аридных сектора с тропическим климатом. Один из них охватывал север Африки, Аравию, Восточное Средиземноморье, а дру- гой простирался от Средней Азии через центральные районы Китая до современно- го побережья Тихого океана. В южном полушарии аридные секторы занимали запад Южной Америки, центральные районы Африки и Индокитай. Для этих областей были характерны пустынные и полупустынные ландшафты и слабое развитие гидрографи- ческой сети. В сторону районов с высоким увлажнением пустынные ландшафты сме- нялись ксерофильным редколесьем. За пределами тропического пояса располагались районы с относительно низким температурным режимом. На севере европейской части территории СССР, на юге Западной и Восточной Сибири и на Дальнем Востоке среднегодовые температуры изменялись и составляли 14-18 °С. В местах максимального увлажнения, где находились обширные приморские озер- но-дельтовые и внутриконтинентальные озерно-аллювиальные низменности и равни- ны , росли смешанные широколиственные леса с примесью хвойных и папоротников. Умеренный пояс в северном полушарии охватывал северо-восток Евразии и севе- ро-запад Северной Америки, а в южном полушарии выделялся на юго-востоке Авст- ралии и в Антарктиде. Со временем климат приобрел черты континентальности, и главным показателем этого являются резкие суточные и сезонные перепады темпе- ратур. Среднегодовые температуры в умеренном поясе обычно составляли 10- 14 °С, но в отдельные промежутки времени они повышались и это приводило к изменению положения климатических границ. Гибель гигантов В конце мелового периода некогда богатая динозавровая фауна пришла в упа- док, и ни один из ее представителей не перешел рубеж между мезозойской и кай- нозойской эрами. На протяжении сравнительно короткого промежутка времени вы- мерли не только крупные сухопутные и морские рептилии, но и целый ряд морских беспозвоночных, в частности аммониты, белемниты и некоторые семейства планк- тонных фораминифер. Многие поколения ученых питались выяснить причину вымирания динозавров и других представителей мезозойской фауны. Высказывались самые различные пред- положения — от фантастических до вполне реальных, но и до настоящего времени действительные причины этой катастрофы пока еще не установлены. Ясно лишь то, что причиной гибели не могли послужить какие-либо значительные изменения рельефа земной поверхности, так как он даже в конце мела — начале палеогена
оставался равнинным. В меловом периоде динозавры прочно занимали основные жизненные пространства земной поверхности. И вдруг, а это в геологическом смысле произошло почти мгновенно, как по мановению волшебной палочки, они вымерли. Что же случилось? Конечно, динозавры были примитивнее появившихся им на смену млекопитающих. Они обладали менее энергичным обменом веществ и, следовательно, меньшей ак- тивностью, а она во многом зависела от солнечного тепла. Однако эволюционные преобразования и замена более прогрессивными группами в ходе геологической истории должны были происходить постепенно, а не внезапно, как это имело ме- сто в конце мезозоя. Внезапное вымирание динозавров могло быть следствием одновременного наложе- ния многих, несомненно, взаимосвязанных причин. Наиболее важными могли быть изменения пищевых ресурсов или даже состава пищи, концентрации кислорода и углекислого газа в атмосфере, усиление потока космической радиации и т. д. Рассмотрим подробнее возможность действия перечисленных причин на жизнедея- тельность динозавров. В отличие от сменивших их животных динозавры не имели надежной внешней термоизоляции, как, например, птицы (перья) или млекопитаю- щие (волосяной покров, толстый слой жира). По-видимому, они не имели и посто- янной температуры крови, вследствие чего им были опасны как перегрев в жаркое время, так и переохлаждение при значительных понижениях температуры воздуха. Поэтому наиболее распространенным объяснением вымирания динозавров принято считать изменение климатических условий на земной поверхности. Нормальная жизнедеятельность динозавров протекала в тропическом и экватори- альном поясах при равномерной высокой влажности с узкими интервалами в коле- баниях суточных, сезонных и годовых температур. Понижение среднегодовых тем- ператур до 10-15 °С привело к утрате активности, и даже способности к пере- движению и могло быть причиной гибели динозавров, так как их экологическими преемниками были теплокровные млекопитающие, способные переносить значитель- ные колебания температуры среды обитания. Этот температурный фактор гибели динозавров подтверждается установлением на границе мелового и палеогенового периодов сильного похолодания. Наибольшие снижения температур примерно до 10-12 °С имели место в высоких и средних широтах, в результате чего существовавшие там ландшафты сильно видо- изменились . Однако динозавровая фауна вряд ли могла перенести столь значи- тельное похолодание. Тем более что в отличие от млекопитающих динозавры были тесно связаны с местами обитания и не приспособлены к активным миграциям. В тропических областях и приэкваториальной части температуры понизились, но не настолько, чтобы они могли так сильно отразиться на жизнедеятельности крупных организмов. Хорошо известно, что даже во время ледниковых эпох, когда матери- ковое оледенение охватывало значительные территории (например, во время мак- симального оледенения в четвертичном периоде ледяной панцирь в отдельных рай- онах спускался до 52°с.ш.), в экваториальной части продолжал существовать вы- сокотермический режим, хотя ширина экваториального тропического поясов после- довательно суживалась. Следовательно, в конце мелового периода экваториальный и тропический пояса продолжали существовать, и в этих районах должны были со- храниться динозавры. В таком случае могло произойти глобальное вымирание ди- нозавров , а лишь сокращение их ареалов. Однако динозавры вымерли почти одновременно как в средних, так и в низких широтах. Возможно, определенную роль в гибели рептилий низких широт сыграла наступившая в связи с понижением температур значительная аридизация климата, которая вызвала сильные изменения ландшафтных условий. В конце мелового пе- риода произошла крупная регрессия и обширные участки земной поверхности осво- бодились от водного покрова. Все это привело к резкому увеличению испаряемо- сти , так же губительному для динозавров, как и понижение температур.
Одной из причин вымирания динозавров могло быть измерение интенсивности солнечной радиации и жесткости космических лучей, которое могло произойти на границе мела и палеогена. Некоторые ученые считают, что резкое увеличение ин- тенсивности жесткости космического излучения было вызвано вспышкой сверхновой звезды. Оно оказало губительное влияние на формы жизни, связанные с обитанием на открытых пространствах и в верхней толще воды. В этом случае под воздейст- вием космических лучей должны были погибнуть все живые существа. Однако на суше вымерли только крупные рептилии, а мелкие представители — змеи, ящерицы, черепахи, крокодилы — сохранились. Продолжали существование многие обитатели водной среды, в том числе и жившие в зоне морского мелководья — устрицы, бра- хиоподы, морские ежи и т. д. Большой интерес среди геологов вызвала оригинальная гипотеза, согласно ко- торой гибель динозавров произошла вследствие мутаций в организме, вызванных сильной радиацией: резко возросшая интенсивность космических лучей нарушила воспроизводство потомства. Возникает вопрос: если это в действительности было так, то почему бомбардировка жестким излучением оказалась смертельной только для динозавров? Весьма важное опровержение этой гипотезы было получено в про- цессе специальных исследований костей ископаемых гигантов. Как оказалось ни кости динозавров, ни их яйца не содержат доказательств повышенной радиоактив- ности . Одни ученые усматривали причину гибели динозавров в вирусной эпидемии, а другие считали, что перед гибелью динозавры вдруг стали откладывать яйца с очень толстой скорлупой. В результате этого не все детеныши смогли пробивать скорлупу и рождаемость динозавров резко упала. Однако как в одном, так и а другом случае остается неясным вопрос: почему одновременно вымерли не только наземные, но и водные динозавры? Как отмечалось выше, динозавры откладывали яйца в теплый песок и под дейст- вием определенных температур в них развивались зародыши. Снижение среднегодо- вых температур и возникновение сезонных и суточных контрастов привело к тому, что яйца не получали необходимого тепла и зародыши в них в конце концов поги- бали. Поэтому рождаемость динозавров резко снизилась, и в дальнейшем они вы- мерли . Недавно была высказана гипотеза, суть которой заключается в том, что дино- завры погибли в результате массового отравления алкалоидами покрытосеменных растений. Однако этому предположению противоречит тот факт, что массовое по- явление покрытосеменных приходится на конец раннемеловой эпохи, а гибель ди- нозавров произошла только в конце позднемеловой эпохи, т.е. примерно через 30-40 млн. лет. Если алкалоиды покрытосеменных были действительно смертельны- ми для динозавров, то они должны были исчезнуть уже в начале позднего мела, однако они продолжали еще долго жить и развиваться. Так что и эта гипотеза не в состоянии объяснить причину массового вымирания динозавров. Существует еще одна гипотеза, с помощью которой пытаются объяснить гибель динозавров в результате изменения содержания химических соединений и микро- элементов в окружающей среде. Появление новых микроэлементов и соединений могло сильно повлиять на судьбу динозавров. Многие элементы и соединения ос- вобождались при разложении горных пород под воздействием на них природных вод, обогащенных органическими кислотами и углекислым газом. Легкорастворимые вещества при выветривании выносились, а соединения железа (преимущественно гидроокислы железа), алюминия и титана оставались на месте. Известно, что карбонат кальция и фосфаты являются необходимой составной частью скелетных образований животных. Наибольший недостаток этих соединений ощущается, в тро- пическом и экваториальном поясах, т.е. в главном местообитании динозавров. Животный мир современных тропических влажных лесов характеризуется небольшими размерами, что является своеобразной реакцией органического мира на дефицит
карбоната кальция и фосфатов. Продолжающееся в течение всей позднемеловой эпохи интенсивное выветривание привело к тому, что почвенные воды и расти- тельность оказались обеднены этими соединениями. Динозавры стали испытывать сильный известковый и фосфатный голод, кости их, не получая в достаточном ко- личестве эти соединения, не могли выдерживать больших нагрузок, что и привело к массовой гибели гигантов. В процессе интенсивного выветривания нарушился круговорот микроэлементов, играющих большую роль в жизнедеятельности животных. Уменьшение количества на- трия в крови вызывало истощение нервной системы, дефицит железа способствовал развитию малокровия, уменьшение йода влекло за собой увеличение щитовидной железы, а нехватка фтора способствовала развитию болезней зубов. Поэтому большой дефицит микроэлементов мог вызвать массовую гибель таких животных, как гигантские ящеры. Сильное влияние на развитие животных оказывает присут- ствие в почвенных растворах, корах выветривания и морских бассейнах стронция. Повышение его концентрации приводит к тому, что он замещает кальций в костной ткани. В то же время стронций довольно быстро удаляется из тканей и костей животных, и кости становятся пористыми и хрупкими. Не менее вредное воздействие на организм животных оказывают и другие эле- менты. Переход селена из почв и растений в организмы животных приводит к на- рушению работы сердца, поражению суставов, выпадению волосяного покрова и т. д. Недостаток кобальта в организме животных вызывает авитаминоз, а меди — малокровие. Вероятно, в конце мезозоя в силу взаимного наложения многих причин произош- ла гибель гигантов. Вполне возможно, что главной причиной вымирания динозав- ров было изменение климата, сопровождаемое последовательными изменениями дру- гих природных условий. В процессе глубоководного бурения в океанах на границе между меловыми и па- леогеновыми отложениями был обнаружен тонкий слой глины, обогащенный иридием. В связи с этим ученые высказали предположение, что динозавры могли в резуль- тате отравления иридием и другими тяжелыми металлами. Повышение содержания иридия в породах объясняется столкновением нашей планеты с крупным космиче- ским телом. Недавно слой, содержащий повышенное количество иридия на границе мела и палеогена, обнаружен в Италии, Югославии и СССР. КАЙНОЗОЙСКАЯ ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ В кайнозойскую эру произошли весьма знаменательные события, венцом которых
было появление человека, а в дальнейшем становление человеческого обществ. Изменилось распределение физико-географических условий на земной поверхности, материков и океанов и климатической зональности. Климаты, ландшафты и очерта- ния материков все больше и больше становятся похожими на современные. В тече- ние кайнозоя расширились Атлантический и Тихий океаны, изменился состав жи- вотного мира и растительною покрова. Палеогеновый период — время формирования млекопитающих В течение палеогенового периода тектоническая жизнь нашей планеты была до- вольно активной: продолжались орогенические движения мезозойской складчато- сти, охватившей главным образом районы Тихоокеанского пояса (Анды, районы Ан- тарктиды и Аляски); происходили поднятия, регрессии и складкообразовательные движения в Альпийско-Гималайском поясе; существенной перестройке был подвер- жен геоструктурный план, что выразилось в изменении ориентировки геосинкли- нальных прогибов и геотектонического режима различных областей. В это время проявились признаки осевых частей, появившихся позднее альпийских горных це- пей и кряжей. Процесс раскола Гондваны и Лавразии, начавшийся в мезозойской эре, дальней- шее развитие получил в палеогене. В начале палеогенового периода все еще про- должали существовать довольно обширные континенты. Так, единый материк со- ставляли Индостан, Австралия и Антарктида. Южная Америка еще полностью не отошла от Африки, а между Северной Америкой и Европой находилась довольно уз- кая полоса океана — прообраз будущей Северной Атлантики. В течение палеогено- вого периода осуществлялся постепенный раскол и происходило отдаление конти- нентов с формированием новых и расширением или, наоборот, сужением более древних океанических впадин. Индостан, Австралия и Антарктида разделились. Индостанская глыба за 40 млн. лет переместилась в северном направлении на расстояние свыше 8 тыс. км и, в конце концов, пришла в соприкосновение с Ази- ей. Австралия перемещалась в северо-восточном направлении, но при этом враща- лась вокруг своей оси против часовой стрелки. Практически неподвижными оста- вались Антарктида и Африка. Северная Америка удалялась от Евразии, а Южная Америка от Африки со скоростью 2-6 см в год и к началу неогена ширина Север- ной и Южной Атлантики составила 1000-2500 км. В течение палеогенового периода на Земле развивалась крупная трансгрессия, в результате которой море затопило многие участки суши в пределах древних платформ и плит. Эпиконтинентальные неглубокие моря существовали на юге Вос- точно-Европейской и севере Африканской платформ, на Западно-Сибирской и Ту- ранской плитах, на юге Северной и Южной Америки. В течение палеогена Сибир- ская, Австралийская и Антарктическая платформы оставались сушей. Максимум трансгрессии пришелся на середину эпохи и после этого начался рег- рессивный этап. В конце палеогена под влиянием поднятий, охвативших многие континенты, море покинуло платформенные участки и материки стали приобретать очертания, близкие к современным. Морское осадконакопление было характерно для геосинклиналей. Не только в их пределах, но и в эпиконтинентальных морях и даже в Тихом, Индийском и Атлан- тическом океанах накапливались разнообразные осадки — от хемогенных до грубых терригенных в областях, примыкавших к крупным поднятиям. На суше наряду с де- нудацией шло формирование аллювиальных, озерных, эоловых и различных склоно- вых осадков. Они накапливались на обширных аккумулятивных низменностях и в пределах межгорных и предгорных впадин, располагавшихся по периферии плат- форм.
Широкое развитие кор выветривания, незначительное присутствие грубого обло- мочного материала в морских и континентальных осадках, слабое развитие круп- ного галечного материала в руслах рек и пляжевых зонах свидетельствуют о том, что рельеф суши в палеогене был довольно выровненным. Горно-складчатые сооружения, возникшие в результате киммерийских и ларамий- ских тектонических движений, в течение палеогена подвергались активной дену- дации. Поэтому только в начале палеогена многие горные области обладали кон- трастным рельефом, но уже в эоцене они превратились в платообразные возвышен- ности . На аккумулятивных низменностях располагались озера, текли реки. Приморские низменности постепенно сменялись обширными морскими аккумулятивными равнинами эпиконтинентальных морей, а далее шельфами океанов. В центральной части эпи- континентальных морей с глубинами до 1000 м находились подводные впадины и возвышенности. Максимальные глубины порядка нескольких тысяч метров имели океанические бассейны. Абиссальные и батиальные зоны осложнялись линейно вы- тянутыми срединно-океаническими хребтами, в пределах которых, как и ранее, происходили сильные подводные излияния лавы и раздвижение земной коры. Под- водный рельеф океанов осложнялся развитием островов и архипелагов островов вулканического и невулканического происхождения. К последним можно отнести гайоты — подводные горы с плоскими вершинами, скрытые под многометровыми тол- щами воды, а также коралловые острова и атоллы. Отсутствие высоких горных сооружений в рельефе континентов в палеогеновом периоде сыграло немаловажную роль в распределении воздушных масс и морских течений и, как следствие, в формировании климатов, ландшафтных обстановок и в миграциях органического мира. В ископаемом состоянии сохранились многочисленные свидетельства климата па- леогена . Литологические, фаунистические, флористические показатели климата позволяют установить тип климата той или иной территории и обосновать его зо- нальность . Так значительной части палеогена были свойственны показатели теп- лых климатов и только в конце его известны показатели более умеренных усло- вии. Многие исследователи обращали внимание на якобы аномальное развитие таких показателей теплого климата, как кор выветривания, бокситов, глауконита, раз- нообразных теплолюбивых комплексов морской фауны и наземной растительности. Некоторые из показателей теплого и даже тропического климата, характерные для середины палеогена, обнаружены в современных высоких широтах. Так, коры вы- ветривания и бокситы соответствующего возраста распространены до 65° с. ш., т. е. известны в пределах современного умеренного пояса. Остатки лесной рас- тительности с довольно значительной долей субтропических вечнозеленых форм обнаружены в Гренландии, на Шпицбергене, островах Канадского Арктического ар- хипелага, Новосибирских островах, а также на Фолклендских (Мальвинских) ост- ровах и в Антарктиде. Несмотря на близкое к современному положение материков, находки в высоких широтах показателей теплого климата свидетельствуют не только об отсутствии ледовитости в полярных морях и на Антарктиде, но и о су- ществовании глобального теплого климата, весьма резко отличавшегося от совре- менного. В приэкваториальной части среднегодовые температуры составляли 24- 28 °С. Высокий температурный режим был свойствен морям, расположенным в преде- лах современных средних широт в течение палеоцена и эоцена. В морях Крыма и Закавказья среднегодовые температуры колебались в пределах 21-26 °С. Высокие температуры (около 22-26 °С) установлены для районов, прилегающих к современ- ному Северному морю. Однако в конце палеогена наступило значительное похолодание, и это привело к резкому сокращению ширины экваториального и тропического поясов. В низких широтах температуры понизились на 5-8°, а в средних и высоких широтах гради-
ент снижения температур был значительно выше. Так, например, если в Закавка- зье в начале олигоцена среднегодовые температуры составляли 20-22 °С, то в позднем олигоцене они понизились до 10-12 °С. Особенно большое снижение тем- ператур (до 5 °С) произошло в приполярных районах. Такое сильное похолодание вызвало появление в Антарктиде горных ледников. Площадь их постепенно возрас- тала, и они, в конце концов, образовали ледниковый щит, мощность которого продолжала расти. На протяжении палеогена аридный климат в северном полушарии господствовал в Центральной и южной Европе, Северной Африке, на территории Ближнего и Средне- го Востока, в Средней Азии и Казахстане, Центральной Азии, на юге США и в Мексике. В южном полушарии аридные условия существовали на территории совре- менных Чили и Аргентины. Наряду с областями высокого увлажнения и равномерного распределения атмо- сферных осадков в течение года и аридным типом климата выделяются районы с переменно-влажным климатом, для которых характерно сезонное распределение влажности. Особенность органического мира палеогена заключалась абсолютном господстве на суше и море представителей высшей флоры и фауны. Среди растительности пре- обладали покрытосеменные древесные, которые в систематическом и экологическом отношении были близки к современным формам. В растительном покрове также при- нимали участие голосеменные и, главным образом, хвойные, произраставшие в вы- соких широтах. В областях обильного увлажнения существовала болотная расти- тельность , а в засушливых районах — ксерофильное редколесье и саванные ассо- циации . Большие изменения произошли в составе наземной фауны. Жизненные пространст- ва, освобожденные динозаврами, быстро были заняты новой прогрессивно разви- вающейся фауной млекопитающих. Млекопитающие палеогена были представлены пре- имущественно мелкими формами, экологически тесно связанными с лесными и озер- но-болотными лесными ландшафтами. Несмотря на то, что в палеогене произошла дифференциация млекопитающих на различные систематические группы (хоботные, хищные, приматы, насекомоядные, копытные, грызуны), в целом они оставались примитивными формами, и многие из них вымерли в конце неогена. Развитие наземной фауны и ее расселение определялись климатическими и па- леогеографическими обстановками. Благодаря достаточно высокой орошаемости пе- риферических зон переменно-влажного климата распространились животные, веду- щие полуводный образ жизни. Большую роль в расселении животных в условиях развития обширной трансгрессии сыграли «континентальные мосты» между посте- пенно расходящимися материками. Изоляция материка приводила к развитию свое- образной эндемичной фауны. Так, например, изоляция Австралии от других мате- риков, начиная с палеогена, привела к тому, что только в ее пределах долгое время продолжали существовать такие низшие млекопитающие, как сумчатые. В те- чение палеогена низшие представители млекопитающих — сумчатые, неполнозубые и первые приматы — обитали на изолированном от других Южно-американском матери- ке . В Евразии наземная фауна палеогена была весьма разнообразна. В течение большей части палеогена здесь существовала так называемая бронтотериевая фау- на, а в конце палеогена ее сменила индрикотериевая фауна. Название бронтоте- риевая фауна получила от типичного для экологической группировки крупных не- парнокопытных травоядных млекопитающих — бронтотериев, имевших широкое рас- пространение . Они питались сочной болотной растительностью и могли длительное время находиться под водой. К бронтотериевой экологической группировке отно- сились древнейшие носороги — аминодонты, крупные свинообразные эптелодонты, примитивные парнокопытные антракотерии, тапирообразные и др. Все они обитали во влажных и заболоченных лесах, заиленных речных поймах, заболоченных низ и-
нах и бессточных мелководных озерах. Индрикотериевая фауна (название она получила от присутствия гигантского безрогого носорога — индрикотерия) была более разнообразной. Она состояла из обитателей саванн, заболоченных лесов и болотистых ландшафтов. В саваннах обитали крупные индрикотерии, достигавшие высоты 7-8 м, разнообразные грызу- ны, а из пресмыкающихся — пресноводные черепахи. Индрикотерии - гигантские носороги олигоцена и ранне- го миоцена (по 3. Шпинару и 3. Буриану). Заболоченные леса, расположенные в низинах, были населены организмами, бо- лее приспособленными к жизнедеятельности в лесных зарослях. Основу данного комплекса составляли представители бронтотериевой фауны — эптелодонты, амино- донты и антракотерии. Последние — свинообразные животные — по образу жизни были похожи на гиппопотамов и вели полуводный образ жизни. Аминодонты, или болотные носороги, обитали на заиленных и заболоченных поймах и в болотах бессточных котловин. Свинообразные эптелодонты приспособились к обитанию в приречных зарослях. В палеогене возник и ряд новых форм, в частности гигантские носороги, хищ- ники — креодонты, а также предки лошадей. Гигантские носороги обладали широко поставленными, подвижными пальцами ног, что обеспечивало им большую площадь опоры. В лесных районах появились предки лошадей — небольшие животные с паль- цеходящими копытами. Довольно своеобразной была морская фауна палеогена. Среди беспозвоночных господствующее положение приобрели крупные теплолюбивые (тропические) форами- ниферы — нуммулиты и орбитоиды. Широким распространением пользовались шести- лучевые кораллы, морские ежи, брахиоподы, брюхоногие и двустворчатые моллюски — крупные устрицы, пектиниды, мидии. Богатство отложений палеогена остатками разнообразной флоры и фауны позво- ляет полнее, чем предшествующие геологические периоды, охарактеризовать ланд- шафтно-климатические особенности суши. В пределах экваториального пояса росли
влажные (дождевые и муссонные) леса, обладавшие определенными чертами сходст- ва с современными лесами Центральной Америки, запада Африки и Индии. Основу растительности составляли разнообразные пальмы, сандаловые и фикусовые дере- вья. В глубь континентов они сменялись парковыми саванными и саванными редко- лесьями . В аридном поясе господствовали ландшафты саванного типа с сильно разрежен- ным растительным покровом, состоящим главным образом из ксерофитов. По окраинам аридных поясов влажность увеличивалась и в условиях переменно- влажного климата произрастала растительность смешанного типа. Наряду с ксеро- фитами на берегах водоемов располагались леса из узколистных дубов, лавров, миртовых и хвойных. В средних широтах в тропическом влажном поясе господствовала лесная расти- тельность, в которой наряду с тропическими, вечнозелеными, влаголюбивыми фор- мами принимали участие относительно умеренные. Эта флора в Евразии носит на- звание полтавской. Она распространялась на значительной части Южной и Цен- тральной Европы, на Кавказе, на юге современной территории европейской части СССР, Южном Урале и в Казахстане. Основной чертой растительного покрова дан- ной области являлось абсолютное господство вечнозеленых лесов, напоминающих современные леса Малайского архипелага. Леса состояли из пальм, банановых, драконовых, сандаловых и хлебных деревьев и древовидных папоротников. В се- верных периферических частях вместе с ними произрастали субтропические вечно- зеленые дубы, каштаны, лавры, миртовые, кипарисовые, секвойи, таксодиевые, араукарии, туя и др. В Восточной Азии аналогом полтавской флоры были вечнозеленые леса, в кото- рых сохранились позднемеловые реликты в виде примеси, а иногда и самостоя- тельных зарослей гинкговых и цикадофитовых. Северная Евразия и северные районы Северо-Американского материка в палеоце- не и эоцене характеризовались развитием субтропического климата. В соответст- вии с климатическими условиями здесь формировался своеобразный тип раститель- ности тургайской флоры. На этой обширной территории росли хвойно- широколиственные листопадные леса. В южной половине господствовали субтропи- ческие виды с примесью тропических, а в северной — умеренно теплые листопад- ные и хвойные. Расположенный в высоких широтах обширный морской бассейн спо- собствовал сглаживанию температурного режима и равномерному распределению ат- мосферных осадков. Сравнительно высокий термический режим и обилие атмосфер- ных осадков благоприятствовали росту хвойно-широколиственных листопадных ле- сов на Шпицбергене, Новосибирских островах и Канадском Арктическом архипела- ге . Они состояли из секвойи, таксодиума, тисовых, сосновых, пихт, кедров, ду- бов, каштанов, кленов, лип, платанов и ореховых. В виде отдельных примесей встречались пальмы, лавровые, магнолии и миртовые. Возникает вполне естественный вопрос: каким же образом в условиях полярной ночи могла развиваться столь теплолюбивая растительность, даже при наличии высокого температурного режима? Высокий термический режим и обилие солнечного тепла в весенне-летние сезоны вполне были достаточны для вегетации раститель- ности. Для «зимних» сезонов в эоцене и палеоцене не были характерны отрица- тельные температуры, и вегетация прекращалась при наступлении теплой полярной ночи. При этом возникал действительно фантастический ландшафт: теплая поляр- ная ночь, северные сияния, а вокруг стоят оголенные деревья, которые мы с ва- ми привыкли видеть на юге. На материковой части Евразии и Северной Америки, т. е южнее 70° с. ш., рез- кие контрасты между зимой и летом отсутствовали. Вряд ли зимы были морозными, а это способствовало развитию хвойно-широколиственных лесов с вечнозеленым подлеском. Так же как и в северном, в южном полушарии теплолюбивая растительность про-
израстала в высоких широтах. Остатки широколиственной флоры вместе с относи- тельно теплолюбивыми хвойными обнаружены в Антарктиде и на о-ве Кергелен. В конце палеогена под влиянием наступавшего и прогрессивно развивавшегося похо- лодания климатические границы сместились в сторону экватора. Состав тургай- ской и полтавской флор сильно обеднел в результате исчезновения вечнозеленых тропических и субтропических форм, усилилась роль бореальных хвойных, возник- ли и широко распространились береза, тополь, ива, ольха. В связи с усилением похолодания расширились области аридизации климата и в умеренном поясе впер- вые возник ландшафт саванно-степей и лесостепей. Неогеновый период — возникновение современных ландшафтов Несмотря на небольшую продолжительность, всего около 20-24 млн. лет, неоге- новый период является одним из важнейших периодов геологической истории Зем- ли. За этот относительно небольшой промежуток времени земная поверхность при- обрела современные черты, возникли ранее неизвестные ландшафтно-климатические обстановки и появились прямые предки человека. В течение неогенового периода необычайно высокой активностью обладали тек- тонические движения, которые привели к поднятию крупных участков земной коры, сопровождаемому складчатостью и внедрением интрузий. В результате этих движе- ний возникли и приобрели современные черты горные системы Альпийско- Гималайского пояса, западных цепей Кордильер и Анд, а также островных дух1. Одновременно с ними сильно активизировались движения по древним и вновь воз- никшим разломам. Они вызвали разноамплитудные глыбовые перемещения и привели к возрождению горного рельефа на окраинах древних и молодых платформ. Различ- ная скорость и разный знак перемещения блоков способствовали образованию кон- трастного рельефа от высоких плато и плоскогорий, расчлененных печными доли- нами, до высокогорных массивов со сложной системой хребтов и межгорных впа- дин. Процессы активизации, приведшие к возрождению горного рельефа, сопровож- дались интенсивным магматизмом. Первопричиной столь активной перестройки на континентах явилось продолжав- шееся перемещение и столкновение крупных литосферных плит. В неогеновом пе- риоде завершилось формирование современного облика океанов и береговой зоны континентов. Соприкосновение жестких литосферных плит привело к образованию горных хребтов и массивов. Так, в результате столкновения Индостанской плиты с Евразией появилась мощная горная система Гималаев. Перемещение Африки в се- верном направлении и ее столкновение с Евразией привело к сокращению ранее обширного океана Тетис и формированию высоких гор, окружающих современное Средиземное море (Атлас, Пиренеи, Альпы, Карпаты, Крым, Кавказ, Эльбурс, гор- ные системы Турции и Ирана). Этот огромный горно-складчатый пояс, известный под названием Альпийско-Гималайского, протягивается на расстояние нескольких тысяч километров. Формирование этого пояса еще далеко до завершения. До на- стоящего времени здесь происходят сильные тектонические движения. Свидетель- ством этого являются частые землетрясения, извержения вулканов и медленное увеличение высот горных хребтов. Другая величайшая горная цепь Земли — Анды появилась в результате столкно- вения Южно-Американской литосферной плиты с океанической плитой Наска, распо- ложенной в пределах юго-восточной части Тихого океана. Здесь, так же как и в Альпийско-Гималайском поясе, продолжаются активные горообразовательные про- цессы . На востоке Азии, начиная от Корякского нагорья вплоть до о-ва Новая Гвинея,
располагается Восточно-Азиатский пояс. Активные тектонические движения и вул- канизм, происходившие в неогеновом периоде, продолжаются и в настоящее время. Здесь осуществляются поднятия и медленные перемещения островных дух1, изверже- ния вулканов, сильные землетрясения и идет накопление мощных толщ обломочного материала. Значительное перемещение литосферных плит и их столкновения в пределах кон- солидированных жестких участков вызывали образование глубинных разломов. Дви- жения вдоль этих разломов значительно изменили облик Земли. На западе Северной Америки глубинный разлом отделил от материка п-ов Кали- форнию, в результате чего образовался Калифорнийский залив. В начале неогена взаимно пересекающиеся глубинные разломы рассекли жесткие плиты Африки и Аравии на отдельные глыбы и началось их медленное раздвижение. На месте раздвигов возникли грабены, в которых расположились современные Красное море, Суэцкий и Аденский заливы. Именно они отделили Аравийский полу- остров от Африки. Изучение рельефа и состава пород морского дна Красного моря и Аденского за- лива привело ученых к заключению, во-первых, земная кора здесь имеет океани- ческое строение, т. е. под небольшим слоем осадочных образований базальтовая кора, и, во-вторых, что образование таких грабенов, в центральной части кото- рых находятся линейно вытянутые сооружения, подобные современным срединно- океаническим хребтам, является начальным этапом формирования океанических впадин на теле Земли. Исследования Красного моря и Аденского залива проведенные с помощью глубо- ководного бурения и при помощи спускаемых глубоководных обитаемых аппаратов, показали, что в настоящее время в центральной части грабенов резко увеличен тепловой поток, происходят подводные излияния базальтовых лав и вынос сильно- минерализованных рассолов. Температура придонных вод превышает 60 °С, а мине- рализация, но не общая соленость, возрастает почти в 5-8 раз за счет повышен- ного содержания цинка, золота, меди, железа, серебра, урана. Насыщенная мине- ральными солями, вынесенными из глубинных недр Земли, вода располагается на глубинах 2-2,5 км и не поднимается к поверхности. Большие изменения произошли в течение неогена в Восточной Африке. Здесь возникла целая система разломов, носящих название Великих Африканских разло- мов . Они начинаются в районе нижнего течения р. Замбези и тянутся в субмери- диональном направлении. У озера Ньяса серия разломов образует три ветви. За- падная ветвь проходит через озера Танганьика и Эдуард, центральная — через озера Рудольф и Дофине, а восточная — около южной оконечности п-ова Сомали и открывается в Индийский океан. Центральная ветвь в свою очередь делится на две. Одна подходит к побережью Аденского залива, а другая через Эфиопию про- ходит к Красному и Мертвому морям и упирается в горную систему Тавр. Крупные грабены были образованы и в других регионах. Так были сформированы Байкальский грабен с амплитудой прогибания свыше 2500 м и находящиеся на про- должении оз. Байкал Тункинская впадина и ряд впадин, расположенных в северо- восточном направлении. Эти впадины заполнены мощными толщами песчано- глинистых и вулканогенных осадков мощностью в несколько тысяч метров. Сложное развитие претерпел океан Тетис. В результате перемещения Африкан- ского континента океан Тетис распался на два морских бассейна, которые разде- лялись цепочкой суши и архипелагами островов. Они протягивались от Альп через Балканы и Анатолию в пределы современных Центрального Ирана и Афганистана. В то время как южный бассейн Тетиса длительное время сохранял связь с Мировым океаном, северный все сильнее изолировался, особенно после появления молодых горных сооружений. Возникло море с изменчивой соленостью, которое называют Паратетисом. Оно простиралось на многие сотни километров от районов Западной Европы до Аральского моря.
В конце неогена в результате интенсивного роста горных сооружений Паратетис распался на ряд полуизолированных бассейнов. Продолжавшиеся тектонические движения вызывали одних участков и затопление других. Энергичные воздымания Альп, Карпат, Кавказа, Крыма и горных сооружений Ира- на и Анатолии способствовали обособлению Средиземного, Черного, Каспийского морей. Временами связь между ними восстанавливалась. Одна из крупнейших изоляций Средиземного моря от Мирового океана, происшед- шая около 5 млн. лет назад, чуть не привела к крупнейшей катастрофе. Во время так называемого мессинского кризиса в результате отсутствия притока воды и усиленного испарения произошло значительное возрастание солености и постепен- ное усыхание Средиземного моря. Ежегодно за счет испарения Средиземное море теряло более 3 тыс. км3 воды. При отсутствии связи с открытым океаном это вы- звало сильное понижение уровня моря. На месте Средиземного моря появилась ог- ромная ванна, уровень воды в которой был на несколько сот метров ниже уровня Мирового океана. Осушенная поверхность огромной пустыни была покрыта толстым слоем каменной соли, ангидрита и гипса. Спустя некоторое время перемычка в виде Гибралтарского хребта, соединявшая Европу с Африкой, рухнула, воды Атлантики хлынули в чашу Средиземноморской впадины и довольно быстро заполнили ее. Благодаря большому перепаду высот ме- жду уровнем воды в Атлантике и поверхностью Средиземноморской низменности на- пор воды в Гибралтарском проливе — водопаде был очень сильным. Пропускная способность Гибралтарского водопада в несколько сот раз превышала способность водопада Виктория. Через несколько десятков лет чаша Средиземноморской впади- ны вновь заполнилась. В течение плиоценовой эпохи неоднократно менялись размены и очертания Чер- ного (его иногда называют Понтическим) и Каспийского морей. Между ними то возникали связи через Предкавказье, Рионскую и Куринскую низменности, то вновь пропадали. В четвертичное время возникла связь Черного моря со Среди- земным посредством проливов Босфор и Дарданеллы. Это спасло Черное море от окончательного высыхания, а связь с Каспием была, в конце концов, утрачена. Площадь последнего, как и Аральского моря, медленно сокращается и не исключе- но , что если человек не придет ему на помощь, то его ждет участь Средиземного моря в мессинский кризис. Следовательно, в течение неогена произошла гибель некогда величайшего океа- на Тетис, который разделял два крупнейших материка — Евразию и Гондвану. В результате перемещения литосферных плит площадь океана сильно уменьшилась, и в настоящее время его реликтами являются Средиземное, Черное и Каспийское мо- ря. Под воздействием многих факторов в неогене бурную эволюцию испытывал орга- нический мир. Животное и растительное царство приобрело современные черты. В это время впервые возникли ландшафты тайги, лесостепей, горных и равнинных степей. В экваториальных и тропических областях были распространены влажные леса или саванны. Обширные пространства покрывались своеобразными лесами, напоми- нающими современные дождевые леса низменностей Калимантана. В составе тропи- ческих лесов произрастали фикусы, банановые, пальмы, бамбуки, древовидные па- поротники , лавры, вечнозеленые дубы и т. д. В районах с сильным дефицитом влаги и сезонным распределением атмосферных осадков располагались саванны. В умеренных и высоких широтах дифференциация растительного покрова была значительнее. Лесная растительность в начале неогена характеризовалась разно- образием и богатством видов. Довольно большим развитием пользовались широко- лиственные леса, в которых ведущая роль принадлежала вечнозеленым формам. В связи с усилением засушливости здесь появились ксерофильные элементы, давшие начало средиземноморскому типу растительности. Для этой растительности было
характерно появление в составе вечнозеленых лавровидных лесов маслин, грецко- го ореха, платанов, самшитов, кипарисов, южных видов сосен и кедров. Важную роль в распределении растительности играл рельеф. На предгорных обильно заболоченных низменностях располагались заросли ниссовых, таксодиумов и папоротников. На склонах гор росли широколиственные леса, в которых ведущая роль принадлежала субтропическим формам, выше они сменялись хвойными лесами, состоящими из сосны, пихты, тсуги, ели. При перемещении в сторону полярных областей в составе лесов исчезали вечно- зеленые и широколиственные формы. Хвойно-широколиственные леса были представ- лены довольно большим спектром голосеменных и покрытосеменных форм от ели, сосны и секвойи до ивы, ольхи, березы, бука, клена, ореха, каштана. В аридной области умеренных широт располагались бореальные аналоги саванн — степи. Лес- ная растительность находилась по долинам рек и на побережьях озер. В связи с похолоданием, усиливавшимся в конце неогена, возникли и получили широкое распространение новые зональные типы ландшафта — тайга, лесостепь и тундра. До настоящего времени все еще окончательно не решен вопрос о месте возник- новения тайги. Гипотезы приполярного происхождения тайги связывают образова- ние таежных компонентов в приполярных районах с постепенным распространением ее к югу по мере наступления похолодания. Другая группа гипотез предполагает, что родиной таежных ландшафтов была Берингия — область суши, включающая со- временные Чукотку и обширные участки шельфовых морей Северо-Востока СССР. Так называемая филоценогенетическая гипотеза рассматривает тайгу как ландшафт, возникший за счет постепенной деградации хвойно-широколиственных лесов по ме- ре похолодания и уменьшения влажности. Имеется также другая гипотеза, соглас- но которой тайга возникла в результате вертикальной климатической зонально- сти. Таежная растительность вначале развивалась в высокогорье, а затем как бы «спустилась» на окружающие равнины во время похолодания. В конце неогена та- ежные ландшафты уже занимали обширные пространства Северной Евразии и север- ных районов Северной Америки. На рубеже неогена и четвертичного периода вследствие похолодания и усиления засушливости в лесной формации особо выделились травянистые растительные со- общества степного типа. В неогене начался процесс «великого остепнения рав- нин» . Вначале степи занимали ограниченные районы и часто чередовались с лесо- степями. Степные ландшафты формировались в пределах внутриконтинентальных равнин умеренного пояса с переменно-влажным типом климата. В аридном климате образовались полупустыни и пустыни, главным образом за счет сокращения саван- ных ландшафтов. Значительные изменения произошли в составе фауны. В шельфовых зонах обитали достигшие большого разнообразия двустворчатые и брюхоногие моллюски, кораллы, фораминиферы, а в более удаленных участках — планктонные фораминиферы и кок- колитофориды. В умеренных и высоких широтах состав морской фауны изменился. Исчезли ко- раллы и тропические формы моллюсков, появилось огромное количество радиолярий и особенно диатомей. Широкое развитие получили костистые рыбы, морские чере- пахи и земноводные. Большого разнообразия достигла фауна наземных позвоночных. В миоцене, когда многие ландшафты сохраняли черты палеогена, развивалась так называемая анхи- териевая фауна, получившая название по характерному представителю — анхите- рию. Анхитерий — это небольшого размера животное, величиной с пони, — один из предков лошадей с трехпалыми конечностями. Анхитериевая фауна включала многие формы предков лошадей, а также носорогов, медведей, оленей, свиней, антилоп, черепах, грызунов и обезьян. Из этого перечисления видно, что в состав фауны входили как лесные, так и лесостепные (саванные) формы. В зависимости от
ландшафтно-климатических условий наблюдалась экологическая неоднородность. В более засушливых саванных районах имели распространение мастодонты, газели, обезьяны, антилопы и т. д. В середине неогена в Евразии, Северной Америке и Африке появилась быстро прогрессирующая гиппарионовая фауна. В нее входили древние (гиппарионы) и на- стоящие лошади, носороги, хоботные, антилопы, верблюды, олени, жирафы, беге- моты, грызуны, черепахи, человекообразные обезьяны, гиены, саблезубые тигры и другие хищники. Самым характерным представителем этой фауны был гиппарион — небольшая ло- шадь с трехпалыми конечностями, пришедшая на смену анхитерию. Они обитали в открытых степных пространствах и строение их конечностей указывает на способ- ность передвижения, как в высокотравье, так и по кочковатым болотам. В гиппарионовой фауне преобладающее значение имели представители открытых и лесостепных ландшафтов. В конце неогена роль гиппариновой фауны возросла. В ее составе усилилось значение саванно-степных представителей животного мира — антилоп, верблюдов, жираф, страусов, однопалой лошади. В течение кайнозоя связь между отдельными континентами периодически преры- валась . Это препятствовало миграциям наземной фауны и одновременно обусловило большие провинциальные различия. Так, например, в неогене очень своеобразной была фауна Южной Америки. Она состояла из сумчатых, копытных, грызунов, плос- коносых обезьян. Начиная с палеогена, эндемичная фауна развивалась и в Авст- ралии . В течение неогенового периода климатические условия на Земле приближались к современным. Абсолютное господство континентальных условий на материках, рез- ко выраженные контрасты наземного рельефа, наличие высоких и протяженных гор- ных систем, уменьшение площади Арктического бассейна и его относительная изо- ляция, сокращение размеров Средиземного моря и многих окраинных морей оказали существенное влияние на климат неогена. В целом для климата неогена были ха- рактерны следующие особенности: прогрессивное похолодание, распространившееся от высоких широт, и появление ледовитости в полярных областях; существенное обострение температурных контрастов между высокими и низкими широтами; обо- собление и резкое преобладание континентального климата. Простирание климатических поясов приближалось к современному широтному. По обе стороны от экватора располагались экваториальный и два тропических пояса. В их пределах на континентальных поверхностях в условиях высокой увлажненно- сти формировались мощные латеритовые1 покровы и произрастали тропические влажные леса. В морях обитали исключительно теплолюбивые представители фауны — кораллы, коралловые губки, мшанки, разнообразные брюхоногие и двустворчатые моллюски и т. д. Для тропиков были характерны наивысшие значения температур. В прибрежных участках морских бассейнов среднегодовые температуры обычно превышали 22 °С. На периферии тропического пояса к северу и к югу от экватора в течение миоце- новой эпохи (в соответствии с изменением климатических условий) менялся тип растительности. Тропические дождевые леса сменялись субтропическими ксеро- фильными, а вечнозеленые формы вытеснялись хвойными и широколиственными. В пределах субтропического пояса располагались влажные и относительно засушли- вые ландшафты. Природные условия субтропического пояса в миоцене подвергались сильным из- менениям, с одной стороны, под воздействием наступающего похолодания, а с Латерит — богатая железом и алюминием поверхностная формация в жарких и влажных тропических областях, образованная в результате выветривания горных пород. Горные породы разлагаются осадками, перепадами температур, в результате химического и меха- нического воздействий.
другой — в результате усиления континентальности климата. В лесах исчезли представители вечнозеленых ассоциаций, а затем теплолюбивые хвойные и даже некоторые широколиственные. В середине миоценовой эпохи среднегодовые темпе- ратуры в субтропическом поясе составляли 17-20 °С, а в конце миоцена они по- всеместно понизились на 3-5°. Ландшафт миоценовой эпохи (по 3. Шпинару и 3. Буриану). Похолодание, прогрессивно развивавшееся с начала неогена, наиболее сильно отразилось на климате полярных и умеренных широт и выразилось в значительном разрастании покровного оледенения Антарктиды. Первые льды возникли в горных областях Антарктиды около 20-22 млн. лет назад. В дальнейшем ледники перемес- тились на равнины, и их площадь особенно сильно возросла в середине неогена. После кратковременного потепления, происшедшего около 5 млн. лет назад, вновь наступило похолодание. Оно привело к сужению экваториального, тропиче- ского и субтропического поясов и расширению площади аридного климата. Значи- тельное понижение температур способствовало появлению тундрового и таежного
типов ландшафта, увеличению мощности антарктического ледникового панциря и возникновению сначала горных ледников, а затем и сплошного панциря в полярных областях северного полушария. Впервые лед в акватории Северного Ледовитого океана появился около 4,5 млн. лет назад. Около 2 млн. лет назад ледниковыми покровами были заняты значительная часть Антарктиды, Патагонии, Исландия и многие острова Северного Ледовитого океана. ПРИРОДА ЧЕТВЕРТИЧНОГО ПЕРИОДА Всего за 1-2 млн. лет в четвертичном периоде произошло множество событий, приведших к существенным изменениям природной обстановки. По крайней мере, два события заставляют особо выделить четвертичный период среди остальных: во-первых, появление и развитие человека и, во-вторых, периодически повторяю- щиеся оледенения обширных территорий. Становление человеческого общества и активное вмешательство человека в те- чение многих природных процессов позволили назвать четвертичный период антро- погеновым. В течение плейстоценовой и голоценовой эпох антропогена в резуль- тате интенсивных тектонических движений продолжали увеличиваться глубина и ширина Атлантического и Индийского океанов и уменьшались размеры Тихого океа- на. Уровень Мирового океана также не был постоянным. В эпоху максимального оледенения уровень океана уменьшался на 100 м, а в эпохи межледниковья увели- чивался на 10 м по отношению к современному. Приведенные цифры весьма прибли- зительны и не полностью отражают действительную картину изменения гипсометри- ческого положения каждого конкретного участка. Наряду с тектоническими движениями большую роль в становлении современного облика рельефа играли экзогенные факторы — деятельность поверхностных вод, морей и ветра. Под воздействием тектонических факторов, а также изменения объема воды в Мировом океане в процессе таяния льда или формирования наземного оледенения
происходили морские регрессии и трансгрессии. Однако они были менее грандиоз- ными, чем в прошедшие реологические эпохи и охватывали, как правило, сравни- тельно узкие приморские участки. Климаты ледниковых и межледниковых эпох В течение четвертичного периода наиболее ярко выразилась ритмичность изме- нений климата, которые носили глобальный характер. Они приводили к периодиче- скому смещению климатических поясов, и их миграция даже за сравнительно ко- роткий промежуток времени составляла 1000-2000 км. От межледниковья до ледникового периода среднегодовые температуры поверхно- стных экваториальных вод изменялись на 6—10°. Амплитуда климатических измене- ний нарастала по мере движения от экватора к полюсам и от морских районов к континентальным. Причем если в областях с морским типом климата происходили колебания в температурном режиме, то во внутриконтинентальных районах изменя- лась влажность. Сильное похолодание, наступившее в середине раннего плейстоцена, с пониже- нием среднегодовых температур на 10-15° в высоких широтах, привело к образо- ванию вначале мощного снежного, а затем и ледяного покрова. Ледниковые покро- вы, существовавшие в полярных районах в конце плиоцена, постепенно увеличива- лись в размерах. Хотя по ряду причин время начала систематических колебаний границ ледниковых покровов определить крайне трудно, принято считать, что значительные перемещения границ льдов начались примерно 700 тыс. лет назад. В эпохи крупных оледенений нарастание мощности ледниковых покровов вызывало их смещение в направлении к экватору. Причем наибольшее смещение ледяной по- кров испытывал в районах с влажным морским климатом, в то время как в сухом континентальном климате ледники занимали небольшие площади. Во время наиболее сильных похолоданий ледниковый покров в северном полушарии в среднем достигал 57° с.ш., в отдельных районах языки ледника простирались до 40° с.ш., а в Ев- ропе до 48° с. ш. В ледниковые эпохи границы морских льдов смещались в сторо- ну низких широт на 10-15° в северном и на 5—10° в южном полушариях. Одновре- менно с этим снижался уровень снеговой линии в горах и увеличивалась площадь многолетних мерзлых почв. Появление материкового ледяного щита и глобальное похолодание вызвали ин- тенсивные изменения климатической зональности. По сравнению с современным, пояса арктического и антарктического климата сильно расширились. Арктический пояс простирался до 40-50° с. ш. Эта территория была занята обширными ледни- ковыми щитами, тундрой, тундростепями и морскими льдами. Пояса умеренного, субтропического и тропического климата были сильно сужены и смещены в низкие широты. В засушливых секторах влажность увеличивалась. Вопрос о размерах и режиме выпадения атмосферных осадков в эпохи оледенений пока не решен. Несомненно, что условия увлажнения в это время в различных районах менялись по-разному. В эпохи максимальных оледенений общее количество атмосферных осадков в пределах континентов сильно уменьшалось, так как сокра- щалась общая площадь поверхности испарения, покрытая льдом. Прогрессивное уменьшение общего количества атмосферных осадков во время ледниковых эпох явилось одной из причин приостановления дальнейшего развития континентальных оледенений. Охлаждающее влияние ледников на прилегающие территории вызвало возникнове- ние своеобразных перигляциальных природных зон. Для них были характерны до- вольно низкие температуры воздуха в течение всего года и очень небольшое ко- личестве суммарной солнечной радиации и очень небольшое количество годовой суммы атмосферных осадков. Такие климатические условия способствовали появле-
нию специфических ландшафтов, сочетавших черты современных тундр и высокогор- ных степей. Рост ледникового покрова вызвал общее снижение уровня Мирового океана по сравнению с его современным уровнем. Во время оледенений не только увеличива- лась доля континентального климата, но и происходило дальнейшее снижение тем- ператур ввиду того, что значительная доля солнечного тепла из-за высокой от- ражающей способности ледяной поверхности не расходовалась на обогрев планеты. Падение температур и снижение уровня снеговой линии привели к возникновению горных оледенений не только в умеренных, но и в субтропических и тропических поясах. Плейстоценовые горные ледники располагались во многих районах Азии, Африки, на островах Тихого океана и в тропической области Южной Америки. Колебания мощности ледниковых покровов в северном полушарии, включая Аркти- ческий ледяной щит, происходили синхронно. Геологические, палеоботанические и палеонтологические исследования свидетельствуют о том, что во время леднико- вых эпох в субтропическом поясе увеличивалась влажность и снижались темпера- туры, а в бессточном Большом Бассейне Северной Америки находились гигантские пресноводные озера Лахонтан и Бонвилл. Доказано, что воды плейстоценовых озер не могли быть талыми ледниковыми. Озера в течение всего плейстоцена были бес- сточными, а котловины были заполнены в результате возрастания речного стока и увеличения атмосферных осадков. Аналогичные озерные бассейны располагались в Евразии (озера Иссык-Куль, Зайсан, озера Китая и Монголии). Что же касается районов, прилегающих к экватору, то соотношение между оле- денениями и плювиалами, т. е. эпохами выпадения обильных осадков во внеледни- ковых областях, здесь обратное. Ледниковым периодам соответствовали засушли- вые эпохи, а межледниковьям — дождливые. Геологические данные свидетельствуют о том, что во время ледниковых эпох соленость вод морей, расположенных в тро- пическом и экваториальном климате, увеличивалась, следовательно, ледниковые эпохи приводили к возникновению сухого климата в тропических областях. Трудность обоснования изменения климатических условий на основе колебания уровня внутренних бассейнов хорошо видна на примере Каспийского моря. В тече- ние плейстоцена этот бассейн претерпевал значительные колебания уровня. Одни трансгрессии Каспия были связаны с межледниковьями, другие — с ледниковыми эпохами. В ледниковые эпохи разность между температурами низких и высоких широт в северном полушарии достигала 70 °С, в то время как в межледниковые эпохи она составляла всего 30-35 °С. Увеличение температурных контрастов от межледнико- вых эпох к ледниковым сопровождалось усилением интенсивности атмосферной цир- куляции . Смещение циклонов к экваториальным широтам приводило к увеличению увлажнен- ности аридных областей, расположенных на территории Южной Европы, Центральной Азии, Африки и Северной Америки. Циклоническая деятельность в эпохи потепле- ний обеспечивала обильное выпадение атмосферных осадков в тропических и суб- тропических широтах. Большое количество атмосферных осадков обеспечивало раз- витие, с одной стороны, горных ледников, а с другой увеличивало сток равнин- ных рек. Именно в плювиальные эпохи на равнинах Гоби, Аравии, Сахары Южной Африки и в Австралии была разработана гидрографическая сеть и повышались уровни озер. В эпохи межледниковий происходило смещение в высокие широты климатических областей, и структура географической оболочки хотя и приближалась к современ- ной, но не была полностью ей тождественна. Палеогеографические данные, глав- ным образом палеонтологические материалы, со всей очевидностью свидетельству- ют о различных особенностях природных зон межледниковий и о значительном рас- ширении экваториальных и тропических поясов по сравнению с эпохами оледене- ния.
В пределах арктического и антарктического поясов, размеры которых были близки к современным, среднегодовые температуры, как правило, были отрица- тельными. Средние температуры самого холодного месяца колебались от —30 до — 50 °С, а в теплые сезоны они повышались до +2 °С. Субарктический пояс характеризовался развитием тундровых и лесотундровых ландшафтов. Средние температуры самого теплого месяца достигали +12 °С, и од- новременно с этим возрастала годовая сумма атмосферных осадков. В пределах умеренного пояса, так же как и в современную эпоху были развиты ландшафтно-климатические зоны тайги, широколиственных лесов, лесостепей, сте- пей, полупустынь и пустынь. В зоне тайги в эпохи межледниковий средние темпе- ратуры в зимнее время не опускались ниже — 20 °С, а среднелетние температуры равнялись +10-15 °С. Зона широколиственных лесов характеризовалась среднего- довыми температурами до +4 °С. В пределах лесостепной и степной зон климат был более теплым. Среднелетние температуры в этих зонах нередко повышались до 20-25 °С. Общее количество атмосферных осадков вряд ли превышало 500 мм и снижалось в центральных районах континентов, где, так же как и в современную эпоху, располагались обширные аридные области, занятые полупустынями и пусты- нями. В пределах субтропического пояса выделяются области с соответствующим типом растительности. Северная граница субтропического пояса в эпохи значительных потеплений проходила в более высоких широтах по сравнению с современными. Среднегодовые температуры этого пояса колебались в пределах 14-18 °С. В тропическом и экваториальном поясах располагались области с аридным, пе- ременно-влажным (сезонно-влажным) и равномерно-влажным климатом. Среднегодо- вые температуры в пределах экваториального пояса изменялись в пределах 25- 28 °С. Развитие органического мира Периодически наступавшие оледенения вызывали колебания континентальных мо- рей и озер, влияли на эрозионную деятельность рек и наложили отпечаток на со- став и размещение органического мира. В межледниковые эпохи природные условия напоминали современные. Особенно- стями этих эпох являлись миграция в сторону полюсов и сильное расширение поя- сов теплого климата. Конец плиоцена и начало плейстоцена — один из величайших рубежей в истории органического мира. Около 3-4 млн. лет назад появились первые предки челове- ка. На фоне этого грандиозного события все остальные видоизменения в составе органического мира кажутся не столь существенными, хотя сами по себе они очень важны. В течение четвертичного периода окончательно оформился современ- ный облик растительного и животного мира. Многие представители теплолюбивой флоры и фауны вымерли. Однако нельзя не отметить, что исчезновение ряда круп- ных млекопитающих во второй половине плейстоцена, очевидно, было связано с деятельностью первобытного человека. Необыкновенно широкое распространение в растительном царстве получили травы. Очень сильно в четвертичном периоде были выражены миграции различных групп организмов под непосредственным влиянием климатических условий. Растительный покров субтропического и тропического поясов по существу оставался прежним. Лишь изменение влажности в межледниковые и ледниковые эпохи (во время межлед- никовий в низких широтах увеличивалась засушливость и наступала ксеротермиче- ская эпоха, а в первой половине ледниковой эпохи влажность возрастала и на- ступала плювиальная эпоха) приводило к смене ландшафтных обстановок: саванны
сменялись полупустынями, и наоборот. В умеренных и высоких широтах особенно сильно менялся состав растительно- сти, появились новые природные обстановки. Возникли и оформились тундровые и лесотундровые ландшафты, которые по мере развития покровного оледенения про- двигались в сторону низких широт. В это время в значительной степени обедня- лись таежные ландшафты, главным образом за счет исчезновения теплолюбивых элементов. В составе хвойно-широколиственных и лиственных лесов стали преоб- ладать более холоднолюбивые элементы. В межледниковые эпохи изменения в рас- тительном покрове осуществлялись за счет расширения ареала теплолюбивых флор. Значительную эволюцию в четвертичном периоде претерпела фауна, особенно на- земные позвоночные. Под влиянием оледенений происходили далекие миграции жи- вотных, и осуществлялся активный обмен между отдельными континентами, которые временами соединялись перемычками. Интенсивно происходил обмен фауной между Африкой и Евразией, Евразией и Северной Америкой, Северной Америкой и Южной Америкой. Перемычки между континентами в периоды оледенений сильно расширя- лись ввиду значительного понижения уровня воды в океанах. В течение четвертичного периода некоторые млекопитающие приобрели ряд черт несвойственных их предкам. В частности, следствием похолодания климата яви- лось значительное увеличение размеров млекопитающих, появление у них мощного волосяного покрова, жировой прослойки и т. д. Те формы, которые не смогли приспособиться к холодному климату, вымерли. В течение плейстоцена в субарктическом поясе северного полушария обитала довольно разнообразная фауна млекопитающих, многие из которых в голоцене вы- мерли. В тундре, лесотундре и в так называемых холодных степях паслись мамон- ты , шерстистые носороги, гигантский и северный олень, мускусный бык, песец, лемминг и различные грызуны. Мамонты были характерными представителями животного мира ледни- ковых эпох (по 3. Шпинару и 3. Буриану).
Фауна умеренного пояса состояла из настоящего слона, носорога Мерка, бизо- на, гиппопотама, медведя, волка, саблезубой кошки, рыси, а в Северной Америке кроме перечисленных обитал мастодонт. В лесостепной и степной зонах состав фауны существенно менялся, здесь широким распространением пользовались лоша- ди, бизоны, антилопы, лоси и многочисленные грызуны. Большое разнообразие имели млекопитающие тропического и экваториального поясов. В зависимости от ландшафтных условий сложился саванный и лесной тип фауны. В плейстоцене обитали животные, которые были известны в плиоцене в более северных областях, — это гиппопотамы, мастодонты, саблезубые тигры, носороги, олени, антилопы, зебры и т. д. Довольно интересна эволюция хоботных в течение плиоцена и плейстоцена. На- стоящие слоны появились в конце неогена. Их остатки обнаружены в ряде районов Евразии, Северной Америки и Африки. Столь обширный ареал объясняется высокой миграционной способностью слонов. Например, в поисках пищи и при наступлении неблагоприятных условий африканские слоны совершают суточные переходы до 100 км, при этом для них не служат преградой глубокие реки, озера или высокие горы. В плейстоцене слоны расселились на обширных территориях и приспособи- лись к обитанию в самых различных климатических условиях от тропических са- ванн до субарктической тундры. Это привело к возникновению различных экологи- ческих типов — от мамонтов до настоящих слонов. В течение четвертичного периода происходила интенсивная эволюция высших представителей обезьян и человека. Вплоть до позднего плейстоцена остатки древних людей (гоминид) были представлены немногочисленными находками, сде- ланными в Африке, Азии и Европе. Наиболее древними представителями семейства гоминид к которому относится и вид современного человека, являются австралопитеки. Обнаруженные остатки ав- стралопитека (зубы нижние челюсти) в районе озера Рудольф в Южной Эфиопии имеют возраст от 4 до 3 млн. лет. Внешне череп австралопитека сходен с чере- пом крупной обезьяны, но емкость его мозговой коробки была около 600 см3, а это меньше, чем у современных людей (средний объем равен 1200 см3) . Эти суще- ства, тем не менее, по осанке и даже походке мало отличались от нынешних лю- дей. Жили австралопитеки на открытых пространствах тропического пояса, в лес- ных саваннах. Каков же был уровень их развития? По-видимому, примитивный, так как до настоящего времени отсутствуют факты о возможности изготовления ими орудий и использования огня. На некоторых древнейших стоянках в Южной Африке (Кромдрай, Сварткрапс) были обнаружены черепа обезьяноподобных людей. Череп у них более массивный, чем у австралопитеков. Эти существа имели плоское лицо и низкий лоб. Судя по строе- нию зубов, они были вегетарианцами. Эти гоминиды получили название парантро- пов, и их возраст условно отнесен к началу плейстоцена. На рубеже плиоцена и плейстоцена австралопитеки и близкие к ним формы вы- мерли и на смену пришли «древнейшие люди», известные под названием архантро- пы. К ним относятся питекантропы, гейдельбергский человек, синантропы. Череп питекантропа был уплощен вверх, отличался низким лбом, выступающими челюстями и надбровными дугами. Средняя емкость мозговой коробки составляла 860 см3, а максимальная — не более 1000 см3. Слои, вмещающие остатки питекантропов, были определены как среднеплейстоценовые. Архантропы изготовляли из песчаников, кварца и вулканических пород разнооб- разные орудия, применяли огонь, основным их занятием была охота. Так, напри- мер, в местах их стоянок обнаружены многочисленные кости оленей, пещерных медведей, буйволов, слонов и т. д. После архантропов вплоть до середины последнего оледенения существовали па- леоантропы. Они были представлены неандертальцами и близкими к ним формами. С
верхнего палеолита получили распространение живущие ныне неоантропы — Homo sapiens. Жизнь древнейших людей тесно переплеталась с окружающей их природой. Основ- ная масса людей обитала в условиях с благоприятным климатом. При наступлении похолодания, по мере наступания в низкие широты ледников, они мигрировали в области в области с субтропическим и тропическим климатом в поисках пищи и тепла. Послеледниковое голоценовое) потепление Последнее вюрмское оледенение закончилось недавно и около 14 тыс. лет назад наступило потепление, сопровождаемое деградацией ледниковых щитов в Европе и Северной Америке. Как свидетельствуют результаты изучения изотопного состава кислорода в ле- дяной колонке Антарктиды, за последние 20 тыс. лет наиболее сильное потепле- ние (климатический оптимум) произошло между 15-м и 11-м тысячелетиями, и его величина оценивается в 5°. Однако потепление не было одноактным процессом, а осуществлялось постепенно и периодически сменялось кратковременным похолода- нием. Это выражалось в многократном колебании уровня Мирового океана, уровня снеговой линии, наступании и отступании ледников и т. д. Во время климатического оптимума в северном полушарии происходили заметные изменения природной среды. Особенно сильно они проявились в умеренных и высо- ких широтах. На южном краю Скандинавского ледника в это время располагалась серия мелких ледниковых озер, на месте которых по мере отступания ледника об- разовалось Балтийское озеро. Его уровень был непостоянным и колебался в пре- делах десятков метров. Одновременно с этим изменялась соленость вод от слабо- засолоненной до пресной и постоянно менялись связи с открытым океаном. Во время снижения уровня Балтийского озера в результате сокращения притока пре- сной воды со Скандинавского ледникового щита, но высокого стояния Мирового океана, морские воды проникали в озеро, а это приводило к повышению его соле- ности. После таяния Скандинавского ледника из-за отсутствия притока пресных вод уровень Балтики вновь опустился. Однако таяние приполярных ледниковых щи- тов , ледников Гренландии и Антарктиды продолжалось. Это в свою очередь вызы- вало сильный подъем уровня Мирового океана и поступление морских вод в Бал- тийскую котловину. Около 8 тыс. лет назад соленость в Балтике достигла 15%, а температура воды была намного выше, чем в настоящее время. После регрессии, которая началась около 4,5 тыс. лет назад, Балтика стала принимать современ- ные очертания. В течение голоценовой эпохи Балтика оказывала огромное климатическое воз- действие на северо-западные и северные территории Европы. Особенно увеличива- лась ее роль, когда осуществлялось соединение Балтики с теплым океаном. Высо- кая теплоотдача и влажность способствовали смягчению климата и давали возмож- ность развитию на его берегах влаго- и теплолюбивых широколиственных лесов. На протяжении всего климатического оптимума в Арктическом бассейне темпера- тура воды была на несколько градусов выше современной. Это благоприятствовало расселению на север относительно теплолюбивой фауны и перемещению в том же направлении растительных сообществ. Многие моллюски, в настоящее время известные только у берегов Исландии и Кольского полуострова или Южной Гренландии, во время климатического оптимума прекрасно развивались у берегов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, Новой Зем- ли, где летом отсутствовали ледяные покровы. Остатки растительности, произраставшей во время климатического оптимума на
Шпицбергене, северном побережье Сибири, в Гренландии и на о-ве Элсмир, дают основание предполагать, что Арктический бассейн в основном был свободен ото льда. Образованный за зиму лед довольно быстро стаивал в летние месяцы. На многих островах, расположенных в приполярных районах, росли леса. Так, в Исландии были распространены березовые и березово-буковые леса. Северное по- бережье Норвегии, Шетландские и Фарерские острова и многие острова Канадского Арктического архипелага покрывали листопадные леса. Об относительно высокой среднегодовой температуре свидетельствует характер лесной растительности За- падной Европы. По сравнению с современной эпохой области произрастания лесов были смещены к северу на 3-5 В связи с высокими среднегодовыми температурами в Евразии, а они более чем на 2° превышали современные, сильно повысился уровень снеговой линии, площадь ледников уменьшилась, и многие из них на Кавказе, Памире и в Альпах полностью исчезли. Многочисленные оценки климата, основанные главным образом на палеоботаниче- ских и археологических данных, позволяют считать, что в это время в Европе было в среднем на 2-3° теплее, чем в настоящее время. Однако в Северо- Восточной Европе зимы были очень снежными, хотя и не столь холодными как ны- не. Более высокие температуры, примерно на 3-4° выше, чем в настоящее время, были свойственны континентальным областям Северной Азии. Растительные зоны здесь были смещены к северу. Практически полностью отсутствовала тундра, а вместо горных тундр располагались различные кустарниковые ассоциации. Ланд- шафтно-климатические условия благоприятствовали миграции и развитию многих животных, неизвестных в этих районах в настоящее время. Так, на Новосибирских островах, по сообщению акад. Л. С. Берга, был обнаружен череп тигра. Тигры, как известно, в настоящее время живут только в уссуррийской тайге, хотя еще в начале XX в. они были известны и в Якутской тайге. Во время климатического оптимума исчезли ледниковые щиты в Северной Америке и сильно сократилась их площадь в Гренландии. В связи с потеплением лесная растительность в Северной Америке продвинулась к северу на 4-5°. Следы сильного потепления обнаружены и на многих территориях южного полуша- рия , в том числе и в Антарктиде. По данным Г. Флона, среднегодовая температу- ра во время климатического оптимума в Антарктиде увеличилась на 2-3°. Поэтому в водах, омывающих Огненную Землю, Антарктиду, Южную Африку и Австралию, оби- тали более теплолюбивые организмы, чем живущие здесь в настоящее время. В течение климатического оптимума сильно преобразились природные условия даже в тропических и экваториальных областях. Им было свойственно не только простое повышение температур, но и значительное изменение характера увлажне- ния. На это указывают изменившиеся ареалы обитания многих животных и расте- ний. Уровень африканских озер 8-9 тыс. лет назад был выше современного. Это, а также наличие многочисленных следов обводнения в современной аридной зоне, произрастание здесь влаголюбивой растительности служат неопровержимым доказа- тельством существования на обширных территориях высокой влажности. В ныне засушливых областях Азии в период климатического оптимума существо- вал жаркий влажный климат. В Индии и Пакистане количество атмосферных осадков почти в четыре раза превышало современный уровень и неоднократно происходили катастрофические разливы рек. Климатический оптимум завершился небольшим по интенсивности похолоданием, которое произошло 4-3 тыс. лет назад. В это время несколько увеличились пло- щади ледников, на суше возросли контрасты зимних и летних температур, снизи- лась среднегодовая температура, а ландшафтно-климатические области отступили в сторону экватора.
Изменение климата в историческую эпоху После похолодания, длившегося около 2 тыс. лет, в начале нового летоисчис- ления вновь наступила относительно теплая эпоха, которая в истории и климато- логии известна под названием эпохи викингов. Именно в это время, в конце I и в начале II тысячелетия н. э., выходцы из Скандинавии, именуемые викингами, совершали далекие путешествия, открывали и осваивали новые земли. Сведения о путешествиях викингов, укладе их жизни, природных условиях передают древне- скандинавские сказания (саги). Столь успешной миграции людей и освоению ими новых земель способствовало значительное потепление климата, охватившее многие районы земного шара. От- сутствие мощного льда в Северной Атлантике благоприятствовало плаванию. На маленьких суденышках, подчас подчиняя свою судьбу воле волн и ветра, викинги совершали далекие и продолжительные путешествия. Около 700 г. н. э. ирланд- ские монахи открыли Фарерские острова и обосновали там поселение. Почти через 100 лет острова были захвачены норвежскими викингами. Позднее викинги открыли Исландию, а в 875 г. достигли Гренландии. В начале XI в. они высадились на берегу Северной Америки и основали там по- селение . Между Гренландией и Северной Америкой имелось регулярное сообщение. Считается, что таким образом викинги освоили о-в Баффинова Земля, п-ов Лабра- дор и о-в Ньюфаундленд. Эти предположения недавно были подтверждены находками остатков древних поселений в Ньюфаундленде и Гренландии. В настоящее время поселения викингов в Гренландии погребены под мощной толщей льда. Во всех исландских сагах, где говорится о путешествиях викингов, нет упоми- наний о ледяных препятствиях. Следовательно, морские льды отсутствовали и плавание между Исландией и Гренландией совершалось регулярно. Поселенцы в Гренландии занимались скотоводством, в то время как в настоящее время значительная часть этого острова покрыта ледяным панцирем, а его жители в основном занимаются добычей морского зверя и рыболовством. Викинги плавали и в северо-восточном направлении. Они неоднократно огибали Скандинавию, от- крыли Шпицберген и, возможно, даже достигли устья р. Северной Двины. Потепле- ние климата в IX-XI вв. в Европе сопровождалось уменьшением влажности. Однако оно было не таким интенсивным, как в период климатического оптимума; средне- годовые температуры повысились лишь на 1-2°. В раннем средневековье в результате потепления улучшилась ледовая обстанов- ка в Арктике. Во многих районах произрастали несвойственные настоящему време- ни растения. Так, в Северной Америке на берегах р. Св. Лаврентия в это время отмечалось обилие винограда, в Китае в районе р. Хуанхэ выращивали мандарины и апельсины, в Японии повсеместно наблюдалось очень раннее цветение сакуры. В областях современного аридного климата было влажно. Полноводнее были реки бассейнов Средиземноморья и Ближнего Востока, уровень озер, в том числе и уровень африканского озера Чад, был намного выше, чем в современную эпоху. Это потепление длилось примерно около 500-600 лет, и его часто называют малым климатическим оптимумом. Наступившее похолодание носит название малого ледникового периода. Оно на- чалось в XIII-XIV вв1. и завершилось в конце XIX в. Серия кратковременных, но сильных похолоданий сменилась потеплениями. Во время похолоданий температуры снижались по сравнению с современными на 1,5-2 °. О природных условиях этого довольно длительного периода человеческой истории свидетельствуют многочис- ленные летописи и другие письменные источники. ... и вызвало нашествие монголов, увеличивших свою численность во время предшество- вавшего потепления.
Для времени похолодания важным показателем климата, растительности и живот- ных суши, является состояние горных ледников. Однако они часто реагируют на изменения климата не сразу, а с некоторым опозданием. В XIV в. началось наступание ледников в Альпах, на Кавказе, Аляске, Сканди- навии и Исландии. Многие из них стали спускаться в долины. Максимальные на- ступания ледников в Европе произошли между XVI и XVII вв. и после кратковре- менного потепления новая волна холода повлекла увеличение площади ледников в течение XVIII столетия. Ухудшение климата фиксируется не только развитием горных ледников, но и со- стоянием ледовой обстановки в Арктике и Антарктике, резким ухудшением произ- растания многих растений и миграцией в теплые края животных. Еще в начале малого ледникового периода население Исландии вынуждено было отказаться от возделывания зерновых культур. Многие поселения в Гренландии были оставлены и затем погребены под толщей льда и снега, погибли деревья и кустарники на севере Скандинавии, в Исландии и на арктическом побережье Сиби- ри. В это время не только в Европе, но и на других континентах северного полу- шария учащается количество суровых и снежных зим, увеличивается продолжитель- ность холодного сезона, обычными становятся прохладные летние месяцы и даже в районах, расположенных в низких широтах, временами выпадает снег, а реки по- крываются льдом. Так, например, Генуэзский залив в зимнее время покрывался ледяным панцирем, а многие оливковые деревья, виноградники и цитрусовые во Франции, Италии и Испании вымерзли. В Северной Америке и Евразии с похолоданием были связаны частые и глубокие вторжения холодного воздуха из Арктики. Климат в Японии и Китае в течение XV- XVI вв. был прохладным и влажным, но максимальное похолодание произошло между серединой XVIII и серединой XIX вв. В это время средние температуры лета и зимы в Японии стали на 1-2° ниже современных. Суровые зимы, наводнения, засухи и другие экстремальные природные явления приводили к крупным неурожаям, сопровождавшимся голодом и распространением эпидемий среди населения. В конце XIX в. началось потепление, однако, оно стало ощутимым только в 20— 30-е годы XX в. за счет возрастания температур в Арктике. Используя инстру- ментальные наблюдения, ученые установили, что в Баренцевом море в течение 1919—1928 гг. температура воды стала почти на 2° выше по сравнению с 1912— 1918 гг. Зимние температуры в западной части Гренландии в 30-е годы поднялись почти на 5°, а на Шпицбергене — на 8 — 10° по сравнению с 1912-1920 гг. В это же время происходило таяние многих горных ледников и сильно смягчилась ледо- вая обстановка в Арктике. На западном побережье Гренландии ледники отступили почти на 20 км. В Канаде скорость отступания ледников составляла 3 м в год. Площадь ледников Кавказа начиная с 1890 по 1945 г. уменьшилась более чем на 10 %. Сократили свои площади ледники на Полярном Урале, Памире, Тянь-Шане, Алтае, Саянах, Гималаях и на островах Арктики. Сильно сократились площади ледников в горах Тропической Африки и в Кордильерах. В Арктике растаяли мно- гие так называемые ледяные острова, представляющие собой скопления льда на подводных поднятиях. Между островами в результате таяния льда возникли и рас- ширились проливы. Граница многолетнемерзлого грунта постепенно сместилась к северу. Почти на 1 млн. км2 за 30 лет уменьшилась площадь льдов в советской акватории Арктики, а ледовитость Баренцева моря сократилась на 15 %. Реки и озера в умеренных широтах северного полушария вследствие потепления вскрывались значительно раньше, а замерзали позже, чем в середине XIX в. Потепление в XX в. было настолько интенсивным, что отразилось на составе и размещении животного и растительного царства. Многие птицы стали прилетать
раньше и селиться даже севернее своих обычных мест гнездования. Переместили свои гнездовья на север Норвегии и Финляндии белые куропатки, южной части Гренландии появились сизоголовые дрозды, а в Исландии — ласточки. Потепление вод Арктического бассейна вызвало миграцию на север многих про- мысловых рыб. В Баренцевом море появились и приобрели хозяйственное значение сельдь, пикша, треска, ранее известные здесь в весьма незначительных количе- ствах . В Белом море прижился морской окунь, а на западе Балтики — анчоус. Анало- гичные миграции осуществлялись и в Тихом океане. Изменились места обитания сардин, а в Охотском море появилась ранее неизвестная здесь скумбрия. Однако после 40-х годов произошло некоторое похолодание, которое, прежде всего, выразилось в увеличении продолжительности зимнего сезона и небольшом падении среднезимних температур. Многие ледники увеличили мощность, часть их спустилась в долины. Это касалось не только горных ледников, но и обширных покровных ледников Гренландии и Антарктиды. В высоких широтах увеличились число и размеры айсбергов. Гренландия (Greenland - Зеленая земля, англ.) ныне. По многочисленным данным за период с 1958 по 1963 г. средняя температура северного полушария снизилась на 0,5-0,8°. Однако в южном полушарии столь за- метного похолодания не происходило, а в Австралии и Новой Зеландии даже на- блюдалось некоторое повышение температур. Многолетние исследования в Антарк- тиде показали, что, начиная с 1957 г., в течение 10 лет среднегодовые темпе- ратуры понизились почти на 0,25° а с 1967 г. произошло повышение среднегодо- вых температур на 0,4°. Именно это несоответствие явилось предвестником весь- ма странного на первый взгляд повышения температурного режима. В конце 60-х и начале 70-х годов началось второе по счету потепление XX в. Если первое потепление было вызвано естественным снижением прозрачности атмо- сферы, то главной причиной второго потепления послужила хозяйственная дея- тельность человека. Существенные поправки в формировании современного климата вносит прогрес- сивная хозяйственная деятельность человека1, которая коренным образом измени- ла биосферу Земли. Человечество не только активно влияет на развитие и рассе- ление той или иной популяции животных и растений, но и в значительной мере преобразует природную среду. ... но никаких доказательств этого пока нет.
ПРИЧИНЫ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ И КЛИМАТЫ БУДУЩЕГО Природные события различного ранга геологического прошлого Земли нашли свое воплощение не только в образовании возрастных, генетически неоднородных отло- жений и структур, но и в становлении современной географической оболочки на- шей планеты. Земная поверхность под воздействием атмосферы и гидросферы, гло- бальных перемещений жестких литосферы, морских трансгрессий или регрессий и других факторов существенно видоизменяла свой облик. Особенно сильные измене- ния на протяжении длительной истории развития Земли происходили с климатом нашей планеты. В связи с необходимостью прогнозов климата ближайшего и буду- щего попробуем выяснить причины этих климатических изменений. Что влияет на изменение климата ? В истории климата Земли намечаются разномасштабные периодические колебания. Одни из них измеряются десятками миллионов лет, другие — десятилетиями, и в каждом таком изменении имеются свои причинно-следственные связи. Не вызывает сомнения, что такие изменчивые космические факторы, как яркость Солнца и угол наклона земной оси, форма земной орбиты и скорость вращения Земли прямо или косвенно оказывали воздействие на климат Земли и изменяли его. Более подробно остановимся на возможном влиянии на климат геолого- географических причин. Приходно-расходный баланс тепла и влагообмена на зем- ной поверхности осуществляется через атмосферу, океан, биосферу и литосферу. Атмосфера ответственна за изменчивость погоды и климата от нескольких часов до столетий, гидросфера — от десятилетий до тысячелетий, а биосфера и лито- сфера изменяют климат с еще большей периодичностью. На глобальный климат Земли оказывают большое влияние не только морские трансгрессии и регрессии, но и особенно положение литосферных плит. Увеличе- ние площади морей и океанов приводит к господству на Земле влажного и теплого
климата, а при регрессии, обычно сопровождаемой повышением гипсометрического положения суши и возникновением расчлененного рельефа, усиливается контраст- ность в распределении температур и влажности. Но максимальное воздействие на климат Земли оказывало положение материков — их дрейф. В те времена, когда в приполярных районах находилась материковая суша, на Земле наступали оледене- ния, сильно изменялась циркуляция воздушных масс и морских течений. Такие крупные оледенения происходили в позднеордовикское и позднекарбоновое время, когда вблизи Южного полюса оказывалась суша Гондваны. В то же время, когда на обоих полюсах Земли располагались океаны или даже мелководные эпиконтинен- тальные моря, климат на Земле был теплым. Эту закономерность можно объяснить тем, что отражающая способность (альбедо) водной поверхности намного ниже, чем у суши. Вода не только поглощала солнечные лучи, но и, обладая большой теплоемкостью, как бы обогревала нашу планету. Таким образом материковая суша играла роль глобального холодильника. Установлено, что в распределении тепла и влаги на земной поверхности нема- ловажную роль играют прозрачность атмосферы и содержание в ней углекислого газа (С02) и паров воды. Содержание С02 в атмосфере на протяжении последних 100 млн. лет неуклонно падало, но уменьшение ресурсов углекислоты происходило весьма неравномерно. В отдельные периоды количество С02 было близким к совре- менному, а в другие — возрастало почти в 10-15 раз. Так, например, в кембрии, девоне, раннем карбоне содержание углекислоты превышало 0,4%, а в конце ор- довика и в позднем карбоне составляло всего 0,05 %. При сравнении характера изменения значений среднеглобальных температур с кривой изменения содержания С02 в атмосфере выясняется их почти полное едино- образие . Эпохи с высоким содержанием атмосферной углекислоты характеризова- лись существованием высокого термического режима1, и наоборот. Колебания ре- сурсов С02 в атмосфере определялись тектонической и магматической активностью Земли и регламентировались развитием биосферы. Усиленный приток С02 в атмо- сферу был связан с интенсивной вулканической деятельностью и хорошо увязывал- ся с возникновением и ростом крупнейших рифтовых структур и активными переме- щениями литосферы. Большой объем карбонатонакопления и увеличение продуктив- ности растений привели к усиленному расходу атмосферной углекислоты. Если относительно причины возникновения палеозойских оледенений мы можем судить благодаря неопровержимым геологическим данным, то что же привело к возникновению и развитию четвертичного оледенения? Похолодание, случившееся во второй половине олигоценовой эпохи, и появление первых ледников в Восточ- ной Антарктиде были результатом сильного уменьшения количества атмосферной углекислоты, возникновением пролива Дрейка и образованием широкого пролива между Антарктидой и Австралией, благодаря которым было сформировано крупней- шее течение Западных Ветров. Это циркумантарктическое течение наряду с пони- жением температур в глобальном масштабе привело к возникновению мощного ледя- ного покрова Антарктиды. В дальнейшем похолодание охватило северное полушарие и кроме уменьшения со- держания атмосферной углекислоты развитию ледяного покрова в Арктике благо- приятствовала сильная морская регрессия. В конце плиоценового времени почти вся площадь современного шельфа Арктики представляла собой низменную сушу и, следовательно, высокое альбедо в полярных широтах наряду с другими факторами было одной из важнейших причин развития оледенения. Одной из главных причин непредвиденного возрастания среднеглобальных темпе- ратур в конце 60-х годов XX в. является резкое возрастание количества углеки- слого газа в атмосфере. При повышении температуры океана растворимость С02 падает и соответственно увели- чивается его содержание в атмосфере.
В свою очередь такой подход к рассмотрению причинно-следственных связей климата с атмосферой создает реальные предпосылки для правильного прогноза климата будущего. Прогноз климата будущего В последние годы была установлена определенная закономерность между гло- бальными температурами земной поверхности и концентрацией С02 в атмосфере. В течение кайнозоя происходило неуклонное снижение ресурсов С02 в атмосфере и этот процесс ускорился в конце неогена, когда общая масса углекислого газа достигла наименьших значений за всю историю Земли. Под влиянием естественного убывания содержания С02 климат изменялся с периодичностью более ста тысяч лет. Этому способствовали гипсометрическое положение суши, морские регрессии, мощность растительного покрова, соотношение площадей суши и водной поверхно- сти и т . д. Вулканические извержения, в результате которых в атмосферу попадает не только углекислота, но и огромный объем тонкой вулканической пыли (это приво- дит к резкому увеличению альбедо атмосферы, а значит и к снижению темпера- тур) , также приводили к колебаниям климата. Исходя из периодического изменения положения Земли в космическом простран- стве1 , советские ученые Ш. Г. Шараф и Н. А. Будникова вычислили, что слабые оледенения на Земле могут наступить через 170, 215, 269 и 335 тыс. лет, а сильные оледенения через 505, 620, 665 и 715 тыс. лет. Если не учитывать дея- тельности человека, то примерно через 10-15 тыс. лет в высоких широтах должно произойти существенное снижение радиационного баланса. Это приведет к разви- тию оледенения. В дальнейшем радиация вновь возрастет, что приведет к разру- шению ледникового покрова. По расчетным данным, уменьшения радиации могут по- вторяться через каждые 40 и 90 тыс. лет, причем амплитуды их будут возрас- тать . Если учесть, что за последние 30-40 млн. лет происходило неуклонное сниже- ние ресурсов СО2 в атмосфере, то надо полагать, что в будущем эта естествен- ная убыль углекислоты сохранится. Учитывая общую тенденцию снижения концен- трации С02 в атмосфере, можно предсказать время наступления полного оледене- ния планеты. Оно должно произойти тогда, когда концентрация С02 в атмосфере станет меньше 0,015 %. Согласно расчетным данным это наступит примерно через 1 млн. лет. Снижение концентрации углекислого газа в атмосфере могло бы привести не только к понижению температурного режима, но и к постепенному сокращению про- дуктивности растений и уменьшению общей массы живых организмов. Такой пессимистический вывод не должен вызывать особых тревог, поскольку в нем не учитывается хозяйственная деятельность человека — фактор, имеющий ог- ромное влияние на формирование климата. Так, например, в начале XX в. концен- трация углекислого газа в атмосфере составляла 0,029 %, а в настоящее время — 0,033 %. Человечество оказывает активное влияние на окружающую среду. Только за последние десятилетия в результате сжигания различных видов жидкого и твердого топлива в атмосфере не только наблюдались повышения температур, но и увеличение концентрации С02. Согласно гипотезе югославского геофизика М. Миланковича, наклон земной оси перио- дически изменялся через каждые 40 тыс. лет, положение земной орбиты — через 92 тыс. лет, а нахождение ближайшей точки земной орбиты к Солнцу — перигелия — через 21 тыс. лет.
Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере почти на 0,003 %, кото- рое произошло за два-три десятилетия, компенсирует естественную убыль СОг за 200 тыс. лет. И это произошло, несмотря на все возрастающую вырубку лесов и существование активных поглотителей углекислоты — морей и океанов. Следова- тельно, хозяйственная деятельность человека не только существенно замедлила процесс естественной убыли углекислоты в атмосфере, но и привела к ее возрас- танию . Если даже представить себе, что в ближайшем будущем полностью прекратится выброс в атмосферу С02, что само по себе маловероятно, то имеющейся концен- трации углекислого газа в атмосфере будет вполне достаточно для того, чтобы оттянуть время наступления оледенения на десятки и даже сотни тысяч лет. Вме- сте с тем при сохранении масштабов современного воздействия человека на атмо- сферу, а оно имеет определенные тенденции к резкому возрастанию, вероятность глобального оледенения Земли в будущем сводится к нулю. Однако людям важно знать не только то, что будет через миллионы или тысячи лет, но и то, что ждет нас в самом ближайшем будущем. В предстоящие десятиле- тия основное воздействие на климат будут оказывать, по крайней мере, три главных фактора: рост производства различных видов топливной энергетики; уве- личение содержания углекислого газа в атмосфере в результате активной хозяй- ственной деятельности людей; изменение концентрации атмосферного аэрозоля, т. е. небольших, пылеватых частиц в атмосфере. По мнению многих исследователей, наиболее надежным прогнозом в развитии предстоящих климатических изменений являются те, которые основаны на данных потребления энергетики. При этом учитываются потребление в народном хозяйстве газа и нефти, каменного угля, горючих сланцев, а также использование атомной и термоядерной энергии. Изменения содержания в атмосфере ряда других компонентов могут прямо или косвенно оказывать влияние на климат. Так неоднократно предпринималась попыт- ка подсчитать влияние антропогенного аэрозоля на формирование климата. Части- цы аэрозоля, образующие смог, увеличивают альбедо атмосферы и тем самым спо- собствуют снижению среднеглобальной температуры. Возможность возрастания со- держания антропогенного аэрозоля в ближайшем будущем в больших размерах мало- вероятна, так как во многих промышленно развитых странах в огромных масштабах проводятся работы по улавливанию и утилизации практически всех выбрасываемых в атмосферу частиц. Охранные мероприятия по борьбе с загрязнением атмосферы с каждым годом усиливаются в законодательном порядке. В процессе прогнозных расчетов еще не учитывается возможность крупных из- вержений вулканов в будущем с выбросом в атмосферу не только углекислого газа и других газообразных веществ, в том числе и водяного пара, но и большого ко- личества тонкой вулканической пыли — пепла. Увеличение содержания пепла в ат- мосфере приводит также к существенному понижению среднегодовых температур. Такая картина наблюдалась на нашей планете через год после извержения круп- нейших вулканов — Везувия, Катмай, Этны, Кракатау, вулканов Камчатки и Ку- рильских островов. Анализ многочисленных материалов по антропогенным факторам, воздействующих на климат, позволил советскому климатологу М. И. Будыко еще в начале 70-х го- дов дать прогноз о повышении среднеглобальных температур. По его предположе- нию, с 1970 по 2000 г. при повышении концентрации углекислого газа на 17 % средняя температура воздуха у земной поверхности должна повыситься на 0,65°. Исходя из того, что концентрация углекислого газа в 2000 г. составит 0,037— 0,039 %, в 2025 г. — 0,065—0,074 % ожидается, что это приведет к повышению среднеглобальных температур в 2000 г. на 1,5°, а через 25 лет, возможно, на 5°. Глобальное потепление на 1,5° приведет к уменьшению количества зимних атмо-
сферных осадков на значительной части степной и лесостепной зон примерно на 10-15 % и соответствующему их увеличению в субтропическом поясе. В результате потепления исчезнут горные ледники и полярные ледниковые покровы, а уровень Мирового океана, возможно, повысится и произойдет новое перемещение к полюсам ландшафтно-климатических зон. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Рассмотрев сложную и многоликую историю нашей планеты, рано говорить о том, что она хорошо изучена и нам все уже известно. Еще до конца не выяснены при- родные условия архея и протерозоя, имеются пробелы в фанерозойской истории, а некоторые палеогеографические реконструкции гипотетичны и оцениваются специа- листами неоднозначно. Мы попытались показать, чем занимаются палеогеографы и каков конечный ре- зультат их исследований. Вместе с геологами палеогеографы стремятся выяснить многочисленные изменения природной среды, имевшие место на протяжении продол- жительной эволюции Земли. Палеогеографа, по образному выражению ирландского ученого Г. Митчела, можно уподобить двуликому Янусу, одно лицо которого обра- щено в туманную даль прошлого, а другое — в будущее. Двойственный характер палеогеографии выражен повсеместно. Хорошо изучив древние физико- географические условия, эндогенные и экзогенные процессы, выяснив хронологи- ческую последовательность развития ландшафтов, животного и растительного ми- ра, можно более глубоко познать современные механизмы формирования природы и на основании этого дать обоснованный прогноз на будущее, предсказать состав будущей гидросферы, атмосферы и биосферы. Палеогеография — бурно развивающая- ся в настоящее время область комплекса наук, изучающих нашу Землю. Она в свое время отпочковалась от исторической геологии, основной задачей которой явля- ется изучение, восстановление и описание крупнейших форм земной поверхности — океанов и континентов. Палеогеография превратилась в науку о строении и со- ставе древней географической оболочки Земли во всем ее многообразии и сложном взаимодействии с земной корой, атмосферой, гидросферой и биосферой. Изучая историю растительности и используя принцип «от прошлого к настоящему — для будущего», палеогеограф, хорошо зная прошедшие и современные тенденции развития, может наметить реальные перспективные направления изменения ланд- шафтов . То же самое касается будущего развития почв, атмосферы, гидросферы или рельефа Земли. Однако здесь могут возникнуть возражения в том плане, как же можно прогнозировать на ближайшее и отдаленное будущее природные условия, ес- ли в результате деятельности человека во многих районах земного шара нарушен естественный ход развития природных ландшафтов и обстановок. Все это действи- тельно так. Однако ведь палеогеограф способен восстановить картину земной по- верхности в то время, когда воздействие на природу человека полностью отсут- ствовало . Учет этого позволяет наметить правильные пути восстановления утра- ченных ландшафтов. Это одна из важнейших сторон палеогеографии. Ее практическую и экономиче- скую роль можно оценить в ближайшем будущем. Но в другом направлении она уже в настоящее время имеет неоспоримое прикладное значение. С помощью палеогео- графических реконструкций устанавливаются физико-географические условия нако- пления и закономерности размещения многих полезных ископаемых. Зная условия образования каменного и бурого угля, бокситов, рудоносных кор выветривания, фосфоритов, каменных и калийных солей, осадочных железных руд, марганца, ура- на, россыпей благородных металлов и драгоценных камней, залежей нефти и газа, выявляя аналогичные природные зоны в геологическом прошлом Земли, палеогео- графы совместно с геологами указывают на конкретные районы или области потен-
циально перспективные на тот или иной вид минерального сырья. Прогнозы такого рода довольно точны, легко проверяемы и многократно подтверждаются практикой. Экономический эффект таких прогнозов очень велик. Большая заслуга принадлежит палеогеографии в деле подтверждения или, наобо- рот, отрицания тех или иных научных разработок, идей и гипотез. Так, палео- географические и палеоклиматические исследования подтвердили принципиальную возможность дрейфа материков. Палеогеография обладает неисчерпаемыми резервами, которые, однако, зависят от использования в практике исследований новых методов. Например, успешное освоение и внедрение геохимических методов значительно расширили спектр опре- деления температурных условий и палеоклиматов. В настоящее время с их помощью определяются палеотемпературы морей, океанов и пресноводных бассейнов, уста- навливаются абсолютные значения глубин, соленость вод древних морских бассей- нов , особенности течений и т. д. Применение математических методов, особенно статистической обработки, по- зволило перейти от качественных характеристик к количественным, что, естест- венно, способствовало более полному отображению и глубокому познанию особен- ностей ландшафтов прошлого. При решении палеогеографических задач любого ранга от локальных (выявление береговой линии на небольших участках, определение палеотемператур какого- либо района, направления и скорости течения древней реки) до глобальных (вы- явление древней климатической зональности, реконструкции рельефа и ландшафтов прошлого Земли) не следует пользоваться одним, пусть даже хорошо проверенным методом. Чем больше методов включено в сферу исследования геологического объ- екта, т. е. чем более комплексно будет решаться палеогеографическая задача, тем надежнее конечный результат. Палеогеография — наука еще очень молодая и поэтому многие ее методы еще не- достаточно полно разработаны. Мы до сих пор почти совсем не можем воссоздать доюрскую географическую среду на огромных площадях, занятых в настоящее время океанами. Огромный материал, полученный путем глубоководного бурения со спе- циально оборудованных кораблей и платформ, позволяет восстановить физико- географические условия на месте современных океанов с середины мезозойской эры. Все еще слабо разработаны методы реконструкции древних ландшафтов по глубоко метаморфизованным и сильно измененным породам. Это значит, что в на- стоящее время почти недоступна для серьезных палеогеографических построений большая часть протерозойской и соответственно архейской истории Земли. Представляется, что будущее развитие палеогеографии наряду с углубленным изучением фанерозойской истории отдельных материков будет связано с разреше- нием перечисленных выше проблем. Можно выделить еще две проблемы, тесно свя- занные жизнью человечества, — взаимодействие между органическим миром (точнее биосферой) и окружающей средой в прошлом прогнозирование дальнейшего развития природы и биосферы регионального до глобального уровня. Эти проблемы имеют жизненно важное значение для нас и будущих поколений.
Ликбез МИР МИКРОБОВ РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА СЛОЖНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛЯЦИИ Можно сделать некоторые обобщения относительно регуляции метаболических пу- тей. В неразветвленных последовательностях биосинтетических реакций актив- ность первого фермента ингибируется конечным продуктом, а биосинтез всех фер- ментов репрессируется конечным продуктом. Поток вещества через катаболические пути, в которых участвуют источники углерода, присутствующие обычно в окру- жающей среде, регулируется в основном аллостерическими ферментами; ферменты таких последовательных цепей реакций синтезируются конститутивно и лишь в не- большой степени подвержены катаболитнои репрессии. Пути катаболизма субстра- тов, которые реже встречаются в окружающей среде, регулируются в первую оче- редь механизмами индукции ферментов и катаболитнои репрессии, а не аллостери- ческими ферментами.
Ингибирование конечным продуктом в разветвленных метаболических путях Многие биосинтетические пути дают два или большее число конечных продуктов. Ингибирование таких путей конечным продуктом носит более сложный характер, чем в случае простых неразветвленных путей. Например, если в разветвленной последовательности реакций, приводящих к синтезу двух различных аминокислот (рис. 8), фермент, катализирующий первую реакцию пути (фермент а), будет ин- гибироваться по механизму обратной связи одним из конечных продуктов (напри- мер, аминокислотой I), то совершенно очевидно, что одновременно будет подав- ляться и синтез другого конечного продукта (т. е. аминокислоты II). Следова- тельно, присутствие аминокислоты I в среде будет эффективно подавлять эндо- генный синтез аминокислоты II и рост прекратится. В действительности ингиби- рование конечным продуктом в случае разветвленных биосинтетических путей час- то специфически направлено только на фермент, который катализирует первую ре- акцию бокового пути, приводящего к синтезу данного конечного продукта. Так, аминокислота I воздействует по механизму обратной связи на фермент d, а ами- нокислота II — на фермент д. Тем не менее, для эффективной регуляции разветв- ленного биосинтетического пути необходимо контролировать с помощью обратной связи также и активность начального фермента а, катализирующего первую реак- цию общего участка пути. Известен ряд механизмов обратной связи, обеспечиваю- щих такую регуляцию. ^~ -— Аминокислота I i ч* * \ - ч.Ч ^—Аминокислота Л —v Биосинтетьнеский путь Рис. 8. Общая схема разветвленного биосинтетического пути, при- водящего к образованию двух необходимых метаболитов (в данном случае аминокислот). Стрелками указаны катализируемые ферментами (строчные буквы) реакции, в результате которых образуются био- синтетические иитермедиаты (прописные буквы). Прерывистые линии обозначают ингибирующее действие конечных продуктов на чувстви- тельные аллостерические ферменты. Изофункциональные ферменты Клетка синтезирует два фермента (а и ат), которые обладают одной и той же каталитической активностью, но ингибируются различными конечными продуктами (рис. 9). Если в окружающей среде нет ни одного из конечных продуктов, фер-
менты а и а' активны и вместе образуют достаточное количество интермедиата А, чтобы удовлетворить потребности клетки в обоих конечных продуктах. Если в среде имеется один из конечных продуктов, синтез А снижается в результате специфического ингибирования а или ат. Если в среде присутствуют оба конечных продукта, последовательность реакций перестает функционировать, так как ак- тивности а и а' подавлены. "Z У Аминокислота J А Е D -Л. _ itJАминокислота Ц Рис. 9. Схема регуляции разветвленного биосинтетического пути с помощью ингибирования активности изофункциональных ферментов ко- нечными продуктами (обозначения те же, что и на рис. 8). Согласованное ингибирование Регулируемая реакция катализируется одним ферментом а с двумя различными аллостерическими участками, каждый из которых связывает один из конечных про- дуктов данной последовательности реакций (рис. 10). Если только один из этих участков занят эффектором, активность фермента не изменяется. Если же с фер- ментом связываются оба эффектора, он становится неактивным. Согласованное ин- гибирование по принципу обратной связи не обеспечивает достаточно точной ре- гуляции, так как в присутствии только одного конечного продукта скорость ре- акции не изменяется. Однако ингибирование такого типа приводит к полному бло- кированию биосинтетического пути в том случае, если присутствуют оба конечных продукта. Последовательное ингибирование Регулируемая реакция катализируется одним ферментом а, но его эффектором является не конечный продукт последовательности реакций, а интермедиат С, об- разующийся непосредственно перед разветвлением пути. При повышении концентра- ции конечного продукта (аминокислоты I или II) ферменты d и g ингибируются, в результате чего повышается внутриклеточная концентрация С, который в свою очередь ингибирует активность фермента а (рис. 11).
-^ Аминокисло^\ / у* mal v / - * \ I / \^ Аминокислота II i i Рис. 10. Схема регуляции разветвленного биосинтетического пути с помощью механизма согласованного ннгибирования активности фер- ментов несколькими конечными продуктами (обозначения те же, что и на рис. 8). Аминокислота Ц Рис. 11. Схема регуляции разветвленного биосинтетического пути с помощью механизма последовательного ннгибирования активности фер- ментов (обозначения те же, что на рис. 8). Кумулятивное ингибирование В некоторых разветвленных метаболических путях, приводящих к образованию большого числа конечных продуктов, один аллостерическии фермент содержит эф- фекторные участки для всех конечных продуктов. Каждый конечный продукт (даже в высокой концентрации) лишь частично ингибирует фермент, причем ингиби-
рующее действие различных конечных продуктов является аддитивным. Таким обра- зом, скорость реакции, катализируемой ферментом с, определяется числом (и концентрацией) различных конечных продуктов данного пути, присутствующих в среде. Такую регуляцию называют кумулятивным ингибированием по принципу об- ратной связи. Сочетание активации и ингибирования В некоторых случаях биосинтетические интермедиаты, образующиеся в ходе оп- ределенной последовательности реакций, участвуют затем в двух совершенно не- зависимых биосинтетических путях; в качестве примера можно привести карбамо- илфосфат, который является общим интермедиатом синтеза аргинина и пиримидинов (рис. 12). У энтеробактерий фермент, ответственный за синтез этого интерме- диата, — карбамоилфосфатсинтаза, аллостерически ингибируется метаболитом пи- римидиновохю пути УМФ и аллостерически активируется интермедиатом аргининово- го пути орнитином. Если в среде присутствуют пиримидины, внутриклеточный за- пас УМФ возрастает и карбамоилфосфатсинтаза ингибируется. Возникающий недос- таток карбамоилфосфата вызывает накопление орнитина, что в свою очередь при- водит к активации фермента; количество карбамоилфосфата становится достаточ- ным для синтеза другого конечного продукта — аргинина. Наоборот, если в среде имеется аргинин, биосинтез орнитина останавливается, так как аргинин ингиби- рует синтетазу N-ацетилглутаминовой кислоты. В результате внутриклеточная концентрация орнитина падает и активность карбамоилфосфатсинтазы снижается. Рштамино—±-»д/ оая кислота >N -ои£тилглута— минобая кислота ► Орнитин />Ццтрул- лцн С02 + 2АТФ 1 i i >Аргииин Корба^юилсросдхшюиитаза^ Корбамоилсросдют Глупюмин Аспаразинобая кислота " I Карба'моил- *аспартат 1 I Рис. 12. Регуляция активности карбамоилфосфатсинтазы у энтеробакте- рий. Прерывистые линии обозначают воздействие ингибиторов на чувстви- тельные аллостерические ферменты. Волнистая линия (от орнитина к кар- бамоилфосфатсинтазе) обозначает активацию. Двойной контроль активно- сти карбамоилфосфатсинтазы по средством ингибирования уридиловой ки- слотой (УМФ) и активации орнитином обеспечивает синтез нужного ко- личества карбамоилфосфата при всех условиях роста.
Репрессия синтеза конечным продуктом в случае разветвленных биосинтетических путей Механизмы репрессии синтеза ферментов разветвленных биосинтетических путей, как и механизмы ингибирования активности ферментов по принципу обратной свя- зи, сложны и разнообразны. Например, синтез карбамоилфосфатсинтазы у Е. coli частично подавляется аргинином или цитидинтрифосфатом (ЦТФ), а его полное по- давление происходит при совместном действии этих двух метаболитов. Таким об- разом, синтез этого ключевого аллостерическохю фермента регулируется незави- симо двумя конечными продуктами, ни один из которых не влияет на активность фермента. В случае изофункциональных ферментов, подчиняющихся независимому аллостери- ческому контролю со стороны различных конечных продуктов, синтез каждого фер- мента часто регулируется конечным продуктом, ингибирующим его активность; ни- же будет приведен пример такой регуляции. Примеры регуляции сложных метаболических путей В клетках Е. coli превращение аспарагиновой кислоты в аспартилфосфат осуще- ствляется тремя изофункциональными ферментами, два из которых (на рис. 13 они обозначены а и с) наделены еще одной каталитической функцией, состоящей в превращении полуальдегида аспарагиновой кислоты в гомосерин. Фермент а, вы- полняющий обе эти функции, ингибируется по механизму обратной связи треони- ном, который в то же время и репрессирует его синтез. Фермент с, также осуще- ствляющий обе функции, ингибируется и репрессируется лизином. Третья аспарто- киназа (фермент Ь) не ингибируется конечным продуктом, но ее синтез репресси- руется метионином (табл. 3). л L-qc тоургинобая h ^ Аспартил - лиг ~ота с ^ фосфат \ i—i^ ! I' т Полуальде- fOMO- ► гид QcnQpazu-r новой кис-—* КР*1 лоты | Т L-U '1 '1 i лизин L-метионин J L L-треонин :—{< -1--шолеццш1
L-треонип j. ос-Кетомасляная кислота i— L_L. I* изолеицин e + a-Hemoi Пировиноградная кислота —i цзовалериано- ааяъш кислота Щ^ i т L L-валин- JJ I H-j-1-a— — — —L-лейцин Рис. 13. Упрощенная схема пути превращения аспарагиновой кислоты у Е. coll. Каждая сплошная стрелка обозначает реакцию, катализируемую одним ферментом. Продукты биосинтетического пути (обозначены жирным шрифтом) являются алло- стерическими ингибиторами одной или нескольких реакций. Аспартилфосфат синте- зируется с помощью трех, а гомосернн — двух изофункциональных ферментов. При внимательном рассмотрении этой схемы видно, что, за одним исключением (инги- бирующее действие валина, см. текст), ингибирующее действие одной аминокисло- ты не приводит к нехватке другой аминокислоты. Репрессия синтеза конечным продуктом описана в тексте. В верхней части (А) показана взаимосвязанная ре- гуляция L-лизиновой, L-метиониновой и L-изолейциновой ветвей пути. Нижняя часть (Б) иллюстрирует взаимосвязь механизмов регуляции L-изолейциновой, L- валиновой и L-лейциновой ветвей. Табл. 3. Регуляция первой реакции пути превращения аспарагиновой кислоты, катализируемой тремя различными аспартокиназами, у бактерии Escherichia coli. Фермент Аспартокиназа I Аспартокиназа II Аспартокиназа III Конечный продукт, репрес- сирующий синтез фермента Треонин и изолеицин Метионин Лизин Конечный продукт, аллостери- чески ингибирующий активность фермента Треонин Аллостерической регуляции нет Лизин Ферменты L-лизиновой (m—q) и L-метиониновой (г—v) ветвей катализируют реак- ции, приводящие в каждом случае к единственному конечному продукту, а их син- тез специфически подавляется этими конечными продуктами (L-лизином и L- метионином соответственно). Третья ветвь метаболического пути превращения аспарагиновой кислоты регули- руется гораздо более сложным образом по двум причинам. Во-первых, L-треонин, который образуется в ходе реакций этой ветви, является одновременно предшест- венником белков и интермедиатом синтеза другой аминокислоты, L-изолейцина. Во-вторых, четыре из пяти ферментов (е—h), катализирующих синтез L-изолейцина из L-треонина, катализируют также аналогичные реакции совершенно другого био- синтетического пути, в ходе которого из пировиноградной кислоты синтезируется L-валин. Интермедиат этого последнего пути — ос-кетоизовалериановая кислота — является также предшественником аминокислоты L-лейцина. Все эти взаимосвязи между реакциями показаны на рис. 13, А. L-изолейцин является конечным продуктом, который ингибирует фермент d, ка-
тализирующий первую реакцию синтеза L-треонина; у этого фермента нет других биосинтетических функций. Конечный продукт L-валин ингибирует фермент е, вы- полняющий две метаболические функции, поскольку он катализирует реакции, уча- ствующие в биосинтезе как изолейцина, так и валина. В некоторых штаммах Е. coli этот фермент весьма чувствителен к ингибированию валином, поэтому при- сутствие экзогенного валина подавляет рост бактерий; влияние валина можно устранить путем одновременного введения в среду изолейцина. L-лейциновая ветвь пути биосинтеза валина регулируется конечным продуктом L-лейцином, ин- гибирующим активность первого фермента i, который функционирует только в этой ветви. Эти взаимосвязи изображены на рис. 13, Б. Как показано в табл. 4, синтез многих ферментов, катализирующих реакции синтеза L-изолейцина, L-валина и L-лейцина, репрессируется только при совме- стном действии трех конечных продуктов; это явление называется мультива- лентной репрессией. В то же время синтез пяти ферментов, участвующих в синте- зе L-лейцина, специфически подавляется этой одной аминокислотой. Табл. 4. Регуляция ферментов пути биосинтеза изолейцина, валина и лейцина с помощью репрессии (см. рис. 13, Б). Ферменты d, e, f, g, h i, 3, jj, k, 1 Конечные продукты, репрессирующие синтез ферментов Изолейцин + Валин + Лейцин Лейцин Как указывалось выше, катаболические пути, осуществляемые конститутивными ферментами, регулируются исключительно посредством аллостерических воздейст- вий на активность ферментов. Этот способ регуляции последовательных цепей ре- акций схематически изображен на рис. 14. на примере пути метаболизма глюкозы и синтеза гликогена у Е. coli. Избыточные концентрации интермедиатов катабо- лизма фруктозо-1,6-дифосфата и фосфоенолпирувата сигнализируют о том, что по- ток углерода должен быть направлен в сторону синтеза гликогена. Разнообразие регуляторных механизмов у бактерий За небольшим исключением, биосинтетические пути у всех микроорганизмов в биохимическом отношении одинаковы. Однако у разных организмов данный путь биосинтеза может контролироваться различными регуляторными механизмами, кото- рые в общем характеризуются групповой специфичностью, что, вероятно, указыва- ет на эволюционную близость организмов, принадлежащих к той или иной система- тической группе. Некоторые примеры разнообразия регуляции путем ингибирования конечным продуктом приведены в табл. 5. Все бактерии, относящиеся к данной группе, могут обладать одинаковыми меха- низмами регуляции какого-либо фермента (в качестве примера назовем изофунк- циональные аспартокиназы, характерные для энтеробактерий), однако в той же группе бактерий ключевой фермент другого метаболического пути может регулиро- ваться с помощью иного механизма (например, регуляция карбамоилфосфатсинтазы посредством множественного аллостерического контроля у энтеробактерий). Многие катаболические пути также являются биохимически идентичными у целого ряда различных групп бактерий. И в этом случае действуют самые разнообразные механизмы регуляции, которым в то же время свойственна групповая специфич- ность. Например, путь, приводящий к р-кетоадипиновой кислоте, участвует в окислении ароматических субстратов в ряде групп бактерий. Он осуществляется
строго индуцибельными ферментами, синтез которых у бактерий групп Pseudomonas и Acinetobacter регулируется сильно различающимися механизмами (рис. 15 и табл. 6). Различия связаны с химической природой метаболических индукторов, неодинаковой степенью координации механизмов регуляции и наличием или отсут- ствием изофункциональных ферментов. 1люкозй 1 Г Глиноген i 1л*сксзо-6-фосфа •* i +Гпюкозо -1-фосфат АДФ-глюкоза 4ДФ Фринтозо -6-фОСфат -i - Фруктозе -1,6 - дифосфат "1 i Фосфоенолпировинс град- пая кислогтю + ■А МФ Щшбелевоунсус нап шепота t Пировиногродноя кислота Аиетил-S-rfoA i Асгарагинобая Цинл лимонной иислота кислоты Рис. 14. Некоторые места аллостерической активации и ингибирова- ния при синтезе запасного углевода гликогена и при расщеплении глюкозы у Е. coll. Метаболиты, обладающие аллостерическим дейст- вием, отмечены жирным шрифтом; реакции, на которые они воздейст- вуют, обозначены следующим образом: •— аллостерическая актива- ция; ■— аллостернческое ингибирование. Обратите внимание, в ча- стности на то, что накопление фруктозо-1,6-дифосфата и фосфое- нолпировиноградной кислоты способствует превращению глюкозы в гликоген за счет аллостерической активации одного из ферментов синтеза гликогена.
Таблица 5. Примеры различий между микроорганизмами в отношении регуляции некоторых ключевых ферментов разветвленных метаболических путей по принципу обратной связи. Фермент Аспартокиназа Синтетаза 7-фосфо-З- дезоксиарабиногептуло- зоновой кислоты (первый фермент пути синтеза ароматических аминокис- лот) Карбамоилфосфатсинтаза Организм Е. coli и другие энте- робактерии Pseudomonas spp. Е. coli и другие энте- робактерии Bacillus spp. Pseudomonas spp. E. coli и другие энте- робактерии Pseudomonas putida Neurospora Тип регуляции Изофункциональные ферменты Согласованное ингибирование конечными продуктами Изофункциональные ферменты Последовательное ингибиро- вание Согласованное ингибирование Кумулятивное ингибирование Ингибирование и активация Ингибирование и активация Изофункциональные ферменты он он Протонатехо- вая кислота он он Иатехин ноос р-КарЬ~оксимуконо- | бая кислота S^00" V^cooh 4b f^cooH Муюнобая Lcooh кислота ig ноос. ^\ X соон 45~ р-Кдрбонсимуконолантон**^ Jy^ <^соон M I о Муконолактон 'соон Еноллактон so^ р-кетоадипшобой кислоты id 'coon I Р'Нетоадипинобая иислота Lcooh p-Kemoadunu/h$-ftoA Рис. 15. Путь окисления протокатеховой кислоты и кате- хина до р-кетоадипиновой кислоты. Механизмы индукции ферментов (a—h) этих метаболических путей суммированы в табл. 6.
Таблица 6. Регуляция ферментов пути окисления протокатеховой кислоты и катехина до р-кетоадипиновой кислоты у Acinetobacter и Pseudomonas Pseudomonas индуктор Протокатеховая кислота Р-кетоадипиновая кислота или р-кетоадипил-S-KoA Муконовая кислота Муконовая кислота фермент а Ь с d е f g h —*—— : Acinetobacter фермент a b с d e f g h d' e' индуктор Протокатеховая кислота Муконовая кислота Муконовая кислота Желтым цветом отмечены ферменты, которые индуцируются одновре- менно. Строчными буквами обозначены ферменты, катализирующие ре- акции, показанные на рис. 15; d' и е' — ферменты, изофункцио- нальные d и е, но регулируемые независимо. Ковалентная модификация ферментов Как уже говорилось, активность аллостерических ферментов изменяется в ре- зультате конформационных изменений структуры фермента, индуцированных связы- ванием с небольшой молекулой эффектора; при переходе аллостерическохю фермен- та из одного состояния в другое ковалентные химические связи не образуются. Однако известно, что многие ферменты млекопитающих существуют в активной и неактивной формах, причем переход между ними происходит путем образования пли расщепления ковалентных связей. В некоторых случаях, когда две формы фермента различаются числом содержащихся в них аминокислотных остатков, переход между ними осуществляется в результате гидролиза пептидной связи. В ряде случаев активные и неактивные формы различаются наличием или отсутствием каких-либо других химических групп, ковалентно связанных с белком. Поскольку переход ме- жду активным и неактивным состоянием происходит вследствие разрушения и обра- зования ковалентных связей, он катализируется ферментом. AVP [лутаминсинтетаза I Глутаминсинтетаза Саденилировонная) II АМФ Рис. 16. Ковалентная модификация глутаминсинтетазы путем аденилиро- вания, приводящая к снижению активности фермента, стимулируется вы- сокой концентрацией аммиака. Аденилированная форма глутаминсинтетазы значительно более чувствительна к ингибированию конечными продуктами метаболизма глутамина, чем немодифицированная форма.
Глутаминсинтетаза Е. coll — один из бактериальных ферментов, подвергающихся ковалентнои модификации и изменяющих при этом свою активность (рис. 16). Две формы фермента различаются присутствием в одной из них адениловой группы, ко- торая ферментативно присоединяется к белку или удаляется из него. Аденилиро- ванная форма фермента значительно менее активна, чем немодифицированная фор- ма. Следует подчеркнуть, что существование регуляции активности ферментов путем их ковалентнои модификации не противоречит тому общему положению, что регуля- ция осуществляется аллостерическими белками. В самом деле, ферменты, катали- зирующие ковалентную модификацию других ферментов, сами аллостерически регу- лируются. В этом смысле ковалентную модификацию можно рассматривать как одно из проявлений аллостерической регуляции. (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
ш! ОСВАИВАЕМ СТАТИСТИКУ Бродский Я.С. ОПЕРАЦИИ НАД СОБЫТИЯМИ Вычисление вероятности события по определению не всегда удобно и даже не всегда осуществимо. Поэтому для вычисления вероятностей событий часто пользу- ются правилами, дающими возможность по известным вероятностям одних событий находить вероятности других событий, которые получают из первых с помощью не- которых операций. Введение этих операций и составляет содержание данного па- раграфа . Достоверное и невозможное события Пусть U = {ui, . . . , uN} — ПЭИ некоторого случайного опыта. Все ПЭИ U естественно назвать достоверным событием. Оно наступает при любом исходе эксперимента. Для удобства через V обозначим подмножество множества U, не содержащее ни одного элемента U. Такое подмножество в математике называют пустым. В теории вероятностей оно моделирует событие, которое не наступает ни при каком исходе эксперимента. Его называют невозможным событием. Например, в опыте с бросанием игрального кубика событие «число выпавших оч- ков не превышает 6» достоверно, а событие «выпало 7 очков» — невозможно. События, отличные от достоверных и невозможных, считают случайными. Обраща-
ем внимание на то, что одно и то же событие в одной ситуации может быть дос- товерным, а в другой — случайным и даже невозможным. Например, если в ящике находится пять белых, пять черных и пять красных шаров, то при извлечении се- ми, восьми или девяти шаров мы можем получить три цвета, а можем и не полу- чить, т. е. событие «извлечены шары трех цветов» является случайным. Если же извлекают не менее 11 шаров, то событие «извлечены шары трех цветов» является достоверным. Если извлекают менее трех шаров, то событие «извлечены шары трех цветов» является невозможным. Причина такого парадокса кроется в том, что эти события связаны с различны- ми ПЭИ и, по существу, являются различными событиями. Основная цель теории вероятностей — изучение случайных событий. Достоверные и невозможные события являются «крайними» случаями. Случайное событие — про- межуточное между достоверным и невозможным. В дальнейшем все события мы будем называть случайными, а невозможные и достоверные рассматривать как их част- ные, крайние разновидности. Будем предполагать, что на ПЭИ заданы элементарные вероятности, т. е. по- строена вероятностная модель случайного опыта. Из определения вероятности события вытекает, что вероятность случайного со- бытия всегда является числом положительным, кроме случая, когда оно невозмож- но. Она не может быть больше единицы (сумма всех элементарных вероятностей равна 1). Вероятность достоверного события равна 1, поскольку Р (U) = P{ui, U2, ... л uN} = = pi + р2 + ... + рп = 1. Вероятность невозможного события рав- на 0: P(V) =0. Таким образом, имеем следующие свойства вероятности: P(U) = 1; P(V) = 0; 0 < Р(А) < 1 для любого события А. Если вероятность события равна 0 или близка к 0, то это событие или невоз- можно, или происходит очень редко и его можно считать практически невозмож- ным. Возникает вопрос, насколько малой должна быть вероятность события, чтобы считать его практически невозможным? Понятно, что это зависит от характера события, о котором идет речь. Например, если вероятность наличия дефекта для электрической лампы равна 0,001, то событие «лампа дефектна» можно считать практически невозможным: такой процент брака можно проигнорировать. В то же время, если вероятность наличия дефекта для парашюта равна 0,001, то это оз- начает, что из каждых 1000 парашютов приблизительно один откажет в работе. Такой результат нельзя считать удовлетворительным. В этом случае нельзя игно- рировать возможность осуществления события «парашют дефектный». Другими сло- вами, в каждой конкретной ситуации на основе ее анализа можно установить, на- сколько малой (или большой) должна быть вероятность, чтобы событие можно было бы считать практически невозможным (практически достоверным). Выиграть боль- шой приз на тотализаторе — событие, практически невозможное. Пример 1. Представим, что вам предложили купить электронные часы за 1 р. на следующих условиях: заплатив 1р., вы получаете право вынуть один шар из ур- ны, содержащей один черный шар и 149 белых. Если шар окажется черным, то часы ваши. Если шар окажется белым, то 1 р. остается у продавца. а) Можно ли считать, что событие «вы выиграете часы» является практически невозможным? б) Можно ли считать, что событие «часы останутся у продавца» является практически достоверным? В первую очередь нужно выбрать критерий, по которому событие будет призна- ваться практически невозможным или практически достоверным. Иногда пользуются
таким критерием (если это не относится к жизненно важным событиям) : если ве- роятность события не превосходит 0,01, то событие считают практически невоз- можным; если же вероятность события не меньше 0,99, то — практически досто- верным. Воспользуемся и мы таким критерием для ответа на вопросы, поставлен- ные в задании. а) Вероятность события «вы выиграете часы» равна 1/150 « 0,0067. Оно прак- тически невозможно. б) Вероятность события «часы останутся у продавца» равна 149/150 * 0,9933. Оно практически достоверно. Противоположные события Часто возникает необходимость по информации, содержащейся в одних событиях, делать выводы о шансах наступления других событий, каким-то образом связанных с первыми. Точнее, необходимо уметь одни события выражать через другие, или по одним событиям строить новые. Конечно, речь идет о событиях, связанных с одним случайным опытом, т. е. о событиях, являющихся подмножествами одного и того же ПЭИ. Если опыт завершился исходом, не содержащимся в некотором событии, то это событие не наступило. Событие А, составленное из тех и только тех элементов ПЭИ, которые не содержатся в событии А, называют противоположным событию А. Оно наступает тогда и только тогда, когда А не наступает. В опыте с бросанием игрального кубика событие А = {1, 2, 3, 4} противоположно событию А — «число выпавших очков больше 4», А = {5, 6}. На рис. 23 событие А изображается сово- купностью 20 точек, не входящих в событие А. А U Рис. 23. Событие А, которое происходит тогда и только тогда, когда событие А не про- исходит, называют противоположным событию А. Ясно, что если событие А противоположно событию А, то событие А противопо- ложно событию А. События А и А называют противоположными. Так, в опыте с одним выстрелом по мишени событию А — «попадание в цель» противоположно событие А — «непопадание в цель». В опыте с приобретением ло- терейных билетов событию А — «ни один из билетов не выиграл» противоположно событие А — «хотя бы один из билетов выиграл». Противоположными являются вы- падение единицы и невыпадение единицы при подбрасывании игрального кубика; непопадание в цель ни при одном из трех выстрелов и попадание в цель хотя бы при одном выстреле и т. д. Вероятность события А, противоположного событию А, равна сумме вероятностей всех исходов ПЭИ, не входящих в А. Так как сумма вероятностей всех элементар-
ных исходов ПЭИ равна 1, то Р (А) = 1 - Р (А) . Пересечение, или произведение, событий Многие случайные события образуются из двух событий А, В с помощью союза «и»: А и В. Например: • событие «сумма выпавших очков равна 2» при двукратном бросании игрального кубика образуется из событий «при первом броске выпала 1» и «при втором броске выпала 1»; • событие «только первое изделие браковано» при контроле двух изделий обра- зуется из событий «первое изделие браковано» и «второе изделие не бракова- но» ; • событие «два промаха» при двух бросках мяча в корзину образуется из собы- тий «промах при первом броске» и «промах при втором броске»; • событие «электрическая цепь, составленная из двух элементов, соединенных параллельно, не работает» образуется из двух событий «первый элемент не работает» и «второй элемент не работает»; • событие «дважды выпала цифра» при двух подбрасываниях монеты образуется из двух событий «при первом подбрасывании выпала цифра» и «при втором подбра- сывании выпала цифра». Как же строится событие «А и В» в вероятностной модели случайного опыта? Пусть каждое из событий А, В состоит из некоторых элементов ПЭИ. Тогда собы- тие, заключающееся в том, что произошло и событие А, и событие В, должно со- держать общие элементарные исходы, входящие и в А, и в В и только их, т. е. состоять из общей части множеств элементарных исходов, образующих эти собы- тия . Эту общую часть в математике называют пересечением двух множеств. Событие С, составленное из тех и только тех элементов ПЭИ, которые принад- лежат одновременно и событию А, и событию В, называют пересечением, или про- изведением, событий А и В; его обозначают: С = А П В, или С = АВ. Использование двух терминов (пересечение и произведение) для результата рассмотренной операции над событиями вполне оправдано. На языке множеств — пересечение, на языке алгебры — произведение. Мы будем пользоваться обоими терминами. Графическая иллюстрация операции пересечения (или умножения) событий А и В приведена на рис. 24. На нем четыре точки являются общими для событий А и В. Если опыт закончится одним из этих четырех исходов, то наступают оба события А и В, поскольку этот исход содержится и в А, и в В. Событие С = А П В наступает тогда и только тогда, когда наступает и событие А, и событие В одновременно. Нетрудно видеть, что А П А = А; А П V = V; А П А = V; АПи = А для любого события А (здесь U — достоверное событие, V — невозможное собы- тие) .
в АГ\В А тт с Рис. 24. Пример 2. Так, в опыте с бросанием игрального кубика произведением событий А — «выпало четное число очков» и В — «число выпавших очков кратно 3» являет- ся событие С — «выпало 6 очков». Пример 3. В опыте, заключающемся в том, что контролю подвергают два изде- лия, событие «оба изделия бракованы» является произведением двух событий: «первое изделие браковано» и «второе изделие браковано». Пример 4. Отец играет с сыном в шашки до первого поражения сына. Ai, i = 1, 2, 3, ..., означает, что сын выиграл i-ю партию. а) Что означает событие В = AiA2? б) Выразить через события А± событие «состоялись только две игры». Событие а) Событие В = AiA2, равное произведению событий Ai и А2, состоит из тех ис- ходов , которые входят и в Ai, и в А2; происходит тогда и только тогда, когда происходит и событие Ai, и событие А2, т. е. когда сын выиграл первую и вто- рую партии. Итак, событие В означает, что сын выиграл первые две партии. б) Событие С — «состоялись только две игры» происходит тогда и только то- гда, когда сын выиграл первую партию (игра продолжается) и проиграл вторую партию (игра прекращена). Другими словами, когда происходит событие Ai и со- бытие А2 , т. е. С = AiA2. В каждой вероятностной модели существуют события, не имеющие общих элемен- тарных исходов в своем составе, т. е. события, которые не могут произойти од- новременно . Например: • в опыте с бросанием игрального кубика не могут одновременно наступить со- бытия: «число выпавших очков меньше 3» и «число выпавших очков есть число составное». Первое состоит из элементарных исходов {1, 2} , второе — {4, 6}; • в опыте с двукратным подбрасыванием монеты события «герб выпал ровно один раз» и «герб не выпал ни разу» не происходят одновременно, они состоят из различных исходов: {ГЦ, ЦГ} и {ЦЦ}; • в опыте с опросом по поводу жилищных условий работников предприятия собы- тия «опрошенный удовлетворен качеством жилья и удаленностью квартиры от места работы» и «опрошенный не удовлетворен качеством жилья и не удовле- творен удаленностью квартиры от места работы» не происходят одновременно, они состоят из различных исходов {11} и {00} соответственно. Тот факт, что два события не происходят одновременно, означает, что множе- ства их элементарных исходов не содержат общих элементов, т. е. что их пере-
сечение есть пустое множество: А П В = V. Если А П В = V, то события А и В называют несовместными (рис. 25) . События А, А — несовместны. В опыте с бросанием игрального кубика события А — «выпало больше 4 очков» и В — «выпало меньше 3 очков» — несовместны. А В U Рис. 25. Объединение, или сумма , событий Еще один способ образования нового события из двух событий А, В связан с использованием союза «или»: А или В. Например: • событие «сумма выпавших очков равна 3» при двукратном бросании игрального кубика образуется из событий «при первом броске выпала 1, при втором — 2» или «при первом броске выпало 2 очка, при втором — 1»; • событие «хотя бы одно изделие браковано» при контроле двух изделий образу- ется из событий «первое изделие браковано», или «второе изделие бракова- но», или «оба изделия бракованы»; • событие «ровно один промах» при двух бросках мяча в корзину образуется из событий «промах при первом броске и попадание при втором» или «попадание при первом броске и промах при втором»; • событие «электрическая цепь, составленная из двух элементов, соединенных последовательно, не работает» образуется из двух событий «первый элемент не работает» или «второй элемент не работает» или «оба элемента не работа- ют» ; • событие «ровно один раз выпала цифра» при двух подбрасываниях монеты обра- зуется из двух событий «при первом подбрасывании выпала цифра, а при вто- ром — герб» или «при втором подбрасывании выпала цифра, а при первом — герб». В русском языке союз «или» употребляют в двух смыслах: исключающем и не ис- ключающем . Мы будем употреблять этот союз в не исключающем смысле. Как же строится событие «А или В » в вероятностной модели случайного опыта? Пусть каждое из событий А, В состоит из некоторых элементов ПЭИ. Тогда собы- тие, заключающееся в том, что произошло или событие А, или событие В, или оба события А и В, должно содержать элементарные исходы, входящие или в А, или в В, или в оба этих события и только их, т. е. состоять из объединения множест- ва А и той части множества В, которая не входит в А. Такое множество в мате- матике называют объединением двух множеств. Событие D, составленное из тех и только тех элементов ПЭИ, которые принад-
лежат или событию А, или событию В, или событиям А и В одновременно, называют объединением, или суммой, событий А и В; его обозначают: D = A U В, или D = А + В. Другими словами, событие A U В наступает тогда и только тогда, когда или наступает событие А, или наступает событие В, или А и В одновременно. 28 точек на рис. 24 принадлежат по крайней мере одному из событий или А, или В. Если опыт закончится одним из этих исходов, то наступает или событие А, или В, или оба эти события одновременно. Ясно, что для любого события А имеют место равенства: A U U = U; A U А = A; A U А = U; A U V = А. Пример 5. В опыте с бросанием игрального кубика суммой событий А — «выпало четное число очков» и В — «число выпавших очков кратно 3» суммой событий яв- ляется событие С — «выпало любое число очков, кроме 1 и 5». Пример 6. В опыте, заключающемся в том, что контролю подвергают два изде- лия, событие «ровно одно изделие браковано» является суммой двух событий: «первое изделие браковано, а второе пригодно», «первое изделие пригодно, а второе изделие браковано». Пример 7. Отец играет с сыном в шашки до первого поражения сына. Событие Ai, i=l, 2, 3, ..., означает, что сын выиграл i-ю партию. а) Что означает событие В = Ai + А2? б) Выразить через события Ai событие «число проведенных партий отлично от двух». а) Событие В = Ai + А2, равное сумме событий Ai и А2, происходит тогда и только тогда, когда происходит или событие Ai или событие А2, т. е. когда сын выиграл первую или вторую партию. Итак, событие В означает, что проведено бо- лее одной партии. б) Событие С — «число проведенных партий отлично от двух» происходит тогда и только тогда, когда сын проиграл первую партию (игра состоит из одной пар- тии) или выиграл вторую партию (игра продолжается). Другими словами, когда происходит событие Ai или событие А2, т. е. С = Ai + А2. Обобщение операций объединения и пересечения событий Введенные операции сложения и умножения событий обобщаются на любое конеч- ное число событий. Пусть Ai, А2, . . . , An — события, связанные с данным слу- чайным опытом, т. е. подмножества ПЭИ U. Пересечением, или произведением, событий Ai, A2, ..., An называют событие, состоящее из тех и только тех исходов, которые являются общими для всех дан- ных событий, и обозначают: Ai П А2 П ... П Ап, или fe-1
или Ai • А2 • ... ' An. Оно происходит тогда и только тогда, когда происходит и событие Ai, и собы- тие А2, и т. д., и событие Ап. Объединением, или суммой, событий Ai, A2, ..., An называют событие, состоя- щее из всех тех и только тех исходов, которые принадлежат хотя бы одному из данных событий и обозначают: Ai U A2 U ... U Ап, или UAk fc = l или Ai + А2 + ... + Ап. Оно происходит тогда и только тогда, когда происходит хотя бы одно из собы- тий Ai, А2 , . . . , Ап. Пример 8. Баскетболист сделал три броска мяча в корзину. Пусть событие А± означает попадание в корзину при i-м броске (i = 1, 2, 3). а) Что означают события: В = Ai U А2; С = Ai П А2 П А3; D = Ai П А2 П А3; Е = Ai U A2 U А3? б) выразить через события Ai, А2 и А3 следующие события: F — «спортсмен по- пал в корзину лишь при первом броске»; G — «имело место три попадания»; Н — «попадание произошло только при одном из бросков». а) В — «попадание имело место при первом или втором броске»; С — «попадание имело место при всех трех бросках»; D — «попадание имело место только при первых двух бросках»; Е — «произошло хотя бы одно попадание». б) Событие F означает, что спортсмен попал при первом броске, и не попал при втором, и не попал при третьем; событие G означает, что спортсмен попал и при первом, и при втором, и при третьем броске; событие Н означает, что имело место попадание или только при первом, или только при втором, или только при третьем броске. Поэтому: F = Ai П А2 П А3; G = Ai П А2 П А3; Н = (Ai П А2 П А3) U (Ai П А2 П А3) U (Ai П А 2 П А3) . ШАНСЫ В ПОЛЬЗУ СОБЫТИЯ Мы часто прибегаем к заключению пари, когда не можем аргументами убедить своего оппонента в справедливости своего прогноза или своей точки зрения. Не будем рассматривать те пари, когда один из спорящих наверняка знает, что во- зобладает его точка зрения. Например, обсуждается вопрос о том, как закончил- ся матч между двумя футбольными командами, репортаж о котором будет трансли- роваться только поздно вечером. Но один из спорящих из Интернета уже знает исход этого матча и все-таки идет на заключение пари. Такие пари будем назы- вать недобросовестными и в дальнейшем рассматривать не будем. Будем рассмат- ривать только такие пари, когда каждый из спорящих считает, что наступление любого из исходов есть дело случая, его нельзя заранее предсказать, но у спо- рящих различные представления о вероятностях наступления этих исходов. Как правило, спорящие отстаивают различные, противоположные точки зрения. Например, один утверждает, что дождь сегодня пойдет, другой — что не пойдет; при извлечении карты из колоды появится красная карта, черная карта; останет-
ся в живых герой фильма или погибнет и т. д. Такие события являются противо- положными . Если проведено п опытов, и в m из них произошло событие А, то в n-m опытах событие А не произошло, т. е. произошло событие А. Поэтому относительные час- тоты событий А и А соответственно равны m/n и n-m/n = 1 - m/n. Тогда вероятности событий А и А, связанные с проведением достаточно большо- го количества статистически устойчивых опытов, естественно принять равными их относительным частотам: Р(А) = m/n; Р(А) = 1 - m/n. Если же рассматривается опыт с N равновозможными исходами, в котором насту- плению события А благоприятствует М исходов, то наступлению события А будет благоприятствовать N-M исходов, и вероятности этих событий соответственно равны: Р(А) = M/N; Р(А) = 1 - M/N. В любом случае, как мы установили в предыдущем параграфе, имеет место ра- венство : Р(А) = 1 - Р(А) . Относительные возможности событий А и А по сравнению друг с другом будем выражать термином «шансы в пользу А», или «шансы против А»: шансы в пользу А = Р(А)/Р(А) шансы в пользу А = Р(А)/Р(А). Так, например, вероятность события 0,5 соответствует шансу 0,5/(1-0,5)=1. Это иногда формулируют в виде «шансы 1 к 1». Вероятность 0,75 соответствует шансу 0,75/(1-0,75) = 3, или 3 к 1. Больший шанс соответствует более высокой вероятности и большему правдоподобию. Обратите внимание, что, несмотря на то что вероятность не может выходить за пределы промежутка от 0 до 1, шанс может принимать любые неотрицательные значения. В случае большого числа п статистически устойчивых опытов имеем шансы в пользу А = Р (А)/Р (А) = (m/n) / (n-m) /n = m/(n-m) . Для опытов с N равновозможными исходами аналогично получим шансы в пользу А = Р (А) /Р (А) = (M/N) / (N-M) /N = М/ (N-M) . Пример 1. Рассмотрим опыт с бросанием игрального кубика. Пусть событие А означает, что число выпавших очков кратно 3. Тогда событие А означает, что число выпавших очков не кратно 3. Так как со- бытию А благоприятствуют два исхода {3, 6} из шести возможных {1, 2, 3, 4, 5, 6}, значит событию А — четыре исхода {1, 2, 4, 5}, то Р(А) = 2/6 = 1/3; Р(А) = 1 - 1/3 = 2/3. Поэтому шансы в пользу А = 2/4 = 1/2; шансы в пользу А = 4/2 = 2/1.
Пример 2. Пусть некоторый водитель путем многократных наблюдений установил, что в 85% тех случаев, когда он моет свой автомобиль, на следующий день идет дождь. Другими словами, можно считать, что вероятность того, что на следующий день после мытья машины пойдет дождь, равна 0,85, а вероятность того, что на следующий день после мытья машины не пойдет дождь, равна 1 - 0,85 = 0,15. То- гда шансы в пользу дождя 0,85/15 = 17/3. Пример 3. Пусть принято, что вероятность того, что некоторая лошадь выигра- ет на скачках, равна 3/4. Тогда шансы сторон в пари в пользу победы этой ло- шади относятся как 3/4 1/4-- = 3 1. Возникает вопрос, на каких условиях следует заключать пари, чтобы оно было честным? Ясно, что тот, кто ставит на эту лошадь, рискует меньше, чем тот, кто ставит против этой лошади. Можно считать, что этот риск в 3 раза меньше риска второго участника пари. Поэтому ставки при честном пари должны быть обратно пропорциональны вероятностям вы- игрыша и проигрыша лошади. Для того чтобы пари было честным, надо условиться платить тому, кто ставит против этой лошади, например, 30 (или 60, или 90) денежных единиц, если эта лошадь проиграет, и взимать с него 10 (соответст- венно, 20, 30) денежных единиц, если она выиграет. Подсчитаем суммарный выиг- рыш при большом количестве таких пари для того, кто ставит против этой лоша- ди. В 1/4 случаев (а именно в такой доле случаев проигрывает рассматриваемая лошадь) выигрыш составляет 30 денежных единиц, а в 3/4 случаев, когда эта ло- шадь выигрывает, проигрыш составляет 10 денежных единиц. Суммарный выигрыш в среднем равен 30 • 1/4 - 10 • 3/4 = 0. Для другого участника пари выигрыш со- ставляет 10 денежных единиц (лошадь выигрывает в 3/4 случаев), а проигрыш — 30 денежных единиц (лошадь не выигрывает в 1/4 случаев). Суммарный выигрыш в среднем для него равен 10 • 3/4 - 30 • 1/4 = 0. В дальнейшем пари будем считать честным, если средняя величина выигрыша, приходящегося на одно пари, равна нулю. Если шансы в пользу события А равны р q, выигрыш игрока, поставившего на событие А, составляет а денежных единиц, а проигрыш этого игрока — Ь денежных единиц, то суммарный выигрыш в среднем для этого игрока, по аналогии с выше- рассмотренным примером, равен ар — bq = ар — Ь(1 — р) . Если эта величина рав- на нулю, то пари является честным. Если ар — bq = 0, то p/q = Ь/а, т. е. от- ношение Ь а также равно шансам в пользу события А. Об этом отношении также говорят, что оно определяет условия, при которых пари будет честным. В примере 2 с мытьем машины пари будет честным, если водитель в случае дож- дя на следующий день после мытья машины получит, например, 15 денежных еди- ниц, а в случае, если дождя не будет, заплатит 85 денежных единиц. Если известно, что шансы в пользу события А равны p/q, то Р (А) = р/ (p+q) ; Р (А) = q/ (p+q) . Действительно, пусть Р(А) = h, Р(А) = 1 - h, тогда шансы в пользу события А равны h/(l-h). Имеем уравнение h/(l-h) = p/q. Решим это уравнение относитель- но h. Согласно основному свойству пропорции имеем: hq = (1 - h)p, или hq = p - hp, hq + hp = p, h(p + q) = p, h = p/(p + q) что и требовалось доказать. Пример 4. Сергей готов заключить пари на условиях 5:3, что при выстреле по мишени он попадет в нее. Какой должна быть вероятность попадания в мишень для того, чтобы пари было честным?
Здесь р = 5, q = 3, А - «попадание в мишень при выстреле». Согласно полу- ченной формуле Р(А) = 5/(5+3) = 5/8. Формулой для подсчета шансов в пользу некоторого события пользовались итальянские математики Л. Пачиоли (1445-1514), Д. Кардано (1501-1576), Н. Тарталья (1499-1557), французские ученые Б. Паскаль (1623-1662), П. Ферма (1601-1665) еще до того, как было сформулировано определение вероятности. ВЕРОЯТНОСТЬ СУММЫ СОБЫТИЙ Теперь рассмотрим правила, с помощью которых можно по вероятностям одних случайных событий вычислять вероятности других событий, каким-то образом свя- занных с первыми. Необходимость подобных правил иллюстрирует следующий при- мер. Пример 1. Прибор, состоящий из двух блоков, выходит из строя, если выходят из строя оба блока. Вероятность безотказной работы за определенный промежуток времени первого блока составляет 0,9, второго — 0,8, обоих блоков — 0,75. К вычислению вероятности какого события сводится нахождение вероятности безот- казной работы прибора за указанный промежуток времени? В этом задании даны вероятности трех событий: А — «первый блок работает безотказно в течение определенного промежутка времени», В — «второй блок ра- ботает безотказно в течение определенного промежутка времени», АВ — «оба бло- ка работают безотказно в течение определенного промежутка времени». Требуется найти вероятность события С — «прибор работает безотказно в течение опреде- ленного промежутка времени», являющегося суммой событий АиВ: С=А+В. Чтобы найти правило, позволяющее по вероятностям двух событий найти вероят- ность их суммы, рассмотрим следующий пример. Пример 2. Рассмотрим опыт с бросанием дважды игрального кубика и события А — «число очков, выпавших при первом броске, больше 4» и В — «при втором бро- ске выпало более 3 очков». Найти Р(А + В) . Событие А образуют 12 исходов, расположенных в последних двух строках ПЭИ (табл. 22), событие В составляют 18 исходов, записанных в последних трех столбцах той же таблицы. Событие А + В содержит 24 исхода, следовательно, Р(А + В ) = 24/36 = 2/3. Таблица 22 I 1 2 3 4 5 6 II 1 (1, 1) (2, 1) (3, 1) (4, 1) (5, 1) (б, 1) 2 (1, 2) (2, 2) (3, 2) (4, 2) (5, 2) (6, 2) 3 (1, 3) (2, 3) (3, 3) (4, 3) (5, 3) (6, 3) 4 (1, 4) (2, 4) (3, 4) (4, 4) (5, 4) (6, 4) 5 (1, 5) (2, 5) (3, 5) (4, 5) (5, 5) (6, 5) 6 (1, 6) (2, 6) (3, 6) (4, 6) (5, 6) (б, 6) Вычисление числа исходов, составляющих событие А + В, можно выполнить следующим образом: 24 = 12 + 18 - 6, где N(A + В) =24, N(A) =12, N(B) = 18, N(AB) = 6. Отсюда получаем, что Р(А + В) = (12 + 18 - 6)/36 = N(A)/N + N(B)/N - N(AB)/N =
= Р(А) + Р(В) - Р(АВ) . Этот результат имеет место и в общем виде. Обычно его называют теоремой сложения вероятностей. ТЕОРЕМА Р (А) + 1. Для Р(В) вероятностей - любых Р(АВ) , Двух т. е событий А и В справедливо равенство вероятность суммы минус вероятность их произведения двух событий Р(А + В) равна сумме = их Докажем это утверждение. По определению вероятности события вероятность Р(А + В) равна сумме вероятностей элементарных исходов, входящих в А + В. В то же время Р(А) + Р(В) — это сумма вероятностей элементарных исходов, составляющих событие А, и вероятностей элементарных исходов, образующих событие В. При этом вероятности исходов, входящих в АВ, суммируются дважды: эти исходы вхо- дят и в событие А, ив событие В. Рис. 27 наглядно иллюстрирует этот факт. Если вычесть Р(АВ) из Р (А) + Р (В) , то получится сумма вероятностей исходов, составляющих событие А + В. Рис. 27. Теперь вернемся к рассмотрению примера 1 и вычислим вероятность события С. По условию, Р(А) = 0,9, Р (В) = 0,8, Р(АВ) = 0,75. Требуется найти Р(С) = Р(А + В). По теореме сложения вероятностей: Р(С) = Р(А + В) = 0,9 + 0,8 - 0,75 = 0,95. Пример 3. Предыдущий опыт работы мастерской свидетельствует о том, что ве- роятность перегорания предохранителя в неисправном приборе составляет 6%, а вероятность обрыва провода — 4%. Также в 1% случаев приборы поступали с пере- горевшим предохранителем и обрывом провода. Найти вероятность того, что в конкретном сданном в ремонт приборе присутствует, по крайней мере, одна из этих неисправностей. Обозначим через А и В соответственно события: «перегорел предохранитель» и «обрыв провода». Событие «перегорел предохранитель или есть обрыв провода» является их суммой. Его вероятность, по теореме сложения вероятностей, равна 0,06 + 0,04 - 0,01 = 0,09. Таким образом, в 9%случаев обращений в мастерскую прибор имеет одну из этих неисправностей или обе сразу. Пример 4. Числа 1, 2, 3, ..., 20 написаны на листах бумаги, которые помеще- ны в коробку и тщательно перемешаны. Из коробки наугад вынимают один лист. Какова вероятность того, что число на вынутом листе окажется либо простым, либо делящимся на 3? Пространство элементарных исходов данного опыта имеет вид U = {1, 2, 3,
. .., 20} , А — «на вынутом листе простое число», А = = {2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19}; В — «на вынутом листе число, кратное 3», В = {3, 6, 9, 12, 15, 18}. Так как исходы опыта равновозможны, то Р(А) = 8/20; Р(В) = 6/20. Событие АВ заключается в том, что на вынутом листе простое число, кратное 3: АВ = {3}, Р(АВ) = 1/20. Таким образом, Р(А + В ) = 8/20 + 6/20 - 1/20 = 13/20. Впрочем, эту вероятность можно найти и непосредственно: А + В = {2, 3, 5, 6, 7, 9, 11, 12, 13, 15, 17, 18, 19}, Р(А + В) = 13/20. Из теоремы сложения вероятностей следует, что, зная любые три из четырех вероятностей (Р(А), Р(В), Р(А + В), Р(АВ)), можно найти четвертую неизвестную вероятность. В частности, Р(АВ) = = Р(А) + Р(В) - Р(А + В). В каких случаях оказываются полезными эти формулы? Один из случаев их при- менения состоит в том, чтобы взять в качестве исходных известные сведения о вероятностях и вычислить по соответствующей формуле вероятность другого собы- тия, возможно, представляющего больший интерес или являющегося более важным. Другой случай — если мы хотим убедиться, что информация, на которой основано решение, логически непротиворечива. Предположим, например, что у нас есть ве- роятности событий А и В, вычисленные как относительные частоты на основе дан- ных прошлых наблюдений. Планируется использовать субъективную оценку вероят- ностей событий АВ и А + В. При этом может оказаться полезным убедиться в том, что связь между четырьмя рассматриваемыми вероятностями не противоречит при- веденным формулам. Приведенные примеры показывают, что трудности применения теоремы сложения вероятностей связаны с нахождением вероятности произведения событий (либо эта вероятность задавалась, либо находилась по классической модели из предположе- ния о равновозможности исходов опыта). Эти трудности исчезают, если известно, что события несовместны, т. е. нет элементарных исходов, входящих в оба собы- тия; другими словами, если АВ = V. В этом случае Р(АВ) = 0 и теорема сложения вероятностей принимает следующий вид. ТЕОРЕМА 2. Вероятность суммы ностей этих событий: Р(А + В) = Р(А) + Р(В) . Двух несовместных событий равна сумме вероят- ЗАМЕЧАНИЕ 1. Полученная формула напоминает известное равенство S(F1 + F2) = S(F1) + S(F2), где F1 и F2 — фигуры, не имеющие общих внутренних точек, a S(F1) и S(F2) — их площади. Эта общность на самом деле очень глубокая, она отражает тот факт, что и площадь фигуры, и вероятность события являются мерами величин. ЗАМЕЧАНИЕ 2. Точно так же, как равенство S (Fl + F2) = = S(F1) + S(F2) ис- пользуют при аксиоматическом определении площади фигуры, так и равенство Р (А + В) = Р(А) + Р(В) может быть принято в качестве одной из аксиом при опреде- лении вероятности события. Пример 5. Найти вероятность того, что сумма очков, выпавших при бросании двух игральных кубиков, равна 3 или 4. ПЭИ опыта представлено в таблице 22. Пусть событие А — «сумма выпавших оч- ков равна 3», В — «сумма выпавших очков равна 4». А = {(1, 2), (2, 1)}; В = {(1, 3), (2, 2), (3, 1)}, А и В — несовместные события.
Р(А + В) = Р(А) + Р(В) = 2/36 + 3/36 = 5/36; При решении задач нередко приходится вычислять вероятности событий, являю- щиеся объединением более чем двух событий. Правило сложения вероятностей име- ет место для суммы любого конечного числа попарно несовместных событий: Если Ai, А2, . . . , Ат — попарно несовместные события, то P(Ai + А2 + + Ат) = = P(Ai) + Р(А2) + + Р(Ат) Рис. 28 является иллюстрацией этого утверждения. I w1\ ] \ | Рис. 28. Обращаем внимание на то, что теорема сложения вероятностей справедлива для событий, относящихся к одному ПЭИ. Предыдущее утверждение позволяет по вероятностям событий находить вероят- ность суммы нескольких событий в случае их попарной несовместности. А как быть, если это условие не выполняется? Ответ на этот вопрос дадим для суммы трех событий. По определению вероятности события вероятность Р(А + В + С) равна сумме ве- роятностей элементарных исходов, входящих в А + В + С. В то же время Р (А) + Р(В) + Р(С) — это сумма вероятностей элементарных исходов, образующих событие А, и вероятностей элементарных исходов, образующих событие В, и вероятностей элементарных исходов, образующих событие С. При этом вероятности исходов, входящих в АВ, АС, ВС, суммируются дважды: исходы АВ входят и в событие А, и в событие В; исходы АС — и в событие А, ив событие С; исходы ВС — и в собы- тие В, и в событие С. Вычтя Р(АВ), Р(АС), Р(ВС) из Р (А) + Р(В) + Р(С), полу- чим, что оставшаяся разность не будет содержать вероятностей исходов, входя- щих одновременно ивА, ивВ, ивС. Дело в том, что эти вероятности трижды входят в сумму Р (А) + Р (В) + Р(С) и входят в каждую из вероятностей Р(АВ), Р(АС), Р(ВС), т.е. Р(АВС) мы трижды сложили, а затем трижды вычли. Поэтому, прибавив Р(АВС) к выражению Р (А) + Р(В) + Р(С) - Р (АВ) - Р(АС) - Р(ВС), полу- чим сумму вероятностей исходов, образующих событие А + В + С. Таким образом, доказано следующее утверждение. ТЕОРЕМА 3. Для любых трех событий А, В, С имеет место равенство Р(А + В + С) = Р(А) + Р(В) + Р(С) - Р(АВ) - Р(АС) - Р (ВС) + Р (ABC) , т. е. вероятность суммы трех событий равна сумме вероятностей этих собы- тий без суммы вероятностей их попарных произведений, сложенной с вероятно- стью произведения этих событий.
Пример 6. Игральный кубик бросают дважды. Какова вероятность того, что сум- ма выпавших очков кратна 2, 3 или 5? Обозначим через А, В, С соответственно события «сумма выпавших очков кратна 2», «сумма выпавших очков кратна 3», «сумма выпавших очков кратна 5». Ранее строились ПЭИ для данного опыта и вводились элементарные вероятности. Если в качестве элементарных исходов опыта выбрать суммы выпавших очков, то множест- во элементарных исходов примет вид U = {2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12}. Элементарные вероятности для этого ПЭИ соответственно равны: р(2) = 1/36, р(3) = 2/36, р(4) = 3/36, Р(5) Р(6) Р(7) Р(8) Р(9) Р(Ю) Р(11) р(12) Отсюда Р(А) = р(2) Р(В) = р(3) Р(С) = р(5) События АВ, = 4/36 = 5/36 = 6/36 = 5/36 = 4/36 = 3/36 = 2/36 = 1/36 + р(4) + р(6) + р(8) + р<10) + р(12) = 1/2; + р(6) + р(9) + р(12) = 1/3 ; + р(10) = 7/36. АС, ВС состоят в том, что сумма выпавших очков кратна соответ- ственно 6, 10 и 15. Р(АВ) = р(6) + р(12) = 6/36; Р(АС) = р(10) = 3/36; Р(ВС) =P(V) = 0. Событие ABC состоит в том, что сумма выпавших очков кратна 30, ABC = V, Р(АВС) = P(V) =0. Поэтому Р(А + В + С) = 1/2 + 1/3 + 7/36 - 6/36 - 3/36 - 0 + 0 = 7/9. Впрочем, эту вероятность можно было найти, не прибегая к общей теореме сло- жения, а воспользовавшись определением вероятности события. Так как А + В + С = {2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 12}, то Р(А + В + С) = 1/36 + 2/36 + 3/36 + 4/36 + 5/36 + 5/36 + 4/36 + 3/36 + 1/36 = 7/9. Можно было перейти к событию, противоположному событию А + В + С: Р(А + В + С) = 1 - Р(7, 11) = 1 - (6/36 + 2/36) = 7/9. Теорему 3 можно обобщить на сумму любого конечного числа событий. Фактически еще Д. Кардано (1501 -1576) в XVI столетии, складывая шансы, пользовался теоремой сложения вероятностей. Он понимал, что при этом события должны быть несовместными. Понятно, что он не рассматривал вероятности, а подсчитывал ставки в «справедливых» играх, которые пропорциональны вероятно- стям. Теорему сложения вероятностей применял X Гюйгенс (1629-1695) в своей работе «О подсчетах в азартных играх» (1657 г.) при решении известной задачи о распределении ставки. Я. Бернулли в (1654-1705) своей книге «Искусство предположений» (1713 г.) в оригинальной форме разъясняет применение теоремы сложения вероятностей, в частности невозможность ее применения для совместных событий. Английский ученый Т. Бейес (1702-1761) доказал теорему сложения ве- роятностей . (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Химичка УЧЕБНЫЕ ОПЫТЫ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Цветков Л.Л. АМИНЫ И КРАСИТЕЛИ ЖИРНЫЕ АМИНЫ Получение аминов из селёдочного рассола В селёдочном рассоле содержится значительное количество аминов, преимущест- венно диметиламина (CH3)2NH и триметиламина (СН3)з^ Их присутствием и обу- словливается характерный запах рассола. В большую круглодонную колбу с отводной трубкой наливают 15—20 мл селёдоч- ного рассола, добавляют 6—7 мл концентрированного раствора едкого натра (рас- твор должен быть сильно щелочным) и, нагревая колбу на голом пламени, отгоня- ют амины в пробирку с водой, охлаждаемую снегом или льдом. Через несколько минут образуется раствор аминов. Получение метиламина из ацетамида Для получения метиламина можно воспользоваться реакцией амида уксусной ки- слоты с хлорной известью:
CH3~Cf + СаОС12 - CH3NH2 + СаС1а + C02 XNH2 В маленькую колбочку с отводной трубкой помещают около 3 г ацетамида и двойное количество смеси хлорной извести с гидратом окиси кальция, замешанной на воде. Вещества перемешивают и нагревают. Выделяется газообразный метиламин. Получение ацетамида Ацетамид может быть получен взаимодействием углекислого аммония и уксусной кислоты: хО X) 2СН3-С^ -f (NH4)2CCV 2СН3-С^ -{С02 + Н20 Х0Н xO~NH4 //О / ° v сн3-с^ -1 н2о NH2 хО—NH4 В круглодонную колбу наливают 15 г уксусной кислоты и прибавляют небольшими порциями 8 г углекислого аммония (выделение углекислого газа). Колбу закрыва- ют пробкой с вертикальным воздушным холодильником и нагревают около часа до слабого кипения. Затем содержимое переливают в колбу для перегонки, закрывают колбу пробкой с термометром, присоединяют небольшой нисходящий воздушный хо- лодильник и производят медленно перегонку, пока температура поднимется до 160° . При этой температуре удаляют холодильник и отводную трубку колбы поме- щают непосредственно в приёмник. Продолжают перегонку до 200°, затем меняют приёмник и после этого отгоняют ацетамид в интервале температур 200—220°. Полученный продукт без очистки можно применять для получения метиламина. Ввиду гигроскопичности, ацетамид нельзя держать на открытом воздухе. АНИЛИН Получение анилина Современное производство анилина основано на реакции восстановления нитро- бензола , открытой знаменитым русским учёным Н. Н. Зининым. В промышленном способе производства для восстановления нитробензола исполь- зуются соляная кислота и железные или чугунные опилки. Все эти вещества за- гружаются в реактор; образующийся водород в наиболее активной своей форме — «в момент выделения» — энергично восстанавливает нитробензол в анилин. В домашних опытах получения анилина для ускорения реакции вместо железа ис- пользуют обычно олово или цинк. Соображения экономического характера при та- ких незначительных масштабах здесь не играют роли. В колбочку ёмкостью 100 мл вносят 2—3 капли нитробензола, приливают 1—2 мл концентрированной соляной кислоты и вносят 2—3 маленьких кусочка цинка (или олова). Если реакция пойдёт слишком бурно, колбочку охлаждают в струе холод- ной воды или в стакане с водой. Когда запах нитробензола исчезнет или почти
исчезнет, в колбу приливают концентрированный раствор щёлочи (30—40%) до тех пор, пока образующийся вначале осадок гидрата окиси цинка Zn(0H)2, ввиду сво- ей амфотерности, не растворится при дальнейшем прибавлении щёлочи: Zn(0H)2 + 2NaOH -> Na2Zn02 + 2H20 Это будет гарантией того, что щёлочь выделит анилин из хлористоводородной соли. Чтобы констатировать образование анилина, присоединяют к колбе холодильную трубку и отгоняют около 0,5—1 мл жидкости. Анилин гонится вместе с парами во- ды в виде белой эмульсии. Разбавляют дистиллят водой, чтобы анилин растворил- ся, и открывают его с помощью раствора хлорной извести. Одновременно убежда- ются, что нитробензол не даёт окрашивания с хлорной известью. Если нужно получить значительное количество анилина, чтобы его можно было выделить из дистиллята, берут большее количество нитробензола, чем указано выше (3—4 мл) , и соответственно большее количество кислоты (7—8 мл) и цинка. Восстановление при этом идёт значительно дольше, и его ускоряют к концу опыта нагреванием. Отгонка анилина также требует длительного времени. Её лучше про- изводить с водяным паром (рис. 1). Для отделения анилина от воды дистиллят насыщают поваренной солью и дают смеси отстояться. Отделяют верхний слой ани- лина с помощью делительной воронки или извлекают его эфиром и затем отгоняют растворитель (рис. 2). Рис. 1. Перегонка с водяным паром. Колба А является парообразователем. Колба Б служит для нагревания перегоняемой жидкости. Вследствие того, что поступающий пар вызывает сильное бурление жидкости, колбу Б ставят наклонно, чтобы жидкость не перебрасывало в холодильник. В колбу А кла- дут несколько капилляров, кусочков пемзы или глиняных черепков.
Рис. 2. Отгонка эфира. Препарат анилина может быть получен в опыте, более точно воспроизводящем промышленный способ, чем предыдущие опыты. В заводской практике для восстановления нитробензола берут значительно меньше соляной кислоты, чем соответствует уравнению C6H5N02 + 6Н -> C6H5NH2 + 2Н20, так как образующееся хлористое железо катализирует реакцию: C6H5N02 + 2Fe + 4H20 -> 2Fe(OH)3 + C6H5NH2 В условиях домашнего опыта, при работе с меньшими массами веществ, лучше брать количества, близкие к теоретическим. В большую круглодонную колбу помещают 15—20 г нитробензола, 50 г железных опилок или мелких стружек и приливают небольшими порциями (сначала по 3—5 мл) 80—100 мл концентрированной соляной кислоты. После каждой добавки кислоты колбу закрывают пробкой с вертикальной трубкой для конденсации паров нитро- бензола и анилина и встряхивают. В случае слишком бурного течения реакции колбу непродолжительное время охлаждают в холодной воде. После того как будет введена вся кислота и реакция через некоторое время начнёт затихать, подогре- вают колбу не сильно через асбестированную сетку в течение 20—30 минут. По исчезновению в колбе запаха нитробензола судят, что восстановление прошло полностью. Этот процесс требует обычно не менее часа. Для выделения анилина из хлористоводородной соли жидкость переливают в кол- бу для перегонки, добавляют к раствору понемногу концентрированной щёлочи. При этом образуется осадок гидрата закиси железа Fe(OH)2. Прибавлять щёлочь следует до сильно щелочной реакции (проба лакмусовой бумажкой), тогда избыток щёлочи выделит анилин из соли. Собирают прибор для перегонки с водяным паром (рис. 1) . Чтобы вода в паро- образователе кипела без толчков, бросают в него несколько кипятильных камеш- ков или помещают несколько кусков жести и добавляют немного серной кислоты:
выделяющийся водород будет способствовать равномерному кипению. Одновременно с парообразователем нагревают и колбу с анилином, чтобы поступающие пары воды в ней не конденсировались. Отгоняющийся анилин образует в приёмнике водную эмульсию и частично собирается в виде маслянистого слоя. Перегонку ведут до тех пор, пока в приёмник начнут падать капли совершенно прозрачной жидкости, это свидетельствует о том, что стала перегоняться чистая вода. Дистиллят насыщают поваренной солью. Анилин не растворим в насыщенном рас- творе поваренной соли, поэтому жидкость расслаивается. Анилин отделяют с по- мощью делительной воронки, сушат небольшим количеством кристаллического едко- го натра или едкого кали и перегоняют из небольшой колбочки с воздушным холо- дильником (т. к. 184°). Собирается довольно чистый продукт, в дальнейшем буреющий под влиянием воз- духа. Полученного количества анилина вполне достаточно для постановки опытов с ним. Получение триброманилина Как известно, влияние атомов друг на друга в молекуле взаимно. Если бен- зольное кольцо влияет на аминогруппу в анилине, ослабляя проявление ею свойств основания, то можно ожидать, что и бензольное ядро под влиянием этой группы будет обладать свойствами отличными от свойств бензола. С подобным изменением свойств ядра уже встречались на примере фенола. Встаёт вопрос, не ослабляет ли аминогруппа связь атомов водорода с ядром, подобно тому как эту связь ослабляет гидроксильная группе в феноле, и не будет ли анилин реагировать с бромной водой, как реагирует с ней фенол. В колбе или демонстрационной пробирке растворяют при встряхивании в 10 мл воды 1 мл анилина. К полученному раствору (эмульсии) добавляют бромную воду до образования белого осадка. Осадок представляет собой триброманилин: NH2 I Вг-'Вг+н"-,^- J Н + Вг-Вг Н+Вг:-Вг Вг- I -Вг I Вг + ЗНВг Для успеха опыта необходимо, чтобы растворы анилина и брома были достаточно концентрированными. Вместо раствора анилина можно воспользоваться раствором его соли. Составляют прибор, как показано на рисунке 3. В пробирку А наливают насы- щенный раствор брома в воде, в пробирку Б — раствор хлористоводородного ани- лина, в пробирку В — раствор щёлочи. С помощью резиновой груши продувают воз- дух через прибор. Воздух увлекает пары брома из пробирки А в пробирку Б, где образуется осадок триброманилина; в пробирке В избыток брома поглощается щё- лочью. Опыт следует проводить в вытяжном шкафу.
Рис. 3. Взаимодействие брома с раствором хлористо-водородного анилина. Окисление анилина Анилин сравнительно легко окисляется в разнообразные продукты. Окислением анилина, в частности, объясняется потемнение его при хранении в плохо закры- ваемых склянках. При окислении анилина хромовой смесью и некоторыми другими окислителями образуется так называемый чёрный анилин, применяемый для окраски в чёрный цвет тканей, дерева, кожи. В 100 мл воды растворяют 2 г двухромовокислого калия К2Сг207 и 1 мл концен- трированной серной кислоты, К полученному раствору добавляют 2 г солянокисло- го анилина или по 1 мл анилина и концентрированной соляной кислоты. Смесь пе- ремешивают стеклянной палочкой. В образующийся раствор быстро вносят кусок хлопчатобумажной ткани. Краситель с тканью нагревают, затем ткань достают, отжимают валиком на гладкой, поверхности и развешивают на стеклянных палоч- ках. Готовят раствор солянокислого анилина, приливая к 50 мл воды 2 мл анилина и 3 мл концентрированной соляной кислоты. К раствору добавляют ещё 1 г хлори- стого аммония. Полученный раствор наносят кисточкой на гладкую поверхность доски. После того как раствор впитается, таким же способом покрывают дерево вторым раствором, приготовляемым растворением 4 г бертолетовой соли и 6 г медного купороса в 50 мл воды. Бертолетова соль окисляет анилин, и поверхность доски постепенно принимает чёрную окраску. Хлористый аммоний и медный купорос спо- собствуют ускорению процесса окисления и получению плотной и прочной окраски. После высыхания поверхности на неё ещё несколько раз наносят попеременно пер- вый и второй растворы. Реакция анилина с хлорной известью При взаимодействии анилина с хлорной известью даже при очень сильных раз- бавлениях образуется характерное фиолетовое окрашивание. Хлорная известь, по- этому , может служить реактивом на анилин. Эта реакция особенно выгодна для демонстрирования, так как при затрате очень небольших количеств веществ можно оперировать с большими объёмами жид- костей, что обеспечивает большую наглядность опыта. В цилиндр или стакан наливают 200—300 мл воды, растворяют в ней несколько
капель анилина и приливают очень немного приготовленного заранее и профильт- рованного водного раствора хлорной извести. Образуется фиолетовое окрашивание (белый фон!). Если раствор анилина взят слишком концентрированный, опыт про- ходит менее наглядно, так как окраска образуется слишком тёмная. В таком слу- чае смесь растворов следует разбавить водой до появления характерной окраски. Получение смолы Анилин по ряду свойств напоминает фенол (бромирование, нитрование и т. п.). Подобно фенолу, он даёт высокомолекулярные смолы с формальдегидом (формали- ном) . Эти смолы называются аминоальдегидными. В зависимости от соотношения исходных веществ и условий реакции, они имеют различное строение. Для примера можно привести следующую схему образования смолы: Н-N- Н + О f H -N- Н+О + Н -N-1H+. . . I И I II I '• f\ СНо //\ СН2 //\ \/ \/ %/ H-N-CH4-N-CH2-N- . . . I " I I //\ S\ S\ \х/ ЧХ ■I- лН,0 Ч/ Предлагаемый опыт отличается от обычно применяемого способа тем, что вместо анилина берётся насыщенный раствор хлористоводородной соли его. Это даёт воз- можность провести реакцию в гомогенной среде и поэтому достаточно быстро. Опыт получения смолы из анилина (хлористоводородной соли) и формальдегида, как быстро и довольно эффектно идущий, может быть использован для первого оз- накомления с синтезом пластмасс. В небольшой химический стакан наливают 10 мл формалина (40-процентного) и такой же объём заранее приготовленного насыщенного раствора хлористоводород- ного анилина в воде. В середину стакана тотчас же ставят стеклянную палочку. Образуется густая смола. Палочка прочно удерживается в вертикальном по- ложении. За палочку можно поднять стакан с его содержимым. Полученная плотная масса имеет резкий удушливый запах от примеси формальдегида. Распознавание пластмасс Хлорвиниловые пластмассы распознаются по отщеплению НС1 при нагревании ис- следуемого образца (например, обрезков пояса, накидки и т. п.) до температуры выше 130°. Хлористый водород узнаётся по запаху, с помощью лакмусовой бумаж- ки, по образованию дымка хлористого аммония при поднесении аммиака. Для распознавания фенолальдегидных и аминоальдегидных пластмасс 5—10 г ис-
пытуемохю материала помещают в колбу и нагревают с воздушным холодильником на голом огне. Нагревание ведут почти до полного разложения взятого вещества. Продукты перегонки поглощают в приемнике водой. Полученный раствор испытывают на фенол и на анилин с помощью характерных реакций. Фенол распознаётся по об- разованию осадка трибромфенола при прибавлении бромной воды и по образованию фиолетового окрашивания с раствором хлорного железа. Анилин распознаётся по образованию чёрного анилина при добавлении хромовой смеси и по образованию фиолетового окрашивания с раствором хлорной извести. Акриловая смола распознаётся по образованию метилового эфира метакриловой кислоты при сухой перегонке исследуемого образца. КРАСИТЕЛИ При действии азотистой кислоты на соли первичных аминов образуются так на- зываемые диазосоединения. Соответствующая реакция называется реакцией диазо- тирования. Например: C6H5NH2HC1 + HN02 -> C6H5N2C1 + 2Н20 хлористоводородный хлористый анилин фенилдиазоний Диазосоединения — вещества, очень непрочные; при нагревании выше 3—5° они, как правило, разлагаются с выделением азота; поэтому получают их обычно в растворах и реакцию диазотирования ведут при охлаждении. Диазосоединения легко вступают в реакцию с другими веществами, например в реакции сочетания с аминами и фенолами. Так образуются азокрасители, напри- мер, краситель желтый для масла: </_>-N=N- CH-H -f~~>-<CV \==/ \=/ \снз хлористый фенилдиазоний днметиланилин t VN=N-<f VN/CH4HCI \=/-"-"-\=/- сн 3 Синтез диметил- аминоазобензола Как видно из предыдущего, жёлтый краситель N(CH3)S получается в результате сочетания хлористого фенилдиазония C6H5N2C1 с диме- тиланилином C6H5N(CH3)2- Хлористый фенилдиазоний, как указывалось выше, получается действием азоти- стой кислоты на солянокислый анилин. Практически вместо азотистой кислоты бе- рут смесь соляной кислоты и азотистокислого натрия, при взаимодействии кото-
рых образуется нужная кислота. Процесс выражается следующими уравнениями: C6H5NH2 + HC1 -> C6H5NH2HC1; NaN02 + HC1 -> HN02 + NaCl; C6H5NH2HC1 + HN02 -> C6H5N2C1 + 2H20, или суммарно: C6H5NH2 + NaN02 + 2НС1 -> C6H5N2C1 + NaCl + 2H20 Из уравнения следует, что для реакции на одну грамм-молекулу анилина требу- ется грамм-молекула азотистокислого натрия и две грамм-молекулы НС1. Для нашего опыта количество веществ можно уменьшить, например, в двадцать раз и взять 1/20 г-м анилина (4,6 г), 1/20 г-м азотистокислого натрия (3,5 г), 1/10 г-м хлористого водорода (3,6 г НС1) . Практически можно взять 5 г анилина, 4 г соли и такое количество соляной кислоты, в котором содержится 3,6 г хлористого водорода. В химическом стакане смешивают взятое количество анилина с 50 мл соляной кислоты, содержащей 3,6 г НС1 (для этого кислоту уд. в. 1,19 предварительно разбавляют тремя объёмами воды). Добавляют в стакан несколько кусочков льда и, кроме того, стакан ставят в воду со льдом. После того как полученный рас- твор охладится (температура его должна быть около 5°), к нему при тщательном размешивании добавляют понемногу из капельной воронки указанное выше количе- ство азотистокислого натрия в виде концентрированного водного раствора (пред- варительно также охлаждённого). Азотистокислый натрий с избытком соляной ки- слоты даёт азотистую кислоту, которая и продиазотирует солянокислый анилин. В растворе образуется хлористый фенилдиазоний. Полноту диазотирования анилина можно проверить йодокрахмальной бумажкой: если анилин продиазотирован весь, то избыток азотистой кислоты выделит (окис- лит) йод из йодистого калия и бумажка посинеет. Пробы производят через 2—3 минуты после прибавления азотистокислого натрия. Если бумажка не синеет, до- бавляют ещё немного раствора соли. Для получения красителя к приготовленному раствору хлористого диазобензола приливают теоретическое количество (1/20 г-м) диметиланилина. Образуется кра- ситель жёлтого цвета. Его отделяют от раствора. Синтез гелиантина (метилоранжа) Чтобы азокраски лучше растворялись в воде, их получают часто не из анилина, а из сульфаниловой кислоты fun—с ;-s— он \ /— о—wj В первой стадии синтеза красителя диазотируют сульфаниловую кислоту, во второй стадии сочетают полученное вещество с диметиланилином. При этом обра- зуется следующее соединение: о^ \^=/ v=/ \сн 3
По аналогии с предыдущим нетрудно видеть, что сульфаниловая кислота, нитрит натрия и диметиланилин реагируют в эквимолекулярных отношениях. Если для опы- та взять по 1/20 г-м веществ и притом учесть, что сульфаниловая кислота кри- сталлизуется с двумя молекулами воды, то потребуется Ю,5гН0025-^ ^-NH2-2H20, 4 г NaN62, Навеску сульфаниловой кислоты растворяют в 25 мл 2-молярного раствора едко- го натра (2 г NaOH в 25 мл раствора). В этом же растворе затем растворяют на- веску нитрита натрия. После этого раствор охлаждают льдом и приливают к 25 мл 2-молярного раствора соляной кислоты, охлаждаемого льдом (кроме наружного ох- лаждения кусочки льда могут быть помещены в раствор). Навеску диметиланилина растворяют в 5 мл 1-молярной соляной кислоты, охлаж- дают льдом и к охлаждённому раствору приливают полученный выше раствор диазо- бензолсульфокислоты. Происходит образование красителя. Приливают ещё раствор едкого натра до сильно щелочной реакции. Из раствора выделяется натриевая соль красителя в виде оранжево-коричневых лепесткообразных кристалликов. Че- рез несколько часов краситель отфильтровывают с отсасыванием и промывают на воронке 25 мл воды. Затем его тщательно отжимают на фильтровальной бумаге и сушат в фарфоровой чашке на водяной бане. Гелиантином можно окрасить образец шерсти или шёлка. В химический стакан наливают раствор гелиантина, прибавляют несколько капель соляной кислоты, по- гружают в раствор окрашиваемый образец и кипятят жидкость, помешивая палоч- кой . Затем окрашиваемый материал промывают водой и сушат. Гелиантин под именем матилоранжа известен как индикатор. В кислой среде он окрашивается в розовый цвет, в нейтральной и щелочной — в жёлтый. Изменение окраски легко заметить, если немного красителя растворить в подкисленной воде и затем нейтрализовать раствор щёлочью. Жёлтая окраска метилоранжа принадлежит натриевой соли NaO^K=}-N=N-<=>-N<cHl Красная окраска метилоранжа в кислой среде объясняется переходом этого со- единения в хиноидную форму о Чо / \\ /=ч ~/СНз HO^S-f >-N-N=C )=NfCH н о Синтез нафтолоранжа При сочетании диазотированной сульфаниловой кислоты с фенолами также полу- чаются красители. В качестве фенола можно взять р-нафтол
s\/% •он n:/ \// Буквами аир обозначаются следующие положения атомов в нафталине: а а рЛ/\з р \/\^' 3 а Вначале диазотируют сульфаниловую кислоту, как описано выше, для получения гелиантина. Затем проводят реакцию сочетания с р-нафтолом. Для этого 7 г р-нафтола (около 1/20 г-м) растворяют в 40 мл 2-молярного раствора едкого натра. Рас- твор охлаждают льдом и вливают при помешивании в охлаждённый раствор диазо- бензолсульфокислоты. При этом идёт реакция сочетания и образуется нафтоло- ранж: nboW' но -N=N- \ // \_ / v_ _^ч _/ \ -S Для полноты выделения красителя раствор насыщают поваренной солью и, дав жидкости отстояться (при охлаждении), отфильтровывают краситель и высушивают на воздухе. Способом, описанным выше, производят покраску образца шерстяной или шёлко- вой ткани. Вид крашения, корда краситель непосредственно фиксируется волокном из рас- твора (иногда для лучшей фиксации добавляют кислоту или какую-нибудь соль), называется субстантивным. Синтез красителя «пара-красный» Краситель «пара-красный» получается сочетанием р-нафтола с паранитрофенил- диазонием: 02NCeH4NaCl-L C10H7ONa НО \ л\ -O.N —<^ у N=N--; V "\ -!-\аС1
Окрашивание ткани пара-красным может явиться примером так называемого ледя- ного крашения, когда краситель синтезируется непосредственно на волокне. В 50 мл 2-процентного раствора щёлочи растворяют 3 г р-нафтола и вымачивают в полученном растворе полосу чистой белой хлопчатобумажной ткани. Затем ткань отжимают стеклянной палочкой на ровной поверхности и развешивают для про- сушки в тёплом месте. В это время готовят раствор паранитрофенилдиазония. 3 г паранитроанилина растворяют при нагревании в смеси 5 мл концентрированной соляной кислоты и 15 мл воды. К раствору добавляют 15—20 г снега или льда. Сосуд для лучшего охла- ждения ставят в чашку с снегом или ледяной водой. После этого к полученной хлористоводородной соли при энергичном размешивании приливают раствор 1,5 г азотистокислого натрия в 7—8 мл воды. Через некоторое время осадок соли рас- творяется вследствие реакции диазотирования. Наконец, в раствор бросают ещё, если нужно, кусочки льда и приливают раствор соды или уксуснокислого натрия до тех пор, пока небольшой кусочек ткани с р-нафтолом при погружении в эту жидкость не будет окрашиваться в яркий красный цвет. В полученном растворе вымачивают ткань, пропитанную р-нафтолом. Лучше это делать, взяв полоску тка- ни за концы и проводя её через жидкость. Окрашенную ткань промывают в воде, отжимают и развешивают для высушивания. Если краситель хотят получить в виде индивидуального вещества, то сочетание ведут, приливая к щелочному раствору р-нафтола раствор паранитрофенилдиазо- ния. Краситель осаждается в виде объёмистого осадка, который отделяют от рас- твора фильтрованием. (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР Николайчук .О (продолжение1) СУПЕРВИЗОРЫ ПИТАНИЯ И ОХРАННЫЕ ТАЙМЕРЫ Супервизором питания (Supervisory Circuits, далее — SV) или Монитором (Monitor) называется электронная схема, предназначенная для выполнения функ- ции начального сброса (или инициализации) микроконтроллера (микропроцессора) при включении питания или снижении напряжения питания ниже определенного зна- чения в процессе работы. При этом длительность сигнала сброса должна быть больше определенной оговоренной величины. Полярность сигнала сброса должна соответствовать полярности входа сброса микроконтроллера (микропроцессора). Супервизор должен иметь вход для сброса системы от дополнительной кнопки сброса. В некоторых случаях супервизоры имеют дополнительные входы, анализи- рующие другие напряжения питания. Кроме того, они могут формировать сигналы прерывания при различных ситуациях. 1 Начало смотрите в №4 за 2016 г.
Охранным (сторожевым) таймером (WDT — Watch Dog Timer) называется специали- зированная схема защиты микроконтроллерной (микропроцессорной) системы от программных зависаний. Идея защиты достаточно проста. Микроконтроллер перио- дически, не реже определенного фиксированного временного интервала подает им- пульс перезапуска таймера (далее, импульс WDT) на вход схемы защиты. Импульс подается через дифференцирующую цепь для исключения потенциального влияния на схему, которая представляет собой ждущий одновибратор с фиксированной задерж- кой выработки выходного импульса сброса (далее RST) и фиксированной длитель- ностью этого импульса. Если период поступления импульсов WD не превышает ве- личины фиксированной задержки, выходные импульсы RST не вырабатываются, так как происходит постоянный перезапуск сторожевого таймера. Микросхемы супервизоров питания выпускаются многими известными фирмами — Analog Devices [1], Dallas Semiconductor [2], Electronic Technology [3], IMP [4], Linear Technology [5], Maxim [6], Microchip [7], Sipex [8], Telcom [9], Texas Instruments [10]. Кроме основной функции, то есть собственно супервизора питания, многие мик- росхемы оснащаются охранным таймером WDT, а также рядом дополнительных функ- ций. В зависимости от количества встроенных функциональных узлов микросхемы выпускаются в самых разнообразных корпусах. Критерии выбора супервизора питания Ниже перечислены основные и возможные функции (свойства) микросхем суперви- зоров питания: 1. Выработка сигнала RST при включении или снижении напряжения питания ниже определенного значения (допуска) в процессе работы с целью исключения возможности неправильного функционирования. 2. Наличие выходов сигнала RST одной или обеих полярностей. 3. Наличие входа для внешней кнопки сброса. 4. Наличие компаратора раннего предупреждения (о снижении питания). 5. Наличие встроенного сторожевого таймера WDT. 6. Возможность программирования (подбором резистивного делителя) порогового напряжения (допуска) выработки сигнала RST. 7. Возможность программирования (подбором емкости конденсатора) длительности сигнала RST и периода срабатывания WDT. 8. Наличие схемы подключения резервного питания (аккумулятора), контроля его заряженности, наличие схемы подзарядки источника резервного питания. 9. Наличие одного или нескольких входов и выходов выборки памяти (CS) , бло- кирующих ее работу при понижении напряжения питания ниже определенной ве- личины (допуска). 10.Наличие встроенной системы звуковой и светодиодной индикации снижения на- пряжения питания. 11.Наличие входа или входов для анализа дополнительных напряжений питания (например, +12 В, -12В, и т.д.). 12.Наличие выхода или выходов сигналов прерывания при снижении напряжения питания. 13.Наличие отдельного выхода от WDT или объединение этого выхода с выходами сигнала RST. 14.Исполнение микросхемы SV в различных типах корпусов (Т092, SOT223, SOT23, DIP8, S08, BviS0P8, DIP14, S014, DIP16, S016, DIP20, DIP28, PLCC28 и т. Д.) • Анализируя приведенные выше свойства микросхем SV, становится ясно, что многие из них являются избыточными при решении нашей задачи — разработке уни-
версальных технологических контроллеров. Определим критерии, по которым мы будем выбирать микросхемы SV: 1. Она должна вырабатывать сигнал RST определенной длительности для инициа- лизации микроконтроллера (микропроцессора) при включении питания. Жела- тельна возможность программирования длительности сигнала RST и наличие нескольких вариантов допусков напряжения срабатывания. 2. Она должна вырабатывать RST при снижении напряжения литания ниже опреде- ленного значения (допуска) в процессе работы. 3. При разработке универсальных технологических контроллеров, в которых воз- можно применение микроконтроллеров различных типов (с различной полярно- стью сигнала RST), желательно, чтобы микросхема SV обеспечивала генерацию сигнала RST обеих полярностей. 4. С целью снижения площади печатной платы, снижения стоимости и обеспечения требований высокой ремонтопригодности необходимо, чтобы микросхема SV бы- ла выполнена в корпусе DIP8. 5. Она должна иметь дополнительный вход для сброса системы от дополнительной кнопки сброса. 6. Желательно, чтобы микросхема SV имела встроенный WDT. Желательно, но не обязательно, потому, что наличие встроенного WDT повышает стоимость мик- росхемы. В то же время многие современные микроконтроллеры имеют встроен- ный WDT, при этом WDT в микросхеме SV может оказаться избыточным. К тому же WDT можно достаточно просто организовать с помощью нескольких внешних резисторов и конденсаторов при наличии у SV входа для сброса системы от дополнительной кнопки сброса. Перечисленные критерии позволяют осуществить выбор микросхем SV. В табл. 1 приведены характеристики простых микросхем SV, имеющих небольшой набор допол- нительных функций. С полными перечнями микросхем SV и их документацией можно ознакомиться на сайтах производителей, приведенных в литературе. Таблица 1 Тип микросхемы ADM1232, DS1232, ЕТС1232, IMP1232, LTC1232, МАХ1232, ТС1232 ADM1812, DS18I2, МРС101-ххх ADM1813, DS1813 ADM1815, DS1815, МРСЮО-ххх, TC54VCxx ADM1816, DS1816, МРС130-ххх ADM1817,DS1817,MPC101-xxx ADM1818, DS18I8 ADM705, DS1705, ЕТС705х, 1МР705х МАХ705х, SP705x ADM706, DS1706, ЕТС706, 1МР706х, МАХ706х, SP706x ADM707, DS1707, ЕТС707, МАХ707х, SP707x AMD1810, DS1810, МРСЮО-ххх, TC54VCxx AMD1811, DS1811, МРС130-ххх AMD708x, DS1708, ЕТС708, МАХ708х, SP708x DS1231 DS1233, IMP1233, МРС130 Vcc,B 5 5 5 3,3 3,3 3,3 3,3 5 5-3,3 5 5 5 5-3,3 5 5-3,3 RESIN + - + - - + + + + - - + - +/- RST OUTPUT Low, High High Low Low Low High Low Low Low/High Low, High Low Low Low, High Low, High Low Тип корпуса DIP8, S016, S08 B|iS0P8 T092, SOT23 T092, SOT23 T092, SOT23 T092, SOT23 T092, SOT23 T092, SOT23 DIP8, S08, B|iS0P8 DIP8, S08, BpSOPS DIP8, S08, B|iS0P8 T092, SOT23 T092, SOT23 DIP8, S08, B|iS0P8 DIP8,S016 T092, SOT223 WDT + - - - - - - + + - ~ - - - -
DS1236 DS1238 DS1239 DS1632 DS1814, МАХ823, МАХ824, МАХ825, TPS3823, TPS3824, TPS3825 DS1819, МАХ823, МАХ824, МАХ825, TPS3823, TPS3824, TPS3825 DS1832 DS1833 DS1834 DS1836 МАХ801 МАХ814 МАХ816 МАХ700 МАХ701 UCC1946, UCC2946, UCC3946 TL7705 TLC7701, TLC7725, TLC7703, TLC7733, TLC7705 TL7759 5 5 5 5 5 3,3 3,3 5 5-3,3 5-3,3 5 5-3,3 5 5 5 <5 5 6/2 7/1 + + + + +/- +/- + - + - - + + + + + + + - Low, High Low, High Low Low, High Low/High Low, High/Low Low, High High Low/High Low/High Low, High Low, High Low, High Low, High Low, High Low Low, High Low, High Low, High DIP16, S016 DIP16,S016 DIP16, S016 DIP16,S016 SOT23-5 SOT23-5 DIP8, S08 T092, SOT223 DIP8,S08,BviSOP8 DIP8, S08 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 + + - - +/- +/- + - - - + - - - - + - - - Предварительный анализ и выбор микросхем SV Из приведенных в табл. 1 типов микросхем SV можно отобрать всего несколько, удовлетворяющих приведенным выше критериям (табл. 2) Таблица 2 Тип микросхемы ADM1232, DS1232, ЕТС1232, IMP1232, LTC1232, МАХ1232, ТС1232 ADM707, DS1707, ЕТС707, МАХ707х, SP707x AMD708x, DS1708, ЕТС708, МАХ708х, SP708x DS1819, МАХ823, МАХ824, МАХ825, TPS3823, TPS3824, TPS3825 МАХ814 МАХ816 МАХ700 МАХ701 UCC1946, UCC2946, UCC3946 TL7705 Vcc,B 5 5 5-3,3 3,3 5-3,3 5 5 5 <5 5 RESIN + + + +/- + + + + + + RST OUTPUT Low, High Low, High Low, High Low, High/Low Low, High Low, High Low, High Low, High Low Low, High Тип корпуса DIP8, S016, S08 B|iS0P8 DIP8, S08, B|iS0P8 DIP8, S08, B|iS0P8 SOT23-5 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 DIP8 WDT + - - +/- - - - - + - Как видно из табл. 2, все отобранные типы микросхем выпускаются фирмами Maxim и Texas Instruments, поэтому далее мы будем ссылаться на техническую документацию именно этих фирм. Ниже приведено назначение выводов микросхем отобранных типов (табл. 3). В табл. 3 приняты следующие обозначения: • RESIN — инверсный вход кнопки сброса;
• TD — вход программирования периода WDT (150/600 мс) (МАХ1232); • TOL — вход программирования допуска SV (4,5/4,75 В) (МАХ1232); • GND — общий вывод питания; • RST — прямой выход сигнала сброса; • RST/ — инверсный выход сигнала сброса; • WDI/ — вход перезапуска WDT; • VCC — вход напряжения питания • CTL — вход управления контроля питания (МАХ700) . Если «GND» — то контроль напряжения питания, если «VCO — контроль входа SENSE; • SENSE — дополнительный вход контроля питания; • HYST — при контроле входа SENSE (МАХ700) можно ввести дополнительную за- держку перед выработкой сигналов сброса длительностью 5 мкс путем включе- ния резистора номиналом 1 кОм между выводами HYST и GND; • PFI — вход для анализа дополнительного источника питания (МАХ707, МАХ708) с помощью внешнего резистивного делителя (сравнение с внутренним опорным напряжением 1,25 В); • PFO/ — выход прерывания, свидетельствующего о снижении анализируемого по входу PFI напряжения (МАХ707, МАХ708) ; • RSTIN — дополнительный вход анализа питания (МАХ816); • LOWL/ — выход прерывания (МАХ816), свидетельствующий о снижении напряжения питания. Таблица 3 Тип ИМС SV МАХ824 МАХ825 МАХ707, МАХ708 МАХ814 МАХ816 МАХ700 МАХ701 МАХ1232 TL7705 Функциональное назначение выводов 1 RST/ RST/ RESIN/ RESIN/ RESIN/ RESIN/ RESIN/ RESIN/ Cref 2 GND GND VCC VCC VCC SENSE - TD RESIN/ 3 RST RST GND GND GND HYST - TOL Ct 4 WDI RESIN/ PFI PFI PFI GND GND GND GND 5 VCC VCC PFO/ PFO/ PFO/ RST/ RST RST RST/ 6 - - - LOWL/ RSTIN RST RST/ RST/ RST 7 - - RST/ RST/ RST/ CTL - WDI/ SENSE 8 - - RST RST RST VCC VCC VCC VCC Ссыпка, pdf 1249[6] 1249[6] 1151[6] 1196[6] 1196[6J 1383[6] 1383[6] 1286[6] Slvae04[10] При внимательном рассмотрении данных, приведенных в табл. 3, микросхемы SV можно разделить на три группы по признаку максимального совпадения функцио- нальных выходов (рис. 1): • МАХ824, МАХ825 и их аналоги; • МАХ707, МАХ708, МАХ814, МАХ816 и их аналоги; • МАХ1232, МАХ700, МАХ701, ТЦО7705 и их аналоги. Анализ приведенных трех групп микросхем SV и табл. 2 позволяют сделать за- ключение о количестве микросхем различных производителей, входящих в каждую группу. В первую группу входит 5 микросхем (DS1819, МАХ824, МАХ825, TPS3824, TPS3825). Во вторую группу — 12 микросхем (ADM707, DS1707, ЕТС707, МАХ707, SP707, AMD708, DS1708, ЕТС708, МАХ708, SP708, МАХ814, МАХ816), В третью груп- пу - 14 микросхем (ADM1232, DS1232, ЕТС1232, IMP1232, LTC1232, МАХ1232, ТС1232, МАХ700, МАХ701, TL7705, TLC7705, TLC7733, TLC7703, TLC7725). В первую и третью группы входят по одному типу микросхем SV со встроенным WDT (MAX824 и МАХ1232) . Во второй группе таких микросхем нет, что является безусловным минусом.
5 4 2 vcr WDl GND sv ■ CM CO 5 RST 5 4J 2 Vcc MR GND SV in CM oo s S . RST 2 ij 4 3 Vcc >MR PFI GND SV r*co i ! OO RST PFCX 2 ll 4 3 Vcc ^MR rrl GND SV CO 5 RST PFO<| LOWL< 2 l] 4, 3, Vcc >MR PFI GND SV (0 CO 2 s RST PFO< RIN 8 E 6 Vcc —h*»MR —Z<j>WDI 4 GND 8 Vcc -b MR —^>SENS 41 GND SV CM w CM SV 10 о RST TD TOL 8 ll 2 4 Vcc >MR SENS GND sv ! 3 1 S RST CTL hystJ 8 1 4 Vcc MR GND SV s RST RST REF Ct Рис. 1. Функциональные изображения выбранных микросхем супервизоров. Следует обратить внимание также на стоимости микросхем различных групп. Це- ны на микросхемы при поставках партиями по данным производителя Maxim [6] приведены в табл. 4. Соответственно, розничные цены будут несколько выше. Таблица 4 Тип Цена, долл. МАХ824/825 1,2 МАХ707/708 0,88 МАХ814/816 4,39 МАХ1232 1,71 МАХ700/701 2,17 TL(C)7705 0,55 Схемы включения микросхем SV Рассмотрим принципиальные схемы включения для каждой из групп микросхем SV. На рис. 2 показаны два варианта включения SV МАХ824/825. Первый вариант схемы
подразумевает, что SV всегда должен иметь функции WDT. Эти функции реализуют элементы С1, С2, R1, R2, VD1. Конденсатор С1 (10... 33 нФ) разделительный и необходим для исключения влияния какого-либо из логических уровней на выходе WDI микроконтроллера. Резистор R1 (100...220 кОм) необходим для разряда кон- денсатора С1. Диод VD1 обеспечивает прохождение положительных импульсов на времязадающий конденсатор С2 (1...2,2мкФ). Резистор R2 обеспечивает разряд конденсатора С2 в интервалах между импульсами WDI. Перемычки JP2 необходимы для выбора необходимой полярности импульсов сброса RST. Символ «*» после на- именования сигнала RST обозначает, что полярность сигнала может быть различ- ной. При использовании микросхемы МАХ825 все элементы, показанные на первой схеме рис. 2, должны быть установлены, перемычка JP1 не устанавливается. При использовании микросхемы МАХ824, имеющей встроенный WDT, элементы CI, C2, R1, R2, VD1 не устанавливаются, а перемычка JP1, наоборот, устанавливается и обеспечивает поступление сигнала WDI на соответствующий вход МАХ824. WDIO- +5 ВО RST" +5ВО R1 и vcc WD|olf3n2T 4<j)MR JP1 GND SV IT) CM CO -ORST' Рис. 2. Схемы включения микросхем SV первой группы. О О! у ORST" Рис. 3. Схема включения микросхем SV второй группы.
Второй вариант схемы на рис. 2 обеспечивает установку либо МАХ824 с функ- циями WDT - перемычка JPl(l-2) установлена, либо МАХ825 без WDT, но с допол- нительной внешней кнопкой сброса, подключаемой на перемычки JPl(3-4), при этом перемычка JPl(l-2) не устанавливается. Очевидно, что установкой соответ- ствующей перемычки JP2 выбирается необходимая полярность сигнала RST. Вторая группа микросхем SV содержит четыре типа микросхем, которые не имеют встроенного WDT. У этих микросхем все основные выводы совпадают. Поэтому, ес- ли не принимать во внимание возможное использование функциональных дополни- тельных возможностей (соответственно и дополнительных входов/выходов), схемы включения этой группы микросхем одинаковы и представлены на рис. 3. Функцио- нальное назначение элементов схем на рис 3 совпадает с назначением элементов на верхней схеме рис. 2. Третья группа микросхем SV содержит четыре типа микросхем, которые отлича- ются достаточно большим количеством выводов. Практически у этой группы полно- стью совпадают только выводы питания (Vcc и GND). Выходы RST, хотя и выведены на два вывода (5,6), но имеют различное расположение для различных микросхем. К тому же вход компаратора для подключения внешней кнопки, который использу- ется для построения внешнего WDT, выведен на различные выводы (1, 2). Конеч- но, и при этих обстоятельствах можно обеспечить возможность установки на пла- ту всех этих типов микросхем SV, но реализуется это за счет достаточно боль- шого количества навесных элементов, которые хотя и имеют малую стоимость, но занимают достаточно большую площадь на печатной плате. Такой вариант схемы включения показан на рис. 4. WDCCH «-5ВО- Cl VD1 Rl U С2~Г R2 ,Й2 3i 14 —hoof— GND SV (О О ft- RST REF* Ct* *—* С3=т= R3 О I JP1 2 —k> O-f—•—О RST* £3^ f~0+5B ез4 ^=C4 Рис. 4. Схема включения всех микросхем SV третьей группы. Функциональное назначение элементов С1, С2, Rl, R2, VD1, JP1 описало выше. Поскольку выводы RST отдельных микросхем выполнены с открытым коллектором или истоком, для работы SV необходимо подключение соответствующих резисторов на питающий или общий провод. Для этих целей служат резисторы R4, R5 (номиналы должны соответствовать минимальному сопротивлению на входе RST микроконтрол- лера, например, для АТ89С5х — 56 кОм) . Соответствующее подключение обеспечи- вается установкой перемычек JP2, JP3. Перемычкой JP4 резистор R2 подключается
к выводу сигнала RST положительной полярности. Остальные элементы (JP5, СЗ, С4, R3) необходимы для обеспечения возможных вариантов включения всех SV. Очевидно, что возможно разделение этой группы на более мелкие подгруппы по совпадению полярности выходных сигналов RST. К первой из них можно отнести микросхемы МАХ1232 и МАХ701, а ко второй — МАХ700 и TL7705 (с соответствующи- ми аналогами других производителей) Такое разделение позволяет существенно упростить схемы включения (они не приводятся, так как достаточно очевидны). Покажем лишь наиболее простой и дешевый вариант включения SV с функциями WDT на микросхеме TL7705 (TLC7705 и аналоги), изображенный на рис. 5. U2 220* +5В& "oofVoRSr Рис. 5. Схема включения микросхемы SV TL7705 с реализацией функции WDT. Функциональное назначение элементов С1, С2, Rl, R2, VD1, JP1 соответствует вышеописанному. Резисторы R3, R4 обеспечивают нагрузку на открытые коллекторы выходных транзисторов. Конденсатор СЗ определяет длительность сигнала сброса. Конденсатор С4 предназначен для работы внутреннего источника опорного напря- жения . Следует заметить, что приведенная схема при низкой стоимости микросхе- мы позволяет реализовать все необходимые режимы и настраивать все параметры подбором величин С2, СЗ и R2. Заключительный этап выбора микросхем SV До сих пор мы занимались рассмотрением технических аспектов выбора микро- схем SV для универсальных технологических контроллеров. На заключительном этапе вступают в силу уже иные дополнительные критерии выбора — конструкцион- ные , организационные. Среди них: • стоимость реализации узла SV с возможностью организации WDT; • количество дополнительных элементов; • количество связей и модификаторов (перемычек); • площадь печатной платы, занимаемая узлом SV. Кроме того, важную роль играет доступность элементов и сроки их поставки. Из соображений минимальной стоимости наиболее привлекательны варианты реа- лизации узлов SV на микросхемах TL7705 (около $1), МАХ824/825 (около $1,3), МАХ707/708 (примерно $1,6) Количество дополнительных элементов минимально при реализации SV на микро- схемах МАХ824/825 (нижняя схема на рис. 2). В этом же случае минимальны коли-
чество связей и площадь печатной платы. Наиболее доступными являются микросхемы TL7705. Они практически всегда есть в наличии во всех специализированных центрах торговли. К сожалению этого нельзя сказать о микросхемах фирмы MAXIM — сроки поставки достигают несколь- ких недель. Таким образом, учитывая все приведенные доводы, следует сделать вывод о том, что наиболее оптимальным узлом SV с реализацией функций WDT является узел на микросхеме TL7705 (рис. 5), поскольку он полностью отвечает как ос- новным техническим, так и дополнительным — организационным, конструкционным и экономическим критериям. Вторым вариантом реализации узла SV с реализацией функций WDT является узел на микросхемах МАХ824/825 (нижняя схема на рис. 2), так как имеются определенные организационные сложности с приобретением микро- схем, и разработчику необходимо иметь в наличии оба типа микросхем для реали- зации SV с WDT или без него. Литература: 1. http://www.analog.com 2. http://www.dalsemi.com, http://www.itis.spb.ru 3 . http://www.etechcorp.com 4 . http://www.impweb.com 5. http://www.linear-tech.com 6. http://www.linear-tech.com, http://www. spezial. ru 7. http://www.microchip.com 8. http://www.sipex.com 9. http://www.telcom-semi.com 10.http://www.ti.com
Техника РЕНТГЕНОВСКАЯ УСТАНОВКА В свое время у меня накопилось достаточное количество прикольных, но, тем не менее, бесполезных в быту вещей, одной из которых была трубка для рентге- ноструктурного анализа «БСВ-25».
Массивная штука, с водяным охлаждением, 60 кВ анодного, 300 ватт рассеивае- мой мощности и четыре бериллиевых окна для выхода излучения с каждой стороны. Так и пылилась бы она на полке долгое время, если бы в голову не пришла почти что суицидальная мысль запустить ее. В качестве источника анодного я решил использовать старый строчный трансформатор от дедушкиного телевизора, раскачиваемый генератором на лампе 6П45С: + 3,6 С2 150 мкф 400 В сз 10-25 нФ L1 60-70 витков VL1 6П45С У Ч W J-—^--—TJ 4 5 накал i 4 18С|4.1>2иФ r^okU L2 < 30-40 < ввтков Г* L 1 Т1 о L3 HV На выходе его мы получаем 12-15 кВ, с частотой 20кГц.
Дальше встал вопрос умножителя напряжения. Дело в том, что лампа эта с мас- сивным анодом. И подключать ее следует, подавая отрицательное напряжение на катод и заземлять анод. А накальный трансформатор должен выдерживать разность потенциалов в 60 кВ на первичной и вторичной обмотках. Естественно перспектива изготовления и заливки эпоксидной смолой умножителя с отрицательным «горячим концом», да еще и изготовления второго генератора с ферритом от строчника, дабы накинуть на него 3-4 витка ВВ провода и питать накал меня совсем не радовала. Тем более, что раскачать лампу на полную мощ- ность я не стремился, следственно и водяное охлаждение для анода было не нуж- но . Но если ты начал ломать дедушкины телевизоры, трудно бывает остановится. И я решил использовать три умножителя «УН9/27-1.3», подключив их последователь- но . Для возможности их последовательного подключения два умножителя пришлось обработать ножовкой, найдя так называемый «выход А», и через конденсатор 30 кВ 470 Пф подключить его ко входу следующего умножителя. Готовая конструкция была смонтирована на куске текстолита, а все соединения и пропиленные выходы «А» были залиты лаком, дабы избежать возникновения ко- ронных разрядов.
Данный умножитель позволил получать 80-85 кВ. Далее встал вопрос люминофора, светящегося в рентгеновских лучах. Поиски привели меня в магазин «Химик», где продавали антрацен, но увы, они продавали его упаковками от килограмма, а так как на обед, завтрак и ужин есть его я не планировал, этот вариант отпал. Когда я кинул клич по знакомым в поисках саб- жа, один из них откликнулся и отдал мне пакетик некоего светло-зеленого веще- ства . Вроде как этим люминофором покрывали дно кинескопов осциллографов. Первый запуск лампы я произвел просто насыпав ровным слоем перед одним из окон люминофора, три остальных окна заложил кусочками свинца, а сама лампа стояла анодом на линолиуме. Сзади поставил дополнительный кожух из 1.5 мм стали, об отраженных лучах я тогда не подумал. Для фотофиксации поставил фо- тоаппарат на штативе и протянул от него USB провод до ноутбука. Сам же раз- местился за кожухом, в 5 метрах с лабораторным БП, которым регулировал напря- жение накала (при подаче штатных ЗВ накального на лампу, эмиссия была слишком большой и напряжение на умножителе проседало почти что до нуля). И оно заработало! На одном из снимков оказалось четко видное пятно пучка излучения. В дальнейшем я взял кусок картона, посыпал на него тонким слоем люминофор, закрепил полосками скотча, получив простейший экран. Разместив перед экраном различные предметы, удалось их просветить насквозь и получить достаточно чет- кое изображение на экране. Так вот — это чертовски опасная штука, излучение в пучке на расстоянии 30- 40 мм от выходного окна достигает порядка 500 р/ч. Не смотря на то, что при напряжении анода 60 кВ это «мягкий» рентген, и даже 2-мм лист металла задер- живает его почти полностью, не говоря уже о Ж-Б перекрытиях дома, а наведен- ной радиации от рентгеновского излучения нет, тем не менее даже отраженного излучения в помещении хватит для того, чтобы подпортить себе здоровье. При прямом облучении пучком вас ждут такие радости, как острая лучевая болезнь и лучевые ожоги рук, ног, или чем вы там попадете под луч.
В общем для полностью безопасной работы конструкции, ей нужно соорудить герметичный свинцовый «домик», а для этого нужно сделать нормальный источник отрицательного анодного напряжения, дабы была возможность заземлить анод. Или отвести для нее отдельное помещение, управляя ей из другой комнаты. Без этого эксплуатация установки без вреда для здоровья в принципе не возможна. Так как собрал я ее из интереса «а возможно ли», то в дальнейшем она более не разу не запускалась, а лампа отправилась на свое место на полочку, в виде экспоната коллекции ЭВП. К вопросу о последствиях на лично мое здоровье. Установка проработала в общей сложности 10 минут, накопленная мной доза ни- как не измерялась (что есть еще одно грубое нарушение ПТБ). Спустя 20-30 ми- нут, как я ее выключил, появилось ощущение легкой тошноты (примерно как после сильной нагрузки на вестибулярный аппарат на всяких там каруселях), которое прошло спустя пару часов. Спустя три дня температура поднялась до 37.2-37.5, и так держалась неделю, снять ее медикаментозно не удавалось, само прошло спустя неделю. Установку я запускал с год назад и более никаких симптомов не было.
РЕНТГЕНОВСКИЙ СКАНЕР Яхонтов Д. В аэропортах всего мира для досмотра пассажиров и багажа применяются рент- геновское сканеры обратного рассеяния (англ. Backscatter X-ray scanner). Это тот самый аппарат, который в свое время вызвал ряд скандалов из-за того, что «раздевает» людей. Американский самоделкин Бен Краснов (Ben Krasnow) собрал действующую модель такого сканера1 из деталей, купленных на ebay. Вот пример изображения, полу- ченного Беном: Вы ведь узнали, что это? Правильно, это индейка в рождественском свитере. К тому же, она пыталась пронести внутри себя ключ-шестигранник, который был легко обнаружен сканером. 1 http://benkrasnow.blogspot.ca/2012/ll/homebuilt-x-ray-backscatter-imaging.html
В отличие от досмотровых систем первого поколения и медицинских рентген- аппаратов, сканеры обратного рассеяния регистрирует излучение не прошедшее сквозь объект, а отраженное от него. Обратное рассеяние рентгеновских лучей обусловлено, в первую очередь, эффектом Комптона. В то время как просвечиваю- щие сканеры позволяют получить лишь распределение плотности вещества, уста- новки обратного рассеяния способны различать состав материала, в том числе органического. Сканер состоит из рентгеновской трубки с устройством развертки (на фото — посередине), детектора рентгеновского излучения (слева) и блоков питания (справа). Источником рентгеновских лучей служит вот такая трубка:
Работает она следующим образом: электроны, испускаемые катодом (справа), ускоряются сильным электрическим полем и попадают в массивный анод (слева). При резком торможении в материале анода, электроны генерируют рентгеновское излучение. За счет скошенной поверхности анода излучение отражается в сторону и покидает пределы трубки. Для питания трубки нужен высоковольтный источник на несколько десятков киловольт. Трубка помещена в ме- таллический корпус с узкой выходной щелью. Напротив щели находится диск-коллиматор с ма- ленькими отверстием, который делает из широ- кого пучка излучения тонкий луч. Во время работы уста- новки диск вращается двигателем, и луч пере- мещается по горизонта- ли , прочерчивая строку за строкой. Развертка по вертикали осуществ- ляется путем поворота вокруг горизонтальной оси трубки вместе с корпусом и диском. Пока это выполняется вруч- ную, но конструкция предусматривает уста- новку второго мотора. Детектор состоит из лю- минесцентного экрана и фотоэлектронного умно- жителя (ФЭУ) в непро- зрачном корпусе. Под действием рентгеновского излучения, рассеянного объектом, экран начина- ет светиться. ФЭУ преобразует этот свет в электрический сигнал. Сигнал с ФЭУ усиливается простейшим усилителем и подается на осциллограф, на вход управле- ния яркостью (Z-вход).
Горизонтальная развертка осциллографа синхронизирована с вращением коллима- тора, таким образом, на осциллографе видна одна строка изображения. Устройство вертикального отклонения пучка снабжено потенциометром, сигнал с которого поступает на Y-вход осциллографа. Таким образом, при отклонении рентгеновского луча вверх-вниз, строка на экране осциллографа перемещается соответствующим образом. Для составления полной картинки из отдельных строк Бен просто фотографирует экран осциллографа с длинной выдержкой.
Изображение получается не очень четкое, зашумленное, но в нем явно угадыва- ются контуры объекта и контрастные элементы внутренней структуры (например, ключ в индейке).
рентгеновский томограф Яхонтов Д. В предыдущей статье я рассказывал о том, как Бен Краснов (Ben Krasnow) со- брал самодельный рентгеновский сканер. Бен не прекратил свои эксперименты с рентгеном и теперь представляет полноценный компьютерный томограф1. Пример работы томографа показан ниже. Сможете угадать, что (или кто) это? Да, в роли подопытного выступала замороженная курица. http://benkrasnow.blogspot.ca/2013/01/diy-x-ray-ct-scanner-controlled-by.html
Схема установки показана на рисунке ниже. Рентгеновская трубка с коллимато- ром, формирующим конусный пучок, просвечивает объект насквозь. Рентгеновские лучи, прошедшие через объект, создают изображение на люминесцентном экране, которое фотографируется цифровой камерой. Поворачивая объект, получают серию изображений, по которым в дальнейшем строится воксельная 3D-модель объекта и всей его внутренней структуры. реальность установка выглядит так: Источником рентгеновского излучения служит трубка, уже знакомая нам по про- шлым проектам Бена. Трубка помещена в металлический цилиндр с отверстием, который дает ей све- тить только туда, куда нужно. Источник питания трубки выдает напряжение 50 кВ при токе около 1 мА.
Рентгеновское излучение, прошедшее через объект, попадает на люминесцентный экран, заставляя последний светиться. Так как разные части объекта поглощают излучение в разной степени, на экране видна картинка, где более темные участ- ки соответствуют более плотным частям. В медицинских томографах тело пациента остается неподвижным, а вокруг него вращается кольцо с рентгеновской трубкой и детекторами. Здесь же проще пово- рачивать наблюдаемый объект, не двигая остальную часть установки. Объект расположен на поворотном столе, который приводится в движение шаго- вым двигателем. Двигатель управляется при помощи Arduino. Этот же контроллер служит для управления затвором камеры.
Шаг поворота составляет 8°, таким образом, за 1 оборот объекта делается се- рия из 45 снимков. Томография не зря называется «компьютерной», ведь основная обработка данных производится программно. В медицинских томографах используется специализиро- ванный софт, сравнимый по стоимости с «железом». Бен обошелся подручными средствами. Прежде всего, с помощью Photoshop (в режиме пакетной обработки) были убраны искажения перспективы, возникшие из-за того, что камера находится в стороне от экрана. о р р о р о п Р о о ..р р р р р р Ь Ь С Г) Г) \г/ I _Д •ш
Затем необходимо по изображениям «на просвет» получить серию параллельных срезов объекта. Для этой цели служат алгоритмы, основанные на обратных преоб- разованиях Радона. Они позволяют, имея несколько проекций интегрального по- глощения рентгеновских лучей, восстановить функцию распределения плотности внутри объекта. Бен использовал Octave2 (бесплатный аналог Матлаба) со специальной библио- текой3 . Полученная серия срезов выглядит примерно так: И наконец, для визуализации и преобразования стопки срезов в трехмерную мо- дель был использован пакет 3D Slicer4. 2 http://www.gnu.org/software/octave/ 3 http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/35548-3d-cone-beam-ct-cbct- projection-backprojection-fdk-mlem-reconstruction-codes-for-matlab-students 4 http://www.slicer.org/
ФИЗИКА ДЛЯ САМЫХ МАЛЕНЬКИХ Александр Никонов ГЛАВА 7. КАК СДЕЛАТЬ АТОМНУЮ БОМБУ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ Каждый ребенок мечтает взорвать или сжечь школу. Потому что душа ребенка жаждет справедливости и взывает к отмщению. А можно ли, вооружившись знаниями, изготовить дома небольшую атомную бомбу, чтобы окончательно решить школьный вопрос? Вообще, проблема применения накопленных знаний в целях разрушения встает перед человечеством каждый раз, когда оно овладевает какой-то новой энергией. Овладели огнем - придумали, как использовать его в военном деле. Изобрели по- рох , стали воевать с его помощью. Изобрели аэропланы - начали на них воевать. Ну и, разумеется, когда в начале XX века люди открыли феномен радиоактивности и поняли, что перед ними источник энергии необычайной силы, тут же встал во- прос : а как его применить для убийства других людей? Ведь энергия распада атомных ядер огромна, и Эйнштейн вовсе не зря сравнивал ее с овладением ог- нем. Только Эйнштейн мечтал об атомных электростанциях, а военные - об ору- жии. «А нельзя ли сделать атомную бомбу на основе явления распада?» - задумался
в свое время Гитлер. Точнее, не сам Гитлер, конечно, он-то в физике не разби- рался и вообще имел довольно специфические представления о реальности. Заду- мались немецкие физики. Им было о чем подумать... Мария и Пьер Кюри работали над проблемой распада вещества еще до Первой ми- ровой войны, которая прокатилась по Европе тяжелым бульдозером. Германия ту войну проиграла. В результате в Германии пришел к власти Гитлер, и через два- дцать лет после Первой мировой началась Вторая мировая война. Но физики, при- нявшие у супругов Кюри эстафету исследований, не обращая внимания на полити- ческие бури и войны, увлеченно продолжали работу. И вот всего за год до нача- ла Второй мировой войны немецкие физики обнаружили одно чертовски интересное явление. Оказалось, что если в ядро изотопа урана-235 попадает случайный нейтрон, ядро может развалиться. Оно ведет себя, как капля жидкости - в эту «жидкость» ударяет прилетевший нейтрон, от удара «капля» деформируется, из круглой ста- новясь продолговатой, то есть ее края разъезжаются. И в этот миг расстояние между протонами на дальних краях начинает превышать радиус действия ядерных сил, то есть того самого сильного взаимодействия, которое и держит нуклоны в ядре. Оно ведь очень короткодействующее! И тогда силы электростатического от- талкивания между дальними протонами расталкивают куски ядра с огромной скоро- стью. Ядро урана разваливается на две части - барий и криптон (найдите эти вещества в таблице Менделеева) . При этом еще получается уйма энергии в виде гамма-излучения и парочка лишних свободных нейтронов. J>6 Распад урана под воздействием случайного нейтрона. Физики подсчитали, что из одного грамма урана-235 можно извлечь энергии столько же, сколько от сжигания 3 тонн каменного угля. Но что будет иницииро- вать дальнейшую реакцию? Да вот те самые два нейтрона, которые получились в ее результате! Мы начали с одного случайного нейтрона, в результате нейтрон- ного удара по ядру получили осколки, кучу энергии и еще целых два нейтрона. Если теперь оба они попадут в соседние ядра и разрушат их, то у нас получится уже 4 свободных нейтрона! Если те попадут в соседние ядра, будет 8 нейтронов. Потом 16. И так далее. Пойдет цепная реакция с высвобождением все большей и большей энергии. Взрыв! Атомный взрыв! 139 56 Ва ~ п J I n 95 36 Кг
А если эта парочка нейтронов не попадет по соседним ядрам, а вылетит из куска урана и будет поглощена окружающей уран средой? Тогда цепная реакция не пойдет. И взрыва не будет. Для взрыва нужно, чтобы первое делящееся ядро урана-235 довольно плотно ок- ружали такие же ядра. Нейтронное излучение очень проникающее, нейтрон может пролететь в металле довольно долгий путь, не попасть при этом ни в одно ядро и вылететь из куска металла на волю. А попасть нейтрону в соседнее ядро не так-то и просто, потому что атом ведь практически пуст! Его маленькое ядро окружает довольно разреженная шуба электронных орбит. Это огромная планетная система! Вокруг ядра урана летает 92 электрона - если не верите, посмотрите в таблицу Менделеева или на рисунок выше. А знаете, как соотносится количество вещества в атоме с объемом самого ато- ма? Ядро атома меньше диаметра дальней электронной орбиты в 100 тысяч раз! Если мысленно атомное ядро увеличить до размеров горошины, то размер самого атома будет в полкилометра! При этом электроны в тысячи раз меньше протонов. То есть если ядро у нас теперь получилось с горошину, то электрон - размером с пылинку. И получается, что эти пылинки кружатся вокруг ядра-горошинки на рас- стоянии в сотни метров. И вот в такую горошинку нам нужно попасть другой горошинкой (точнее, оскол- ком горошинки) с расстояния в километры! Вероятность попадания ничтожна. Но ведь и атомов в веществе миллиарды, а значит вероятность попадания вырастает в миллиарды раз! То есть ничтожно малую величину нам нужно умножить на огром- ную и посмотреть, что перевесит. Иными словами, возникает вопрос: сколько атомов урана-235 слепить в комок, чтобы получившиеся в результате первичной реакции нейтроны попали все-таки в ядра атомов прежде, чем вылетят из куска металла? Ответ на этот вопрос есть: критическая масса урана-235 содержится в шарике диаметром всего в 18 сантиметров. Небольшой мячик такой. В этом количестве металлического урана-235 содержится как раз такое число атомов, которое га- рантированно обеспечит цепную реакцию - ядерный взрыв. То есть если сложить полмячика и полмячика вместе, они тут же взорвутся. Поэтому в хозяйственных магазинах уран-23 5 продается только по половинкам, а сложить его можно уже дома или около школы, чтобы проверить - сработает или нет. Думаю, есть смысл послать маму в магазин и попросить купить две упаковки урана. Только смотрите, чтобы она не перепутала и брала именно 235-й, потому что уран-238 таким полезным свойством не обладает. Но донесет ли мама из магазина эти две половинки? Сколько вообще весит ша- рик урана диаметром в 18 сантиметров? Если вы посмотрите в таблицу чудесного старика Менделеева, то увидите, что уран находится далеко внизу, то есть представляет собой довольно тяжелый элемент, что понятно: это вам не водород с одним нуклоном, в ядре урана этих нуклонов аж целых 235! В общем, не буду вас томить и сразу скажу, что металлический урановый шар диаметром в 18 см весит 52 килограмма. Мама не донесет. Поэтому, если школы (и половины города) не жалко, то пожалейте хотя бы маму и не посылайте ее та- кие тяжести таскать. Другое дело плутоний-239. Из него тоже можно делать атомные бомбы, причем критическая масса плутония составляет всего 11 кг при диаметре шарика в 9 см. Это получается по 5,5 кило в каждой руке. Мама донесет... В общем, если слиток радиоактивного металла превышает критическую массу, он сам по себе взрывается. А если не превышает, ядра атомов в куске металла просто постепенно распада-
ются, металл греется, гамма-излучает, но не взрывается, поскольку не начина- ется цепная реакция - нейтроны не успевают попасть в соседнее ядро, как уже вылетают из слитка наружу. Так выглядит плутоний — тяжелый радиоактивный серебристый1 металл. Но мы немножко отвлеклись. Поэтому перенесем наше внимание с мамы на Гитле- ра. Итак, в марте 1939 года, за несколько месяцев до Второй мировой войны фран- цузские физики опубликовали статью о том, что из металлического урана можно добывать энергию для мирных целей, а также использовать его в военном деле для создания бомб чудовищной мощности. Эта статья не осталась незамеченной. И потому уже в апреле к военным властям Германии обратились немецкие физики с предложением создать урановую бомбу. К 20 сентября идея дошла до Гитлера. Вторая мировая война шла к тому време- ни уже три недели, правда, тогда еще никто не знал, что началась именно миро- вая война - немецкие войска успешно давили последнее сопротивление поляков, а им на помощь за три дня до указанной даты пришли советские войска, напавшие на Польшу с другой стороны. Казалось, военный пожар уже практически угас: Польша, согласно договору о дружбе, заключенному между Германией и СССР, по- делена между двумя друзьями и перестала существовать, а Гитлера, тем не ме- нее, ставят в известность о том, что возможно создание чудо-оружия. Гитлеру даже показали мультфильм, в котором самолет с крестами на крыльях сбрасывал над Англией какой-то металлический ящик, после чего разворачивался и улетал обратно. Когда самолет был уже достаточно далеко от места сброса, срабатывает взрыватель, который резко сближает две половинки критической мас- Плутоний, как и большинство металлов, имеет яркий серебристый цвет, похожий на ни- кель или железо, но на воздухе окисляется, меняя свой цвет сначала на бронзовый, за- тем на синий цвет закалённого металла и после превращается в тусклый чёрный или зе- лёный цвета из-за образования рыхлого окисного покрытия.
сы металла - и происходит ядерный взрыв. Вспышка - и Лондона нет. Миллионы людей гибнут в один момент. Гитлер был в восторге от этого мультика! Он захлопал в ладоши и выделил ученым финансирование для создания столь чудесного приспособления. Так началась работа по созданию урановой бомбы. Координировал всю работу Физический институт, который возглавлял великий немецкий физик Гейзенберг, именем которого назван так называемый принцип Гейзенберга, о котором мы еще поговорим. Гейзенберг был гений, он получил Нобелевскую премию в 32 года, а это о многом говорит. Создание атомной бомбы - процесс непростой. Он находился на самом острие науки, человечество еще никогда ничего подобного не создавало, нужно было ре- шить массу непростых чисто инженерных задач. Для этого у немцев было, каза- лось , все необходимое - талантливые физики, мощная научная школа, отличная передовая промышленность. Однако для того, чтобы добывать уран, нужны еще две вещи - урановая руда и тяжелая вода. С рудой все понятно. Как железо добывается из железной руды, так и уран - из урановой. Но месторождений железной руды на Земле много, по- тому что железо - очень распространенный химический элемент. А вот уран - элемент очень редкий, его месторождений на Земле не так много. Правда, немцам повезло. Урановое месторождение было в Чехии, а Чехию немцы к тому времени уже захватили. Там добывали как раз ту самую руду - смоляную обманку, с кото- рой экспериментировала Мария Кюри. А вот зачем нужна тяжелая вода? И что это вообще такое? Мы с вами уже знаем, что такое тяжелый и сверхтяжелый водород. Это дейтерий и тритий, то есть водород, у которого в ядре атома не одинокий протон, а про- тон с нейтроном (дейтерий) или даже с двумя нейтронами (тритий). Так вот, тя- желая вода - это вода, сделанная не из кислорода и водорода, как обычная во- да, а из кислорода и тяжелого водорода. Если вода дейтериевая, она называется тяжелой, а если тритиевая - сверхтяжелой. Молекулы тяжелой и сверхтяжелой воды всегда содержатся в очень небольшом количестве среди молекул обычной воды (на 7000 тысяч молекул обычной воды приходится одна тяжелая) . Именно из обычной воды тяжелую воду и добывают пу- тем обогащения - как из руды полезный материал. Правда, процесс этот долгий, нудный и весьма энергозатратный. Впервые небольшое количество тяжелой воды физиками было добыто в 1933 году - как раз в тот год, когда фашисты пришли к власти в Германии. Поехали на воды!.. Любопытно, что свое название тяжелая вода вполне оправдывает, она действи- тельно тяжелее обычной воды. А сверхтяжелая вода, соответственно, еще тяже- лее. Сверхтяжелая вода замерзает при температуре +9 °С, а кипит при темпера- туре +104 °С. Ученые - существа любопытные. Им было интересно, как отнесутся к тяжелой воде живые существа. Выяснилось, что в небольших дозах - нормально. Человек может хлопнуть стакан-другой тяжелой воды, и ему ничего не будет. Другое де- ло, если все время поить животное только тяжелой водой. Человек, как и прочие живые существа, примерно на 70 % состоит из воды. Все жизненные биохимические реакции в нашем теле идут в водном растворе. Когда мы пьем воду, она всасывается, проходит через все клеточки, принося туда вместе с собой питательные вещества в виде раствора. А затем выводит из клеточек продукты распада и отходы. Таким образом человек - большой сложный фильтр, который все время промывается. И что же будет, если начать его или другое жи- вое существо «промывать» тяжелой водой?
Над людьми такие эксперименты, конечно, не ставились, но вот опыты над жи- вотными показали, что постепенное упорное замещение в организме обычной воды на тяжелую даром не проходит. Когда четверть всей воды, из которой состоит организм, заменена тяжелой, животное теряет способность к размножению. А ко- гда концентрация тяжелой воды достигает половины, животное погибает. И этот эффект достигается всего за неделю. Почему такое происходит? Казалось бы, какая разница организму, какая в нем вода? А все дело именно в тяжести. Поскольку в ядре атома тяжелого водорода вдвое больше нуклонов, молекулы тяжелой воды больше весят и потому чуть хуже и медленнее участвуют в биохимических реакциях, сбивая тонкие настройки орга- низма, который сначала компенсирует эти изменения, а потом просто перестает справляться. Не менее интересен вопрос, а сколько видов тяжелой воды существует? Мы знаем два вида - тяжелая (в которой вместо водорода дейтерий) и сверхтя- желая вода (в которой вместо водорода тритий). Но! Но в молекуле воды два атома водорода! Смекаете? Вода обозначается химиками химической формулой Н20, эта запись и означает, что в молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода. А что если не оба атома водорода, а только один будет заменен дейтерием? Возможно такое? Конечно! Как правило, так и есть. Подобную воду - из водорода и дейтерия называют полутяжелой. И вероятность такого варианта как раз намного больше, чем веро- ятность того, что два столь редких изотопа, как дейтерий, встретятся с одной молекулой кислорода, чтобы образовать молекулу тяжелой воды. В природе чаще встречается вода полутяжелая. Ученые люди обычный водород обозначают латинской буквой Н (от латинского слова Hydrargyrum), тяжелый водород обозначают значком D (дейтерий), а сверх- тяжелый - значком Т (тритий). А теперь попробуем написать все возможные комбинации, которые могут изотопы водорода образовывать с кислородом (О): Н^О^Н обычная вода D^O^H полутяжелая вода D^O^D тяжелая вода Т^О^Т сверхтяжелая вода Т-О-Н не имеет специального названия, давайте назовем ее «сверхполулегкая» вода D^O^T не имеет специального названия, предлагаю назвать ее «сверхполутяже- лая» вода Но и это еще не все, ребята! Ведь изотопы имеются не только у водорода, но и у кислорода! Помимо обычного кислорода-16, существуют еще стабильные изото- 17 18 пы О и О Вода с такими тяжелыми изотопами кислорода называется тяжелоки- слородной . И если теперь записать все возможное количество комбинаций, которые могут составить между собой изотопы кислорода и водорода, получится 18 видов раз- личных «вод». Причем 9 из них стабильные, а 9 других слаборадиоактивные. Круто? Так вот, тяжелая вода была нужна Гитлеру, точнее его физикам, как элемент технологического процесса при обогащении оружейного металла - в качестве за- медлителя цепной реакции2. А тяжелую воду в то время в мире производили толь- 2 Важнейшим свойством тяжёловодородной воды является то, что она практически не по- глощает нейтроны, поэтому используется в ядерных реакторах для замедления нейтронов и в качестве теплоносителя. Нейтроны в цепной реакции необходимо замедлять, чтобы увеличить вероятность их захвата тяжелыми ядрами.
ко в одном месте - в Норвегии. Норвежцы еще до войны построили в горах под Осло завод по производству тяжелой воды - для лабораторных исследований этого вещества. Поскольку добыча тяжелой воды дело чрезвычайно энергоемкое, завод обеспечивала питанием целая электростанция, которая работала на дармовой энергии водопадов, которых в Норвегии - пруд пруди. Норвегию Гитлер благопо- лучно захватил. Вместе с заводом. За месяц завод вырабатывал всего 11 килограммов тяжелой воды. А нацистам нужно было несколько тонн, поэтому они дали задание резко повысить производи- тельность. Это удалось сделать, и к 1942 году завод постепенно вышел на про- изводство 4,5 тонн тяжелой воды в год. Место, где волею судеб оказался завод, считалось неприступным, туда вела всего одна дорога, но фашисты все равно обнесли завод колючей проволокой и выставили охрану, которую несли несколько сотен автоматчиков. Завод прикрыва- ли с воздуха батарея 88-миллиметровых зенитных орудий и несколько счетверен- ных зенитных установок калибром 20 мм. Радиолокаторов тогда еще не было, по- этому самолеты засекались на дальних подступах с помощью специальных рупоров- звукоуловителей. Английская разведка донесла про интерес гитлеровцев к тяжелой воде. В Лон- доне все сразу поняли и решили завод уничтожить. Но как? Производство находи- лось в ущелье, под защитой не только пушек и гор, но и многометрового бетон- ного слоя, поэтому разбомбить его с воздуха было не так-то просто. Решили по- слать диверсионную группу. И вот в ноябре 1942 года к Норвегии направились два английских бомбардировщика, которые тащили на буксире два планера с де- сантниками. План был такой - у берегов Норвегии безмоторные и потому бесшум- ные планеры отцепятся от буксиров, по-тихому подлетят и выбросят диверсантов, которые перебьют охрану и взорвут завод. Операция полностью провалилась! При подлете буксирующие бомбардировщики по- пали в зону сложных метеоусловий, из-за пурги и потери видимости один самолет потерпел крушение, врезавшись в гору. У второго обледенел и потому оторвался сильно отяжелевший буксировочный трос. В результате планер совершил аварийную посадку, а экипаж самолета дал на базу открытым текстом тревожную радиограм- му , которую, разумеется, перехватили немцы и тоже не на шутку встревожились: а что это в Норвегии делают английские военные самолеты? После чего выслали вооруженный отряд на прочесывание местности. Этот отряд и отловил английских диверсантов, которых по законам военного времени расстреляли, к большому не- удовольствию немецкой тайной полиции - гестапо. В гестапо считали, что с рас- стрелом поторопились, нужно было применить к пленникам пытки и узнать, зачем их послали в Норвегию. А англичане решили немного переменить тактику. Они заслали в Норвегию ди- версантов-парашютистов, и те вошли в контакт с силами норвежского Сопротивле- ния. Норвежцы провели диверсантов к секретному заводу по подземному туннелю, через который тянулись кабели. Под емкости с тяжелой водой были заложены не- сколько десятков килограммов взрывчатки, и вскоре огромный взрыв сотряс стены завода. Разрушения были огромны. А главное - пропали все запасы тяжелой воды. Раз- досадованным немцам потребовалось целых полгода, чтобы восстановить производ- ство . На сей раз они усилили меры безопасности так, что никакие диверсанты на завод проникнуть уже не могли. Англичане снова взялись за голову и начали думать, что же делать в такой ситуации. И придумали. Тяжелую воду отправляли в Германию на кораблях. Нельзя уничтожить ее на заводе, так давайте топить корабли!.. Норвежские подпольщики сообщали английской разведке, когда и на каком судне повезут очередную партию тяжелой воды, и англичане устраивали налет, стараясь затопить судно. А параллельно решили попробовать все-таки тот вариант, от которого отказа-
лись вначале - бомбардировку завода. И в ноябре 1943 года направили на этот маленький заводик целых 140 бомбардировщиков, которые сбросили 80 бомб. Но завод, удачно расположенный и защищенный, уцелел. Была разрушена только элек- тростанция . Не дожидаясь второго налета, который мох1 оказаться более удачным, немцы ре- шили от греха подальше перевезти всю наработанную к тому времени тяжелую воду в Германию. На тот момент ее скопилось на складе 15 тонн. Перевозить цистерны должны были на корабле «Гидро», о чем английской разведке стало известно. Они отдали приказ норвежским подпольщикам взорвать корабль. И те сделали это, пронеся на борт бомбу с часовым механизмом - несмотря на то, что на судне плыли ни в чем не повинные мирные граждане. Они погибли вместе с кораблем. Правда, по всей видимости, немцам удалось-таки обмануть английскую развед- ку! Когда в 2006 году норвежские водолазы обследовали затонувший «Гидро», на его борту обнаружили не 15, а всего полтонны тяжелой воды. А где остальные 14,5 тонн? По всей видимости, погрузка на «Гидро» была отвлекающим маневром для английской разведки, а тяжелую воду немцы переправили в Германию каким-то другим способом. Но изготовить ядерную бомбу до конца войны они так и не успели. Первыми атомную бомбу сделали американцы и даже успели ее применить в войне с Япони- ей. Урановую бомбу они сбросили на японский город Хиросиму, а плутониевую - на город Нагасаки. Хиросима была уничтожена практически полностью, там одномоментно погибло 80 тысяч мирных жителей, причем среди них были и американские военнопленные. В Нагасаки погибло 75 тысяч мирных жителей. И впоследствии еще десятки тысяч в обоих городах умерли от лучевой болезни. Это было первое и последнее военное применение ядерного оружия в истории земной цивилизации. Нейтронная бомба Через какое-то время после того, как физики открыли три вида ионизирующего излучения (альфа, бета, гамма), они обнаружили еще один вид - нейтронное из- лучение . Из названия понятно, что нейтронное излучение - это просто поток энергичных нейтронов, летящих с большой скоростью. Они очень опасны при про- никновении в тело. Поэтому была даже придумана нейтронная бомба (разновид- ность атомной бомбы), которая при взрыве давала сравнительно небольшие разру- шения зданий и сооружений, но убивала все живое мощным нейтронным излучением. Нейтронное оружие никогда не применялось, но идея была именно такой - выко- сить излучением живую силу противника. Нейтронное излучение легко прошивает даже танковую броню толщиной в 15-20 сантиметров. На это и был расчет у изобретателей. Никто не укроется!.. Однако вскоре выяснилось, что нейтроны легко задерживаются материалами, содержащими водород - водой, полиэтиленом, парафином, из которого свечи делают. Недорогие добавки к броне надежно защищали экипаж, а простая полуметровая насыпь из влажного грунта, за которой могли спрятаться пехотинцы, ослабляла нейтронное излучение в сто раз. Правда, у нейтронного излучения есть еще вторичный фактор поражения - взаи- модействуя с различными веществами, нейтроны могут создавать радиоактивные изотопы в этом веществе. Мы помним, что изотоп - это атом, в ядре которого есть лишние нейтроны. Так вот, если вещество наберется этих шальных нейтро- нов , в изобилии летящих от бомбы, оно потом начинает само излучать. Поэтому нейтронную бомбу еще называют грязной бомбой.
ЧАСТЬ II. КРОМЕ ВЕЩЕСТВА Мы теперь очень хорошо знаем, как устроено вещество. Оно сделано из нейтро- нов , протонов и электронов. Из нейтронов и протонов собираются атомные ядра. А летающие вокруг ядра электроны образуют атом в сборе, причем количество электронов равно количеству протонов. Если же пару электронов смахнуть с атомной орбиты веником, останется положительно заряженный недоатом - ион. Из атомов собираются молекулы, причем порой очень сложные - в некоторых мо- лекулах содержатся миллиарды атомов. Ей-богу, не вру! Такой гигантской моле- кулой является, например, молекула под названием ДНК в человеческом организ- ме . В этой молекуле запрограммирована вся информация о человеке - цвет глаз и волос, рост, характер, склонности, наши сильные и слабые стороны. Человек - штука очень сложная, поэтому и столько «текста». В молекуле ДНК информация записывается с помощью определенного порядка расположения атомов3, как в кни- ге с помощью определенного расположения букв. Только «буквы» ДНК - это атом- ные наборы. А еще нам теперь известно, что, помимо вещества, сделанного из атомов, в мире существуют некие лучи. Мы также знаем, что, по крайней мере, часть лучей состоит из частиц, например, нейтронное излучение, а также электронное излу- чение, которое по-другому еще называют бета-излучением. Такое излучение про- сто представляет собой поток частиц, летящих в пространстве, то есть обычное вещество. А вот другие лучи сделаны бог1 знает из чего. Например, солнечные, рентгеновские или гамма-лучи - они из чего состоят? Мы помним: Ньютон полагал, будто солнечный свет - это поток неизвестных электронейтральных частичек - корпускул. Но ему другие дяденьки возражали: нет, свет - это просто волна, то есть колебание все пронизывающего мирового эфира. То есть свет - это или струя мелкого «гороха», или волна колебания среды, которая заполняет все пространство вселенной. А еще что-нибудь в этом мире есть, кроме вещества, непонятных лучей, про- странства и времени? Есть. Поле... ГЛАВА 1. ПОЛЕ ЧУДЕС А вот как передается взаимодействие? В макромире, где мы живем, все понятно - шахтер вагонетку толкнул, она поехала. Груз к пружине подвесили, она растя- нулась . Два бильярдных шара столкнулись с приятным стуком и разлетелись. А если бы не столкнулись, не разлетелись бы. Ведь чтобы передать воздействие на предмет, нужно к нему подойти. Издалека-то разве можно на предмет воздейство- вать , мы же не колдуны?! Не прикасаясь к вазе, стоящей на столе, ее не сдви- нешь . Толкнуть надо! Потом мама спасибо скажет. Но иногда воздействие передается и на расстоянии. Вы прекрасно это знаете. Если поднести магнит к скрепке, лежащей на столе, она почувствует этот магнит не в момент касания, а раньше - и сама прыгнет на него! А если потереть мамины янтарные сережки папиным шерстяным носком, янтарь начнет притягивать мелкие бумажки - тоже на расстоянии, еще до касания. Яблоко, опять же, падает с яблони на землю. Земля его притягивает на рас- стоянии, и едва оно теряет связь с деревом, как сразу устремляется вниз. Точ- но так же притягивает Землю Солнце, отчего планета наша вокруг светила враща- ется. Иначе бы давно улетела в мировое пространство к чертовой матери, и мы 3 Точнее говоря, информация записана последовательностью молекул - нуклеотидов.
все погибли бы от космического холода, что, конечно, совершенно не полезно. А еще точно так же на расстоянии электроны чувствуют протоны, притягиваясь к ним. И вращаются вокруг ядра атома, словно планетки. Видите, кругом тела воздействуют друг на друга на расстоянии. Как это воз- можно? Посредством чего? С помощью какого волшебства? Когда сталкиваются бильярдные шары, тут все вроде бы понятно - они упругие, непосредственно взаимодействуют со стуком и разлетаются. А вот магнит... Как он действует на расстоянии? Какими такими невидимыми ручками притягивает к себе скрепку? Разве не удивительно - самого предмета в этом месте пространст- ва еще нет, а его влияние уже чувствуется другими предметами! Вот тут физики и предложили свой вариант ответа. Наверное, есть некое неви- димое поле, окружающее магнит, решили они, попав в которое, железки начинают притягиваться. Поле это распространяется вокруг магнита и затухает с расстоя- нием, его сила постепенно падает до нуля. Поле магнита так и назвали - маг- нитным . С его помощью и происходит взаимодействие. И у всякой массы тоже есть свое - гравитационное - поле. У малых масс оно слабенькое, а у большой Земли поле очень сильное, поэтому нас всех к ней при- тягивает . И есть еще электрическое поле, которое притягивает бумажки к янтарю и элек- троны к протонам. Вот так все решили объяснить физики. Ловко! Взяли и заявили, будто сущест- вует некая невидимая и неосязаемая материя, окружающая тела. С этим фокусом физиков мы уже сталкивались, когда говорили о теплороде. Помните, древние фи- зики предположили, будто тепло - это невидимая неосязаемая жидкость, накапли- вающаяся в телах. И ошиблись! Тепло оказалось просто скоростью колебания час- тиц тела. Чем активнее барабанят по нашей коже молекулы, из которых состоит тело, тем более горячим оно нам кажется. Может быть, и с полем эти физики тоже ошиблись? Если поле реально существует, значит у него есть какие-то свойства, которые можно изучить. И физики стали их изучать, чтобы подтвердить свою догадку. И вскоре путем экспериментов нашли способ это невидимое поле увидеть - косвен- ным образом, конечно же, - точно так, как мы наблюдаем черные пятна на фото- снимке, оставшиеся от невидимого рентгеновского излучения. То есть мы наблю- даем не сами рентгеновские лучи, а их следы, их проявление. Чтобы увидеть проявления магнитного поля, надо взять магнит, накрыть его листом бумаги и насыпать сверху крохотные железные опилки. И опилки, чувст- вующие поле, тут же расположатся в определенном порядке, показав нам устрой- ство поля. Дальше больше - выяснилось, что магнитное поле взаимодействует с электриче- ским. И вообще оно чем-то похоже на электрическое. В электричестве есть два заряда - положительный и отрицательный. И у магнита есть два полюса - север- ный и южный. (Северный обычно рисуют синим, цвета льда, а южный - красным, цвета огня.) Одноименные электрические заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. И у магнитов так: одноименные полюса отталкиваются, а разно- именные притягиваются! Вот только электрические заряды можно разделить, накопив на каком-то пред- мете положительный заряд или отрицательный (если на предмете будет избыток электронов, как на янтаре, который шерстью потерли, он будет отрицательно за- ряжен, а если недостаток электронов - он будет заряжен положительно). А вот магнитные полюса разделить нельзя! Если мы разрежем магнит на две части посе- редине, на месте разреза тут же образуются новые полюса, и у нас в руках сно- ва будет два двухполюсных магнита. Не бывает однополюсных магнитов!
Магнитное поле, очерченное железными опилками. Посмотрите, опилочки словно малюсенькие стрелочки компаса лежат вдоль дугообразных линий. Эти линии назвали силовыми линиями поля. Силовые линии поля словно выходят из северного полюса магнита (N) и, описав дугу, возвращаются в его южный полюс (S) . На следующем рисун- ке эти воображаемые линии нарисованы с условными стрелками. Наша планета Земля - большой магнит, у нее есть северный магнитный полюс и южный, и они почти совпадают с географическими полюсами. Маленькие магнитики в виде стрелочек, которые находятся в наших компасах, являются своего рода пробниками земного магнитного поля. Их маленькое тщедушное магнитное полюшко взаимодействует с магнитным полем огромного магнита по имени Земля и повора- чивает стрелку компаса синим концом на север. Это очень удобно, можно в лесу и в открытом море ориентироваться. Ладно, это ясно.
А как магнитное поле взаимодействует с электрическим? Весьма хитро! Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Если заряд относительно магнита покоится, замер, затаился, никакого взаимодействия нет, они просто не замечают друг друга, как кошка подчеркнуто не замечает не- подвижный фантик. Но если фантик тронется, кошка начнет за ним настоящую охо- ту! .. Так и тут - стоит заряду двинуться, как магнитное поле его тут же «за- мечает» и начинает хватать и тащить. Но что такое движущиеся заряды? Это, например, электрический ток в проводе! Возьмем проводник, то есть, по- просту говоря, прямой провод, пропустим через него поток электронов и помес- тим в магнитное поле. Что получится? Такой опыт еще в начале XIX века поставил физик Эрстед. XIX век называют веком угля и пара, но это был еще и век покорения электричества. Эрстед, Вольт, Ампер, Фарадей - ученые, чьими именами сегодня названы различные физи- ческие единицы (силы тока, напряжения и т. д.) - это все великие имена девят- надцатого века... Открытие Эрстеда было случайным, как и многие другие откры- тия в науке. Демонстрируя студентам простейшую электрическую схему с батаре- ей, Эрстед замкнул контакты выключателя, пустив по цепи ток, и увидел, как стрелка лежащего рядом компаса дернулась и повернулась перпендикулярно к про- воднику . «Между магнетизмом и электричеством есть связь!» - смекнул Эрстед. И даль- нейшие опыты другого физика - Фарадея - эту связь не просто подтвердили, она оказалась неразрывной! Движущиеся электрические заряды порождали вокруг себя магнитное поле (на которое и реагировала стрелка компаса), и наоборот - дви- жущийся внутри проволочной катушки магнит порождал в проволоке электрический ток (см. рисунок ниже).
Опыт Эрстеда. Слева батарейка. По проводу течет ток, под прово- дом — стрелка компаса. Нет тока — стрелка повернута, как положе- но — по направлению север-юг. Но стоит пропустить по проводу ток от батареи, как стрелка забывает о магнитном поле Земли и пови- нуется большей силе — магнитному полю проводника с током. Так были придумали генераторы и электромоторы, друзья мои! Ведь если безос- тановочно двигать внутри замкнутых проводников магниты, в проводниках будет возникать постоянный электрический ток. На этом принципе Фарадея работают все электростанции: река крутит турбины с магнитами внутри катушек, и по линиям электропередач к потребителям идет ток. А там этот ток используют для освеще- ния или переводят обратно в механическое движение, то есть во вращение токар- ного станка или, скажем, компрессора холодильника. Это делается по тому же принципу, только в обратном порядке - по принципу Эрстеда бегущий по хитро- сплетенным проводникам ток приводит в движение магниты, то есть ротор элек- тродвигателя, на которое насажено сверло или еще что-нибудь полезное... Вот я вам и рассказал в предельно упрощенной форме всю суть нашей современной элек- трической цивилизации. На схемах все выглядит практически одинаково, но в инженерной реальности все, конечно, гораздо сложнее - появляются угольные щетки токосъемников, сложная намотка проводов и так далее. Нам же главное не ковыряться в железе, а понять основной принцип работы генератора и электромотора: движущийся элек- трический заряд порождает вокруг себя магнитное поле. Это люди и научились использовать в неизмеримой хитрости своей. Вы поняли? Еще раз. Движение зарядов по проводнику в опыте Эрстеда порожда- ет магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем стрелки компаса. И поворачивает ее. То есть движущееся электрическое поле порождает поле маг- нитное !
Опыт Фарадея. Ушлый Фарадей совал магнит в деревянную катушку с намо- танным проводом и диву давался: су- нешь — прибор показывает, что по проволоке пробежал ток, и бежит он, пока магнит движется внутрь катушки. Обратно магнит начинаешь вынимать — стрелка отклоняется в другую сторо- ну, то есть электрический ток течет в другую сторону, но течет он по проводам только пока вынимаешь маг- нит, то бишь пока магнитное поле во- круг проводов движется. А если маг- нит неподвижен — тока нету. Такие дела... Вот вам принципиальная схема генера- тора постоянного тока: крутишь внут- ри рамки магнит — получаешь ток. Не крутишь — не получаешь. А движущееся магнитное поле в опыте Фарадея с катушкой порождает электриче- ское поле. Которое, взаимодействуя с электрическим полем электронов, толкает их по проводнику. Одно поле порождает своим движением другое!
А вот вам принципиальная схема электромотора. Подаешь на рамку ток - начинает крутиться магнит. Не подаешь — не начинает. Продолжив эксперименты Эрстеда и Фарадея, наука постепенно поняла, что маг- нетизм и электричество есть одна и та же сущность, которую назвали электро- магнитным полем. Просто в разных экспериментах мы видим разные ипостаси, то есть проявления этой физической сущности: у постоянного магнита мы видим только магнитную составляющую электромагнитного поля, а у одинокого неподвиж- ного зарядика - только электрическую его составляющую. Это как орел и решка у монеты. Орел и решка вроде бы разные, но это всего лишь две стороны одной реальности по имени монета. Так и магнетизм с электри- чеством - две стороны одной реальности по имени электромагнитное поле. Вот, например, на этой картинке изображено магнитное поле прово- локи с током. Оно — круговое. Силовые линии этого поля замкнуты. Это подтверждают и металлические опилки, рассыпанные на бумажке, которую проткнули проводником.
Но что такое поле по сути своей, господа и дамы, мальчики и девочки? Из че- го оно сделано? Вопрос, конечно, интересный. И физиков он, разумеется, всегда занимал. Но физики народ выдержанный. Если они не могут пока ответить на какой-то вопрос - например, из чего сделан предмет, - они на время откладывают этот вопрос в сторону и спокойно изучают свойства этого предмета. Так, например, до сих пор никто не знает, что такое заряд по сути своей. Но это же не мешает нам поль- зоваться розеткой! Потому что физики прекрасно изучили свойства этой таинст- венной сущности. И может, когда-нибудь с более глубоких позиций поймут, что такое заряд. Но для того, чтобы пользоваться чем-либо, до таких глубин доби- раться не нужно, вы же пользуетесь телевизором, не зная, как он устроен внут- ри. Просто усвоили, что если нажать такую-то кнопку - случится то-то и то-то. Именно так и ведет себя наука по отношению к миру. Только она еще пользуется математикой для описания. Еще вопрос. Если магнитное поле порождается движущимся электрическим заря- дом и наоборот, то чем же порождается магнитное поле постоянного магнита? Ну, в самом деле, почему вот эта вот железка, тупо лежащая на столе, все время магнитит? Магнитное поле должно быть порождено движущимися зарядами! А где там они, в куске железки? Есть там зарядики! Это электроны, движущиеся по своим орбитам! Просто в магните атомы расположены в таком порядке, что электротоки синхронно крутя- щихся электронов как бы складывают свою силу, образуя единое магнитное поле. Упорядочивание расположения атомов в железке и называется намагничиванием. Если магнитные поля электрончиков расположены хаотично, как это бывает во всяком другом веществе, то все их магнитные поля компенсируются, и никакими магнитными свойствами в среднем вещество не обладает. Но в некоторых вещест- вах атомы можно развернуть и расположить в определенном порядке. Тогда маг- нитная сила их электронов начинает складываться, и мы имеем магнит. Впервые эту идею о существовании в куске магнита неких элементарных токов высказал гениальный французский физик Ампер. До него люди все искали особые магнитные заряды - наподобие зарядов электрических. И они были по-своему пра- вы: на уровне микромира электрическое поле порождается электрическими заряда- ми, присущими микрочастицам. Они и есть носители поля, которое вокруг себя распространяют. Значит, магнитное поле тоже должно порождаться особыми маг- нитными частицами! . . Но Ампер сказал: да нету их, не ищите, магнитное поле порождается какими-то элементарными токами внутри самого металла!.. Это была гениальная догадка, ведь об электронах тогда еще ничего не знали, а планетная теория атома была разработана только через сто лет. На сто лет опередил свое время гениальный Ампер! Ну, а раз никаких отдельных магнитных зарядов нет, а есть лишь заряды элек- трические , которые просто движутся и порождают вокруг магнитное поле... Если эти зарядики по-разному себя проявляют - то в виде электрических явлений, то в виде магнитных, - значит, электромагнитное поле действительно едино. И бес- смысленно отделять орла от решки, это невозможно. По-моему, все ясно. Или нет? А чего тут неясного? Лежит магнит на столе. Притягивает железки, током не бьется. Мы видим только одну ипостась электромагнитного поля - магнитную. Висит на ниточке электрический заряд, например, заряженный металлический шар. Гвозди и скрепки он не притягивает, но если к нему протянуть шаловливый пальчик - с треском проскочит искра и по пальчику шарахнет электрический раз- ряд . Никаких тебе магнитных проявлений, одни электрические.
Теперь если мы начнем двигать магнит, то увидим проявления электрического поля (которое сможем засечь, например, по его действию на пробный заряд). А если начнем двигать заряд на ниточке, то сможем засечь проявление вокруг него магнитного поля (по его действию на магнитное поле стрелки компаса, на- пример) . Вы очень умный! И вы можете, хитро прищурившись, сказать: «Но ведь движение - штука относительная! Может двигаться заряд, а могу двигаться я сам относи- тельно заряда. Или, допустим, еще круче - я стою напротив заряда, и он по от- ношению ко мне неподвижен и никаких магнитных свойств не проявляет. А мой приятель Петя начнет вокруг этого заряда носиться, как полоумный. Это означа- ет, что заряд будет относительно Пети двигаться. Но движущийся заряд должен порождать магнитное поле. При этом относительно меня заряд неподвижен, а от- носительно безумного Пети - очень даже подвижен! Так что же происходит на са- мом деле - порождает висящий заряд магнитное поле или нет?» А все зависит от точки зрения! Вы, стоящий неподвижно, не заметите никаких проявлений магнитного поля. А безумный Петя, если на бегу проведет экспери- менты, заметит магнетизм своими приборами. Вот вам простая аналогия. Если вы встанете так, чтобы толстое дерево заго- раживало вам солнце, вы солнца не увидите. А вот бегающий Петя, которому де- рево солнце не загораживает, его увидит. Результат эксперимента зависит от условий его проведения, от точки зрения экспериментатора. В науке такую точку зрения называют системой отсчета. Если вы сидите в движущемся поезде, то в вашей системе отсчета поезд неподвижен, поскольку вы движетесь вместе с ним с той же скоростью. А вот относительно системы отсчета Пети, который стоит на полустанке, и поезд, и вы очень даже подвижны и со свистом проноситесь мимо, оставив Петю со взъерошенными волоса- ми. А нельзя стоять так близко от электрички! В общем, электромагнитное поле есть единая природная реальность. Просто можно найти такую точку зрения для наблюдения за ней, что вам будет видна только одна грань этой реальности - магнитная либо электрическая. К интересным делам мы сейчас переходим! Ох, к интересным!.. Смотрите. Вот мы толкнули магнит, висящий на веревочке. Он начал движение. А движущееся магнитное поле порождает рядышком поле электрическое. Которое, естественно, тоже движется (вслед за магнитом). Но движущееся электрическое поле должно, в свою очередь, порождать рядышком магнитное поле! А магнитное - снова неподалеку порождает электрическое. И так далее. Что это? Электромаг- нитная волна побежала вокруг во все стороны! Вокруг силовых линий магнитного поля закручиваются силовые линии поля элек- трического , а вокруг тех - снова магнитного и так далее. А теперь мы раз - и остановили магнит! Генерация волны прекратилась. Но те волны, которые уже бы- ли сгенерированы ранее и успели убежать, все еще кругами разбегаются от нас в мировое пространство, постепенно затухая. Распространение электромагнитной волны.
Можно и по-другому поступить - начать трясти или колебать электрический за- ряд. Тогда в пространстве вокруг него тоже начнет распространяться волна электромагнитных возмущений. Качающийся заряд колеблет вокруг себя поле со- вершенно точно так же, как дрожащая струна колеблет воздух, периодически тол- кая его вокруг себя. При этом мы слышим звук струны. Звуки - это волны в воздухе, то есть периодически налетающие на нас уплот- нения и разрежения воздуха. Мы этих периодических сгущений и разрежений про- зрачного воздуха не видим. Но слышим. А электромагнитную волну можем засечь приборно. И раз уж у нас речь зашла о разных волнах, им придется уделить некоторое внимание. Волны - это круто! ГЛАВА 2. СПЛОШНЫЕ ВОЛНЕНИЯ Какие бывают волны? Продольные и поперечные. Самые привычные для нас волны -на море. Вверх-вниз, вверх-вниз. Это поперечная волна, потому что среда ко- леблется поперек направления бега волны. Волна бежит по морю вдоль поверхно- сти, к берегу, то есть горизонтально, а частички воды согласованно колеблются в перпендикулярном направлении - вверх и вниз. Такая же волна образуется, ес- ли колебать привязанную к дверной ручке веревку. Поперечная волна. А есть волны продольные. Там колебания среды, по которой распространяется волна, происходят вдоль направления бега волны. Наиболее наглядный пример - растянутая пружина, толкнув которую, мы запускаем волну уплотнений и разреже- ний витков. Продольная волна. Воздушные волны как раз продольные, в них распространяются сгущения и раз- режения упругих молекул воздуха.
Звуковая волна Какие еще есть характеристики у волны? Скорость волны. Мы про это уже говорили. Скорость зависит от среды, в кото- рой распространяется волна. Чем она плотнее, тем выше скорость волны. Еще одна характеристика волны - амплитуда! То есть высота волны. Амплитуда - характеристика мощности4. Чем выше амплитуда, тем мощнее волна, что понят- но. Две волны с разными амплитудами. Еще одной важнейшей характеристикой является длина волны или ее частота. Длина волны - это расстояние между ближайшими гребнями поперечной волны (или соседними областями сжатия в волне продольной). А частота - количество коле- баний в секунду. Частота измеряется в герцах. 1 герц - это одно колебание в секунду. 50 Гц - 50 колебаний. Длина волны и частота - обратные величины, что совершенно понятно: чем больше длина волны, тем меньше частота и наоборот. У волны с огромной часто- той длина волны крохотная. Давайте покопаемся в этом на примере звуковых волн. Звуковые волны какой частоты мы слышим? Мы ведь воспринимаем не все звуко- вые волны, а только лишь определенный диапазон частот, на который от природы 4 Но не сама мощность.
настроен наш приемник под названием ухо. ДЛИНА ВОЛНЫ \} частота волны (число колебаний в секунду) Волны с разными частотами (длинами волн). Так вот, наше ухо воспринимает звуковые волны с частотой от 20 Гц до 20 ты- сяч Гц или, что то же самое, до 20 килогерц. Я уверен, что вы прекрасно знаете приставку «кило-» в слове «килограмм». Она означает «тысяча». Килограмм - это тысяча грамм. Такого рода приставок довольно много. Наверняка вы знаете и приставку «мега-», означающую «милли- он» . Мегабайт - это миллион байтов. А гигабайт - целый миллиард байтов. Чем больше гигабайт памяти в вашей флэшке или компьютере, тем лучше. Без сомнения, вы также слышали об «уменьшительных» приставках «санти-» и «милли-». Первая означает одну сотую долю, а вторая - одну тысячную. Так что сантиметр - это одна сотая часть метра, миллиметр - одна тысячная метра, а миллилитр - одна тысячная доля литра. Полную табличку приставок можете по- смотреть в отдельном блоке. а те, Обо- Приставки для сокращения наименований больших и малых величин. Не надо их запоминать: крайние почти нигде и никогда не применяются, что в серединочке, сами собой запомнятся или давно уже вам известны. Уменьшительные приставки: • Екто - одна септиллионная доля - 0,000 000 000 000 000 000 000 001 значается значком у. • Зепто - одна секстиллионная доля значается значком z. • Атто - одна квинтиллионная доля - ся значком а. • Фемто - одна квадриллионная доля значком f. Пико - одна триллионная - 0,000 000 000 001. Обозначается значком р. Нано - одна миллиардная - 0,000 000 001. Обозначается значком п. Микро - одна миллионная - 0,000 001. Обозначается значком и. Милли - одна тысячная - 0,001. Обозначается значком т. Пример: 200 ml, to есть один стакан, папина доза чаю. Санти - одна сотая - 0,01. Обозначается значком с. Пример: 100 см, а сто сантиметров это как раз 1 метр. Деци - одна десятая - 0,1. Обозначается значком d. Пример: 1 dm, то есть 10 сантиметров или одна десятая метра. - 0,000 000 000 000 000 000 001. Обо- 0,000 000 000 000 000 001. Обозначает- - 0,000 000 000 000 001. Обозначается
Увеличительные приставки: • Дека - десять - 10. Обозначается значком D. Пример: 4 D1 - четыре дека- литра, то есть 4 ведра по 10 литров. • Гекто - сто - 100. Обозначается значком h. • Кило - тысяча - 1000. Обозначается значком К. • Мега - миллион - 1 000 000. Обозначается значком М. • Гига - миллиард - 1 000 000 000. Обозначается значком G. • Тера - триллион - 1 000 000 000 000. Обозначается значком Т. • Пета - квадриллион - 1 000 000 000 000 000. Обозначается значком Р. • Экса - квинтиллион - 1 000 000 000 000 000 000. Обозначается значком Е. • Зетта - секстиллион - 1 000 000 000 000 000 000 000. Обозначается знач- ком Z. • Етта - септиллион - 1 000 000 000 000 000 000 000 000. Обозначается значком Y. И еще одну хитрость вам открою. Вы видите, сколько нулей тут написано? Очень много. Неудобно и долго записывать их, попутно пересчитывая и оставляя пробелы между каждой тысячей, чтобы удобнее было эти нули подсчитывать. По- этому в науке - там, где встречаются такие длинные числа, - принято запись сокращать. Количество нулей просто обозначают маленькой вспомогательной ци- фиркой над десяткой. Эта маленькая цифирка называется степенью. Например, вместо миллиона с его шестью нулями пишут так - 10б. Это читается как «десять в шестой степени» или 10, умноженное на 10 шесть раз: 10x10x10x10x10x10 = 1 000 000. А 109 - это миллиард, то есть единица и 9 нулей: 1 000 000 000. 103 - это единица и три нуля или 10x10x10 = 1000. Тысяча. 102 - это 100. 1012 - триллион, единичка с 12 нулями: 1 000 000 000 000. Все просто, правда? Тогда скажите, что такое десять в первой степени - 101? Это единица с одним нулем! То есть просто десять. Маленькая единичка тут ни о чем не говорит, по- этому ее никогда и не пишут, если речь идет просто о десятке. А что делать, если нам надо указать очень маленькое число? Тогда тоже ста- вят маленькую циферку степени, но со знаком минус. И она означает количество цифр после запятой. Например, десять в минус первой степени Ю-1 - это одна десятая часть: 1/10 =0,1. А сколько будет десять в минус шестой - 10 б? Шесть нулей - это миллион. Значит, речь идет об одной миллионной доле: 0,000 001. А 10~12 - это одна триллионная часть (в триллионе двенадцать нулей). Теперь вы владеете «нотной грамотой науки». И сами запросто определите, что такое 2х103, например. Правильно, это два, умноженное на десять в третьей степени (то есть на тысячу). То есть просто 2000. Если у вас есть 5 тысяч рублей, можете в строгом соответствии с научными правилами назвать их пятью килорублями или записать как 5x1О3 руб. Шикарно! Посмотрите на картинку ниже. На ней белым фоном выделен тот диапазон час- тот, который слышит наше ухо - от 20 Гц до 20 тысяч Гц. А также показано, в каком диапазоне издают звуки различные музыкальные инструменты и некоторые животные. Низкие звуки, то есть звуки малой частоты, мы воспринимаем, как протяжный гул, а высокочастотные - как противный тонкий писк. У мамы частота звука гораздо выше, чем у папы, поэтому ее голос тоньше и визгливее. А у папы солидный бас или баритон, потому что мужской голос имеет низкую частоту и,
соответственно, выглядит солиднее и убедительнее. И кулаки у папы больше. Самый богатый инструмент из нарисованных на картинке - арфа. Арфа издает звуки наиболее широкого диапазона - гудит толстыми струнами от 30 герц и зве- нит самыми тонкими на 3000 герцах. С другими инструментами, а также собачками и каркающими воронами тоже все ясно. А вот кузнечики, дельфины и летучие мыши умеют, как видите, издавать не только такие звуки, которые мы слышим (в белом поле), но и лежащие за преде- лами порога нашей слышимости (в сером поле). Вот дельфин. Он издает звуки примерно от 5 тысяч герц до 180 тысяч! Таких звуков мы слышать не можем. 10 20 2000 4000 100 1000 20000 40000 | 200000 10000 100000 Издаваемые звуки и слышимый человеком диапазон, Начнем с высоких нот. По мере роста частоты звук постепенно истончается, переходит в противный писк и, наконец, перестает быть слышным, переходя в ультратонкую область. В одном из восточных храмов прихожан поражал такой фокус - в металлический чан наливают воду, потом проводят по краю чана мокрыми пальцами, и на глазах у изумленной публики вода в чаше вдруг вскипает! Она реально начинает бур- лить . И бурлит, пока водишь пальцами по краю сосуда. Причина явления - ультразвук. Емкость сделана так, что трение по ее краю пальцем производит в металле звуковые волны ультразвуковой частоты. Металл передает свои колебания воде, и она начинает бурлить. Никаких чудес, сплошная
физика. Вообще, ультразвук «любит» твердое. Короткие волны, то есть волны высокой частоты, затухают быстрее, чем волны длинные (низкочастотные). Так, звук с частотой 10 000 герц поглощается в 100 раз сильнее, чем звук с частотой в 1000 герц. Но при этом твердое лучше проводит звук, чем жидкое и газообраз- ное . Поэтому предпочтительная для ультразвука среда - кристаллические струк- туры , например, металл. Максимальная частота ультразвука, которую удалось получить ученым - 25 мил- лиардов герц. А максимальная теоретически возможная - 100 миллиардов Гц. Волны с большей частотой не смогут распространяться даже в твердой среде, поскольку будут сразу затухать прямо возле источника колебаний. Но даже и ультразвук с часто- той в 25 млрд. герц, полученный в экспериментах, распространяется на совсем малые расстояния, в твердых кристаллах кварца при очень низких температурах, близких к абсолютному нулю. Люди вовсю используют ультразвуковые колебания в технике. С помощью ультра- звуковых ножей в мастерских режут оргстекло и резину, а на кондитерских пред- приятиях - торты и пирожные. Казалось бы, зачем резать торты ультразвуковым лезвием, простого ножа что ли мало? А затем, что линия реза при этом получа- ется очень ровная, потому как к лезвию ножа ничего не прилипает, поскольку он вибрирует с высокой частотой. Как звук сфокусировать в одном направлении? Обычный рупор делает это прекрасно. Звуки отражаются от стенок рупора и не разлетают- ся в стороны, а направленно летят в сторону «цели». Короткие волны легче фокусировать, получая направленный звуковой луч. С по- мощью таких лучей просвечивают металлические детали в поисках внутренних де- фектов (трещинок, полостей). Это порой бывает весьма важно - например, на же- лезнодорожном транспорте таким образом ищут дефекты в рельсах, потому что от нагрузок трещинка может увеличиться, рельс лопнет и поезд сойдет с рельсов. Поэтому едет по путям специальный вагон-дефектоскоп, просвечивает ультразву-
ком рельсы и, при обнаружении дефектного, дает команду на замену. С помощью специального оборудования в металле рельса возбуждают высокочастотные колеба- ния, ловят отраженное эхо и по характеру отраженной волны понимают, есть внутри рельса дефект или нет. Это называется эхолокация. Эхолокацию используют не только на транспорте, но и в медицине вместо рент- гена, просвечивая внутренности. Чем человек хуже рельса? Да ничем он рельса не хуже! Я бы даже сказал, че- ловек лучше рельса! Ну, так давайте его просветим ультразвуком да посмотрим, чего там внутри. Интересно же. Эхолокация - отличная придумка человеческого гения. Только изобрел ее не человек, а сама природа. Животные миллионы лет используют эхолокацию. Самые известные эхолокаторы - дельфины и летучие мыши. Они издают ультразвуковой писк, направляя звуковой луч вперед. Звук, отражаясь от предметов, возвраща- ется обратно в виде эха, и животное понимает: впереди препятствие. Это, по сути, второе зрение для дельфинов и летучих мышей, которое позволя- ет ориентироваться там, где не помогает зрение обычное - в мутной воде или в полной темноте подземных пещер, где обитают летучие мыши. Причем звуковое «зрение» настолько тонкое и чувствительное, что с его помощью летучие мыши охотятся на мелких насекомых, а дельфин в мутной воде, ночью или просто с за- крытыми глазами может на расстоянии в 20 метров «увидеть» своим ультразвуко- вым «зрением» дробинку. Для этого на лбу дельфина под кожным слоем есть особая жировая линза, она служит для фокусировки испускаемого ультразвукового луча. А приемником- пеленгатором отраженной волны служит передняя вогнутая наподобие рефлектора часть черепа дельфина. У дельфинов два органа слуха - обычный звуковой и ультразвуковой. Дельфины - настоящие звуковые машинки. Они не только издают, но и слышат звуки в широчайшем диапазоне, гораздо шире нашего: дельфины могут восприни- мать и инфразвук, и ультразвук. Кроме того, они большие болтуны. У дельфинов есть свой язык, и они все время болтают о чем-то друг с другом, обмениваясь важной и просто эмоциональной информацией. В активном словаре дельфинов около 14 тысяч «слов», с помощью которых они могут передавать друг другу довольно сложные сообщения. Например, в эксперименте два дельфина - обученный и необу- ченный - были разделены непрозрачной, но звукопроницаемой стенкой. Так вот, не показывая, что нужно делать на собственном примере, а используя только речь, обученный дельфин может объяснить необученному, что нужно найти на дне рассыпанные пластмассовые фигурки, выбрать красный треугольник, отнести его дрессировщику и получить за это рыбку. Причем, любопытно, что речь дельфинов строится точно так же, как наша, она состоит из отдельных звуков, которые складываются в слоги, слоги - в слова, слова - в предложения. Причем у каждого «племени» дельфинов свой собственный диалект. И это еще не все! Дельфины дают друг другу собственные имена. Причем имена эти присваиваются каждому малышу при его рождении. Это было выяснено американскими учеными экспериментально. В океане они отловили стаю из полуто- ра десятков дельфинов и записали звуки, которые те издают. Компьютерный ана- лиз позволил разложить звуки, издаваемые дельфинами, на отдельные слова, а из них вычленить характерные свисты личных имен. Почему экспериментаторы решили, что это имена? Потому что при воспроизведении этих звуков через динамики на них каждый раз откликался только один дельфин - тот, кого позвали. И это означает только одно - мы не единственный разумный вид на этой плане- те . Конечно, вышесказанное не относится напрямую к физике, но не рассказать про
это я не мох1, потому что дельфины - самые лучшие животные за Земле после нас. Попросите маму купить вам дельфина в зоомагазине... Свет в воде распространяется плохо, а звук хорошо, поэтому природа и выбра- ла для ориентировки морских обитателей, помимо зрения, еще и метод улавлива- ния колебаний среды, в которой они плавают. И не прогадала. Если в воздухе звук от сирены мощностью в 100 киловатт (это мощность сотни электрических чайников) слышен на расстоянии в 15 километров, то в воде звук от источника мощностью всего в 1 киловатт, то есть в сто раз меньше, слышен на расстоянии в 35 километров. Вода - прекрасный проводник звука. Поэтому с помощью ультразвуковой эхолокации дельфины не только ориентируют- ся, но и охотятся. Их ультразвуковой радар посылает вперед луч, которым дель- фины сканируют пространство и обнаруживают косяки рыб и отдельных рыбешек. В этом они похожи на летучих мышей, которые охотятся на разных мотыльков и жу- ков . Мыши тоже «обстреливают» перед собой ультразвуком пространство в полете, засекают мошку по курсу и на лету хватают. «Дальнобойность» этих истребителей насекомых не такая, конечно, как у дельфинов, поскольку в газовой среде коле- бания распространяются хуже, чем в более плотной, но мышам хватает. А вот ночные бабочки и мотыльки, чтобы спастись от зубов ночного охотника, обрастают густым пухом. Как вы думали, почему ночные мотыльки такие мохнатые? Пухлявый покров гасит ультразвук, делая мотыльков менее заметными целями. Технология «Стеле»5 во всей своей красе. Бабочки обрастают пухом, мыши нара- щивают огромные уши-локаторы. Известная гонка брони и калибра... Однако ультразвук не только помогает живым существам, но и может представ- лять опасность для них. Например, ультразвуком можно стерилизовать воду или молоко, то есть он губителен для микробов. И не только для микробов, но и для небольших организмов типа гидр. Ультразвуковое облучение воды, в которой жи- вут гидры, убивает их. Да что там микроскопические гидры! Даже такие большие существа, как лягушки и рыбы, могут быть убиты мощным ультразвуком всего за несколько минут! Большие существа тоже не любят ультразвук. Существуют специальные ультра- звуковые свистки, чтобы отпугивать бродячих псов, и даже особые ультразвуко- вые установки, с помощью которых избавляются от крыс. Стоит включить такую установку в подвале дома, как крысы начинают в панике бежать из него. Подоб- ным образом борются также с вредными насекомыми и птицами. А что же люди? Они не сбегут из дома вместе с крысами? Не сбегут: тот ультразвук, который пугает и нервирует крыс, люди не слышат. Однако даже неслышный ультразвук, если он имеет очень большую мощность, может отрицательно повлиять на здоровье. У людей, которые находятся под мощным ультразвуковым излучением, начинаются головные боли, тошнота, появляется не- приятное покалывание во рту и в носу. Поэтому на производстве, где есть ульт- развуковой фон, используют разные средства защиты - заглушки, звукопоглощаю- щие экраны, а если возможен контакт рук с вибрирующими поверхностями и жидко- стями, то применяют двойные перчатки со слоем воздуха, который гасит колеба- ния. Но что интересно, иногда сам ультразвук может играть роль средства защиты от опасности! Например, там, где применяют сахарную пудру - в кондитерских цехах, - прекрасно знают, какая опасность может их подстерегать. Сахар взры- воопасен, причем он относится к веществам первого класса по взрывоопасности, то есть крайне опасным. Сахарная пыль в воздухе может взорваться от малейшей 5 По технологии «Стеле» делают военные самолеты, малозаметные для радаров. Как види- те, природа изобрела ее раньше нас.
искры, и нижний предел взрываемости достигается при накоплении в кубометре воздуха всего 10 г сахарной пыли. (Верхний предел - 13,5 кг на кубометр.) Причем самая опасная сахарная пыль - с размером частиц в 0,03 мм, то есть та самая сахарная пудра, которой посыпают пончики и прочие сладости. Поэтому на производствах, где в воздухе может скапливаться сахарная пыль, устанавливает- ся особо строгая техника безопасности. Иначе объемным взрывом цех может про- сто разнести. Именно это и случилось на сахарном заводе компании «Imperial Sugar» в штате Джорджия (США.) , когда из-за взрыва пудры пострадали десятки человек. Чтобы избежать повторений, и была выдвинута идея заменить сахарную пудру сахарной эмульсией, приготовленной с помощью ультразвуковой установки. А теперь переместимся на другой край звуковой шкалы и посмотрим внимательно на инфразвук - не слышимые ухом низкочастотные, то есть длинноволновые коле- бания . Здесь ситуация гораздо трагичнее. Вы когда-нибудь что-нибудь слышали про «Летучий Голландец»? Образ этого легендарного корабля-призрака, покинутого людьми и бороздящего просторы морей с оборванными парусами, и поныне вовсю используется в мульт- фильмах и кино. Легенда родилась в ту пору, когда корабли еще ходили под па- русами, но по океанам уже началось оживленное морское движение. Вот тогда-то среди суеверных матросов и пошел гулять слух о корабле, населенном призрака- ми, встреча с которым сулит несчастья. И ведь легенда эта оказалась правдой! Самый известный и хорошо документированный случай встречи с «Летучим Гол- ландцем» произошел в декабре 1872 года в Атлантическом океане. В 400 морских милях от Гибралтарского пролива вахтенный матрос брига «Божьей Милостью» (Dei Gratia) поднял тревогу. Он увидел мачты какого-то судна, которое приближалось к их кораблю. Команда высыпала на палубу. Капитан Дэвид Рид поднес к глазам подзорную трубу и остолбенел - им навстречу плыло хорошо ему известное судно - «Мария Небесная» (Mary Celeste), пропавшее на просторах Атлантики вместе с ценным грузом примерно полмесяца назад. Но, боже мой, что из себя представляла эта самая «Мария Целеста»! Она кре- нилась на правый борт, часть парусов была сорвана ветром, спущенный грот- стаксель лежал на крыше носовой рубки, корабль шел зигзагом, плохо слушаясь курса, а на палубе не наблюдалось никакой жизни. Дэвид Рид не только хорошо знал силуэт «Марии», он был прекрасно знаком с ее капитаном, они дружили с детства, а за день до того, как несчастная «Мария Целеста» покинула порт с грузом коньячного спирта, Дэвид и его жена ужинали вместе с капитаном «Целе- сты» и его женой, поскольку дружили семьями. Теперь же, судя по плачевному состоянию оснастки и парусного вооружения, «Мария Целеста» побывала в какой-то передряге, и возможно, ее экипажу требо- валась помощь. Дэвид спустил шлюпку и снарядил пятерых матросов на разведку. Именно их показания впоследствии и легли в основу долгого и безуспешного рас- следования, которое начало Британское адмиралтейство, когда бедственное судно было приведено в Англию. Пятеро посланных матросов поднялись на борт бригантины. И никого там не об- наружили. Ни одной живой души. На судне была мертвая тишина. На столах в ка- ют-компании стояла посуда. Швейная машинка, на которой шила жена капитана, была будто покинута пять минут назад - на ее рабочей поверхности лежало неза- конченное шитье, стояли катушка ниток и масленка для смазки механизма. Эта катушка, эта масленка и посуда на столах говорили о том, что ни в какой шторм, по крайней мере, крупный, судно не попадало, иначе из-за болтанки все это оказалось бы на полу, причем посуда в разбитом виде. Кормовые люки были почему-то открыты, а носовой люк так даже сорван с пе-
тель и валялся рядом на палубе. Пираты? Но ценный груз в виде 1700 бочек с коньячным спиртом оказался нетронутым. В трюмах находилось немного воды - примерно на метр, но в целом судно было неповрежденным. Возможно, воду напле- скало волнами через открытые люки или налило дождями. И - невероятное дело! - окна кормовой надстройки, где была каюта капитана, были закрыты брезентом и... заколочены досками! Зачем? Было видно, что коман- да отчаянно хотела спастись от чего-то, но не смогла и потому покинула судно. Команда состояла из десяти человек (капитан, два его помощника, кок и шесть матросов) плюс два пассажира - жена капитана и его двухлетняя дочь. На борту «Марии Целесты» была всего одна шлюпка (должно было быть две, но вторая шлюпка осталась на берегу в ремонте), однако места в ней хватало на всех. Причем борт покидали явно в спешке - в каюте капитана остались две пач- ки денег и шкатулка с драгоценностями, на полу были раскиданы детские игруш- ки, матросы оставили на борту свои курительные трубки, что для моряка - дело немыслимое. Следы и царапины на перилах подтверждали версию эвакуации - судя по ним, шлюпку явно не сорвало и не унесло каким-то штормом, а ее целенаправленно спустили на воду в большой спешке. Приборы ориентирования в открытом море - секстант и хронометр на судне не обнаружились, значит, команда захватила их с собой в шлюпку. Компас, стоящий перед штурвалом, был сломан, видимо, его в спешке пытались демонтировать, чтобы забрать с собой, но неудачно - так и бросили. Документы на груз забрали с собой, а вот судовой журнал забыли. Последняя запись в нем была сделана не- далеко от Азорских островов за полмесяца до обнаружения покинутого судна. При этом любопытно, что была еще одна запись - мелом на грифельной доске, она бы- ла сделана на следующий день после записи в журнале. Грифельная доска служила своего рода черновиком, на ней записывались предварительные данные расчетов перед записью в «чистовик» - судовой журнал. Так вот из записи на доске сле- довало, что утром 25 ноября корабль находился совсем рядом с небольшим ост- ровком Санта-Мария, принадлежащим к Азорскому архипелагу. С доски в судовой журнал запись перенести, видимо, не успели, но готовились, поскольку судовой журнал был открыт. Значит, неведомая катастрофа случилась там и тогда - утром 25 ноября у Санта-Марии. На койке в каюте помощника капитана лежала открытая на середине книга, а на столе - недописанное письмо, обрывавшееся на полуфразе: «Моя дорогая, любимая жена! Пишу тебе...». От чего же они бежали, ведь судно не тонуло, оно полностью сохранило плаву- честь? Запасов провизии и пресной воды было полно, их бы хватило на полгода плавания... Я не зря сказал, что это загадочное происшествие стало одним из самых пер- вых хорошо задокументированных случаев встречи с «летучими голландцами». Ведь что такое конец девятнадцатого века? На тот момент уже больше сотни лет дей- ствовали большие страховые компании, такие как «Ллойд», которые страховали корабли и грузы на трансатлантических перевозках и были заинтересованы в тща- тельном расследовании каждого происшествия, чтобы извлекать уроки, набирать статистику и не терять деньги. Уже была изобретена фотография. Уже по морям плавали пароходы вперемешку с парусниками, а также «гибриды» - корабли с па- русами и паровыми машинами, которые могли использовать оба движителя. Нако- нец, уже был проложен телеграфный кабель по дну Атлантического океана между Европой и Америкой. Цивилизация! Газеты! Пароходы! До нас дошли фотографии несчастной «Марии Целесты», ее капитана, его жены и даже двухлетней дочери, которые находились на борту, когда бригантина выходи- ла из американского порта с грузом и ложилась на курс в Европу. Известны все имена и возраст членов команды. Груз (бочки со спиртом) принадлежал компании
«Meissner Ackermann & Coin» и был ей возвращен. Все про корабль было извест- но. Кроме одного - оставалось совершенно непонятным, что случилось с ним в тот злополучный день, когда команда в полном ужасе решила бриг покинуть. Загадочная «Мария Целеста». Международная комиссия, созданная англичанами, так и не пришла ни к какому выводу касательно того, что же произошло на борту, хотя следователи изучили бригантину с лупами вдоль и поперек, даже исследовали табак в оставленных трубках моряков, сравнивая его с табаком в их рундуках (сундучки с вещами), проводили химический анализ бурых пятен на старой сабле, найденной под крова- тью капитана, подозревая, что это кровь и на корабле случился бунт команды, но это оказалась обычная ржавчина. Судно было даже обследовано водолазами в его подводной части. Все тщетно! Загадка «Марии Целесты» не давала покоя десятилетиями. О ней фантазировали знаменитые писатели - Артур Конан Дойль, Герберт Уэллс, но разгадки тайны так никто и не дал. Быть может, на эту аномальную историю и можно было бы не обращать внимания, если б такой корабль-призрак был един-единственный. Но ведь нет! Двадцатью годами ранее жители прибрежного американского поселка Истон-Бич заметили, что к берегу на полном ходе идет парусник «Морская птица» (Sea bird) . Причем по мере приближения к берегу он и не думал сбавлять ход. В ре- зультате корабль плотно сел на мель. Немедленно к кораблю вышла лодка, и быв- шие в ней люди, поднявшись на борт, обнаружили полное отсутствие команды. При этом на столе в салоне стояла посуда, а на горячей плите в камбузе кипел ко- фе. Груз в трюмах (мешки с кофе из Центральной Америки), карты, судовой жур- нал , приборы навигации, документы - все было на месте. Из живых существ на корабле присутствовала только трясущаяся от страха собака. Расследование ни- чего не дало. Но тот факт, что кофе не успел выкипеть, говорил об одном: не- понятная трагедия случилась совсем незадолго до посадки корабля на мель. В октябре 1902 года, через 17 дней после отплытия из порта был найден па- русник «Фрея». Экипажа на его борту не оказалось. В том же году неподалеку от Канады экипаж корабля «Сен-Донасьен» наблюдал хлопающую парусами шхуну, на борту которой не было ни единого человека. Ло- вить ее не стали из-за плохих погодных условий.
В конце января 1921 года у американского берега был обнаружен севшим на мель пятимачтовый фрегат «Кэрролл А. Диринг». Команды на нем, как водится в таких случаях, не было, не было также личных вещей команды, навигационного оборудования и шлюпок, зато на камбузе (корабельная кухня) была разложена пи- ща. На судне имелись повреждения, но получены они были, когда одинокое судно село на мель. Расследование по этому случаю длилось несколько месяцев, но то- же так ни к чему и не привело. В Южной Атлантике трехмачтовый бриг «Федерасьон» обнаружил старый безлюдный корабль с грузом леса. Судя по тому, какой слой ракушек на нем нарос, судно было оставлено экипажем несколько месяцев или даже лет тому назад. А вообще, сколько времени может болтаться обезлюдевший корабль в открытом океане? Ответ на этот вопрос был получен в 1913 году. Именно тогда у берегов Огненной Земли экипаж английского парохода «Джонсон» обнаружил неизвестное судно. Это был старый парусник. На его борту сохранилось название - «Мальборо Глазго». Паруса и дерево были покрыты плесенью, а доски палубы так прогнили, что, шагая по ним, матросы с «Джонсона» рисковали провалиться. В каютах ко- рабля и на капитанском мостике было найдено двадцать скелетов. Оказалось, парусник «Мальборо Глазго» был построен в 1876 году, а в 1880 году ушел в свой последний рейс из Новой Зеландии с грузом мороженого мяса, каковой груз вез в Лондон. Но до Лондона корабль не дошел. Обезлюдевшим и не- обнаруженным он плавал по океану почти четверть века! Груз его остался на месте, только сгнил, вещи членов экипажа тоже были на своих местах. Да и ко- манда находилась в тех помещениях, где должна была находиться по штатному расписанию. Было полное ощущение, что все погибли быстро и одновременно. В те годы, когда случилась таинственная катастрофа с этим парусником, ра- диосвязи еще не было, и экипаж не мог послать никакого сигнала о спасении. Но потом радио изобрели. И вести о такого рода катастрофах зазвучали в эфире. Так, в 1948 году радиостанции в Юго-Восточной Азии неподалеку от Суматры поймали радиограмму с корабля «Уранг Медан»: «Все мертвы, и я умираю. . .». Свои координаты радист передать не успел, но поскольку передачу засекли не- сколько радиостанций, методом триангуляции удалось быстро найти координаты источника. Первым на место происшествия прибыл корабль «Сильвер Стар». Его матросы высадились на терпящий бедствие корабль и могли только подтвердить сообщение: все мертвы, даже корабельная собака. Причем люди явно умирали в мучениях, на лицах застыла гримаса ужаса. Отбуксировать судно не удалось, из его трюма повалил дым, и корабль взорвался. Спасатели едва успели ретировать- ся . Считается, что экипаж и судно погубил перевозимый груз, но в связи с ги- белью корабля проверить это уже не было возможности. В 1953 году английское судно «Рэни» обнаружило в Бенгальском заливе грузо- вой теплоход «Холчу». Корабль имел незначительные повреждения, в частности была сломана мачта. Но в целом с судном все было в порядке - запасы воды и топлива для двигателей, груз риса в трюмах. На месте были даже все спасатель- ные шлюпки. Не было только команды. Все пятеро членов экипажа просто исчезли. В 1969 году у Азорских островов были найдены две безлюдные яхты. На обеих было в наличии спасательное снаряжение, запасы воды и провизии. В 2003 году индонезийский рыболовный траулер «Хай Мб» был найден дрейфующим неподалеку от Австралии. Без экипажа. Все 14 человек исчезли. При этом в трю- ме был улов рыбы, которая уже начала протухать. 2006 год. Неподалеку от острова Сардиния береговая охрана обнаружила двух- мачтовую яхту «Прекрасная подруга» без единого человека на борту. В том же году неподалеку от северо-восточной Австралии был найден обезлю- девший танкер «Янг Сенг». 2007 год. Прогулочный катамаран «Каз II» был обнаружен неподалеку от того места, где годом ранее нашли «Янг Сенг». Трех членов его экипажа на борту не
было. Но дизель катамарана работал, на столе стоял открытый ноутбук, с борта в море была опущена леска - перед неведомой катастрофой один из членов экипа- жа ловил рыбу. Все три спасательных жилета были на месте. Людей искали в от- крытом море целую неделю, но так никого и не нашли. Ну, и наконец, из совсем свеженького. Летом 2013 года российский ракетный крейсер «Москва» обнаружил в Атлантическом океане не подававшую признаков жизни одномачтовую яхту. Суденышко с потрепанными парусами шло под норвежским флагом, в каюте нашли документы владельца, им оказался норвежец Гуннар Эгил Мире. Сколько вместе с ним путешествовало людей и куда они все пропали, неиз- вестно . Ну и что же происходило со всеми этими кораблями и людьми, на них находив- шимися? Такое ощущение, что всем экипажем вдруг овладевала паника, и люди ки- дались за борт, не задумываясь ни о чем, или же в страшной спешке спускали шлюпку и в ужасе уплывали от вполне исправного судна. Почему? И только ли на море бывает такое? Оказывается, не только на море. Порой подобное происходит в горах и в неко- торых пещерах, имеющих длинные, разветвленные ходы, напоминающие трубы. Пеще- ры такие есть и у нас в стране - на Урале и в Хакасии. Вот рассказ спелеоло- гов (исследователей подземных глубин), побывавших в таких пещерах: «...мне становится как-то не по себе, возникает неясное чувство тревоги. Дальше - больше, волнение нарастает. И вот я, который никогда не был трусом, трясусь как осиновый лист. Панический страх! А чего боюсь, сам не знаю. Потом ребят расспрашивал: и с ними было то же самое». «Прошло немного времени, и мы все трое почувствовали, что в пещере не одни. Ощущение было такое, что кто-то стоит за спиной, уставившись тяжелым взглядом в затылок. Ощущение тяжести перешло в отчетливый страх. Мы решили прекратить работы и идти к выходу». Иными словами, у людей вдруг возникает чувство беспричинного, но при этом совершенно безумного страха, ужаса, смертной тоски, они буквально места себе не находят. Или же просто кидаются бежать сломя голову. Причем интересно, что возникают такие необычные ситуации не только на море, в горах или в пещерах. Есть в Москве такая газета «Московский комсомолец», и в ней долгие годы ра- ботает главным редактором старичок Павел Гусев. Так вот, когда этот дедушка был еще молодым студентом геологического института, решили они с друзьями по- ехать на моторке по речке в малонаселенной вологодской тайге. И через не- сколько дней путешествия на одной из речных излучин, на высоком берегу увиде- ли старый заброшенный дом и баньку рядом с ним. Павлу и его другу Михаилу ме- сто показалось живописным, и они решили отделиться от друзей, чтобы пожить тут недельку. А что? Дом уже стоит, речка, бор сосновый, тишина, природа... Но отдыха не получилось. После дня, проведенного в хлопотах, наступил вечер. Вот тут ребята и почув- ствовали неладное. Причем, что именно идет не так, понять было невозможно. Просто навалилась какая-то странная тревожная тоска. Причем сразу на обоих. Вот как описывает это сам Павел: «К вечеру Мишка стал совсем молчаливым, а с темнотой забрался на нары в на- шем скромном убежище, да так оттуда и не спускался. Я вдруг, вспоминая день, почувствовал какую-то тоску. А может, это была тревога? Днем сходил в сосновый бор, который манил к себе золотистым светом, грибами... Но прошел немного, и захотелось вернуться. Даже не понял, почему. Хотелось быть на лужайке, на открытом месте. Больше в лес не тянуло. Так же прошел еще один день. Мишка сделался совсем угрюмым. Почти все время проводил у реки с удочкой, искоса поглядывая на меня, как бы изучая мое поведение. Признаться, мне было не по себе. Я не мох1 оценить свое внутреннее состояние, не мох1 понять, что со мной происходит.
На третий день решил сходить на охоту. Закинув ружье на плечо, зашагал в сторону леса, который стоял плотной стеной за домом, в стороне от соснового бора». Павел Гусев - любитель охоты. Но на сей раз она ему никакой радости не при- несла . Напротив, вскоре он был вынужден бежать из леса обратно: «... вдруг я почувствовал, понял, что меня тревожило все эти дни. Я с ужасом осознал, что я здесь не один. За мной кто-то пристально наблюдал! Но откуда? Кто? Я лишь чувствовал, но не видел. Быстро повернув, я буквально побежал к поляне. Свалился, чертыхнулся, отря- хивая налипшую грязь, и вскоре выскочил недалеко от заброшенного дома. Тяжело дыша, прошел мимо дымящегося костерка, спустился к баньке, открыл дверь - Мишки не было. Не видно его было и на берегу. Выскочив наверх, я озирался по сторонам, а внутри все сжалось от подступив- шего тошнотворного чувства одиночества. Оно наплывало, делая ноги ватными, непослушными. Мишки нигде не было. Я заорал так, что даже сам не понял, что кричу. Внезапно я услышал Мишкин голос. Он доносился откуда-то сверху. С трудом я разглядел его почти на самой макушке березы, которая росла на краю поляны, изящно изгибаясь и нависая над рекой. Я вскарабкался туда же и, еле отдышавшись, присел на сук чуть ниже Мишки. Он с испугом смотрел на меня, виновато моргая, отводя глаза. «Ты что?» - вы- давил я. И тут выяснилось, что все эти дни Мишка находился в подавленном состоянии, потому что ощущал себя на поляне неуютно. Но главное он понял, только когда я ушел в лес на охоту. Мишка явственно почувствовал, что за ним кто-то наблюда- ет . Он чувствовал на себе взгляд. Это и заставило его опрометью кинуться к де- реву и лишь на его вершине осознать свою безопасность. Тогда я поделился своими ощущениями, которые почти полностью совпали с Мишкиными. Он побледнел, руки судорожно сжали березовые ветки, которые служили ему опорой. С дерева мы слезли, лишь когда наступили сумерки. Не разжигая костра, быст- ро прошли в баньку, закрылись, поужинали консервами. Утром долго не вставали, но о вчерашнем не говорили, старались не вспоми- нать свою тревогу. Позавтракали у костра и вдруг, не сговариваясь, взглянули друг на друга: мы опять начинали чувствовать ужас чьего-то присутствия. Не сговариваясь, мы прихватили ружья и пошли к березе. На ней мы и провели остаток дня. Там, наверху, в шуршащей листве, у нас ро- дился план. Завтра немедленно уходить из этих мест. Мы больше не могли выдер- живать эту пытку страхом. Он нас сковывал, превращал оцепеневшие наши фигуры в какие-то мумии. Мы проклинали день, когда решили ехать в эту глушь. И шум- ные многолюдные московские улицы казались какой-то нереальной, фантастической мечтой. Утром следующего дня, собрав свои вещи, захватив немного еды, мы в букваль- ном смысле слова рванули что было сил из этого места. В баньке остались па- латка , спальники, котелки, основная часть продуктов...» Беспричинный оглупляющий страх, доходящий до паники, с которой невозможно бороться, которую невозможно объяснить. Откуда? Почему? Возможно, найти ответ нам поможет эксперимент, который однажды поставил ве- ликий американский физик Роберт Вуд. Если быть точным, это даже не был в пря- мом смысле слова эксперимент. Просто в 1929 году Роберт Вуд приплыл на паро- ходе из Америки в Англию, где в ту пору известный американский сценарист Джон Л. Болдерстон ставил в одном из лондонских театров пьесу, по ходу которой действие переносилось из современности как бы в прошлое. Болдерстон хотел сделать этот театральный прыжок в прошлое эмоционально насыщенным, запоминаю-
щимся для зрителя, и своей идеей поделился с Робертом Вудом. Физик тут же предложил свой способ решения проблемы. Люди воспринимают низкие звуки как трагичные, тревожные, рассуждал он. А давайте, предложил Вуд, сделаем столь огромную трубу, чтобы она издавала та- кой низкий звук, который находится на грани слышимости! Люди его практически не услышат, но наполнятся трагизмом! Сказано - сделано. По заказу изготовили трубу намного длиннее и толще тех, которые используют в церковных органах6. Испытания этой звуковой пушки решили провести на генеральной репетиции. Трубы церковного органа. В самом большом органе Европы, располо- женном в немецком городе Пассау, почти 18 тысяч (!) труб. И вот в момент театрального затемнения, когда должна была поменяться сцена, в трубу подали воздух. И она неслышно зазвучала. В зале задрожали окна и на- чали звенеть хрустальные подвески в светильниках. Присутствовавшие в зале лю- ди внезапно ощутили волну странного тоскливого беспокойства, на улице тревож- но захрапели лошади. Больше трубу было решено не применять. Сам Роберт Вуд так и не оценил эффект, с которым столкнулся. Зато его спол- на оценили другие. Ученые из Национальной физической лаборатории Англии провели аналогичный вудовскому эксперимент, только теперь он уже был поставлен по всем правилам науки. В аудиторию собрали 750 человек и попросили их прослушать концерт 6 Церковный орган - один из самых необычных инструментов. Его необычность заключает- ся в размерах - это самый большой музыкальный инструмент в мире. Звуки в нем извле- каются с помощью огромных труб. Из-за их величины звуки получаются низкими, «утроб- ными», величественными. Это сделано специально, чтобы вызывать у прихожан возвышен- но-патетическое и одновременно грустное настроение, мысли о бренности бытия и Божьем величии. Потому что люди от природы воспринимают низкие звуки, как угрожающие. Поче- му это так, мы поймем чуть ниже.
классической музыки, в котором среди обычных инструментов участвовали трубы, издававшие инфразвуки. Ассистировал физикам профессор психологии, в задачу которого входил опрос зрителей и тестирование их психологического состояния. Так вот, после концерта выяснилось, что зрителей концерт не порадовал, они чувствовали непонятный упадок настроения, тоску, гнетущую печаль, непонятный страх. Доходило до чисто физических реакций в виде мурашек по коже. Дальнейшие исследования показали, что инфразвуки разной частоты по-разному, но все равно губительно влияют на человека. Они могут вызывать беспричинный страх, переходящий в неконтролируемую панику, боль, расстройства зрения и психики и при высокой мощности даже смерть. В пятидесятые годы прошлого века исследованиями инфразвука занялись францу- зы . Толчком к исследованиям послужила случайность: сотрудники лаборатории с какого-то момента вдруг начали чувствовать недомогание, некоторые ощущали сильную боль в ушах. В лаборатории звенели стаканы и вибрировали приборы. При этом никакого внешнего звука не слышалось. Поиск источника этих колебаний вскоре дал результат - их вызывал неисправный вентилятор в системе вентиляции соседнего здания. Его скорость упала, и он начал генерировать инфразвук. Заинтересовавшись этим явлением, руководитель лаборатории Виктор Гавро по- ложил начало целому комплексу исследований. Экспериментаторы начали создавать инфразвуковые генераторы разных частот и смотреть, как они влияют на челове- ка. Источниками служили здоровенные трубы длиной в 24 метра, гигантские сви- стки, вмурованные в бетон, и полутораметровый «барабан» с прорезью - когда он работал, на потолке трескалась штукатурка. Гавро хотел построить генератор, который бы выдавал колебания частотой в 7 герц, но он просто не уместился бы в лаборатории. По подсчетам исследователей, его диаметр превышал бы 7 метров. Такие большие размеры излучателей связаны с низкой частотой, то есть боль- шой длиной волны. Если высокочастотные колебания можно получить маленькой дрожащей фитюлькой, то для возбуждения длинных колебаний нужна массивная мед- ленно колеблющаяся штука, своими размерами сравнимая с длиной волны. Так, на- пример, при частоте в 7 герц длина звуковой волны составляет аж 48,5 метров. Такие длинные волны трудно остановить, они, в силу огромности, просто огибают все препятствия и распространяются дальше. А это значит, что от инфразвука трудно защититься. Он легко проникает сквозь стены и может распространяться на тысячи километров почти без затухания. Считается, что мощный инфразвук может не только вызывать безотчетный ужас, но и убить, так как при облучении частотой в 7 герц возможна остановка серд- ца. Дело в том, что определенные частоты инфразвука совпадают с резонансными частотами внутренних органов человека. А что такое резонансные частоты и что такое вообще резонанс? Это довольно грозное явление, из-за которого солдатам не разрешают марширо- вать через мосты. Если рота солдат проходит через мост не в ногу, а вразно- бой , мост их, конечно, выдержит. А вот если они будут шагать в ногу, то есть выстукивая каждый шаг синхронно, пролет моста может войти в раскачку и обру- шиться . Иными словами, резонанс - это совпадение собственной частоты колебаний предмета с частотой внешней раскачки. Детские качели представляете себе? Даже самый слабый и глупый малыш может самым маленьким усилием раскачать даже са- мые тяжелые качели очень сильно - потому что на каждом махе будет всего лишь чуть-чуть подталкивать качели в нужную сторону, с каждым качком все добавляя и добавляя им энергии. Это и называется резонанс - качели качаются с опреде- ленной частотой, и дурачок раскачивает их с такой же частотой, отчего ампли- туда качаний все увеличивается.
А что такое «собственная частота» предмета? А это частота, на которой он может колебаться. Она зависит от размеров и свойств предмета. Есть, например, такая штучка, как камертон - это двузубая металлическая «вилка» с длинными «зубцами», которая при легком ударе вибрирует, издавая звук определенной час- тоты. Изменения размеров камертона приводят к изменению частоты колебаний. В результате один камертон колеблется на одной ноте, а второй - на другой. Два камертона, настроенных на две разные ноты. С помощью таких вот устройств настраивают музыкальные инструменты, сравнивая зву- чание струны с эталонным звуком камертона. А что такое резонатор? Это особая система, в которой происходит накопление энергии колебаний из-за резонанса. Причем система не очень сложная. Гитару видели? Вот ее желтый кор- пус с круглой дыркой и есть резонатор. Звук струны входит в резонатор, и зву- ковые волны, отражаясь от его стенок, складываются, усиливая громкость. Такие же (только иного размера) резонаторы есть у скрипки, контрабаса, виолончели. Деревянные коробки-подставки, на которых стоят камертоны, - это тоже резона- торы . Наверняка вы знаете такой фокус - если поднести к уху морскую раковину, то можно услышать, как говорят, «шум моря». Действительно, шум, похожий на шепот прибоя, слышится. Это, конечно же, никакой не шум моря. Это усиленный резона- тором-раковиной обычный шумовой фон нашей жизни. Он называется белый шум. Ма- лые шумы окружают нас всегда, даже в тихой квартире, но обычно мы их не слы- шим, поскольку они очень слабы. Однако в раковине эти слабенькие шумы «кон- центрируются» и усиливаются, многократно отражаясь от стенок и направляясь прямо в ухо. У вас есть дома приличных размеров раковина? Если нет, это пря- мой недосмотр родителей: быть у моря и не купить ребенку ракушку совершенно непростительно! Впрочем, этот недостаток можно исправить - вместо ракушки по-
дойдет обычный стакан. Он точно так же усилит фоновый белый шум, если присло- нить его к уху. Кстати, а почему шум называется «белым»? Это по аналогии со светом. Вы же помните, что белый свет получается при смешении всех цветов (светов) радуги? То есть если взять весь спектр видимого света - красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый - и смешать, получится белый свет. Вот и шум широкого спектра, то есть разных частот, называют белым. Ну, а теперь вернемся к инфразвуку. Разные человеческие органы имеют разную частоту собственных колебаний. Су- ществует интересное предположение, что люди видят привидения в старых замках под воздействием инфразвука, частота которого совпадает с собственной часто- той глазного яблока (примерно 19 герц). Глазное яблоко при раскачке такой частотой начинает входить в резонанс, смазывая зрительную картинку. Оттого и чудится всякая чертовщина. А раскачивающий инфразвук порождается сквозняками, возникающими в результате сильных порывов ветра и гуляющими по длинным кори- дорам-трубам замков. Интересная гипотеза. Надо бы проверить... Еще один прикол состоит в том, что внутренние органы человека имеют собст- венную частоту около 7 герц. То есть наши внутренние органы - это своего рода семигерцовые «камертоны». И значит, при воздействии внешней частотой в 7 герц они начинают входить в резонанс. Именно отсюда и паника: организм ощущает эти опасные колебания сердца, печени, легких и боится умереть, паникует. И есть отчего - при воздействии особо мощного инфразвука люди теряют голову, у них начинают лопаться сосуды, нарушается сердечный ритм и функция дыхания. Теоре- тически сердце может и остановиться при сильном уровне инфразвукового шума. Понятное дело, что никто на людях этого экспериментально не проверял. Но тот факт, что перед крупными землетрясениями растет число сердечных приступов и инфарктов, данное предположение подтверждает. Дело в том, что глубинные сжа- тия и подвижки земной коры перед ударом землетрясения как раз и порождают ин- фразвук . Который, как мы знаем, распространяется на огромные расстояния. В 1966 году в Ташкенте случилось сильнейшее землетрясение, которое почти полностью разрушило город. Так вот, медицинская статистика отметила именно в этом году по сравнению с предыдущим и последующим рост сердечно-сосудистых заболеваний и проблем - инфарктов, приступов стенокардии, гипертонических кризов, эндокринных нарушений, инсультов. В 1980 году Ташкент снова трясло и трясло сильно. Поднятая после этого ме- дицинская статистика однозначно засвидетельствовала: в течение десяти дней перед землетрясением количество вызовов «Скорой помощи» скачком выросло в три раза. Пик вызовов случился за трое суток до первого удара. Причем чем дальше от эпицентра, тем меньше было вызовов, а чем ближе - тем больше. Причем, что интересно, страдали не только сердечники, почти в два с половиной раза вырос- ло и число психических заболеваний. О подобном сообщали также болгарские исследователи. Болгария страна горная, трясет там часто, и болгарами было отмечено, что даже у здоровых, но чувстви- тельных людей перед землетрясениями отмечаются беспричинный страх, беспокой- ство , слабость, головокружение. Животные гораздо чувствительнее к инфразвуку, чем люди. Многие звери слышат или ощущают инфразвук, впадая при этом в безумство и панику. Если вы вдруг увидите, как стада диких животных убегают сломя голову из какого-то места, если кошки, собаки и лошади начинают беспокойно метаться, знайте - скоро бу-
дет землетрясение. Инфразвук распространяется на большие расстояния, преду- преждая о грядущей катастрофе и пугая зверей, которые стараются в панике уб- раться подальше от страшного места. Именно в этом, возможно, и состоит эволюционный смысл страха перед инфра- звуком - это предупреждение об опасности. Ходят страшные рассказы о том, что в 1957 году перед мощным Гоби-Алтайским землетрясением отмечались внезапные смерти среди пастухов - еще до первых толчков они якобы падали замертво без всякой видимой причины. Если это правда, возможно, их сердца остановил инфра- звук. Но если нас кругом окружают инфразвуки, почему мы еще живы? Живы, потому что природные, фоновые инфразвуки очень слабы. И только в ис- ключительных условиях, типа надвигающегося землетрясения, они могут достигать сколь-нибудь заметной силы. Инфразвук может порождаться также ветром, обте- кающим горы, а концентратором, усиливающим рупором для инфразвука может по- служить рельеф местности в горах, поэтому в каких-то местах люди чувствуют себя неуютно, а покинув их, успокаиваются. Произвести инфразвук могут и длинные, похожие на органные трубы, ходы в горных пещерах. Один из спелеологов-любителей Виктор Ч. рассказывал автору этих строк: - Я побывал, наверное, в сотне разных пещер. И только четыре или пять из них можно назвать пещерами страха. Одна из самых известных - пещера под Ге- ленджиком . Про нее ходит множество ужасных слухов. Я там был несколько раз, но лично ничего не ощущал - просто не повезло или, наоборот, повезло. Сама пещера представляет собой прямой вертикальный ствол, шахту в горе, похожую на трубу. Этакая огромная дудочка да еще с боковыми отверстиями в виде ходов и выходов. И возможно, при ветре определенного направления и определенной силы там могут возникать опасные инфразвуковые колебания. А на море? А на море инфразвуковые колебания тоже вызываются ветром, обтекающим «вод- ные горы», то есть волны. Впервые эту идею высказал физик академик Василий Шулеикин еще в 1935 году. Он даже придумал данному явлению красивое название - «голос моря». Шулеикин считал, что возбуждение инфразвука порождается сры- вом воздушного потока с гребня морской волны и случается это перед штормами и ураганами, когда ветер усиливается. А это значит, что далеко распространяющийся инфразвук может заранее преду- предить о надвигающейся буре. Именно так и происходит! Медузы и некоторые другие прибрежные обитатели очень чувствительные к инфразвуковым колебаниям, поэтому перед штормом, пред- чувствуя его, медузы уплывают далеко в море, чтобы волнами их не выбросило на берег. В обычных условиях морские инфразвуки маломощны, но иногда их можно ощутить непосредственно. Именно так они и были обнаружены - в 1934 году на научно-исследовательском судне «Таймыр» в Карском море ученые запускали метеорологические зонды, на- полненные водородом. Зонд - это воздушный шар с прикрепленными к нему научны- ми приборами, который запускается для исследования атмосферы. И когда один из исследователей поднес шар к уху, он внезапно ощутил резкую боль. Отодвинул шар - боль прошла. Приблизил - снова стрельнуло. Парень подивился и рассказал
об этом Шулейкину, который тоже был на судне. Физик заинтересовался, начал думать. И додумался вот до чего... Виновник боли - дошедший до судна издалека штормовой инфразвук. Он очень слабый и просто так воздействовать на человека не может. Но воздушный шар, поднесенный к уху, послужил для инфразвука резонатором и многократно усилил его - так, что ухо заболело. Была бы другая частота, заболел бы какой-нибудь другой срезонировавший орган. Или возникла беспричинная паника. На равнине шар, поднесенный к уху, боли не причиняет. А на море при некото- рых условиях - причиняет. Значит, на равнине инфразвуков нет, а на море есть. Возможно, резонатором для этих звуков может послужить сам корпус корабля, это зависит от его линейных размеров и частоты долетевшего инфразвука. Если все условия для резонанса совпадают, вот тогда для экипажа и начинается на- стоящий кошмар. Все попытки загородиться от этой ужасной вибрации не помогают - закрывайся брезентом, забивай досками окна - ничего не поможет. Остается одно - панический побег от ужасающе вибрирующего корабля. Ну, что, нагнал я на вас страху? То ли еще будет! Трепещите заранее! ГЛАВА 3. ВОЛНЫ-УБИЙЦЫ И ВОЛНЫ ВИДИМОСТИ Итак, ветер, то есть поток газа, обтекающий волнистую поверхность моря, мо- жет порождать в атмосфере волны инфразвуковой частоты - от 0 до 20 герц. Те- перь отойдем от атмосферных волн и посмотрим на волны морские. Про цунами все, конечно, слышали. Толчок подводного землетрясения распро- страняется по океану в виде мощной волны. В открытом океане она не опасна, высота ее всего-то около метра, корабль такую волну даже не заметит, тем бо- лее, что волна эта очень-очень пологая, то есть дли-и-инная. Вы ведь, наде- юсь, помните, что длина волны - это расстояние между двумя соседними горбами (ну или впадинами, без разницы)? Так вот, длина волны цунами огромна - она может достигать 600 км. При этом ее скорость чертовски велика, она распро- страняется по морю с быстротой самолета - до 850 км/час. Но при приближении к берегу падает глубина и потому начинает катастрофически расти высота и кру- тизна волны. У самого берега она может достигнуть высоты в 30 метров, а это высота 10-этажного дома. Неудивительно, что такие волны разрушают целые горо- да, выкидывают на берег огромные корабли, забрасывают на гору тепловозы и убивают десятки тысяч человек. Например, в декабре 2006 года огромная волна цунами ударила по острову Шри- Ланка. Погибло 30 тысяч человек. И при этом практически никто из диких зверей не погиб. Представляете себе - на десятки тысяч человеческих трупов ни одного трупа животного! Спаслись и крупные звери - такие как слоны, леопарды, - и мелкие, типа кроликов и сусликов. Звери, которые во много раз более чувстви- тельны к предупреждающему инфразвуку, почувствовали угрозу заранее и ушли от берега подальше и повыше. Если бы люди последовали за ними, никто бы не по- страдал . Обезьяны убежали в джунгли за несколько часов до удара стихии, слоны обор- вали цепи, которыми были привязаны за ноги к колышкам, и ушли на холмы. Япон- ские туристы, которые приехали на остров, чтобы понаблюдать за животными, по- ехали на автобусе за слонами, поднимающимися вверх, и если бы они остались там, то уцелели бы. Но, полюбовавшись на слоников, они спустились вниз в гос- тиницу на завтрак - и погибли, попав под удар волны. То же самое цунами, которое ударило по Шри-Ланке, добило и до острова Пху- кет. Там произошла замечательная история. Ручные слоны катали туристов и вдруг ни с того ни с сего побежали от берега в джунгли. Поскольку на одном из
слонов была катающаяся девочка, погонщики с криками помчались за слонами. Слоны, однако, и не думали их слушаться, они остановились только забежав на холм. И только потому спаслись вместе с девочкой и погонщиками. В общем, цунами доставляет людям, живущим на океанском побережье, немало неприятностей. Но про цунами давно всем известно, в развитых странах сущест- вует служба предупреждения о цунами. Однако, помимо цунами и обычных штормо- вых волн, существует еще одно странное явление, которое долгое время наукой отрицалось. Это одиночные волны-убийцы. Среди моряков давно ходили легенды о том, что порою в океане в относительно спокойном море корабль вдруг настигает неведомо откуда взявшаяся огромная одиночная волна, переворачивает судно и так же быстро уходит. Ученые долгое время считали эти слухи обычными байками: у них по теории волн свыше 20 мет- ров в открытом океане быть никак не могло. И почему они одиночные? Откуда они берутся, если ветра нет и подводного землетрясения тоже не было? Не может та- кого быть! Однако 1 января 1995 года норвежскую нефтяную платформу, которая спокойно себе добывала нефть из дна морского, разбила гигантская волна. Ее официально зафиксированная высота оказалась более 25 метров. Это были уже реальные убыт- ки, от которых, как от слухов не отмахнешься. И поэтому была принята целая программа по поиску и исследованию таких необычных волн. Для их поиска по всей планете подключили систему спутников Европейского космического агентства и меньше чем за месяц зафиксировали на планете в разных ее местах больше де- сятка гигантских волн высотой свыше 25 метров! Хочу еще раз подчеркнуть - это были не цунами, поскольку их появление никак не связано с землетрясениями и подводными извержениями вулканов. Эти волны- убийцы беспричинно возникают словно бы из ниоткуда и уходят в никуда. Причем одна такая суперволна может с мачтами накрыть огромный нефтеналивной танкер, сухогруз или контейнеровоз прямо в открытом океане. А мы знаем, что цунами в открытом океане кораблем даже не замечается! В 1980 году неподалеку от Южной Африки гигантская волна нагнала сзади неф- теналивной танкер «Эссо Лангедок» и прокатилась на нему, накрыв даже радио- мачты. Когда она схлынула, помощник капитана, находившийся в рубке, даже ус- пел сфотографировать ее. Бывали такие случаи и ранее. Например, в 1973 году 300-метровый танкер «Свиленд» держал курс, борясь с 12-метровыми волнами во время шторма. Это в принципе большие волны! Но учитывая, что высота танкера была 30 метров, он с ними справлялся шутя. И вдруг прямо по курсу возникла гигантская волна, перед которой зиял огромный провал. В который судно и ухнуло. Гигантская волна уда- рила в танкер, перекатилась через него, травмировав нескольких матросов, и ушла. А вот как описывает свою встречу с аномальной волной офицер британского во- енного корабля: «Крейсер шел быстро и почти без качки, встречая умеренную зыбь и ветровые волны, когда внезапно мы провалились в яму и понеслись вниз навстречу следующей волне, которая прокатилась через первые орудийные башни и обрушилась на наш открытый капитанский мостик. Я был сбит с ног и на высоте 10 метров над уровнем моря оказался в полуметровом слое воды. Корабль испытал такой удар, что многие решили, что нас торпедировали, и заняли места по бое- вой тревоге. Капитан сразу же уменьшил ход, но эта предосторожность оказалась напрасной, так как умеренные условия плавания восстановились и больше «ям» не попадалось». Крейсеру повезло. Но так везет не всем. У берегов Японии похожая волна уда- рила в английский сухогруз «Дербишир», пробила грузовой люк и хлынула в трюм. Огромный корабль длиной в 300 метров, которому, казалось бы, ничего не страш- но , затонул, унеся с собой на дно почти полсотни человек.
А вот как погиб нефтеналивной танкер «Всемирная слава». Получив штормовое предупреждение, корабль сбавил ход и держался носом к волне, прекрасно справ- ляясь с ситуацией. Однако в какой-то момент невесть откуда возникла огромная 20-метровая волна, взобравшись на которую, танкер вывесил нос и корму, кото- рые оказались на какой-то момент в воздухе, не будучи удерживаемые водой. И корабль просто переломился пополам, разлив всю нефть. Какое-то время его по- ловинки еще сохраняли плавучесть, но потом затонули. Не повезло и судну «Нептун Сапфир», которому удар огромной волны оторвал нос - переднюю часть корабля длиной с 20-этажный дом просто отломило. Считается, что именно волны-убийцы стали за последнюю четверть века причи- нами гибели более двух сотен кораблей, причем десятая часть из них - это ги- гантские супертанкеры, которые считались непотопляемыми. В теории самый сильный ветер при самых благоприятных условиях не сможет на- гнать волну выше 20 метров в высоту. Откуда же берутся волны высотой в 30 метров, если теория их запрещает? Значит, они результат не ветрового нагона. И не результат землетрясения. А чего тогда? Ведут себя эти волны странно. Иногда такая волна-убийца вдруг нежданно воз- никает в полном одиночестве, а затем пропадает без следа. А иногда такие вол- ны возникают целой серией и бегут по океану, преодолевая сотни километров. Возможно, эти суперволны - результат сложения, суммирования волн поменьше, предположили ученые. Так оно в итоге и оказалось: волны-убийцы - порождение наложения разных волн друг на друга. А что, разве волны умеют складываться? Да, мои маленькие и крупные друзья, волны умеют складываться! И это очень и очень интересное дело. Интересное как на практике, так и в виде отвлеченных рассуждений. Вот смотрите... Физика изучает взаимодействие всяких физических тел. К те- лам мы привычные, мы и сами - тела на ножках. Все физические тела сделаны из вещества. Мы теперь знаем, как оно устроено на разных уровнях: три элементар- ные частицы - атомы - молекулы. Кроме вещества, в этом мире существует еще некое неосязаемое и невидимое поле, как мы выяснили. Вещество и поле называют громким словом «материя». Физики изучают свойства материи. И вот теперь выяс- няется, что физики изучают еще и волны. А что такое волны? Это и не вещество и не загадочное поле. Волна - это чис- тое движение. Процесс! Процесс колебания частиц среды, в которой распростра- няются волны. При этом сами свойства среды физиков, изучающих волны, не особо интересуют. Это может их заинтересовать, только если указанные свойства среды влияют на распространение волн в ней. А так физиков-волновиков интересуют только свойства самих волн - как таковых. Им интересно, как волны преломляют- ся, как они огибают препятствия, как складываются друг с другом или гасят друг друга. Выясняется, что вне зависимости от того, какое именно вещество колеблется, то есть по какой именно среде передаются волны, у всех волн, как у физическо- го процесса, наблюдаются одни и те же свойства. Самыми известными из этих свойств являются дифракция и интерференция. Эти многомудрые слова не должны вас пугать. Напротив, принятие вами на воо- ружение новых научных слов делает вас сильнее, круче и богаче на голову. Что такое дифракция? Это способность волн огибать препятствия или проходить сквозь щели. И не спрашивайте меня, каких волн - водяных или воздушных. Лю- бых! Потому что волновая физика изучает свойства процесса распространения
волн, а не свойства среды, по которой они бегут. Общие свойства волн от среды не зависят. Посмотрите внимательно на два рисунка ниже. Слева на стенку набегает сплош- ной волновой фронт. В стенке дырка. Как вы думаете, каким образом после дырки будет распространяться волна - как нарисовано на первом рисунке или как на втором? м f))))))])llllljllllllll Слева набегают волны. Какой характер будет носить их распространение после отверстия в стенке — как на первой картинке или как на второй? Правильный ответ - как на первом. Потому что у волн есть свойство «заги- баться», то есть слегка огибать препятствие и проникать в область геометриче- ской тени. То есть, казалось бы, в каком-то месте за препятствием колебаний быть не должно, но волна эдак аккуратно за препятствие заглядывает и бежит там, где должна была быть волновая тень, если бы волны огибать препятствия не умели. Если вас и вашего приятеля будет разделять небольшая гора, и он, поднату- жившись, крикнет из-за горы, вы его услышите, хотя гора вас затеняет от зву- ка. Это произойдет потому, что волны имеют свойство препятствия огибать. (Ко- нечно, гора должна быть при этом не слишком велика, а то звук просто ослабнет из-за расстояния.) <г> Голос вопящего за горой слышен из-за дифракции.
Теперь самым внимательным образом посмотрите на картинку ниже. Здесь волны не проникают через дырку в стенке, а огибают столбик, на который мы смотрим как бы сверху. А почему после огибания препятствия там получилась какая-то полосатая зеб- ра? Да потому что волны, с двух сторон обогнувшие края столбика, встретились и начали складываться и минусоваться друг с другом. Если горбик одной волны совпал с горбиком другой, получилась волна вдвое выше. А если горбик одной волны совпал с провалом другой, они погасили друг друга - горбик заполнил провал. Вот и получается - где-то двойные волны, а где-то волн вовсе нет. Сложение волн друг с другом называется интерференцией. И в данном случае эта интерференция у нас получилась из-за дифракции, то есть из-за того, что волны разделились препятствием, обогнули его, чуть изменив направление, и встретились друг с другом, начав складываться друг с другом и вычитаться друг из друга. Волна огибает столб, давая полосчатый рисунок. Разумеется, складываться и вычитаться могут только волны одной частоты, в науке их называют когерентными. А если частоты разные? Тогда сложения не бу- дет, а будет независимый бег волн - как на море. Представьте себе, как по мо- рю катятся большие валы волн, а по их поверхности распространяется мелкая рябь, которая никак не мешает накату больших волн. Эти разные волны существу- ют параллельно и сложиться не могут. А вот если частота (длина волн) совпада- ет - тогда могут. В физике складывается только то, что может сложиться. Бесполезно складывать пять яблок и три трактора, у вас все равно будет пять яблок и три трактора. А вот пять яблок и три яблока сложить можно - получится 8 яблок. Не так ли? Этим физика отличается от математики. В математике складываются голые цифры, а в физике - вполне конкретные величины. Поэтому мой вам хороший совет: когда вы станете академиком в области физики, всегда обращайте внимание на единицы измерения того, что складываете. А то еще сложите по забывчивости килограммы с метрами или вольты с амперами, греха не оберешься. За такое и Нобелевскую премию могут сразу отнять! Потому как это все равно, что в математике на ноль разделить - за подобное математики сразу убить могут. А теперь вообразите, что у нас неподалеку от берега есть два источника ко- герентных волн, то есть тех, которые могут складываться - с одной частотой.
Ну, как будто мы одновременно бросили неподалеку друг от друга два совершенно одинаковых камушка, породившие одинаковые волны. Картинка того, как они будут складываться, нарисована ниже. Здесь толстыми линиями нарисованы бугры волн, а тонкими линиями - впадинки. Места, где встречаются бугры, обозначены черными кружочками, здесь из-за сло- жения высота суммированных волн будет вдвое выше. А места, где встречаются бугор одной волны и впадинка другой, обозначены белыми. Здесь волна гасится, бугор поглощается впадинкой, и волнения нет. Сложение когерентных волн. Но поскольку волны расходятся от упавших камней кругами, на берегу будет наблюдаться удивительная картина - в одних местах, куда подбегают удвоенные волны, будет сильный прибой (лучи распространения показаны желтым). А между ними - тишина и спокойствие, никаких волн! Этакий пунктирный прибой. Волновые лучи — результат сложения круговых волн из двух источ- ников возбуждения. Прелестно!
А теперь внимание! Сейчас будет фокус! Необычайно хитрые физики XVIII века пропускали солнечный свет через малень- кую дырочку в плотной занавеске на окне и получали тонкий солнечный луч. Ко- торый затем пропускали через две маленькие щели в черном экране. Свет, пройдя через щель, расширялся конусом, огибая препятствие в виде краев щели (дифрак- ция) , и распространялся конусом дальше, встречался с соседним, точно таким же конусом. И оба лучевых конуса начинали складываться и вычитаться (интерферен- ция) . Схема эксперимента, проведенного физиком Юнхюм. Внизу волнистой ли- нией показана интенсивность света, падающего на экран. В серединке она максимальна, затем темное место, затем светлое и так далее. Получилась картина нам уже знакомая - дифракция и интерференция. И что это значит? Это значит, что свет - волна! Значит, спор между Ньютоном, который считал свет летящими маленьким части- цами-корпускулами, и его оппонентами, которые говорили, что свет есть волна,
разрешился в пользу волновиков. Свет обладает свойствами волн, значит свет есть волны, а не частицы! Поток частиц не обладает свойствами дифракции, и частицы не могут складываться между собой. Как ведут себя волны и как частицы. Набегающие на отверстия волны и частицы. Ученые определили и скорость световой волны в вакууме, то есть в пустоте, она оказалась равна 300 000 км/с. Это самая большая скорость на свете, быстрее ничего не бывает. В других ма- териалах скорость света меньше. Так, например, в алмазе по сравнению с вакуу- мом она падает более чем вдвое и составляет 124 000 километров в секунду. Стала понятна и сущность цвета. Помните дисперсию белого луча, которую от- крыл Ньютон? Белый свет в призме разлагается на 7 цветов радуги, то есть яв- ляется смесью семи разных цветов. Чем же эти цвета отличаются друг от друга? Оказалось, только частотой (длиной волны) и больше ничем. Посмотрите на табличку ниже. Там приведены для разных цветов длины их волн в нанометрах и диапазоны частот в Тетрагерцах. Что это значит? Это значит, что если световая волна длиной в 550 нанометров попадает нам в глаз, нам кажется, что зелененьким посветили. Наш глаз - уни- кальный инструмент, он умеет определять частоту световой волны и сигнализиру- ет нам об этом чувственным образом, который мы воспринимаем как цвет.
Семь цветов радуги в физическом выражении. Цвет Фиолетовый Синий Голубой Зеленый Желтый Оранжевый Красный Диапазон длин волн, нм 380-440 440-485 485-500 500-565 585-590 590-625 625-740 Диапазон частот, ТГц 790-880 680-820 620-600 600-530 530-510 510-480 480-405 Почему кирпич красный? И почему мы вообще видим что-то? Подсветка помогает! Световые волны падают на разные предметы, отражаются от них и попадают на два наших датчика, которые называются глазами. Если предмет - например, кирпич, поглощает все световые волны, кроме красного, а красный отражает, отраженный красный попадает к нам в глаз, и мы восклицаем, потирая руки: - О! Волна частотой примерно в 450 тетрагерц пришла! Нет, не так. Все наоборот! Как только волна с частотой примерно в 450 тетрагерц попадает к нам в гла- зищи, мы радостно восклицаем: О! Красненьким запахло! Я ничего не перепутал?.. источник света {у/ на поверхности сетчатки есть три типа световых рецепторов объект (яблоко) глаз Отраженный от объекта свет попадает на сетчатку глаза, откуда "информация- передается в мозг Мозг, в оспринимаю ш^й цвет Почему красное — красное? А почему черное кажется нам черным? Потому что черный предмет поглощает весь диапазон видимого света - и красное, и оранжевое, и желтое, и зеленое, и голубое, и синее, и фиолетовое. И ничего не отражает. Вот и выглядит черным, как черт. А почему тарелка - белая? А потому что вещество тарелки обладает таким свойством - отражать все па- дающие на него лучи. И они все попадают нам в глаз. А смесь всех лучей - это белое. Теперь вы и сами можете ответить на следующие загадки: □ Какие цвета поглощает зеленая листва на деревьях? □ Какие цвета отражает красная краска?
□ Что нам кажется, когда в глазенки проникает волна длиной в 600 нанометров? □ А что наши глазенки говорят нам, когда в них попадает частота в 500 ТГц? Волновые свойства света Почему ложка в стакане кажется изломанной? Потому что когда волна переходит из одной среды в другую, например, из воз- духа в воду, она меняет направление движения. Это явление так и называется - преломление. С помощью преломления можно увидеть то, что находится «за углом» Кстати говоря, дисперсия света, которую открыл нам уважаемый старик Ньютон, - это тоже следствие преломления. Посмотрите еще раз на картинку дисперсии света ниже. Что мы видим? Да не что иное, как двойное преломление света, ло- мающегося сначала при входе из воздуха в стекло, а потом - при входе из стек- ла в воздух. Мы видим, что фиолетовый цвет, то есть с меньшей длиной волны и большей частотой, ломается больше (имеет больший угол преломления), чем крас- ный. Какой вывод? Высокочастотное излучение имеет больший угол преломления - вот какой! Смот- рите-ка, вот и еще один физический закончик невзначай нарисовался! Оказывает- ся, угол преломления зависит от длины волны. Потому, собственно, дисперсия и получается.
Дисперсия света в стеклянной призме. Почему мыльный пузырь радужный? Потому что мыльная пленка очень тонкая, ее толщина в 5 тысяч раз тоньше че- ловеческого волоса. А это значит, что ее толщина сопоставима с длиной свето- вой волны, что при сложении волн имеет большое значение. О каком сложении волн идет речь? Да о той самой интерференции, о которой мы уже знаем. На рисунке ниже показано, какие именно лучи складываются - отраженные от внешней поверхности пленки и отраженные от ее внутренней поверхности. ' ' " -ф Ф . *=v ^ Л^^ J-V Красная волна Голубая г волна 1 1 / v/\^\/ 1 ч/ с ■-,' ■_. \ЛААЛ Интерференция цветных лучей в тонкой пленке.
Дело в том, что в глаз прилетают лучи, которые прошли разный путь - одни сразу отразились от внешней поверхности пузыря (луч 1), а другие «сходили» к его внутренней поверхности, то есть прошли путь чуть больший. На выходе эти разделенные лучи встречаются и начинают интерферировать. Если при этом у го- лубого цвета, например, горбик первой волны совпадет с провалом второй, они погасятся. И голубого цвета не будет! А длина красного света иная. И потому у красного может произойти обратное - горбики двух волн совпадут, дав усиление красной волны. И мы увидим яркие красные переливы. Но поскольку пузырь как бы стекает сам по себе, повисая внизу каплей, его стенки истончаются, меняются, соответственно, меняется длина пробега волн - отсюда и переливы. Почему небо голубое? Почему не зеленое? Не желтое? Не бесцветное? Вообще, как известно любому гражданину, воздух цвета не имеет, он прозрачный. Отчего же небо, «сделанное» из воздуха, имеет цвет - да еще такой красивый? А дело в том, что солнечные лучи при попадании в атмосферу рассеиваются. Но рассеиваются они по-разному. Давайте разберемся. Что значит «рассеиваются»? И почему по-разному? Рассеивание - это буквально разбрасывание, раскидывание во все стороны. Прилетающие из космического безвоздушного пространства в атмосферу Земли све- товые волны начинают отражаться от молекул воздуха и разлетаться во все сто- роны, «разбрызгиваться» влево, вправо, вперед, назад. Затем отраженные волны налетают на следующую молекулу, снова отражаются в случайном направлении, опять налетают на следующую молекулу и так далее. Но происходит это в основ- ном с голубыми волнами, поэтому каждая точка атмосферы светится голубым све- том. Почему же рассеивается в атмосфере только голубой свет? Да потому что голубые и фиолетовые волны - самые короткие (но фиолетовых лучей солнце дает мало, к тому же фиолет хорошо задерживается в верхних слоях атмосферы, оттого небо не фиолетовое, а все-таки голубое.) А мы с вами уже знаем - длинным волнам распространяться легче: если ультразвук затухает быст- ро, то инфразвуки могут распространяться на тысячи километров, они легко оги- бают любые препятствия за счет своей огромной длины. То же самое и со светом - более длинные лучи более дальнобойные. А длинные волны в солнечном свете какие? Те, что ближе к красному концу спектра! В силу длины им легче огибать молекулы атмосферы и лететь дальше. Поэтому если вы хотите сделать какой-то предупреждающий огонь, лучше сделать его красным - он дальше виден. А вот фа- ры военных грузовиков делают синего цвета: если передвигаться нужно ночью и скрытно - так, чтобы противник не заметил, дорогу подсвечивают синим светом: он «короткодействующий» и издалека незаметен, поскольку быстро рассеивается и затухает. Теперь вы сами можете ответить на вопрос, почему закат и восход окрашивают небо в красный и оранжевый цвета. «Горит восток зарею новой», - писал поэт, имея в виду цвет огня. Не можете? Хорошо, я скажу. Дело в том, что во время восхода и заката солнце стоит низко над горизон- том, а значит, его лучам приходится пробивать более толстый слой атмосферы. Самое проникающее - длинное красное излучение с этим справляется лучше и до- летает до глаз. А более короткие волны окончательно рассеиваются и гаснут. Оттого закатное небо вблизи солнца и кажется красным.
ЛУЧИ СОЛНЦА НА ЗАКАТЕ v ЛУЧИ СОЛНЦА В ПОЛДЕНЬ / АТМОСФЕРА' Закатные лучи пробивают более толстый слой атмосферы, чем дневные. Почему далекие предметы кажутся нам маленькими, а близкие - большими? Айв самом деле, почему? Это настолько привычно, что воспринимается абсо- лютно естественно. Но если задуматься... Они ведь реально не уменьшаются, предметы! Но почему-то при удалении начинают казаться нам маленькими. Что вы- зывает эти галлюцинации? Если вы взрослый человек, то прежде, чем читать дальше, попробуйте ответить на этот вопрос сами себе, ведь вы уже большой! Вдруг получится. А если вы ребенок, можете сразу читать дальше, поскольку детей автор мучить не собирается. Итак, для того, чтобы разобраться с вопросом, нам нужно понять, как работа- ет человеческий глаз. Мы уже в этой публикации называли человеческие глаза датчиками световых волн. А еще их можно назвать объективами. Потому что в каждом глазу стоит своя линза переменной кривизны, называемая хрусталиком, которая наводит изо- бражение на резкость. А проецируется изображение на экранчик, который называ- ется сетчаткой. Как работает линза, знает каждый хулиган, который лупой собирал солнечные лучи с вредительской целью поджечь бумажку. Бумажка при этом коричневела, во- няла и дымила, чему хулиган несказанно радовался. У каждой линзы свой фокус, он зависит от кривизны лупы. Бывают линзы длин- нофокусные , бывают короткофокусные. Более плоские - длиннофокусные, более пу- затенькие - короткофокусные. А еще линза может получать на экране переверну- тое изображение. А теперь, поняв все сказанное и в совершенстве овладев, таким образом, нау- кой оптикой (это раздел физики, изучающий преломление лучей видимого света), давайте соберем глаз. Видите, как работает глаз? Лучи от изображения, преломляясь в хрусталике, перекрещиваются и формируют на сетчатке изображение. Сетчатка состоит из све- точувствительного материала, который преобразует световой сигнал в электриче- ский. А тот уже по толстому кабелю зрительного нерва поступает в мозг на об- работку .
Линза за счет преломления лучей собирает их называемую фокусом. точку, Это глаз. Он отличный и моргает, Обратите внимание, изображение на нашем внутреннем экране получается пере- вернутым! Почему же вы видим мир не вверх тормашками? Да потому что мозг пе- реворачивает его как надо. Наш мозг - это компьютер, который обрабатывает по- ступающий сигнал и решает, как его интерпретировать. Сначала в глазу по зако- нам оптики мир аппаратно переворачивает вверх ногами. А потом в мозгу он сно- ва переворачивается, но уже программно. Ученые проводили такой эксперимент - они надевали на человека очки с линза- ми , которые переворачивали изображение вверх ногами. И запрещали снимать! Ка- кое-то время испытуемый терпел неудобства, наблюдая мир перевернутым. Но по- том мозг давал поправку, менял программку и снова начинал видеть мир нормаль- ным. Когда потом человек снимал очки, он опять начинал видеть мир переверну- тым. И какое-то время вновь терпел неудобства, пока мозг снова не переворачи- вал изображение. Мозгу такое делать не впервой. Все младенцы видят мир в полном соответствии с законами оптики - перевернутым. Но потом мозг дает команду, и вскоре кар-
тинка переворачивается как надо. Но переворачивается она в мозгу, а не в гла- зу. Ну, а теперь ответим на заданный ранее вопрос - отчего дальние предметы ка- жутся нам меньше. Они кажутся нам меньше, поскольку занимают на экране (на сетчатке) меньше места! Отчего же? А оттого, что при удалении меняется угол зрения. Чем меньше места на сетчатке занимает изображение, тем меньше нам кажется предмет. 4 к Далекие предметы дают маленькое изображение. Потому что угол 2 меньше угла 1. (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Технологии КУЛЬТИВИРОВАНИЕ НЕХОРОШИХ РАСТЕНИИ Закрой глаза и ты увидишь то, что я тебе скажу. ИПОМЕЯ Ipomoea violacea (англ. Morning glory) — растение рода Ипомея семейства Вьюнковые. Семена некоторых разновидностей Ipomoea violacea содержат психоак- тивные вещества и традиционно используются коренным населением Америки в ма- гических ритуалах (как правило, в предсказаниях будущего). Это однолетняя лиана с округлыми, чётко выраженными сердцевидными листьями 1,8-7,5 см в ширину и 7,5-10 см в длину. Цвет её колоколообразных цветков может варьировать от белого до красного, фиолетового, синего, или фиолетово-синего. Плоды овальной формы 1,25 см в длину. Семена чёрные, продолговатые, угловатой формы. Изначально была распространена в горах Южной Мексики, Гватемале, Вест-Индии и тропиках Южной Америки. Действующим веществом Ipomoea violacea является эргин (амид лизергиновой кислоты), родственный ЛСД. Как правило, содержание алкалоидов в семенах до- вольно низкое (порядка 0,05 %), однако встречаются разновидности с более вы- соким содержанием (до 1,3 %). Помимо эргина, семена Ipomoea violacea содержат незначительное количество эргометрина и ос-гидроксиэтиламида лизергиновой ки- слоты . ASD относится к группе диссоциативов, вызывая различные видения, ощущение «отделения сознания от тела» и т. п. Семена Ipomoea violacea могут продаваться и под другими видовыми названиями (синонимами) , но при приобретении семян, эти названия на упаковке не имеют решающего значения. Психоактивные вещества присутствуют в семенах следующих
видов ипомеи: Русское название "Небесно-голубая" "Летающая тарелка" "Жемчужные врата" "Синяя звезда" "Свадебные колокола" Вариант названия "Небосвод" "Летающие блюдца" "Голубая звезда" "Свадебные колокольчики" Английское название "Heavenly Blue" "Flying Saucers" "Perly Gates" "Blue Star" "Wedding Bells" Другие разновидности также могут содержать психоактивные вещества, весьма вероятно в меньшем количестве, но могут оказаться и ядовитыми. хотя
Выращивание Сложно сказать, стоит ли выращивать ипомею. Возможно, это выход, если у вас есть возможность засевать большие участки почвы. Но это достаточно муторно. Совершенно нет никакого смысла растить ипомею на балконе и на подоконнике - семян получиться мало. Если вы хотите всего лишь получить психоделический опыт, то проще купить 10 пакетиков семян в любом цветочном магазине и не во- зится с культивацией. Ипомея достаточно большое растение, в высоту достигает 1,5-3 метра, в зави- симости от вида. Ипомея - вьюнок, поэтому нуждается в опоре для роста. По- скольку ипомея - однолетник, она живёт меньше года и цветёт в течение июня, июля, августа и сентября, если вы посадили её в правильное время, а это вто- рая половина мая для видов, сажаемых прямо в грунт. Для "небесно-голубой" по- сев на рассаду в феврале - марте и пересадка в грунт в апреле-мае. Инструкцию вы найдёте на упаковке, в которой продаются семена. Ипомея любит солнце, поэтому не сажайте её в тени. Лучше всего посадить возле забора. Не следует сажать ипомею в хорошо удобренную почву, иначе она будет "жировать" в ущерб цветению. Обычно семена не успевают вызреть, но существует рекомендация: для получе- ния семян выращивать ипомею в 10-литровых или 15-литровых горшках, на чистом перегное, без подкормки. Ограничение роста корневой системы растений в горш- ках не дает очень сильно развиться зелёной массе и вызывает ее раннее цвете- ние . В самом конце сезона, когда ипомея уже отцветает, на побегах остаётся множество недозрелых семян молочной спелости. Ёмкости с растениями, предвари- тельно срезав шпагаты, можно внести в помещение или в теплицу для дозревания вообще всех 100% семян. Посев семян ипомеи в субстрат производят в середине мая, но предварительно их скарифицируют (нарушают целостность оболочки) или просто замачивают на су- тки в воде 25-30 °С для набухания. Если семена не набухают, их оболочку нужно проколоть иглой и опять замочить. Особое внимание следует уделить составу грунта, и именно здесь возникают трудности, так как для каждого вида нужен определенный субстрат. Виды афри- канского происхождения предпочитают почву для суккулентных растений с добав- лением мелкого керамзита, американским сортам такой грунт не подойдет, и вам придется составить для них смесь из двух частей листового перегноя, добавив к
нему по одной части торфа, вермикулита, коксового волокна и полчасти мелкого керамзита. Семена высаживают в маленькие стаканчики с субстратом по две-четыре штуки в каждый и накрывают стеклом или пленкой, чтобы получился парничок. Поливайте грунт по мере необходимости, проветривайте, удаляйте конденсат, соблюдайте 18-20-градусный температурный режим, и сеянцы появятся через 10-12 дней. Когда сеянцы подрастут до 15 см в высоту, к основанию ростка привязывают шнурок, второй конец которого оттягивают вверх и закрепляют: по этой направ- ляющей будет карабкаться подрастающий вьюн. По мере роста рассады ее придется раз-другой переместить в большую емкость способом перевалки, чтобы не повре- дить и не оголить корни. Если вы хотите получить больше боковых побегов, рас- саду нужно прищипывать. Посадка в открытый грунт подросшей рассады ипомеи осуществляется в конце мая или начале июня. В это время почва уже прогрелась и можно не бояться ноч- ных заморозков, которые могли бы погубить молодую лиану.
Молодые побеги пересаживают способом перевалки на расстоянии 20 см друг1 от друга и сразу же устанавливают над ними опору: это может быть решетка из прутьев или натянутая леска. Можно высевать семена прямо в открытый грунт, минуя рассадный период. Дела- ют это в конце мая после заморозков, выбрав для посадки солнечный и безвет- ренный участок. Ипомея предпочитает слабокислый грунт и требует хорошего дре- нажа. Какой бы способ посадки вы ни избрали, будьте осторожны, потому что ипомея очень ядовита. Именно поэтому ее выращивают на открытом воздухе. Ухаживать за ипомеей просто: поливайте регулярно, но умеренно, чтобы не об- разовывался застой воды в корнях: с мая по август - не дожидаясь, когда под- сохнет земля, а с сентября - после подсыхания грунта. Подкормки производите в период активного роста через каждые 2-3 недели удобрением для декоративно- цветущих растений или для кактусов. Однако избыток удобрений, особенно азото- содержащих, может привести к интенсивному формированию листвы, но при этом ипомея не цветет, поэтому важно при подкормке соблюдать меру. Концентрация удобрений должна быть, как для комнатных растений. Время от времени ипомея нуждается в обрезке: нужно удалить поврежденные или больные на вид побеги, лучше всего обрезать лиану в сентябре, приводя расте- ние в порядок перед периодом покоя. Весной обрезку проводят для прореживания куста, оставляя в каждом не более трех стеблей. Иногда приходится прореживать ипомею в период вегетации. Среди болезней ипомеи - грибковые заболевания (белая ржавчина, антракноз, разные виды гнилей - корневая, стволовая, черная, мягкая), вирусные заболева- ния (порядка двадцати различных вирусов) и физиологическое заболевание белый отек. Грибковыми болезнями растение обычно заражается через грунт, особенно при хроническом переувлажнии. Некоторые грибковые болезни можно вылечить, удалив подгнившие места и обработав ипомею фунгицидом, но такие хвори, как мягкая, корневая и стволовая гнили не лечатся, поэтому зараженные ими экземп- ляры нужно уничтожить. Не поддаются лечению и вирусные заболевания: поражен- ные растения нужно сжигать, чтобы не заражать здоровые. Белый отек - не ин- фекционное заболевание, кроме того, страдают от него только растения, вырос- шие в теплице или в квартире. Возникает он, когда слишком частый полив накла- дывается на высокую влажность воздуха и слишком низкую температуру и выража- ется в появлении волдырей и шишек на листьях, которые из зеленых и желтоватых постепенно становятся коричневыми. Вскоре листья желтеют и опадают. Старай- тесь соблюдать агротехнические правила выращивания ипомеи, и эта проблема просто не возникнет. Из вредителей главные враги ипомеи - тля и паутинный клещ. От тли можно из- бавиться, обработав растение мыльной водой, а паутинный клещ боится опрыски- вания холодной водой, но эти методы действуют, если вы обнаружили непрошенных гостей сразу. Если же они освоились и обжились, то и с тлей, и с паутинным клещом придется бороться системным инсектицидом типа акарина, карбофоса, фи- товерма или актеллика. Собирать семена специалисты рекомендуют со второго и третьего бутона. Когда цветы завянут и на их месте образуется коричневая коробочка, дайте ей высо- хнуть и чуть приоткрыться. Случится это приблизительно через месяц. Высыпьте семена из коробочки в бумажный пакет и напишите на нем название сорта. Ипомею в наших широтах выращивают как однолетник, поэтому осенью, когда ли- стья увянут и опадут, вы можете обрезать стебли ипомеи, землю перекопать, удалив корневище. Следующей весной вы посеете семена, и у вас вырастет новая ипомея. А может так случиться, что семена вам сеять не придется, поскольку
ипомея прекрасно размножается самосевом, и если на место, где она росла в этом году, просыпались семена из созревших коробочек, то вполне вероятно, что и в следующем году на этом месте начнут расти молодые побеги ипомеи. ЭКСТРАКЦИЯ АЛКАЛОИДОВ В 100 граммах семян содержится: • 3500 микрограмм эргина • 500 микрограмм изоэргина • 500 микрограмм эргометрина Метод 1 Прежде всего, понадобятся: • Семена. Предупреждение: известно о том, что некоторые компании обрабатыва- ют семена различными токсическими соединениями, чтобы предотвратить неза- конное употребление или же защитить семена от вредителей и грызунов. По- этому убедитесь в том, что семена, которые вы используете, не токсичны (это действительно важно). Мыть семена не имеет смысла, если они обработа- ны токсичными соединениями, вода не смоет яд полностью. • Кофемолка. • Растворитель-1 - неполярный растворитель (очищенный бензин, петролейный эфир, керосин). • Растворитель-2 - полярный растворитель (ацетон - не используйте пластик, метанол, этанол, дихлорметан, эфир, вода). • Два или больше пластиковых, фарфоровых, металлических или стеклянных кон- тейнера с плотно закрывающейся крышками. Ёмкостью примерно 200-250 милли- литров . • Воронка - одна или несколько. • Фильтровальная бумага и мелкое сито, также будет полезна небольшая мягкая кисточка. • Мерный стакан на 200-250 миллилитров. • Высокая стеклянная колба/стакан (или несколько). Удобно использовать для фильтрации через воронку. • Фарфоровая или стеклянная тарелка или какая-то плоская ёмкость (но не сто- ит использовать посуду сложной формы). Спецификации реактивов Неполярные растворители-1: • Бензин - используйте только очищенный бензин для зажигалок (наподобие Zippo), пары бензина токсичны и взрывоопасны, помещение, где он испаряет- ся, должно быть проветриваемо. Бензин, по возможности, должен испаряться полностью, не оставляя сухого осадка и запаха. Для того чтобы проверить качество бензина, капните немного на чистое зеркало, после испарения не должно остаться следов на поверхности (в крайнем случае, могут остаться небольшие полупрозрачные серые следы), также можно проверить и другие рас- творители. Бензин содержит вещество нафта (лигроин или нефтяной спирт), которое нельзя вдыхать. Не ни в коем случае не используйте бензин, содер-
жащий бензол. • Керосин - теоретически можно использовать авиационный керосин, который чи- ще бензина. • Петролейный эфир. Пары взрывоопасны. Очевидно, оптимальный растворитель. Полярные растворители-2: • Вода - наиболее доступное средство, но растворяет достаточно плохо. Ис- пользуйте только чистую (фильтрованную или дистиллированную) холодную во- ду. • Ацетон - хороший растворитель, но частично разрушает эрголиновые алкалои- ды. Имеет резкий сильный запах. Растворяет пластик. • Метанол - древесный (или метиловый) спирт. Пары взрывоопасны. Метанол очень токсичен, 5-10 миллилитров вызывают слепоту, 30 - смертельное отрав- ление . Действует на нервную и сосудистую системы. • Этанол - этиловый спирт. Запрещён к свободной продаже. Не токсичен. Опти- мален (можно использовать другие спирты, но следует убедиться, что они хо- рошо растворяют и не токсичны). Не стоит использовать водку (хотя это ре- комендуется в некоторых источниках), поскольку после испарения спирта в оставшейся воде начинается разложение растительных веществ. • Дихлорметан - метиленхлорид. Полностью растворяет массу алкалоидов, не токсичен. Обладает слабым наркотическим действием. • Хлороформ - обладает наркотическим действием. Умеренно токсичен. • Эфир - диэтиловый или серный эфир. Пары токсичны и взрывоопасны. Не рас- творяет алкалоиды полностью. При окислении кислородом образует взрывчатые вещества. Процесс экстракции Измельчение семян Измельчите нужное количество семян в кофемолке. Во время измельчения в ко- фемолке семена нагреваются, что может привести к частичному или полному раз- рушению эрголиновых соединений. Поэтому включайте кофемолку на 15-20 секунд с перерывами в 3-5 минут, чтобы порошок успевал остыть. Желательно использовать хорошую кофемолку, чтобы семена измельчались как можно быстрее. Семена должны быть измельчены полностью до состояния порошка. Извлечение масел и прочих не алкалоидов Вообще, перед этим процессом рекомендуют провести промывку семян проточной водой. Поместите порошок в контейнер с плотно закрывающейся крышкой. Залейте Растворителем-1, его должно быть приблизительно в 3-4 раза больше чем семян, но нет смысла использовать слишком много. Плотно закройте крышку и взболтай- те, порошок должен пролежать в растворителе как минимум час (полностью доста- точно 5-8 часов), периодически хорошо взбалтывайте. Слейте растворитель через фильтровальную бумагу (используя воронку), в некоторых источниках утверждает- ся, что растворитель может быть использован повторно, но эта информация не подтверждена экспериментально. Если у вас нет фильтровальной бумаги, можно использовать туалетную или салфетки (поверхность фильтра должна быть по воз- можности гладкой, и стоит убедиться в том, что фильтр достаточно прочен и не прорвётся под давлением жидкости), но лучше всё же купить фильтровальную бу- магу.
Удаление остатков Растворителя-1 Часть порошка, скорее всего, останется в контейнере, поставьте её у откры- того окна (только не на солнце) чтобы растворитель испарился (не вдыхайте па- ры, лучше всего работать в проветривающемся помещении). Когда порошок просох- нет, счистите его мягкой кисточкой с фильтровальной бумаги в тот же контей- нер. Растворитель должен полностью испариться, это займёт от получаса до двух, в зависимости от растворителя, который вы используете. Порошок не дол- жен иметь запах растворителя (если это бензин, очень слабый запах может ос- таться, это не страшно). Извлечение алкалоидов Теперь залейте порошок (можно в том же контейнере) Растворителем-2. Вам по- надобится около 150-170 миллилитров растворителя. Порошок должен находится в растворителе как минимум три дня, но вы можете оставить его на неделю или да- же месяц. Периодически раствор нужно взбалтывать. Растворитель должен окра- ситься в коричневый или бежевый (зеленоватый, если вы используете "Летающую тарелку", оранжеватый, если "Небесно-голубую") цвет в течение 15-20 часов. Очистите растворитель от порошка при помощи фильтрации. Фильтрация Сначала слейте растворитель через мелкое (очень мелкое) сито в другой кон- тейнер, таким образом, вы избавитесь от большей части порошка, который теперь не нужен, и дальнейшая фильтрация станет значительно легче. Теперь слейте растворитель в высокую стеклянную колбу через фильтровальную бумагу, исполь- зуя воронку. Жидкость должна быть прозрачной и не иметь осадка. Фильтрация должна быть проведена максимально тщательно. Удаление Растворителя-2 и получение алкалоидов Вылейте Растворитель-2 на тарелку или какую-то плоскую ёмкость. Раствори- тель будет испаряться довольно долго, поэтому позаботьтесь о том, чтобы он не находился под воздействием прямых солнечных лучей. Также будет не лишним на- крыть тарелку листом картона, чтобы избежать попадания в растворитель пыли и посторонних предметов. Но картон нужно класть не на саму тарелку, а на три или четыре одинаковых по высоте предмета поставленных по краям, так, чтобы растворитель беспрепятственно испарялся. Если жидкость изменяет цвет в про- цессе испарения, это свидетельствует о том, что растительные компоненты нача- ли разлагаться (это может привести к нарушению пищеварения при употреблении, и, судя по всему, свидетельствует о сильном снижении активности). После того, как растворитель полностью испарится, на тарелке останется липкая желтоватая (желтовато-зелёная, если вы используете "Летающую тарелку") субстанция. Она может быть маслянистой и полужидкой или довольно твёрдой и липкой (немного напоминающей жжёный сахар). Соскоблите её лезвием. Это и есть эргин, в соста- ве EIECEL-1 (группы всех алкалоидов) и, вероятно, какие-то растительные веще- ства. Можно ускорить процесс испарения растворителя, нагревая его до +50°С (эрго- линовые соединения разрушаются при температуре +100°С). Можно также использо- вать фен. Метод 2 Изготовление 15 доз (исходя из 15 миллиграмм на дозу).
Прежде всего, понадобятся: • Семена 150 г. Вы можете рассчитать любую другую дозу. • Кофемолка. • Растворитель-1 - неполярный растворитель (очищенный бензин, петролейный эфир, керосин). • Растворитель-2 - полярный растворитель (этанол, спирт, водка или bacardi 151). Используйте только не токсичный питьевой растворитель (не используй- те метанол или ацетон). • Два (или больше) пластиковых, фарфоровых, металлических или стеклянных контейнеров с плотно закрывающимися крышками. Ёмкостью примерно 200-250 миллилитров. • Воронка (или несколько). • Фильтровальная бумага и мелкое сито (также будет полезна небольшая мягкая кисточка). • Мерный стакан на 200-250 миллилитров. • Высокая стеклянная колба/стакан (или несколько). Удобно использовать для фильтрации через воронку. Спецификации реактивов Неполярные Растворители-1: См. " Неполярные растворители-1" в первом методе. Полярные Растворители-2: • Этанол - этиловый спирт. Запрещён к свободной продаже. Не токсичен. Опти- мален (можно использовать другие спирты, но следует убедиться, что они хо- рошо растворяют и не токсичны). Не стоит использовать водку (хотя это ре- комендуется в некоторых источниках) поскольку после испарения спирта в ос- тавшейся воде начинается разложение растительных веществ. • Спирт - как правило, это менее крепкий этанол, но вы должны быть уверены, что он не токсичен и что это не метиловый спирт. • Водка - используйте водку с наименьшим количеством добавок, избегайте ис- пользования некачественной водки. • Baccardi 151 - перечислялся в англоязычном источнике. Это ром 75% крепо- сти. Процесс экстракции Измельчение семян Измельчите нужное количество семян в кофемолке. Аналогично Методу 1. Извлечение масел и прочих не алкалоидов Аналогично Методу 1. Удаление остатков Растворителя-1 Аналогично Методу 1. Убедитесь, что растворитель полностью испарился.
Извлечение алкалоидов Теперь залейте порошок Растворителем-2. Вам понадобится 100 (любое количе- ство, которое удобно разделить на 10 частей) миллилитров растворителя. Поро- шок должен находится в растворителе как минимум три дня, но вы можете оста- вить его на неделю или даже месяц. Периодически раствор нужно взбалтывать. Растворитель должен окраситься в коричневый или бежевый (зеленоватый, если вы используете "Летающую тарелку", оранжеватый, если "Небесно-голубую") цвет в течение 15-20 часов. Очистите растворитель от порошка при помощи фильтрации, аналогично Методу 1. Сначала слейте растворитель через очень мелкое сито в другой контейнер, та- ким образом, вы избавитесь от большей части порошка, который теперь не нужен, и дальнейшая фильтрация станет значительно легче. Теперь слейте растворитель через фильтровальную бумагу в высокую стеклянную колбу, используя воронку. Жидкость должна быть прозрачной и не иметь осадка. Фильтрация должна быть проведена максимально тщательно. Если через 15 минут появится осадок, про- фильтруйте ещё раз. Употребление Долейте этанола до 100 миллилитров (или того количества, которое вы исполь- зовали) . Десятая часть будет одной дозой эргина. Можно разбавлять водой (чис- той и холодной), соком или алкоголем. Храните в холодильнике. Если жидкость изменяет цвет, это свидетельствует о том, что растительные компоненты начали разлагаться (это может привести к нарушению пищеварения при употреблении и, судя по всему, свидетельствует о сильном снижении активности). Метод 3 Упрощенный рецепт экстракции, присланный нашим респондентом. - "Взял я 440 семян ипомеи небесно голубой, сложил в марлю и привязал к крану, ну и соответственно включил воду... Они у меня так мылись около полутора часа!!! Потом я их положил на газетку, накрыл сверху еще одной газеткой и ки- нул это дело на солнце! Оно там до вечера полежало, высохло и я его в ступку и как Дон Хуан давай растирать в муку, припевая... Потом, когда получилась му- ка, я её высыпал в банку и залил Зиппо немного, так чтоб она там вся утонула. Оно у меня так часика три стояло. Потом всё слил в марлю и через марлю отжал кашку на газетку, опять сверху другую газетку и на солнышко сохнуть. Сохло долго - где-то часиков 6-8, не помню точно. Высохшую массу в банке залил двумя бутылками медицинского спир- та, закрутил крышкой и поставил в кладовку. Первых два дня ходил, смотрел, улыбался, встряхивал иногда. Вот потом как-то про них забыл и оставил. Они у меня около месяца простояли, пока я их не нашёл. Как нашел, так сразу семена - кашку выкинул, отцедив, а спирт поставил выпариваться на маленький огонь! Когда осталось совсем немного, я его опять кинул в кладовку, и он там день стоял, пока полностью не выпарился! Остался как бы песочек - плёнка, которую я собрал и высыпал в растопленный шоколад. Шоколад застыл, и я его съел. Трип: трип был на ЛСД-шый очень похож, то бишь галлюцинации, цвета, звуки, чувства и вся туфта, только был он более жестким и неожиданным. Длился около 12 часов, потом я просто заснул. Сны были яркими и чёткими!!!4.
Литпортал НАУКА ПЛОСКОГО МИРА Терри Пратчетт, Йен Стюарт, Джек Коэн История начинается здесь... Давным-давно существовал Плоский мир. Впрочем, почему «существовал»? Кое- что там еще осталось. Благодаря Плоскому миру, который покоится на спине гигантской черепахи, не- сущейся в космическом пространстве, появились двадцать три романа, четыре карты, одна энциклопедия, два мультфильма, футболки, шарфы, модельки, значки, пиво, вышивки, ручки, плакаты, а ко времени выхода этой книги собираются еще выпустить присыпку для младенцев и лосьон для тела. Если даже и не выпустят, это только вопрос времени. Короче, Плоский мир сделался невероятно популярным. А работает он на магии. Круглый мир, то есть наша с вами планета, как и то измерение Вселенной, где он находится, работает на правилах. Ну, скажем так, он работает, и все. Но мы можем наблюдать за его работой, именно эти наблюдения легли в основу науки. Может показаться, что волшебники и ученые далеки друг от друга, как небо и земля. Действительно, люди, которые странно одеваются, погружены в себя, го- ворят на особом языке и время от времени делают многозначительные заявления,
на первый взгляд не имеют ничего общего с людьми, которые... хмм, странно оде- ваются, говорят на особом языке, погружены... да. Ладно, попробуем иначе. Итак, что общего между магией и наукой? Может ли магия Плоского мира, в котором живут чудаковатые волшебники, приземленные ведьмы, твердолобые тролли, огнедышащие драконы, говорящие псы и даже персо- нифицированная Смерть, может ли все это пролить свет на такую фундаментальную и рациональную земную науку? Мы полагаем - да. Вскоре мы все вам объясним, только сначала давайте разберемся, чем же не является книга «Наука Плоского мира». Существуют популярные серии книжек под названием «Наука чего-то там». Ну, например, «Наука Секретных материалов» или «Физика Стартрека». В них повествуется о тех областях современной науки, где в один прекрасный момент могут произойти невероятные открытия и создание уст- ройств, являющихся пока вымыслом фантастов. Потерпели ли инопланетяне круше- ние в Розуэлле? Будет ли когда-нибудь изобретен варп-двигатель на антимате- рии? Получим ли мы, наконец, такие же долгоиграющие батарейки, как в фонари- ках агентов Малдера и Скалли? Наверное, мы могли бы пойти по их пути. Да вот взять хотя бы теорию Дарвина и разобрать, как низшие формы жизни эволюционируют в высшие, что, в свою оче- редь, неизбежно докажет необходимость превращения человека в орангутанга (ос- тавшегося, впрочем, библиотекарем, а всем известно, что библиотекарь - это высшая ступень эволюции). Мы с вами могли бы предположить, какой именно уча- сток ДНК отвечает за возникновение асбестового покрытия внутренностей драко- нов . Могли бы даже попытаться объяснить, как вывести черепаху длиной в десять тысяч миль. Однако решили не делать этого по одной простой причине. Точнее, по двум причинам. Во-первых, это... глупо . Глупо потому, что Плоский мир работает не на науке. Зачем же притворяться, что она там есть? Драконы выдыхают огонь вовсе не потому, что у них асбесто- вые легкие, а потому, что все знают: именно так всегда поступают драконы. То, что заставляет существовать Плоский мир, куда глубже обыденной магии и сильнее скучной науки. Это - повествовательный императив, это - власть тек- ста, играющая роль, аналогичную флогистону. Когда-то верили, что флогистон - это некая сверхтонкая материя или субстанция, позволяющая вещам гореть. В Плоском мире такой субстанцией является нарративиум. Он присутствует в им- пульсе каждой элементарной частицы, равно как и в каждом движении огромных облаков. Он то, что позволило им появиться на свет и заставляет существовать, принимая участие в истории Вселенной. В Круглом мире события происходят потому, что они сами хотят произойти1. При таком порядке вещей желания людей не имеют значения, и Вселенная сущест- вует вовсе не затем, чтобы воплотиться в историю. Используя магию, вы можете превратить лягушку в принцессу, в то время как с помощью науки вы превратите лягушку разве что в доктора философии, но при этом она останется все той же лягушкой. Такова традиционная точка зрения на науку Круглого мира, от которой усколь- зает то, что, собственно, ее и двигает. Ведь наука - это не нечто абстракт- ное. Вы можете просеять сквозь сито всю Вселенную, но не найдете ни малейшего следа науки. Потому что наука - это структура, созданная и поддерживаемая на плаву людьми, а люди всегда выбирают то, что им интересно или хотя бы заслу- живает их внимания. При этом очень часто они думают в повествовательной мане- Ну, образно говоря, конечно. Они происходят потому, что подчиняются законам Все- ленной. Мнение камня по поводу силы тяжести в расчет не принимается.
ре. Да, нарративиум - мощнейшая штука. Нам так и хочется изобразить свои част- ные истории на полотне Вселенной. Когда люди впервые посмотрели на звезды, эти огромные пылающие солнца, находящиеся ужасно далеко от нас, они увидели в них быков, драконов и героев местного значения. Как бы там ни было, эта особенность человеческого мышления не слишком влия- ет на содержание правил, однако определяет, какими именно правилами мы заин- тересуемся в первую очередь. Ко всему прочему, все, что мы, люди, наблюдаем вокруг себя, порождено законами Вселенной, и таким образом повествовательный императив проникает и в науку. Люди вообще думают историями1. По крайней мере классическая наука всегда занималась тем, что раскрывала перед нами истории. Вспомним обо всех этих томах, вроде «Истории человечества», «Происхождения человека» или вот, кстати, - «Краткой истории времени». Помимо повествований собственно о науке, Плоский мир может нам пригодиться еще вот в чем: поможет ответить на вопрос: «А что, если?..». Мы вольны ис- пользовать Плоский мир в качестве умозрительной экспериментальной площадки и представить, как развивалась бы наука, если бы Вселенная была другой. Или ис- тория науки пошла по другому пути. Таким образом, мы можем, как бы взглянуть на науку со стороны. Для ученого мысленный эксперимент - это последовательность рассуждений, ве- дущихся в своей собственной голове. С их помощью он может разобраться в про- блеме, не прибегая к натурному эксперименту, что существенно экономит время и деньги, а кроме того - избавляет от позора в случае получения не совсем под- ходящих результатов. Тогда как Плоский мир придерживается более практичных взглядов: мысленный эксперимент там поставить невозможно, а если бы даже и было возможно, все равно ничего не получится. Но тот мысленный эксперимент, который имеем в виду мы, ученые проводят постоянно, часто даже не осознавая этого, причем ставить его на практике совершенно не требуется, - так и так не сработает. Множество важных вопросов, касающихся, в том числе, нашего понима- ния науки, не имеет никакого отношения к реальной Вселенной. Напротив, они показывают, что было бы, если бы Вселенная была иной. Если кто-нибудь спросит вас: «Почему зебры живут стадами?» - вы можете по- пытаться ответить, проанализировав зебровую социологию, психологию и так да- лее , и тому подобное. А можете начать с того, что поставите вопрос иначе: «Что было бы, если бы зебры жили поодиночке?». И тут же обнаруживается оче- видный ответ: «Львам было бы куда проще поймать зебру себе на обед». Следова- тельно, зебры образуют стада для самозащиты. Вот так можно легко понять пове- дение зебр, просто допустив, что они поведут себя иначе, чем есть. Теперь приведем другой пример, несколько более серьезный: «Насколько ста- бильна Солнечная система?». Или другими словами: «Не может ли какое-нибудь небольшое происшествие привести к глобальному катаклизму?». В 1887 году швед- ский король Оскар II назначил премию в две с половиной тысячи крон тому, кто найдет решение этой задачи. Потребовалось около ста лет, чтобы математики да- ли окончательный ответ: «Может быть». (Как ответ ни хорош, денег им все равно не заплатили. Потому что премию к тому времени уже выдали человеку, который ответа вообще не нашел. К тому же его статья содержала грубую ошибку, причем в самом интересном месте. Позже он сам исправил эту ошибку, изобрел «теорию хаоса» и открыл дорогу новым «может быть». Ведь иногда лучший ответ - это сам вопрос.) По существу, вопрос о стабильности относится не к реальному функцио- нированию системы, а к тому, что в ней изменится при воздействии извне. То есть стабильность по определению связана с вопросом: «Что, если?..». Нам потребовалось три года, чтобы хорошенько понять эту фразу. Как только мы это сделали, то написали второй том «Науки Плоского мира» - «Земной шар».
Поскольку важная часть науки относится к несуществующему миру мысленных экспериментов, наше понимание Вселенной должно учитывать вымышленные миры на- ряду с настоящими. Воображение в куда большей степени является истинно чело- веческим качеством, чем холодный интеллект. Откуда же тогда начинать, если не из воображаемого Плоского мира? Ведь Плоский мир - это вполне логичная и пре- красно развитая вселенная со своими законами, населенная, можно сказать, ре- альными людьми, пусть и живущими по правилам, немного отличающимся от правил нашей собственной Вселенной. Хотя, положа руку на сердце, многие из последних основаны на так называемом «здравом смысле» - злейшем враге науки. В историях о Плоском мире то и дело упоминаются здания и профессура Незри- мого универститета - главного учебного заведния Диска, где обучают магии. Волшебники1 - это такие довольно энергичные типы, всегда готовые заглянуть в дверь, на которой написано: «Не входить!» - или схватить то, что как раз на- чало шипеть и искриться. Короче, эти ребята нам наверняка пригодятся... Само собой разумеется, что волшебники Незримого университета свято верят, что наша с вами Вселенная - не более чем пародия на Плоский мир. Действитель- но, если они, ну, или мы сравним магию Диска с наукой Круглого мира, найдется немало сходства и параллелей. Впрочем, как раз не сходства, а различия - го- раздо показательнее. Например, вместо вопроса: «Что из себя представляет ДНК тритона?» вы спросите: «А что по поводу тритонов подумал бы волшебник?» Поскольку в Плоском мире науки как таковой нет, нам придется ее добавить. Мы подведем волшебников Плоского мира к созданию с помощью магии их собствен- ной науки, своего рода Карманной вселенной, в которой будут действовать не магия, но законы природы. Затем, когда волшебники научатся с помощью этих за- конов создавать всякие штуковины вроде камней, бактерий или цивилизаций, мы понаблюдаем за тем, как они наблюдают за... нами. Получается что-то вроде ре- курсивного мысленного эксперимента типа матрешки, только наоборот: в малень- кой куколке скрывается большая. А потом мы обнаружим, что... Но это уже совсем другая история. Т. П., Й. С. & Дж. К., декабрь 1998. P. S. К сожалению, нам все-таки пришлось на последующих страницах написать о таких предметах, как кот Шредингера, парадокс близнецов и даже немножко о факеле, горящем на носу космического корабля, летящего со скоростью света. А что нам прикажете делать? Правила гильдии популяризаторов науки обязывают. Но мы постарались написать обо всем этом как можно короче. Да, историю про «штаны времени» мы тоже сократили, как смогли. P. P. S. Случается, что под влиянием новых открытий ученые меняют свою точ- ку зрения. Если вас это раздражает, подумайте о том, сколько вреда приносят субъекты, которых никакие открытия не могут заставить изменить свое мнение. Во втором издании книги мы постарались учесть достижения научного прогрес- са, произошедшие за три года. Ну, или регресса - полагаем, вы найдете здесь и то и другое. А еще мы добавили две новых главы: одну - о жизни динозавров, поскольку уже существующая глава об их смерти показалась нам несколько угне- тающей, и вторую - о разных космических катастрофах, так как во многих аспек- 1 Подобно сотрудникам университетов Круглого мира, они располагают неограниченным временем для своих экспериментов, бездонными фондами и вечными контрактами. Хотя они иногда бывают злокозненными сумасбродами, яростно противящимися любым новым веяниям, пока те не устареют. Еще они могут быть ужасно изобретательными, когда этого не нужно, а также крайне болтливыми. Но в этом, разумеется, они совершенно не похожи на своих коллег из Круглого мира.
тах Вселенная действительно угнетает. Как и следовало ожидать, Плоский мир показал себя куда более устойчивым к изменениям, чем наука. Ведь Плоский мир намного логичнее Круглого. Т. П., Й. С. & Дж. К., январь 2002. Глава 1. Расщепление чара Есть вопросы, которые никто и никогда не должен задавать. И, тем не менее, вечно кто-нибудь их задает. - И как это работает? - спросил Аркканцлер Наверн Чудакулли, ректор Незри- мого универститета. Подобные вопросы Думминг Тупс ненавидел так же сильно, как и вопросы типа: «И во сколько же нам это обойдется?». То есть самые сложные вопросы из тех, с которыми приходится сталкиваться любому исследователю. Поэтому, будучи де факто главой факультета Магических Исследований, Думминг старался избегать вопросов о финансировании любой ценой. - Ну, это не так просто объяснить... - наконец рискнул он. - Ага. - Лично меня интересует, - встрял Главный Философ, - когда мы получим назад площадку для сквоша. - Ты же все равно в него не играешь, - возразил Чудакулли, рассматривая черную конструкцию, возвышающуюся в центре старого университетского двора1. - А вдруг мне захочется? Тогда эта штука будет чертовски мешать, вот и все, что я имел в виду. Придется переписывать все правила. Снаружи, за высокими окнами, валил снег. Эта зима была самой длинной на па- мяти живущих, настолько длинной, что после того, как смертный холод забрал нескольких старейших жителей, сократилась и сама память. Ко всеобщей досаде, стужа проникала даже сквозь толстые древние стены Незримого университета. Волшебники могут примириться с любыми лишениями и неудобствами, но только при условии, что все это происходит не с ними. В итоге проект Думминга Тупса был утвержден. Он ждал этого целых три года. Сначала он пытался обосновать его тем, что расщепление чара расширит горизон- ты человеческого знания. Дохлый номер. Волшебники рассматривают расширение горизонта чего бы то ни было как попытку поднять здоровенный скользкий валун. Замечание Тупса, что расщепление чара увеличит всеобщее счастье, было отверг- нуто на том основании, что окружающие и без того выглядят вполне счастливыми. В конце концов Тупс решился намекнуть, что расщепление чара откроет доступ к запасам сырой магии, которую легко можно будет превратить в источник тепла. И это сработало. Коллеги Думминга с прохладцей относились к познанию ради по- знания , но горячо приветствовали идею теплых спален. Пожилые волшебники разгуливали по неожиданно ставшему тесным университет- скому дворику, тыча пальцами в черную башню. Аркканцлер вытащил трубку и рас- сеянно постучал ею по матово-черной стенке, выбивая пепел. Волшебный, иначе говоря - «истинный», сквош не имеет ничего общего с потной суе- той, которой занимаются обычные люди. Волшебники не видят большого смысла в беспорядочной беготне, поэтому мячик у них движется неторопливо. При этом из-за разных магических искажений, устроенных в полу и стенах, он необязательно отскакива- ет от той стены, в которую попал. Уже потом Думминг Тупс сообразил, что фактор неоп- ределенности тоже следовало учесть. Потому что ничто так не возбуждает магическую частицу, как столкновение лоб в лоб с самой собой.
- Эээ... Не стоит этого делать, сэр, - сказал Тупс. - Почему? - Потому что... Может так случиться, что... - Думминг замолчал, подбирая слова. - В общем, эта штуковина может наделать немало шуму, сэр. - Интересное замечание. Но ты же не имеешь в виду, что она может взорвать- ся? - Что вы, сэр! Как можно! - жалобно улыбнулся Думминг. - Для этого потребу- ются несколько большие усилия. С громким «чпок!» мячик для сквоша срикошетил от стены, ударил в обшивку башни и выбил трубку изо рта Аркканцлера. - Это твоя работа, Декан! - обвиняюще воскликнул Чудакулли. - Странное де- ло, парни. Вы все годами знать ничего не хотели об этой площадке, а тут вдруг... Господин Тупс! Эй, господин Тупс! И он слегка ткнул локтем в бок съежившегося руководителя исследовательского отдела. Думминг немного выпрямился и опасливо взглянул на Аркканцлера сквозь раздвинутые пальцы руки, которой он прикрывал глаза. - Думаю, будет лучше, если они прекратят играть в сквош, сэр, - прошептал он. - Согласен. Потный волшебник - это отвратительно. Эй, вы там! Довольно! И вообще, идите все сюда. Господин Тупс сейчас начнет свою презентацию. - Арк- канцлер бросил на Думминга пронзительный взгляд. - Наверняка это будет чрез- вычайно познавательно, не правда ли, Тупс? Ведь вам придется объяснить, на что именно были потрачены 55 879 долларов и 45 пенсов. - А также зачем потребовалось портить нашу великолепную площадку для скво- ша, - сказал Главный Философ, постукивая ракеткой по агрегату. - и еще, насколько оно безопасно! - поддержал коллегу Декан. - Я против то- го , чтобы в физику вмешивался кто попало. Думминг Тупс поморщился. - Уверяю вас, Декан, шансы, что кого-нибудь прихлопнет этой... этим... реакто- ром, намного выше, чем быть сбитым при переходе улицы, - сказал он. - Правда? Ну, тогда ладно. Тупс еще раз обдумал случайно вырвавшуюся у него фразу и решил, что в сло- жившихся обстоятельствах поправляться не стоит. Беседовать с пожилыми волшеб- никами - это все равно, что строить карточный домик: если получается хоть что-нибудь, надо просто затаить дыхание и пытаться продолжать. Думминг изобрел некую систему, которую про себя называл «Враки волшебни- кам» . Это для их же блага, твердил он себе. Совершенно необязательно расска- зывать обо всем руководителям, ведь они - занятые люди. Да им и не требуются ваши объяснения. Зачем же тогда их утруждать? Все, что нужно, - это занятная байка, которая позволит им почувствовать себя очень умными. Они сразу же пре- кратят волноваться и оставят вас в покое. Тем временем на другом конце площадки студенты установили небольшой экран. Рядом с ним располагался терминал ГЕКСа, университетской мыслящей машины, чьи трубочки уходили в стену соседнего здания факультета Высокоэнергетической Ма- гии. Тут же был и постамент с большим красным рычагом, на который какая-то добрая душа привязала розовый бантик. Думминг наскоро пролистал свои тезисы, поглядел на коллег и откашлялся. - У меня где-то завалялись леденцы для горла, - сказал Главный Философ, хлопая себя по карманам. Тупс снова сверился с записями, и тут им овладело ужасное отчаяние. Он по- нял вдруг, что может прекрасно объяснить расщепление чара тем, кто готов к подобной информации. Но пожилым волшебникам придется объяснять значение бук- вально каждого слова, в том числе даже таких, как «это» или «то». Думминг посмотрел на графин с водой, стоявший на кафедре, и решил пуститься
в импровизацию. Он налил стакан воды, поднял его и произнес: - Знаете ли вы, джентльмены, что волшебного потенциала этой воды... То есть я имею в виду, что магическое поле, генерируемое содержащимся в этой воде нар- ративиумом, которое, собственно, и поддерживает ее в состоянии воды, удержи- вая от того, чтобы превратиться... ха-ха... в голубя или лягушку... Так вот, знаете ли вы, что если мы высвободим этот потенциал, его энергии хватит, чтобы от- править весь университет на Луну? И с широкой улыбкой Думминг победно оглядел аудиторию. - В таком случае лучше бы его не трогать, - заметил Заведующий кафедрой Беспредметных Исследований. Улыбка Тупса застыла. - Естественно, мы не сможем извлечь весь потенциал, - сказал он. - Однако и этого будет... - Достаточно, чтобы отправить на Луну небольшую часть универститета? - по- дал голос Профессор Современного Руносложения. - Нашему Декану каникулы бы не повредили, - ввернул Чудакулли. - Вы меня обижаете, Аркканцлер! - Я просто хотел немного разрядить обстановку, Декан. - Однако этого будет вполне достаточно, чтобы сделать что-нибудь полезное, - попытался вернуть обсуждение в конструктивное русло Думминг. - Например, обогреть мой кабинет, - предложил Профессор Современного Рунос- ложения. - Сегодня утром я опять обнаружил лед в кувшине с водой. - Точно! - воскликнул Думминг, судорожно пытавшийся отыскать какую-нибудь подходящую «враку». - Мы вскипятим здоровенный чайник! Замечательно! И это совершенно безопасно! Никто не пострадает! Именно поэтому университетский со- вет и позволил мне построить реактор! Ведь вы бы его не разрешили, если бы он представлял опасность, ведь так? Он залпом выпил воду из стакана. Пожилые волшебники дружно попятились на- зад. - Потом расскажешь нам, как оно там, наверху, - сказал Декан. - И не забудь притащить лунных камней. Ну, или еще чего-нибудь, - добавил Профессор Современного Руносложения. - Помаши нам с Луны ручкой, - поддержал их Главный Философ. - Телескоп у нас отменный. Думминг уставился на опустевший стакан, пытаясь привести мысли в порядок. - Эээ... Нет, - сказал он. - Вначале топливо, как вы могли заметить, поступа- ет в реактор. А затем... Затем... И тут он сдался. - Магия просто покружится, покружится, после чего поднимется к бойлеру, ко- торый мы на днях подключили, и в университете будет теплым-тепло. Вопросы есть? - А куда тут уголь засыпать? - спросил Декан. - Этой зимой гномы взвинтили цены на него до небес. - Нет, сэр, угля не нужно. Тепло будет... бесплатным, - сказал Тупс. По лбу у него стекла капелька пота. - Да ну? - воскликнул Декан. - Значительная экономия выйдет, да, Казначей? А где, собственно, Казначей? - Он... эээ... сегодня мне ассистирует, сэр, - сказал Думминг, указывая на вы- сокую галерею, окружавшую внутренний дворик, где, потерянно улыбаясь, стоял Казначей с топором в руках. Через перила перекинута была веревка, одним кон- цом привязанная к балке, а на другом, прямо над центром реактора, был подве- шен тяжелый длинный стержень. - Это... Ну, на всякий случай, если реактор вдруг начнет вырабатывать слишком много магии, - пояснил Думминг. - Свинцовый стержень ламинирован древесиной
рябины обыкновенной. Как вам известно, вместе они являются естественным инги- битором любой магической реакции. И если все пойдет вразнос... То есть если мы захотим немного замедлить процесс, Казначей перерубит веревку, и стержень упадет в самую середку реактора. - А кто это там рядом с Казначеем? - Мистер Турнепс, другой мой ассистент. Он отвечает за резервную систему безопасности. - В смысле? - Его задание заключается в том, чтобы заорать: «Ради всех богов, рубите поскорее веревку!», сэр. Волшебники понимающе закивали головами. По стандартам Анк-Морпорка, где для измерения температуры обычно использовали палец, это была крайне инновацион- ная система техники безопасности. - Что ж, по мне, все выглядит достаточно надежно, - сказал Главный Философ. - Откуда это ты нахватался подобных идей, мистер Тупс? - спросил Чудакулли. - Нуу... Я и сам проводил кое-какие приватные исследования, но многое почерп- нул при тщательном штудировании Свитков Локо, хранящихся в нашей Библиотеке, сэр. Тупс решил, что самое трудное теперь позади. Пожилым волшебникам всегда по душе древняя мудрость, при условии, что она достаточно древняя. Они считают мудрость чем-то вроде вина: чем старше, тем лучше. А то, что не было извест- но , по крайней мере, последние несколько сотен лет, - и знать не стоит. - Локо, Локо... - задумчиво бормотал Чудакулли. - Это где-то в Убервальде, да? - Совершенно верно, сэр. - Что-то такое крутится в голове, - продолжил Чудакулли, оглаживая бороду. - Там еще такая глубокая долина, окруженная кольцом гор? По-настоящему глубо- кая, насколько мне помнится. - Правильно, сэр. Судя по библиотечному каталогу, Свитки были найдены в пе- щере экспедицией Крастли. - Я читал, что тогда же обнаружили целую толпу кентавров, фавнов и других курьезных созданий. - Действительно, сэр? - Это ведь тот самый Станмер Крастли, который умер от планетизма? - Я не очень сведущ в подобных материях... - Такое чрезвычайно редкое магическое заболевание. - Наверняка, сэр, однако... - Теперь, когда я об этом думаю, то припоминаю, что все члены тогдашней экспедиции в течение нескольких последующих месяцев серьезно заболели чем- нибудь магическим, - продолжал Чудакулли. - Похоже, что так, сэр. Ходили слухи о каком-то проклятии. Смешно. - Я вот что хочу спросить, мистер Тупс... Какова вероятность того, что эта штука взорвется и разнесет наш университет? Душа у Думминга ушла в пятки. Обдумав вопрос, он решил сказать чистую прав- ду: - Ни малейшей, сэр. - А если честно, Тупс? В этом-то и заключалась главная проблема с Аркканцлером. В основном он за- нимался тем, что расхаживал тут и там и орал на людей, но если уж он напрягал свои серые клеточки, то безошибочно находил твое самое слабое место. - Нуу... В том невероятном случае, если что-то пойдет не так... В общем, по- страдает не только университет, сэр. - А что еще, скажи на милость? - Эээ... Все, сэр.
- Ты имеешь в виду вообще все, что ли? - В радиусе пятидесяти тысяч миль, сэр. Согласно расчетам ГЕКСа, аннигиля- ция произойдет мгновенно. Мы даже не успеем ничего почувствовать. - И какова же вероятность? - Примерно пятьдесят к одному, сэр. Волшебники облегченно расслабились. - Ну, выглядит действительно довольно безопасно. По крайней мере, на лошадь я бы при таких шансах не поставил, - сказал Главный Философ. Когда ты обнаруживаешь два дюйма льда на внутренней поверхности стекол в своей спальне, у тебя формируется совсем новый взгляд на риск. Глава 2. Наука на площадке для сквоша Площадку для сквоша можно использовать для того, чтобы заставить вещи дви- гаться куда быстрее, чем маленький резиновый мячик... 2 декабря 1942 года на площадке для игры в сквош, расположенной под трибу- нами футбольного стадиона Стэгг-Филд Чикагского университета, началась новая технологическая эра. Эта технология была дочерью войны, однако, ее результа- том мало-помалу стала практическая невозможность новых мировых войн1. В Стэгг-Филде группа ученых под руководством итальянского физика Энрико Ферми впервые провела самоподдерживающуюся цепную ядерную реакцию. Так родилась атомная бомба, но не только, еще началось использование атомной энергии в мирных целях. Впрочем, были и другие последствия: произошел расцвет Большой Науки и возник новый технологический стиль. Конечно, пока на стадионе Стэгг-Филд работал реактор, никто там в сквош не играл. Люди, работавшие на площадке, очень напоминали Думминга Тупса: ими двигало ненасытное любопытство, перемежающееся мучительными сомнениями, окра- шенными ужасом. В общем, все началось с любопытства, а закончилось ужасом. В 1934 году, после череды физических открытий, связанных с феноменом радио- активности, Ферми обнаружил, что происходит интересная вещь, если бомбардиро- вать различные субстанции так называемыми медленными нейтронами, то есть суб- атомными частицами, производимыми радиоактивным бериллием и пропущенными че- рез парафин, чтобы их замедлить. Оказалось, что медленные нейтроны заставляют эти субстанции излучать собственные радиоактивные частицы. Это выглядело лю- бопытно, и Ферми принялся облучать потоком медленных нейтронов все, что толь- ко приходило ему в голову. В том числе и весьма таинственный в ту пору хими- ческий элемент уран, использовавшийся в основном для получения желтого краси- теля. Внезапно, словно благодаря алхимической реакции, облученный медленными нейтронами уран превратился во что-то совершенно новое. Только Ферми никак не мог понять во что. Четыре года спустя трое немцев - Отто Ган, Лиза Мейтнер и Фриц Штрассман - повторили эксперимент Ферми. Они были куда лучшими химиками, чем он, и выяс- нили, что же происходило с ураном. Словно по волшебству уран превращался в смесь бария, криптона и кое-чего еще. Мейтнер заметила, что процесс ядерного распада сопровождается значительным выбросом энергии. Каждый знает, что хими- ки могут превратить один тип материи в другой, однако в случае с ураном про- изошло нечто невиданное: материя трансформировалась в энергию. Теоретически это уже было предсказано Альбертом Эйнштейном в его знаменитой формуле, кото- Или, по крайней мере, они будут не слишком радиоактивны. Во всяком случае, мы на это надеемся.
рую Орангутанг-Библиотекарь Незримого университета сформулировал бы как «У- ук»2. Согласно формуле Эйнштейна, количество энергии, содержащейся в определенном количестве материи, равно массе материи, помноженной на скорость света, а по- том еще раз помноженной на скорость света. Как заметил Эйнштейн, скорость света настолько велика, что кажется, будто он и вовсе не движется. То есть скорость света и без того чудовищна, а если в квадрате - то просто огромна. Другими словами, из малюсенького кусочка материи вы можете получить гигант- ское количество энергии, если только сумеете ее извлечь. И вот Мейтнер откры- ла этот фокус. Неизвестно, может ли одна-единственная формула повлиять на продажи, но в том, что она может изменить мир, мы абсолютно уверены. В январе 1939 года Ган, Мейтнер и Штрассман опубликовали результаты своих исследований в британском научном журнале «Nature». Девять месяцев спустя Ве- ликобритания вступила в войну, которая закончилась именно применением резуль- татов этого открытия на практике. Горькая ирония заключается в том, что вели- чайший научный секрет Второй мировой войны был доступен всем еще до того, как она началась. Этот факт является великолепной демонстрацией того, насколько политики иногда не придают значения потенциалу Большой Науки, положительному или отрицательному - неважно. А вот Энрико Ферми мгновенно понял, как можно использовать выводы из статьи в «Nature». Он обратился за помощью к другому первоклассному физику, Нильсу Бору, который выдумал новый трюк: цепную реакцию. Оказалось, что если один из редких изотопов урана, а именно - уран-235 бомбардировать медленными нейтро- нами, то он не просто распадется на другие элементы и будет излучать энергию, но и начнет испускать новые нейтроны. Которые, в свою очередь, принимаются бомбардировать уран-235... Такая реакция могла бы стать самоподдерживающейся и сопровождаться гигантским выбросом энергии. Оставался вопрос, сработает это или нет? Можно ли подобным способом превра- тить ничто во что-нибудь? Обнаружилось, что проверить гипотезу совсем непро- сто: уран-235 в чистом виде не встречается, он всегда смешан с обычным ура- ном, то есть с ураном-238. Выделить его было все равно, что искать иголку в стоге сена. Стоило волноваться еще кое о чем. В частности, если эксперимент увенчается успехом, то не выйдет ли так, что цепная реакция затронет не только уран-235, но и все, что только ни есть на Земле? Вдруг загорится сама атмосфера? Расче- ты показывали: скорее всего, нет. Ко всему прочему существовала опасность, что в деле расщепления атомного ядра союзников опередит Германия. А выбор ме- жду вероятностью взорвать весь мир самим или позволить это сделать врагу представляется совершенно очевидным. Хотя если хорошенько подумать над этой фразой, то становится немного груст- но . Он пострадал во время магического несчастного случая, что, впрочем, только улучши- ло его жизнь. Хотя вы же и так об этом знаете. 2 Считается, что всякая формула моментально сокращает продажи научно-популярных книг, по меньшей мере, наполовину. Но все это враки. Если бы это было так, то продажи «Нового разума короля» Роджера Пенроуза составили бы не более одной вось- мой экземпляра, тогда как на самом деле их было продано сотни тысяч. Но на всякий случай (а вдруг в этом поверье есть хоть крупица истины?) мы дадим формулу именно в виде «У-ук», в надежде что это удвоит наши будущие тиражи. Ведь вы все равно знае- те, какую формулу мы имеем в виду. А если даже подзабыли, то всегда сможете ее найти на странице 151 «Краткой истории времени» Стивена Хокинга. Если легенда не врет, по- лучается, Стивен мог бы продать в два раза больше книг, - ух, даже голова закружи- лась от такой перспективы!
Локо - это анаграмма названия местечка Окло на юго-востоке Габона, где рас- положено месторождение урана. В 70-х годах XX века французские ученые обнару- жили, что либо часть этого урана подверглась необычайно сильной цепной реак- ции, либо он старше всей нашей планеты. Кое-кто даже выдвинул тогда предположение, что это - археологическое свиде- тельство некой предшествующей цивилизации, овладевшей атомной энергией. Более разумная, хотя и куда более скучная гипотеза заключается в том, что Окло - своеобразный «природный реактор». По какой-то случайности часть залежей урана оказалась богаче ураном-235, чем обычно, и спонтанная цепная реакция продол- жалась сотни тысяч лет. Природа просто опередила науку, и никакая площадка для сквоша ей не потребовалась. Если, конечно, месторождение не является все-таки реликтом давно исчезнув- шей цивилизации. До 1998 года природный реактор в Окло представлялся наилучшим доказательст- вом того, что ответ на вопрос «А что, если?..» может оказаться не очень инте- ресным. Вопрос, собственно, заключался в следующем: «А что, если никаких фи- зических констант вовсе не существует?» Дело в том, что научные теории обычно основываются на различных числах, так называемых «фундаментальных константах». Например, скорость света, постоянная Планка (основная константа квантовой механики), гравитационная постоянная (используемая в теории гравитации), заряд электрона и так далее. Общепринятые научные теории предполагают, что значения этих постоянных неизменны с момента зарождения Вселенной. Расчеты, касающиеся первых моментов существования Уни- версума, основываются на предположении, что эти самые значения одинаковы все- гда и везде. Потому что, если бы это было не так, мы бы просто не знали, ка- кие именно цифры подставлять в формулы. Все равно, что пытаться подсчитать подоходный налог, не зная ставки. И все-таки время от времени раздаются голоса отдельных несознательных уче- ных , вопрошающих: а если допустить возможность, что одна или даже несколько фундаментальных констант таковыми отнюдь не являются? Физик Ли Смолин даже выдвинул идею «размножающихся вселенных», согласно которой у «отпрысков» по- являются другие фундаментальные константы. Смолин полагает, что наша родная Вселенная необычайно «плодовита» в этом смысле, а кроме того прекрасно подхо- дит для развития жизни. Причем соединение этих двух функций отнюдь не случай- но, утверждает он. Волшебники Незримого универститета, кстати, приняли бы по- добную теорию на ура, ведь хорошо развитая физика практически неотличима от магии. Казус Окло подтверждает, что фундаментальные физические константы не изме- нялись, по крайней мере, последние два миллиарда лет, то есть около половины времени существования нашей Земли или десяти процентов времени жизни всей Вселенной. Ключевым доказательством в этом споре является особенная комбина- ция фундаментальных констант, так называемая постоянная тонкой структуры1. Ее значение очень близко к 1/137. Много чернил изведено было для объяснения, по- чему последнее число оказалось таким простым, пока самые точные на сегодняш- ний день расчеты не установили его значение как 137,036. Преимущество постоянной тонкой структуры в том, что ее значение не зависит от выбранных единиц измерения, в отличие, скажем, от скорости света, величина которой будет меняться, когда вы высчитываете ее в милях в секунду или в ки- Постоянная тонкой структуры определяется как соотношение квадрата элементарного электрического заряда и приведенной постоянной Планка, помноженной на скорость света в вакууме и электрическую константу (почти не покривив душой, мы можем сказать, что последний термин означает «реакцию вакуума на электрический заряд»). Все, спаси- бо за внимание.
лометрах в секунду. Российский физик Александр Шляхтер, проанализировав раз- личные химические элементы, встречающиеся в ядерных отходах «реактора» Окло, обнаружил, что значение постоянной тонкой структуры за те два миллиарда лет, которые Окло работал, совершенно не изменилось. С точностью до десятимиллион- ных долей, оно такое же, как сегодня. В конце 1998 года группа астрономов во главе с Джоном Уэббом завершила скрупулезное исследование безумно далеких, но чрезвычайно ярких небесных объ- ектов, называемых квазарами. Они обнаружили едва заметные изменения в харак- теристиках их свечения, называемых спектральными линиями и связанных с коле- баниями тех или иных атомов. Получилось, что миллиарды лет назад, то есть за- долго до «включения» «реактора» в Окло, частота колебаний атомов была иной. В межзвездных газовых облаках, чей возраст сравним с возрастом Вселенной, кон- станта тонкой структуры отличается от современных значений на 1/50 000. Ог- ромная разница по стандартам данного раздела физики! Насколько можно судить, такой неожиданный результат получился вовсе не из-за ошибки в эксперименте. Теория, предложенная в 1994 году Тибо Дамуром и Александром Поляковым, пред- полагала возможность отклонений в значениях постоянной тонкой структуры, но лишь на одну десятитысячную от величины, обнаруженной командой Уэбба. В 2001 году другая группа под руководством Уэбба проанализировала поглоще- ние света далеких квазаров облаками межзвездного газа и выяснила, что со вре- мени Большого взрыва постоянная тонкой структуры возросла на одну стотысяч- ную. Если результат верен, получается, что сила тяжести, а также слабые и сильные ядерные взаимодействия менялись с течением времени. Сейчас экспери- мент подвергается проверке на возможные систематические ошибки, которые могли привести к подобному результату. В общем, все выглядит несколько запутанно, и большинство теоретиков предпо- читает не спешить со скоропалительными выводами, а подождать дальнейших ис- следований. Однако в любой момент солома может вспыхнуть на ветру, и нам при- дется признать, что законы физики различны в различных областях пространства- времени. Черепахи, наверное, все-таки не было, хотя как знать, как знать... Глава 3. Узнаю своих волшебников! Волшебникам не потребовалось много времени, чтобы перед перспективой всеоб- щего разрушения указать коллективным пальцем на насущную философскую пробле- му. - Если никто ничего не заметит, то в определенным смысле этого вообще не произойдет, - сказал Профессор Современного Руносложения. Его спальня была одной из самых холодных во всем университете. - А если даже и произойдет, нас в этом обвинить будет некому, - заметил Де- кан. - В действительности, - произнес Думминг, несколько ободренный благожела- тельной реакцией пожилых волшебников, - существуют кое-какие теоретические обоснования невозможности подобного сценария исходя из внетемпоральнои натуры чара. - Повтори! - потребовал Чудакулли. - Сбой в работе приведет не ко взрыву, сэр, - пояснил Тупс. - А также, на- сколько мне известно, не к немедленному уничтожению всего сущего, начиная с текущего момента. Сущее в принципе перестанет существовать из-за того, что коллапс поля чара будет мультинаправленным. Но поскольку мы с вами, уважаемые господа, находимся здесь и сейчас, это означает, что мы обретаемся во Вселен- ной , где все закончилось хорошо.
- А, тут я в курсе, - покивал Чудакулли. - Все дело в квантах, да? При этом в какой-нибудь соседней Вселенной живем другие мы, и вот там-то все разлете- лось к чертям собачьим, так? - Да, сэр. Точнее, нет. Они не взорвались потому, что реактор другого Дум- минга Тупса сломался. Они... эээ... вообще не существовали. Хотя это, конечно, только теория. - Я рад, что мы во всем разобрались, - бодрым голосом произнес Главный Фи- лософ. - Мы здесь потому, что мы - здесь. Ну а поскольку мы именно здесь, не- плохо бы нам согреться. - Ну, вот и ладненько. Давай, Тупс, включай свою адскую машину, - сказал Чудакулли и кивком головы указал на красный рычаг. - Полагаю, эта честь принадлежит вам, Аркканцлер, - с поклоном ответил Тупс. - Все, что нужно, просто дернуть за рычаг. Рычаг, как бы это вам объяс- нить... Снимает блокировку, позволив потоку войти в обменник, где и произойдет простейшая реакция октирона, которая превратит магию в тепло и нагреет воду в бойлере. - То есть это у тебя типа большой чайник? - сообразил Декан. - Ну, образно говоря, да, - согласился Думминг, стараясь сохранить непрони- цаемое выражение лица. Чудакулли решительно ухватился за рычаг. - Может быть, вы хотите произнести пару слов? - спросил Тупс. - Да. - Чудакулли на миг задумался, а потом просиял: - Давайте по быстрому все здесь закончим и пойдем обедать. Раздались жидкие аплодисменты. Аркканцлер дернул за рычаг. Стрелка на ци- ферблате , прикрепленном к стене, указала на ноль. - Что же, мы до сих пор не взорвались, - заметил Главный Философ. - А зачем циферки на стене, Тупс? - Ах, эти... Ну, они нам показывают, докуда мы добрались, - ответил Думминг. - Понимаю, понимаю. - Главный Философ взялся за лацканы своей мантии и про- должил с куда большим энтузиазмом: - Насколько мне известно, у нас сегодня утка с зеленым горошком, джентльмены. А вообще ты у нас молодец, мистер Тупс! И пожилые волшебники пошли прочь. Могло показаться, что шли они медленно, на самом же деле это была предельная скорость, которую волшебник способен развить в предчувствии хорошего обеда. Думминг издал было вздох облегчения, застывший у него в горле, когда сооб- разил, что Аркканцлер никуда не делся, а, напротив, внимательно исследует ре- актор . - Эээ... Вы хотите узнать еще что-нибудь, сэр? - торопливо спросил он. - Слушай, скажи честно, когда именно ты его включил, Тупс? - Сэр? - Какое именно слово в моей короткой фразе тебе не понятно? Или я их рас- ставил не в том порядке? - Ну, я... Мы... Реактор включили сразу после завтрака, сэр, - потупился Дум- минг . - Мистер Турнепс удерживал стрелку на циферблате с помощью той веревоч- ки. - А когда вы его включили, ничего не взорвалось? - Нет, сэр. Иначе вы бы... эээ... заметили. - Но раньше ты говорил по-другому, Думминг. - Не совсем так. Просто имел в виду... - Я тебя насквозь вижу, Тупс, - прервал его Чудакулли. - Ты никогда не стал бы проводить эксперимент публично, если бы сначала не убедился, что все будет в порядке. Никому не хочется получить тухлым яйцом по физиономии, ведь так? Тупс подумал, что тухлым яйцом можно пренебречь, когда твоя физиономия представляет собой облако частиц, разлетающихся во все стороны со скоростью
темноты . Чудакулли хлопнул ладонью по черной панели реактора, отчего Думминг так и подпрыгнул на месте. - Наконец-то у нас будет тепло, - сказал Аркканцлер. - Эй, Казначей! Как там наверху? Казначей довольно закивал. - Вот и умница. Ты тоже молоток, Тупс. Ну, а теперь - обедать. После того как шаги стихли, Казначея вдруг осенило, что рычаги, так ска- зать , управления оказались у него в руках. Казначей вовсе не был сумасшедшим, как казалось многим. Напротив, он крепко стоял на земле. Единственная неувязка заключалась в том, что земля эта нахо- дилась на какой-то другой планете, ну такой, с пушистыми розовыми облачками и счастливыми зайчиками. Казначей, собственно, и не возражал, предпочитая ее реальности, в которой люди ужасно много кричат. Поэтому он старался бывать в этой самой реальности как можно реже. К сожалению, обедать приходилось тоже именно в ней. Служба доставки еды на Счастливой Планете работала из рук вон плохо. С привычной легкой улыбкой на лице Казначей аккуратно положил топор и нето- ропливо покинул галерею. В конце концов, рассуждал он, главное, чтобы эта чертова штуковина не... эээ... не сделала того, чего не следует. Наверняка с та- кой простой задачей она справится и без его, Казначеева, присмотра. К несчастью, Думминг Тупс слишком много беспокоился о разных несущественных мелочах, а никто из прочих волшебников не заметил, что тот, кто стоял между ними и чаровой катастрофой, пускает пузыри в стакан с молоком. Глава 4. Наука и магия Если хотите, мы могли бы прокомментировать некоторые аспекты эксперимента Думминга Тупса и дать соответствующее научное обоснование. Например, намек на существование «множественных миров» - это интерпретация идеи квантовой меха- ники, согласно которой от нашей Вселенной отделяются миллиарды побочных вет- вей каждый раз, когда разрешение той или иной неопределенности может пойти разным путем. Или взять общепринятый стандарт процедуры открытия всяческих церемоний, когда король или президент дергает за здоровенный рычаг или нажи- мает большую кнопку с надписью «старт», якобы запуская какой-нибудь процесс, хотя на самом деле все давным-давно работает и без этого. Когда королева Ели- завета II открывала первую английскую атомную электростанцию Колдер-Холл, все происходило именно так, и огромный циферблат, и прочее в том же духе. Впрочем, разговор о квантах нам пока начинать рановато, а про Колдер-Холл большинство из вас наверняка уже забыло. Во всяком случае, у нас есть намного более насущные вещи, которые следовало бы обсудить. И в первую очередь это вопрос об отношении магии и науки. Начнем, пожалуй, с науки. Интерес людей к происхождению Вселенной и месту в ней человека существовал испокон веков. Уже первые гоминиды, бродившие по африканским саваннам, вернее всего заметили, что ночью на небе полно ярких огоньков. На каком этапе своего развития они стали задаваться вопросом, что же это за огоньки, - остается за- гадкой, но к тому времени, когда у них появилось достаточно сообразительно- сти, чтобы ткнуть заостренной палкой в съедобное животное и развести костер, они уже не могли не заинтересоваться, что, черт побери, там, на небе, проис- ходит (а учитывая некоторые навязчивые человеческие идеи, не связано ли это с Скорость темноты пока еще не измерили, но предполагается, что она больше скорости света, поскольку темнота оказывается на месте куда раньше, чем свет.
сексом). Особенное впечатление на них должна была производить Луна: огромная, сверкающая и ко всему прочему меняющая свою форму. Существа, стоящие ниже людей на эволюционной лестнице, тоже в курсе ее су- ществования. Возьмем, к примеру, черепаху - самое знаменитое животное Плоско- го мира. Когда черепахи откладывают яйца в песок, они каким-то образом рас- считывают время так, чтобы вылупившиеся детеныши могли ползти к морю, ориен- тируясь по Луне. Люди узнали об этом, заметив, что огни зданий, построенных неподалеку от пляжа, путают маленьких черепашек. Такое поведение весьма при- мечательно, было бы глупо списывать его на некий инстинкт, делая вид, что этим словом все сказано. А что такое инстинкт? Как он работает? Откуда взялся? Ведь ученым нужны правдоподобные ответы, а не повод прекратить думать над сложными вопросами. По всей видимости, «лунатизм» маленьких черепашек и сверхъестественное чувст- во времени их матерей развивались параллельно. Некоторые черепахи случайно откладывали яйца в нужный день лунного месяца, и их вылупившиеся малыши, ползшие на свет, имели больше шансов на выживание, чем детеныши тех черепах, которые делали не так. Необходимо было, чтобы такая модель поведения закрепи- лась и передалась следующим поколениям. Тут-то им и пригодились гены: черепа- хи, которые случайно наткнулись на действенную систему навигации и генетиче- ски передали ее своему потомству, оказались более приспособленными. Они про- цветали и выигрывали у остальных, а через некоторое время вообще остались только те черепахи, которые умели ориентироваться по Луне. Может быть, Великий А'Туин, черепаха, на спине которой стоят слоны, на чьих спинах, в свою очередь, покоится Диск, плывет в космическом пространстве в поисках далекой Луны? Кто знает. Согласно «Безумной звезде», философы Диска многие годы потратили на споры, куда же именно направляется Великий А'Туин. Многие из них выражали беспокойство, что они этого так никогда и не узнают. Однако где-то через пару месяцев они это выяснят. И вот тогда-то им и придет- ся забеспокоиться по-настоящему... Как и его земные собратья, Великий А'Туин находится в репродуктивном периоде и направляется на космический «пляж», что- бы понаблюдать за вылуплением детенышей. Эта история закончится тем, что в холодные глубины космоса вместе с мамой уплывут восемь черепашат, каждый из которых понесет на спине собственный маленький Плоский мир. Самое интересное в этих черепашьих трюках, что самим черепахам совершенно не требуются знания ни о том, что их расписание зависит от фаз Луны, ни о том, что Луна вообще существует. Тем не менее, если черепашата не заметят Лу- ну, фокус не сработает, поэтому мы предполагаем, что они ее все-таки замеча- ют. Все же мы не знаем, можно ли предположить существование некой черепахи- астронома, которая занимается загадочными изменениями формы Луны. Но когда на сцену выбежала группа особенных обезьян, они этим вопросом очень заинтересовались. И чем умнее становились эти обезьяны, тем более непо- нятным становился для них мир, ведь с ростом знаний растет и наше невежество. Главный вывод, который они сделали, был такой: Там Наверху все совсем не так, как Здесь Внизу. Обезьяны не знали, что именно Внизу расположено довольно миленькое местечко для таких существ, как они: воздух для дыхания, всякие съедобные растения и животные, питьевая вода, земли, по которым можно бродить туда-сюда, и пещеры, в которых можно прятаться от дождя или львов. Зато они знали, что Внизу все чертовски изменчиво, хаотично и непредсказуемо. Однако предполагая, что мир Там Наверху отличается, они и не догадывались, насколько. Большая часть пространства там - это вакуум, а в вакууме не поды- шишь . То, что не вакуум, - гигантские шары раскаленной плазмы, к которым и подходить-то страшно. А если оно не вакуум и не пыхает огнем, - безжизненные
камни. Камни на обед не погрызешь . Обо всем этом наши обезьяны узнают позже. Пока они знают лишь то, что Там Наверху, по их меркам, вполне спокойно, ста- бильно и регулярно. Ах да, еще - предсказуемо. Если, конечно, сумеешь пра- вильно выложить круг1 из камней. Отсюда у них возникло ощущение, что все это не случайно и должна быть ка- кая-то причина. То, что Здесь Внизу прямо-таки создано для нас. И совершенно очевидно, что Там Наверху - нет. А следовательно, кто-то должен был об этом позаботиться. Молодое человечество, прячась в пещерах от грома, старательно размышляло о том, кто же все устроил. Ну конечно же, сообразили люди, это бо- ги , которые сидят Наверху и смотрят Вниз. Наверняка именно они командуют па- радом, раз людям это явно не по зубам. Заодно гипотеза объясняла, почему Здесь Внизу наличествуют такие штуки, как бури, землетрясения и пчелы, а Там Наверху ничего такого нет. Совершенно понятно: делишки богов. Тогда все сходится. К тому же подобная идея позволила людям почувствовать себя важными, особенно всяких жрецов. А если учесть, как легко жрецы могли вырвать тебе язык или изгнать в Пустыню Львов за малейшее несогласие с ними, то теория богов сделалась ужасно популярной. Сами понимаете, тот, кто имел иную точку зрения, либо не мог больше говорить, либо сидел на дереве, прячась от львов. И все же... Изредка рождался какой-нибудь псих с полным отсутствием инстинкта самосохранения, который, рискуя навлечь на себя гнев духовенства, объявлял подобную теорию не вполне убедительной. Такие люди появлялись уже во время Вавилонской цивилизации, процветавшей в междуречье Тигра и Евфрата в период с IV тысячелетия до н. э. по III век до н. э. Кстати, термин «вавилоняне» охва- тывает большую группу полунезависимых народов, живших в Вавилоне, Уре, Ниппу- ре, Уруке, Лагаше и так далее. Естественно, как и другие, они поклонялись различным богам. Например, одна из их легенд легла в основу библейской исто- рии о Ноевом ковчеге. Однако вавилонян тоже очень интересовало, зачем нужны эти огоньки на небе. Они знали, что Луна - это не плоский диск, а сфера. Вполне возможно, они зна- ли и о том, что Земля - тоже шар, поскольку во время лунных затмений она от- брасывает на Луну свою круглую тень. Они знали также, что год состоит из 365 суток плюс еще одна четвертушка. Они даже знали о «предварении равноденствий» - циклическом изменении, происходящем каждые 26 тысяч лет. Все эти открытия они сделали благодаря скрупулезным записям о движениях Луны и других небесных светил. Труды вавилонских астрономов, живших в V веке до н. э., дошли до нас. Именно в них берут свое начало альтернативные объяснения возникновения Все- ленной. Но поскольку в них не находится места богам, они не вызывают благо- склонности у священников. Некоторые наследники последних до сих пор пытаются бороться с подобными взглядами. Традиционное духовенство (среди которого по- рой встречаются очень умные люди) примирилось с существованием безбожников, однако против них по-прежнему выступают креационисты, постмодернисты и жур- нальные астрологи, то есть все те, кто предпочитает доморощенную мудрость. Современное название того, что они раньше именовали «ересью» и «натурфило- софией» , - наука. У науки особый взгляд на Вселенную. Ученые считают, что мир существует по законам, которые никогда не меняются, а законы не оставляют капризным богам места для маневра. Акцент на законах ставит перед наукой невообразимо сложную задачу. Она должна объяснить ни много ни мало, как пылающий газ и камни, существующие Там Наверху, смогли породить то, что существует Здесь Внизу. Причем исполнить 1 Ну, не совсем верно, конечно. Например, мы едим соль. Однако нигде за пределами Плоского мира вы не сможете заказать в ресторане карри из базальта.
это, подчиняясь лишь простым законам, вроде: «Как вы могли заметить, большие штуковины притягивают к себе маленькие штукенции, которые, в свою очередь, притягивают к себе большие, только несколько слабее». Тогда как Здесь Внизу никаких жестких правил нет вообще: в один день вы топаете на охоту и добывае- те десяток газелей, а на следующий день вас сжирает лев. Единственный закон, который, похоже, тут соблюдается, звучит так: «Нет никаких правил» или, выра- жаясь сугубо научно, - «Excreta Occurs», то бишь: «Упс! Вот дерьмо!». В Гар- варде сформулировали следующий закон поведения животных: «Стоит начать экспе- римент , лабораторные животные творят все, что хотят». Да что животные! Любой гольфист вам расскажет, что маленький пупырчатый мячик никогда не катится ту- да , куда должен. И это мы еще не вспомнили о погоде... Современная наука делится на две большие области: биологию, изучающую живых существ, и физику, занимающуюся всем остальным. «Деление» - это очень точное слово, поскольку исторически сложилось так, что научные методы этих двух об- ластей похожи примерно так же, как мел и сыр. Кстати, мел - это камень, кото- рый изучает геология, тогда как сыр получается из молока в результате работы бактерий и поэтому находится в ведении биологии. Несмотря на то, что оба раз- дела, как известно, - науки с определяющей ролью эксперимента в доказательст- ве теоретических выкладок, их стиль мышления сложился совершенно различным. По крайней мере, так было до последнего времени. С началом третьего тысячелетия появляется все больше и больше междисципли- нарных исследований. Вот, к примеру: тот же мел - это минерал, но состоящий из раковин и скелетов миллионов крошечных морских созданий. А чтобы сделать сыр, в наше время прибегают не только к биологии травы и коров, но и к химии с электроникой. Изначально основная причина разделения наук заключалась в убеждении, что живая и неживая материи - это две совершенно разные штуки. Неживая - проста и существует по строгим математическим правилам; тогда как живая - сложна и ни- каких правил вообще не соблюдает. Как мы уже говорили, Здесь Внизу выглядит не таким, как Там Наверху. Однако чем дальше мы углубляемся в следствия из математических законов, тем менее неустойчивой начинает казаться Вселенная, основанная на правилах. И на- оборот: чем лучше мы понимаем биологию, тем более значимыми становятся ее фи- зические аспекты. Поскольку жизнь отнюдь не является каким-то особым видом материи, следовательно, она тоже подчиняется законам физики. Совсем недавно казалось, что между биологическими и физическими науками - непреодолимая про- пасть . Теперь же эта пропасть стремительно превращается в тонкую линию, про- веденную на песке научной пустыни. Но если мы хотим окончательно преодолеть эту линию, потребуется в корне пе- ресмотреть наш образ мышления. К древним пагубным привычкам вернуться слишком легко. Для иллюстрации нашей точки зрения, а заодно предваряя следующую тему данной книги, давайте обсудим инженерные проблемы путешествий на Луну, касаю- щиеся живых существ. Главная проблема посылки человека на Луну - это вовсе не расстояние, а сила тяжести. Опытный путешественник мог бы пешком дойти от Земли до Луны лет за тридцать, захватив на дорожку воздух и припасы, если бы не тот факт, что до- рога эта ведет все время вверх. Для того чтобы оторваться от поверхности Зем- ли и прибыть в точку, в которой начинает действовать притяжение Луны, требу- ется много энергии. Физики рассчитали ее необходимый минимум: это разница ме- жду потенциальной энергией массы в нейтральной точке и потенциальной энергией той же массы на поверхности Земли. Закон сохранения энергии гласит, что как ни бейся, а обойтись меньшим количеством энергии никак не получится. С физикой не поспоришь. Именно поэтому исследование космоса - такое дорогое занятие. Слишком много
топлива нужно для того, чтобы поднять человека в космос на ракете, а уж сколько топлива требуется, чтобы поднять ракету, об этом лучше и не вспоми- нать... А еще нужно топливо, чтобы везти само топливо... В общем, начинает ка- заться, что мы с вами заперты на дне колодца земного притяжения и билет на- верх стоит целое состояние. Но так ли это на самом деле? Подобные же вычисления делались для различных живых существ и дали совер- шенно дикие результаты. Было «доказано», что кенгуру не могут прыгать, пчелы - летать, а птицы едят слишком мало, чтобы набраться сил и отправиться на по- иски пищи. Точно так же «доказали», что и сама жизнь - невозможна, поскольку живые системы становятся все более высокоорганизованными, в то время как фи- зика утверждает, что все системы стремятся к хаосу по мере усложнения. Глав- ный вывод, который сделали из всего этого биологи, - это глубокий скептицизм о применимости к биологии законов физики и чувство собственного превосходст- ва, ведь жизнь оказалась куда интереснее неживой природы. А вывод-то должен был быть иным: поосторожнее с тем, какие положения прини- маешь на веру, делая подобные расчеты. Возьмем тех же кенгуру. Можно подсчи- тать, сколько энергии требуется этому животному, чтобы прыгнуть, потом под- считать количество прыжков за день и вычислить минимальную потребность в энергии. Во время прыжка кенгуру отталкивается от земли, прыгает и опускается обратно, то есть вычисления делаются примерно как при подсчете топлива для ракеты. Вы начинаете считать, и выясняется, что кенгуру нужно в десять раз больше энергии, чем он может извлечь из дневного рациона. Отсюда вывод: кен- гуру прыгать не могут. А раз они не могут прыгать, то не могут и отыскать пи- щу, а следовательно, все они - мертвы. В то время как в Австралии эти самые кенгуру кишмя кишат, потому что, к счастью для них, они не секут в физике. В чем же наша ошибка? Да в том, что при подсчетах кенгуру оказался чем-то вроде мешка с картошкой. Вместо того чтобы подсчитать, сколько энергии нужно затратить животному на 1000 (цифра взята с потолка) прыжков в день, исследо- ватели сосчитали, сколько энергии нужно для того, чтобы 1000 раз поднять ме- шок. Но если вы посмотрите на замедленную съемку кенгуру, рассекающего по ав- стралийской глубинке, вы заметите, что на мешок картошки он точно не похож. Он скачет, как огромная резиновая пружина: когда задние ноги поднимаются вверх, голова и хвост опускаются вниз, сохраняя энергию в мускулах. Потом, когда ноги касаются земли, эта энергия высвобождается для следующего прыжка. То есть большая часть расходуемой энергии возвращается, и затраты оказываются в целом не столь уж велики. Теперь мы предложим вам один тест на ассоциации. Мешок картошки так же от- носится к кенгуру, как ракета к... К чему? Напрашивается очевидный ответ - к лифту, к космическому лифту. В 1945 году в октябрьском номере журнала «Wireless World» молодой фантаст Артур Кларк опубликовал свою идею геостацио- нарной орбиты, ставшую основой для работы практически всех спутников связи. На определенной высоте, а именно - 22 тысячи миль (35 тысяч километров) спут- ники должны вращаться вокруг Земли синхронно с вращением самой планеты, так что с ее поверхности будет представляться, что спутник - неподвижен. Сплошная польза для связи: вы можете задать своей спутниковой тарелке некое фиксиро- ванное направление и получите когерентный разумный сигнал, ну, или хотя бы MTV. Где-то лет через тридцать Кларк предложил новую идею с еще большим потен- циалом для технологических изменений: запустить спутник на геостационарную орбиту и скинуть оттуда на землю длиннющий кабель. Конечно, такой кабель дол- жен быть невероятно прочным, а подходящих материалов у нас нет до сих пор, хотя «карбоновые трубки», получаемые пока только в лабораториях, похоже, от-
вечают подобным требованиям. Так что если удастся решить инженерные проблемы, то мы получим лифт, поднимающийся на высоту 22 тысячи миль. Стоимость соору- жения будет огромна, однако на таком лифте можно будет с легкостью возить в космос всякие вещи. Эээ, нет... С физикой ведь не поспоришь: энергии потребовалось бы ровно столько, сколько нужно для подъема груза на ракете. Конечно-конечно, а еще нам требовалось одинаковое количество энергии для прыжка кенгуру и для подъема мешка с картошкой. В общем, фокус состоит в том, чтобы найти способ заимствовать энергию, а потом - «расплачиваться с долгами». Ведь когда такой лифт будет установлен, через некоторое время вниз пойдет столько же вещей, как и наверх. В самом де- ле, если вы наделаете шахт на Луне или астероидах и начнете добывать там ме- таллы, то вскоре вниз отправится даже больше, чем пойдет наверх. Материалы, идущие вниз, обеспечат нас энергией для того, чтобы поднимать что-нибудь на- верх. В отличие от ракеты, которая расходует энергию всякий раз, когда вы ее запускаете, космический лифт - это самообеспечивающаяся система. Жизнь похожа на космический лифт, только поддерживается она не энергией, но организацией. Когда у вас появляется система настолько высокоорганизованная, что может делать точные копии самой себя, степень ее организации тут же пере- стает быть дорогой. Да, первоначальные инвестиции довольно высоки, как и у космического лифта, однако после того, как они уже сделаны, остальное вы по- лучаете бесплатно. Если хотите разобраться в биологии, вам нужен именно космический лифт, а не ракеты. Может быть, магия Плоского мира поможет нам прояснить научные вопросы Круг- лого? Как пропасть между физикой и биологией гораздо уже, чем мы привыкли ду- мать , так же и пропасть между наукой и магией исчезающе мала. Чем сложнее становится технология, тем меньше возможности для обычного человека понять, как работают вещи, которыми он пользуется каждый день. В итоге они становятся для него все равно, что волшебными. Артур Кларк считал это неизбежным. Грего- ри Бенфорд пошел еще дальше, объявив, что именно к этому мы и стремимся. Всякая технология работает потому, что ее изобретатель верно понимал прави- ла Вселенной, которые заставят его изобретение делать то, что требуется. Для этого ему не нужно знать эти правила абсолютно точно, достаточно их понимать. Космические ракеты отлично летают, несмотря на то что их орбиты рассчитывают- ся по ньютоновским законам гравитации, хотя формулы Эйнштейна гораздо точнее. В любом случае то, чего мы можем добиться, строго ограничено тем, что Вселен- ная нам позволяет. В отличие от магии, в которой что-то работает просто пото- му, что так хотят люди. Конечно, вам потребуется правильное заклинание, но все зависит исключительно от воли человека (ну, еще от знаний, умений и опыта волшебника). Это одна из причин того, почему наука кажется бесчеловеческой: ведь в ней все выглядит так, словно нами управляет Вселенная, а не наоборот. Тем не менее, магия - лишь одна из сторон жизни Плоского мира. Помимо нее, там существует и наука, или, по крайней мере - логическая инженерия. Мячик можно кинуть и поймать, биология реки Анк чем-то напоминает биологию земного болота или сточной канавы, а свет распространяется по более-менее прямым ли- ниям, пусть и очень медленно. В «Безумной звезде» мы читаем: «Солнце поднима- лось медленно, словно не было уверено в том, что это стоит таких усилий. Над Диском занимался еще один день. Разгорался он очень неторопливо, и вот поче- му. Когда свет встречается с сильным магическим полем, он тут же теряет вся- кое представление о спешке и мгновенно замедляет скорость. А на Диске магия до неприличия сильна, из чего следует, что мягкий желтый утренний свет сколь- зил по спящему пейзажу, будто прикосновение нежного любовника или, как выра- зились бы некоторые, словно золотистый сироп...». Впрочем, из той же книги ста-
новится ясно, что наряду с инженерией в Плоском мире полно магии: магическое поле, замедляющее свет; солнце вращается вокруг Диска при условии, что один из слонов поднимет ногу, открывая ему путь. Солнце - маленькое, находится со- всем рядом и движется куда быстрее своих собственных лучей. Особых неудобств это никому не доставляет. Магия присутствует и в нашем мире, только в другой, менее очевидной, форме. Волшебство окружает нас каждый раз, когда мы просто принимаем что-то на веру, не понимая, почему так происходит. Когда мы щелкаем выключателем - и загора- ется свет. Когда мы садимся в машину - и она едет. И еще, когда мы занимаемся всеми этими забавными штуками, в результате которых получаются дети. Конечно, некоторые люди понимают, что происходит в тех или иных случаях, а кое-кто да- же разбирается в мельчайших подробностях. Но рано или поздно все мы достигаем наших собственных пределов, за которыми - Магия. Закон Кларка гласит, что лю- бая достаточно «продвинутая» технология выглядит как волшебство. «Продвину- тая» в том смысле, что она кажется нам полученной от инопланетян или людей из будущего вроде телевидения для неандертальца. Хотя телевидение уже сейчас представляет собой магию почти для всех: как для того, кто находится перед камерой, так и для того, кто сидит на диване и смотрит забавные картинки в «ящике». В какой-то миг, как метко выразился мультипликатор К. Харрис, «про- исходит чудо». Науку окутывает магическая аура еще и потому, что развитием цивилизации движет повествовательный императив, то есть желание рассказать связную исто- рию. Примерно в 1970 году Джек читал школьникам лекцию, что-то вроде «Есть ли жизнь на Марсе?». Он рассказывал об эволюции, о том, из чего «сделаны» плане- ты, - в общем, все то, что вы ожидаете от лекции подобного рода. Первый во- прос, который задала ему девочка лет пятнадцати, звучал так: «То есть вы ве- рите в эволюцию, сэр?». Учитель начал было говорить, что это «неправильный» вопрос, но Джек все равно попытался ответить, хотя получилось это у него не- сколько претенциозно: «Нет, я не верю в эволюцию так, как люди верят в бога... Наука и технология - не для верующих, а для тех, кто не знает, но делает все, чтобы узнать... паровоз... ткацкий станок... телевизор...». Тут девочка снова вскочи- ла на ноги и закричала: «Нет! Телевидение было изобретено не так!» Учитель попытался разрядить обстановку и спросил, как же, по ее мнению, это произош- ло . И она ответила: «Мой папа работает на заводе «Фишер и Ладлоу», делает стальные штамповки для автомобильных кузовов. Ему платят деньги, а он дает часть из них правительству, чтобы правительство предоставило ему какие-нибудь вещи. То есть он говорит, что желает смотреть телевизор, и правительство пла- тит тому, кто изобретает телевизор. Вот и все!». Очень распространенная ошибка - думать, что прогресса можно достичь, просто поставив перед собой цель. Складывается ощущение, что, если накопить доста- точно ресурсов, обязательно чего-нибудь достигнешь. Увы, это не так. Даже ес- ли у нас будут нужные ресурсы, мы не продвинемся дальше, чем позволяют уже существующие технологии. Ну, или чуть-чуть продвинемся, если нам повезет. Од- нако никто не говорит нам о тех идеях, которые провалились. Никто не заплатит за проект, если знает, что есть возможность фиаско. Или за те исследования, если неизвестно даже, откуда их начинать. Можно угрохать кучу денег на разра- ботку антигравитационного двигателя или сверхсветовых путешествий, а в итоге не получить ничего. Если можно разобрать машину, чтобы посмотреть, как она работает, то вы по- лучите четкое представление о рамках ее функционирования. В таких случаях пе- репутать науку с магией нельзя. Первые машины запускались исключительно вруч- ную: вставляли в двигатель здоровенную ручку, вращали ее и в буквальном смыс- ле запускали машину. Что бы там ни было внутри, когда мотор начинал работать, вы знали, что это - никакая не магия. Но по мере развития технология переста-
ет быть понятной потребителю. Количество автомобилистов росло, а очевидные действия заменили символы. И вот вы нажимаете кнопки, чтобы заставить «черный ящик» что-то делать. Тоже своего рода заклинание: ткни в пимпочку с надписью «Пуск», и все начинает работать само по себе. Даже ваша старенькая бабушка может вести машину, ведь все, что ей надо сделать, - это нажать на кнопку, а маленькие юркие бесы как по мановению волшебной палочки начнут работу. В этом процессе - суть отношений между наукой и магией нашего мира. Вселен- ная, в которой эволюционировал наш вид, работает по правилам, а наука - наш способ попытаться их понять. Но мир, который мы для себя строим, всем тем, кто не участвует в его создании, может показаться волшебным, а иногда и тем, кто участвует, - тоже. Людей делает людьми особая разновидность магии, именуемая образованием. С ее помощью мы можем передавать идеи от одного поколения другому. Вот если бы мы были компьютерами, то просто копировали бы нашу память и вставляли бы ее в мозг детям. Тогда они не спорили бы с нами по любому вопросу, а всегда согла- шались с нашим мнением - любо-дорого посмотреть. Потом бы они перестали это делать, но хотя бы вначале... Это один из аспектов образования, на который мы хотим обратить ваше внимание. Мы называем его «враки детям». Наверное, от- дельные читатели станут протестовать против слова «вранье». Как-то раз на од- ной научной конференции мы нарвались на шведов-буквалистов, воспринявших наши слова со всей серьезностью и целую неделю доказывавших нам, что это вовсе не враки. Но нет, ложь есть ложь, даже и с самыми благими намерениями. «Враки детям» - это такое утверждение, которое само по себе ложно, но которое, тем не менее, ориентирует ум ребенка в правильном направлении. Которое, подготов- ленный предшествующей ложью, он будет в состоянии оценить. На ранних стадиях развития ребенка образование включает в себя множество подобных «врак», поскольку первые объяснения очень просты. Между тем мы живем в сложном мире, и постепенно вся ложь должна заменяться более сложными объяс- нениями, иначе мы получим ложь замедленного действия. К сожалению, те пред- ставления, которые большинство из нас имеет о науке, - всего лишь полузабытые «враки детям». Возьмем, к примеру, радугу. Мы все со школьной скамьи помним объяснения, что стекло или вода расщепляет свет на составляющие его цвета. Нам даже показывали миленький опыт, в котором мы наглядно видели, как это происходит. После чего нам говорили, что именно так и формируется радуга: свет проходит сквозь капельки воды. Когда мы были маленькими, нам еще не при- ходило в голову, что это как-то объясняет цвета, но никак не объясняет форму радуги. Никто ведь не объяснял нам тогда, как именно свет, проходящий сквозь капельки дождя, может образовать разноцветную арку. Почему цвета не смешива- ются? Ладно, сейчас не место рассуждать об элегантной геометрии радуги. Но теперь-то вы поняли, почему слово «ложь» - не такое уж неподходящее? Школьные объяснения отвлекли вас от настоящей чудесной радуги и эффекта, который дос- тигается за счет множества дождевых капель, представив все так, что достаточ- но объяснить возникновение цветов, и дело в шляпе. Другой пример «врак детям» - это концепция магнитного поля Земли как огром- ного магнита с полюсами «север - юг». Или что атом похож на миниатюрную сол- нечную систему. Амеба - примитивный организм возрастом в миллиард лет, ДНК - некая калька живого существа, а между теорией относительности и прической Эйнштейна есть определенная связь (имеется гипотеза, что только люди с подоб- ной прической могут эту теорию понять). Квантовая механика для этого подходит мало, ведь она не предлагает нам простую историю, понятную неспециалисту, по- этому она многим не нравится. Если ты живешь в сложном мире, то, чтобы понять его, волей-неволей прихо- дится все упрощать. Именно к этому и сводится «понимание». На разных этапах образования применяется разная степень упрощения. «Лжецы детям», так называе-
мые учителя, - это уважаемая и нужная профессия. То, чем учителя точно не за- нимаются (даже если какие-то политики считают именно так), - они не выстраи- вают в умах людей непоколебимое здание из кирпичиков - фактов1. Время от вре- мени нам приходится менять эти «кирпичики», замещая старые знания - новыми, более точными. Процесс этот непрерывен, именно он лежит в основе науки. А это означает, что ничего нельзя принимать как абсолютную истину. В том числе и наши слова, ведь профессия «лжецов читателям» тоже вполне уважаемая. Между тем в Плоском мире вот-вот выйдет наружу одна из «врак волшебникам» Думминга Тупса. Глава 5. Проект «Круглый мир» Аркканцлер Чудакулли выпал из послеобеденной дремы. Ему снилось, что он бредет под палящим солнцем по пустыне, раскаленной, как сковородка. Проснув- шись , он обнаружил, что это более или менее правда. Между стыками батареи в углу со свистом вырывался горячий пар. Чудакулли бочком приблизился к источнику бедствия и потыкал в облако одним пальцем. - Ай! Проклятье. Посасывая правую руку, а левой - разматывая шарф, Чудакулли выскочил из комнаты. Коридор показался ему настоящим адом, в котором вдобавок включили отопление. Все вокруг заволокло паром. Внезапно откуда-то сверху явственно раздалось: «Чвак!». Этот звук ни с чем перепутать было невозможно: разряд вы- сокоэнергетической магии. На мгновенье окна озарила фиолетовая вспышка. - Кто-нибудь скажет мне, что здесь происходит, черт побери? - заорал Чуда- кулли в окружающую пустоту. Ну, не совсем в пустоту. Из пара выплыло нечто, отдаленно напоминающее айсберг. Это был Декан. - Я должен решительно заявить, Аркканцлер, что не имею ко всему этому ни малейшего отношения! Чудакулли утер стекающий по лбу пот. - Чего это ты разгуливаешь тут в подштанниках, Декан? - Ну... В моей комнате стоит воистину несусветная жара... - Немедленно что-нибудь на себя надень, а то ты выглядишь абсолютно непеда- гогично . Раздался новый «чвак!» магического разряда. И с кончиков пальцев Чудакулли посыпались искры. - Ого! Даже меня пробрало! - заметил он, ныряя обратно в комнату. За окном, с противоположной стороны сада, над факультетом Высокоэнергетиче- ской Магии висело дрожащее марево. На глазах Аркканцлера два здоровенных бронзовых шара на его крыше обвили пурпурные молнии. По доброй старой магической привычке Чудакулли успел рухнуть на пол за Мы, люди, изобрели множество полезных «врак». Мы врем детям («Они все равно слиш- ком маленькие, чтобы понять»), врем начальству («Это именно то, что они хотят услы- шать») , пациентам («Меньше знают - лучше спят») и по любому поводу - себе самим. «Враки детям» просто начальный и самый распространенный тип вранья. В университетах прекрасно знают школьных отличников, приходящих в ужас, когда выясняется, что физика или биология - совсем не то, чему их учили. «Да, - говорят им. - Но сначала вам нуж- но было уяснить то, а уж теперь мы вам расскажем, как все обстоит на самом деле». Волшебники Плоского мира тоже знают об этом и используют для доказательства того факта, что Незримый университет - настоящее хранилище знаний: студенты прибывают из школы, уверенные, что знают все на свете, а заканчивая обучение, знают только то, что ничего не знают. Куда деваются все их знания? Остались в стенах университета, разумеется, где их аккуратно высушивают и хранят.
мгновенье до того, как взрывной волной выбило окна. С крыши лился растаявший снег. Каждая сосулька превратилась в водопадик с палец толщиной. Большая дверь, покряхтывая, неуклюже перемещалась по парящему газону. - Декан, забодай тебя комар, держи крепче свой конец! И дверь проползла еще немного вперед. - Легко тебе говорить, Аркканцлер! Это же цельный мореный дуб. - Вот и прекрасно! Позади Чудакулли и Декана, толкавших перед собой дверь (по большей части благодаря взаимным пререканиям), опасливо крались остальные волшебники. Бронзовые шары время от времени вновь принимались гудеть, причем интервалы между разрядами сокращались прямо на глазах. Когда-то эти шары, под всеобщие насмешки, были там установлены в качестве поглотителей сырой магии, накапли- вавшейся в здании. И вот сейчас они угрожающе светились. - И мы с тобой знаем, что это означает, не так ли, господин Тупс? - вкрад- чиво сказал Чудакулли, когда они добрались до факультета Высокоэнергетической Магии. - Рвется ткань реальности, и вскоре мы все станем добычей тварей из Подзе- мельных Измерений, сэр? - промямлил Думминг, обречено тащившийся сзади. - Вот именно! Но ведь мы этого не хотим, не так ли, господин Тупс? - Да, сэр. - Нет, мы не хотим, сэр! - взревел Чудакулли. - Опять везде окажутся эти щупальца! Никто из нас ведь не хочет щупалец, не так ли, господин Тупс? - Нет, сэр. - Да, сэр! Иди туда и все уладь! - Но пойти сейчас на площадку для сквоша - это же верная смерть... - Думминг запнулся, нервно сглотнул и продолжил: - Или, если выразиться точнее, невер- ная смерть, Аркканцлер. Ведь уровень сырой магии там сейчас равен миллиону чаров! Может случиться все что угодно. Потолок факультета Высокоэнергетической Магии нервно завибрировал. Каза- лось , что само здание пустилось в пляс. - Да-а, а площадочка-то на совесть сделана, умели же раньше строить! - вос- хищенно произнес Профессор Современного Руносложения. - Хотя, конечно, ведь она и должна выдерживать пропасть магии... - Даже если нам удастся отключить реактор... Не уверен, что это хорошая за- тея, - пробормотал Думминг. - Все лучше, чем то, что сейчас, - возразил Декан. - То есть падать лучше, чем упасть и стукнуться о землю? - спросил Думминг. Чудакулли со свистом втянул носом воздух. - Туше! - произнес он. - Полагаю, сейчас произойдет что-то вроде всеобщего охлопывания. Такое нельзя просто взять и отключить, тогда уж нам точно мало не покажется. - Неужто Конец Света? - проблеял Главный Философ. - По крайней мере - некоторой его части, - ответил Думминг. - Тупс, мы сейчас говорим об одной глубокой долине двадцати миль шириной, окруженной кольцом гор? - спросил Чудакулли, глядя в потолок, по которому как раз поползли извилистые трещины. - Совершенно верно, сэр. А вот интересно, удалось ли тем, из Локо, кем бы они ни были, все-таки выключить реактор... Стены жалобно застонали. За спиной Думминга раздалось дребезжание, которое он сумел опознать, несмотря на окружающий шум: перезагружалось печатное уст- ройство ГЕКСа. Тупс всегда считал эти звуки чем-то вроде механического откаш- ливания . Гусиное перо задергалось в паутине веревочек и пружинок и вывело:
+++ Возможно, Наступило Время Проекта Круглый Мир +++ - о чем это ты? - рявкнул Чудакулли, который так и не уяснил, чем же именно является ГЕКС. - Ах, тот? - протянул Декан. - О котором болтают уже несколько веков? Успо- койтесь , никто и никогда не принимал эту гипотезу всерьез. Так, мысленный эксперимент, не более того. Воплотить его на практике совершенно невозможно. Полный абсурд. К тому же потребуется слишком много магии. - Что ж, у нас как раз ее оказалось слишком много, - сказал Чудакулли. - И нам требуется срочно ее как-нибудь утилизировать. Наступила тишина. Точнее, притихли только волшебники, магия же продолжала свистеть над их головами, словно газ, вырывающийся из баллона. - Мы не можем допустить, чтобы она здесь накапливалась, - продолжал гнуть свое Чудакулли. - Напомните мне, что там еще за Круглый мир? - Ну... Существует смелая гипотеза, что можно создать замкнутую область, где законы волшебства, как бы это сказать, не действуют, что ли... А потом исполь- зовать эту модель для углубленного изучения магии, - объяснил Думминг. - Магия - она, к твоему сведению, повсюду, - изрек Чудакулли. - Везде и во всем. - Конечно, сэр, - согласился Думминг, преданно глядя на Аркканцлера. И тут потолок треснул. - И какая же польза может быть от этого проекта? - размышлял вслух Чудакул- ли. - Если вы спрашиваете меня, какая польза от новорожденного, сэр... - Нет, я тебя не об этом спрашиваю, - оборвал его Чудакулли. - Впрочем, и с этим тоже все обстоит довольно-таки подозрительно. Новый разряд магии затрещал над их головами. Волшебники пригнулись. Раска- тился грохот взрыва. - Похоже, сферы лопнули, сэр, - сообщил Думминг. - Ну, хорошо-хорошо. Сколько времени нужно для подготовки Проекта? - спро- сил Аркканцлер. - Месяцы и месяцы, разумеется, - солидно ответил Декан. - До следующего разряда остается около десяти секунд, сэр, - сказал Дум- минг . - Правда, теперь, поскольку у нас нет больше сфер, он уйдет прямо в землю и... - Ага, точно. Что?! Тогда... - Чудакулли оглядел своих бравых волшебников, в то время как стены вновь начали пританцовывать. - Приятно было с вами позна- комиться, парни. С некоторыми. С одним или двумя, если быть точным. Гул освобожденного волшебства перешел в душераздирающий визг. Декан откаш- лялся . - Я вот что хочу сказать, Наверн... - начал он. - Да, приятель? - Хочу сказать... Полагаю, из меня получился бы куда лучший Аркканцлер, чем из тебя. И тут гул прекратился. Повисла звенящая тишина. Волшебники затаили дыхание. Что-то произнесло «Пинг!», и в воздухе перед ними возник шарик диаметром в один фут. Он был похож на перламутровое стекло. Или на блестящую жемчужину, не будучи, собственно, этой самой жемчужиной. Рев хаотических чаров, доносив- шийся из-за двери площадки для сквоша, сменился равномерным целенаправленным «трень-брень, трень-брень». - Это что еще за бесовщина? - спросил Чудакулли, когда волшебники, путаясь в мантиях, поднялись с пола. ГЕКС опять застучал. Думминг схватил исписанный листок бумаги. - ГЕКС утверждает, это проект Круглого мира, - сказал он, - который стреми-
тельно поглощает энергию чарового реактора. - Глупости, - пробурчал Декан, отряхивая мантию. - Для правильного оформле- ния требуются месяцы. Кстати, откуда этой машине знать заклинания? - Господин Турнепс в прошлом году скопировал в него немного гримуаров, - ответил Думминг. - Как вы сами теперь видите, просто жизненно необходимо, чтобы ГЕКС имел представление о заклинательной структуре... Главный Философ неприязненно уставился на сферу. - и это все, что ли? - сказал он. - Какой-то пузырь. А шуму-то, шуму... Волшебникам пришлось пережить напряженный момент, когда Декан наклонился к сфере и его нос, многократно увеличившись, отразился на ее поверхности. - Проект разработал еще старый Аркканцлер Бьюдли, - сказал он. - Все счита- ли , что это невозможно. - Тупс! - позвал Чудакулли. - Да, сэр. - Никаких взрывов больше не предвидится, надеюсь? - Не думаю, сэр. Проект... эээ... всасывает в себя всю энергию. - А разве эта штука не должна светиться или что-то в этом роде? Что вообще там внутри? Тут в разговор вмешался ГЕКС: +++Ничто+++ - То есть ты утверждаешь, что вся наша магия уходит в пустоту? +++ Ничто - Это Не Пустота, Аркканцлер. Внутри Проекта Нет Ничего, Даже Пустоты. Там Нет Времени, Поэтому Нет И Пространства, Даже Пустого +++ - А что ж там тогда есть? +++ Я Исследую Этот Вопрос +++ - написал терпеливый ГЕКС. - Смотрите-ка, а туда можно руку засунуть! - послышался вдруг голос Декана. Волосы волшебников встали дыбом, в ужасе они оглянулись. Пальцы Декана тем- нели внутри шара, окруженные мириадами искорок. - Это было довольно глупо и опрометчиво, - сказал Чудакулли. - Но откуда ты узнал, что там безопасно, Декан? - Да ничего я не знал, - весело ответил тот. - А там... прохладно. Я бы даже сказал, морозец пощипывает. Эдакая приятная щекотка. ГЕКС вновь застучал. Думминг прыгнул к нему и посмотрел на листок. - А когда шевелишь пальцами, то они такие... как будто бы липкие. - Эээ... Декан! - прошептал Думминг, отступая на пару шагов. - Сдается мне, что вам надо чрезвычайно аккуратно, но при этом не медля ни секунды, вытащить свою руку. - Слушайте, а теперь покалывает... Так странно... - Вытаскивайте руку, Декан! Сейчас же! Наконец нетерпению в голосе Тупса удалось пробиться сквозь космическую са- моуверенность Декана. Тот уже начал поворачиваться, чтобы затеять спор, но в этот самый момент в центре сферы появилась белая искра, стремительно увеличи- вающаяся в размерах. Сфера тревожно замерцала. - Никто не знает, с чего это вдруг? - спросил Главный Философ, лицо которо- го все ярче освещалось Проектом. - По-моему, - сказал Думминг, комкая в пальцах ГЕКСово послание, - там внутри зародились Пространство и Время. На бумажке аккуратным почерком было выведено:
+++ В Случае Отсутствия Продолжительности И Измерения Должен Иметься Потен- циал +++ Маги воззрились на Вселенную, которая на их глазах росла внутри сферы. Вре- мя от времени они обменивались впечатлениями типа: «Маловата будет, тебе не кажется?» Или: «Да, кстати, а обедать еще не пора?». Потом они задались принципиальным вопросом: не пошло бы развитие нового Универсума по какому-нибудь иному пути, пошевели Декан пальцами как-нибудь иначе? Вдруг там самым естественным образом появилась бы садовая беседка, или, скажем, девятимерный одуванчик триллион миль в поперечнике? Однако Арк- канцлер прекратил их ученые прения, напомнив о древнем магическом принципе ДБББ1. Глава 6. Начала и превращения Потенциал - это ключ ко всему. Теперь нам предстоит убедить вас в том, что большое количество вакуума и парочка законов обладают огромным потенциалом. Дайте им только время, и они породят людей и черепах, погоду и Интернет, только не надо торопиться. Но от- куда же мох1 взяться весь этот вакуум? Или Вселенная существовала всегда, или ничего не было, а потом вдруг - бац! - и оно возникло! Второе утверждение прекрасно отвечает человеческой потребности создавать мифы. Впрочем, оно при- влекает чем-то отдельных современных ученых, очень может быть, что причина нам известна: «враки детям» пустили глубокие корни. Но ведь вакуум, разве это не пустое пространство? А что в таком случае было до того, как пространство появилось? Как вообще можно сделать пространство из вакуума? Кажется, что мы попали в замкнутый круг, не правда ли? Если сначала у нас никакого пространства не было, где же нам взять это самое «где» для на- чала? И если там не было ничего, как «ничего» стало пространством? Может быть, оно было всегда, но... непонятно... А что насчет времени? Загадка с про- странством кажется даже проще, чем время. В конце концов, пространство - это всего лишь место для материи. Материя... Ну, это просто всякие штуки. А вот время... Время течет, оно проходит, время имеет смысл, только если говорить о прошлом и о будущем, но не о «сейчас». Что заставляет время идти? Можно ли его остановить? И что произойдет, если удастся это сделать? Вопросы делятся на мелкие, средние и большие. Вслед за большими следуют важные, кардинальные и, наконец, настолько всеобъемлющие, что представляются совершенно неразрешимыми. Распознать мелкий вопрос - проще простого: он выглядит ужасно сложным. На- пример: «Какова молекулярная структура левозакрученного изомера глюкозы?». Но по мере усложнения вопросов они становятся обманчиво простыми вроде: «Почему небо голубое?». По-настоящему большой и сложный вопрос кажется до того про- стым, что в голове не укладывается, как это наука до сих пор на него не отве- тила. Скажем: «Почему Вселенная не движется назад?». Или: «Почему красный цвет именно красный?» Как видите, вопросы задавать куда проще, чем на них отвечать, и чем уже ваш вопрос, тем более пространные слова вам требуются, чтобы его сформулировать. Между тем, чем вопрос больше, тем больше людей им задавалось. Мало кого вол- нует левозакрученный изомер глюкозы, но большинство из нас задумывалось, по- чему красный цвет именно такой и все ли видят его одинаково. «Дают - бери, бьют - беги».
На самой обочине научной мысли остаются вопросы, достаточно великие, чтобы интересовать почти всех, но недостаточно конкретные, чтобы дать на них точный ответ. «Как появилась Вселенная?». «Как она закончится?». («И что случится в промежутке?» - но это уже частность.) Сразу заметим, что ответы на них предо- пределены теми или иными, иногда весьма спорными допущениями. Предыдущие по- коления ученых были абсолютно убеждены, что их научные теории - практически идеальны. Какая жалость, что эти теории оказались, по существу, ошибочны. По- чему же наше поколение должно быть исключением из этого правила? Остерегай- тесь научных фундаменталистов, уверенно убеждающих вас, что наука давным- давно изучила все на свете и осталось подчистить лишь пару-тройку рутинных мелочей. Обычно именно тогда, когда хор их звучит особенно громко, на свет появляется очередное революционное изменение нашего мировоззрения, но слабый писк новорожденного тонет в оглушительном реве ортодоксов. Давайте рассмотрим современные взгляды на возникновение Вселенной. Для на- чала мы хотим обратить ваше внимание на то, что человеческому разуму сложно воспринять саму концепцию начала. А со становлением дело обстоит еще хуже. Наш разум развивался для решения конкретных задач: выбор партнера, охота на медведя с помощью острой палки и как пообедать, постаравшись самому не пре- вратиться в обед. Мы оказались на диво ловкими в деле адаптации отработанных алгоритмов решения к задачам, для этого не предназначенным. То есть тем, ко- торые не возникали в процессе нашей эволюции, когда о сознательных намерениях говорить еще было рано. Как то: правильно спланировать поход на Маттерхорн, вырезать моржа из клыка белого медведя1 или рассчитать точку горения сложной молекулы углеводорода. Поскольку наши алгоритмы выработаны многотысячелетней практикой, мы и думаем о начале как о некоем аналоге рассвета или об обнару- жении оазиса в пустыне. Нам кажется, что становление - это способ, посредст- вом которого клык медведя превращается в резной амулет, а живой паук - в дох- лого, когда давишь его каблуком. Иными словами: начало должно откуда-то начинаться (и тогда это «откуда-то» и становится точкой отсчета), а становление - это превращение одной вещи в другую посредством изменения ее очертаний: клык был не резной, а теперь он - резной, паук был жив, а сейчас он - мертв. К сожалению, Вселенная устроена не столь примитивным образом, поэтому нам так сложно понять, как она зародилась. Ну, или как вышло, что из яйцеклетки и сперматозоида появляется живой ребе- нок. Хорошо, о становлении мы поговорим попозже, а сейчас давайте о началах. Из- за наших эволюционных заморочек мы склонны думать о начале Вселенной как о таком особенном моменте, до которого она не существовала, а после которого - она уже была. Кроме того, если Вселенная превратилась из несуществующей в су- ществующую, значит, у этого события должна быть причина. Иначе говоря, что-то такое было до начала Вселенной, а то как бы она начала существовать? Если по- думать о начале Вселенной как о начале пространства и времени, становится еще труднее. Как может что-то быть до того, как начался отсчет времени? Как могла существовать причина появления Вселенной, если не было ни пространства, ни времени? Получается, было что-то еще, что уже существовало... Правда, теперь нам надо решить, как появилось это «что-то», и перед нами тут же встают те же самые трудности. Ладно, попробуем зайти с другой стороны. А вдруг то ли сама Все- ленная, то ли ее предтеча существовала вечно? Нет никаких начал, она просто было, и баста. Ну что, довольны? То, что существует вечно, ни в каких объяснениях и причи- нах не нуждается, правда? А теперь ответьте, почему оно существует вечно? Главное, перед этим не забыть вытащить его из пасти последнего.
Тут самое время вспомнить шутку про черепаху, которую приводит в качестве примера Стивен Хокинг в своей «Краткой истории времени», хотя сама история очень древняя. Согласно индуистской легенде, Земля покоится на спинах четырех слонов, которые, в свою очередь, стоят на спине черепахи. Но на чем же стоит сама черепаха? В Плоском мире Великому А'Туину никакой опоры не нужно, по- скольку он плывет в космосе, даже не задумываясь о том, что же именно держит его на плаву. Что называется, магия - в действии: просто так устроены все че- репахи, которые несут на себе миры. А вот одна пожилая дама, на досуге увле- кавшаяся индийской космологией, ответила на вопрос астронома о том, что же поддерживает черепаху, примерно так: «Там под ней сплошные черепахи!». Картина нескончаемого штабеля из черепах выглядит смехотворной, и подобные объяснения никого не удовлетворят. На самом деле мало кто удовлетворится даже таким подходом к объяснению, поскольку он все равно не позволяет понять, на чем стоит этот бесконечный штабель черепах. Однако почти все с благосклонно- стью принимают объяснения происхождения времени в виде «оно было всегда». Редко кто пытается понять, что же на самом деле означает фраза: «Время было всегда». А теперь замените «время» на «черепаху» и «всегда» на «сплошные». Каждый момент времени «подпирается» другим моментом, что означает: всякий миг времени является причиной возникновения последующего. Мило, но совершенно не объясняет, откуда же взялось само время. Что же стало причиной его бесконеч- ного течения? На чем покоится этот штабель черепах? Все эти вопросы ставят нас в тупик. Никак не получается думать о начале времени без представления о чем-то предстоящем, иначе рушатся привычные нам причинно-следственные связи. Такие же проблемы возникают при попытке осознать происхождение времени: введя в схему предтечу, мы тут же упираемся в черепа- шью проблему. Похожие закавыки имеются и в осознании пространства: либо оно бесконечно - в таком случае мы снова получаем: «Там одно сплошное пространст- во», и нам требуется какое-нибудь вмещающее пространство, большее, чем беско- нечность; либо оно конечно, и тогда нам нужно ответить на вопрос, что нахо- дится за его границами. На самом деле ни та, ни другая теория неудовлетворительны и не дают ответа на источники пространства и времени. Вселенная - это вам не деревня, которая заканчивается околицей, но она и не бескрайняя пустыня, уходящая в бесконеч- ность. Просто-напросто Вселенная слишком велика, чтобы мы могли ее рассмот- реть . Время - это не продолжительность человеческой жизни, от рождения и до смерти, плюс загробная жизнь для верующих, в которой их души продолжат вечно существовать после смерти. Хотя некоторые верования (например, у мормонов) предполагают, что какие-то аспекты нашей личности уже существовали в неопре- деленном прошлом до нашего рождения. Так где же начало Вселенной? «Начало» - вообще неправильное слово. Но име- ются солидные доказательства, что возраст Вселенной около 15 миллиардов лет1. Таким образом, ничто - ни пространство, ни время - не существовало раньше ка- кого-то момента, отстоящего на 15 миллиардов от сегодняшнего дня. Но посмот- рите, как нас путает семантика, подчиняющаяся повествовательному императиву. Написанное выше вовсе не означает, что, вернись вы на 15 миллиардов лет плюс один год в прошлое, вы не нашли бы там ничего. Это означает только, что вы не можете вернуться на 15 миллиардов и еще один год. Описывать это совершенно бессмысленно, поскольку относится к моменту времени до того, как началось са- Раньше считалось, что около 20 миллиардов лет. Но не так давно ученые собрались и решили, что эта число должно составлять около 15 миллиардов. (При этом некоторые звезды оказались старше всей Вселенной, и их возраст был сокращен.) При других об- стоятельствах они вполне могли бы остановиться на 20 миллиардах. Если эта ситуация вас чем-то смущает, подставьте на место чисел выражение «очень-очень давно».
мо время. А это уже противоречит не только логике, но и физике. Подобные идеи отнюдь не новы. Вот что еще в IV веке писал Августин Блажен- ный в своей «Исповеди»: «...Если до сотворения неба и земли было какое-то вре- мя, то почему можно говорить, что Ты [Бог1] пребывал в бездействии?... Когда не было времени, не было и «тогда». Некоторые пошли еще дальше. В книге «Конец времени» Джулиан Барбур утвер- ждает , что времени вообще не существует. С его точки зрения, «реальные» физи- ческие законы описывают статическую Вселенную, состоящую из вневременных «сейчас». Он полагает, что, в отличие от пространства, время не является фи- зической величиной, а видимое его течение - всего лишь иллюзия, созданная на- шей психикой из совокупности «сейчас», которая возникла потому, что люди име- ют опыт восприятия мира как упорядоченной последовательности событий. Видимые невооруженным глазом пробелы между последовательными событиями, по этой тео- рии , не что иное, как пустота, где отсутствует настоящее. В «Воре времени» глубоко проанализированы некоторые сходные проблемы, но с точки зрения Плос- кого мира. Впрочем, в этой книге мы будем придерживаться общепринятого пони- мания и считать время физической реальностью. Космологи уверены, что все началось следующим образом. Вселенная возникла как крошечный клочок пространства и времени. Объем пространства внутри этой области быстро рос, началось течение времени, после чего понятие «быстро» об- рело смысл. Все, что существует ныне, вплоть до самых дальних глубин космоса, проистекает из того поразительного «начала». В просторечьи мы называем это Большим взрывом, и в этом словосочетании нашли отражение сразу несколько сто- рон события. Ну, например, то, что это пятнышко пространства-времени было чрезвычайно горячим и быстро росло. Это действительно можно сравнить с силь- ным взрывом. Хотя, конечно, не существовало никакой космической динамитной шашки, установленной никем в не-пространстве с не-материальным горящим фити- лем, пока в отсутствие времени тикали псевдочасы, ведя обратный отсчет до взрыва. Что же тогда взорвалось? Ничто. Пространство, время и материя - это лишь результаты того взрыва, а не причина. У этого события вообще не было причин. Существует два основных доказательства теории Большого взрыва. Первым из них стало открытие того, что Вселенная расширяется. Вторым - так называемое «эхо» Большого взрыва, слышное до сих пор. Идея того, что Вселенная расширя- ется, изначально следует из решений математических уравнений, сформулирован- ных Альбертом Эйнштейном. Эйнштейн полагал, что пространство-время искривле- но. Тело, двигающееся в искривленном пространстве-времени, отклоняется от нормального прямого маршрута, становясь похожим на мячик для гольфа, катящий- ся по кривой поверхности. Это отклонение может быть названо «силой», чем-то, что тянет тело с идеально прямого маршрута. В действительности никакой силы нет, предполагаются лишь изгибы пространст- ва-времени, провоцирующие искривление траектории. Тем не менее, выглядит это именно как притяжение, которое Ньютон когда-то назвал силой тяжести, то есть гравитацией. В то время считали, что гравитация в буквальном смысле притяги- вает тела друг к другу. В любом случае Эйнштейн написал ряд уравнений, описы- вающих поведение такой искривленной Вселенной. Это чрезвычайно сложные для решения уравнения. Однако после внесения ряда довольно смелых допущений, в частности, что пространство в любой момент времени является сферой, математи- ческая физика сумела получить кое-какие ответы. Вследствие слабости их мето- дов список ответов оказался весьма скромен. У Вселенной есть три возможности: она может всегда оставаться постоянного размера; она может коллапсировать, сжимаясь в точку; она может расширяться, разрастаясь от точки до бесконечно- сти. Теперь-то мы знаем, что решить уравнения Эйнштейна можно и другими способа-
ми, получив еще более странное описание Вселенной, но в дни, когда парадигма современной науки только зарождалась, известны были только эти три решения. Из них следовало, что развитие Вселенной может протекать по одному из трех сценариев. Тогдашняя наука была подсознательно готова и к непрерывному суще- ствованию (она всегда одинакова), и к Большому взрыву. Единственно, сценарию «Большого охлопывания», при котором Вселенная должна сжаться в бесконечно плотную и бесконечно горячую точку, немного не хватало психологической при- влекательности . Теперь позвольте представить вам американского астронома Эдвина Хаббла. На- блюдая за далекими звездами, он заметил одну любопытную вещь: чем дальше на- ходятся звезды, тем выше их скорость. Этому уже были косвенные, но с научной точки зрения безупречные, доказательства. Звезды излучают свет, а свет состо- ит из различных цветов, в том числе «цветов», которые не воспринимает челове- ческий глаз: инфракрасного, ультрафиолетового, радиоволн, рентгеновского из- лучения... Свет - это электромагнитные волны, и для каждой длины световой волны существует особый «цвет», иначе говоря, - расстояние между двумя электромаг- нитными пиками. Для красного цвета эта дистанция составляет 2,8 стотысячных дюйма (0,7 миллионных метра). И вот что заметил Хаббл, наблюдая за звездами: их свечение смещено в сторо- ну красной части спектра, причем, чем дальше звезда, тем сильнее смещение. Он объяснил это «красное смещение» тем, что звезды удаляются от нас, по аналогии со смещением, известным как «эффект Доплера», которое происходит со звуком при движении его источника. Таким образом, получилось, что чем дальше звезда, тем быстрее она движется. Это означает, что звезды должны удаляться не только от нас, но и друг от друга, словно стайка птиц, в испуге разлетающихся в раз- ные стороны. Вселенная расширяется, сделал вывод Хаббл. Не в том смысле, что расширяется во что-то, конечно. Нет, это значит, что растет пространство внутри самой Вселенной1. Его вывод заставил навострить уши физиков, ведь он полностью соответствовал одному из трех их сценариев развития событий: либо Вселенная не меняется, либо растет, либо сжимается. Они и прежде знали, что один из этих вариантов правилен, но вот какой? Теперь они получили ответ. Если мы принимаем версию, что Вселенная расширяется, то можно рассчитать, где находилась изначальная точка. Повернув время вспять, увидеть, как уходящая в прошлое Вселенная сожмется в единственную точку. И если вновь повернуть время в правильном направлении, то становится ясно, что все сущее выросло из одной-единственной точки, то есть произошел Большой взрыв. Подсчитав же скорость расширения Вселенной, мы и получаем примерную дату Большого взрыва - 15 миллиардов лет назад. Напомним, что другим свидетельством в пользу теории Большого взрыва являет- ся так называемое «эхо». Большой взрыв произвел огромное количество радиации, распространившейся по Вселенной. За прошедшие миллиарды лет оно превратились в «фоновое излучение», своего рода «холодное» излучение, распространяющееся в пространстве, световой аналог эха, свойственного звуку. Как если бы в момент создания мира Бог прокричал: «Привет!» - и мы до сих пор слышали: «... вет... вет... вет...», отразившееся от далеких гор. В уединенных общинах Плоского мира живут Слушающие монахи, которые в буквальном смысле тратят всю свою жизнь на то, что пытаются распознать среди звуков Вселенной слабые отголоски Слов, приведших ее в движение. Если немного подробнее, то реликтовое излучение, оставшееся после Большого взрыва, должно было бы иметь температуру (аналог громкости) порядка 3 кельви- Более того, согласно неопровержимой логике Плоского мира, как бы Вселенная ни росла, она всегда остается того же самого размера.
нов (0 Кельвинов - это наивозможно низкая температура, равная -273 °С) . Ас- трономы придумали, как измерить температуру космического фонового излучения, и когда они это сделали, то получили ровно 3 кельвина. Таким образом, теория Большого взрыва больше не является досужим вымыслом. Еще недавно большинство ученых в ней сомневались, но после доказательства Хабблом факта расширения Вселенной и впечатляющего совпадения температуры космического фонового излу- чения им пришлось изменить свое мнение. В общем, взрыв был. Очень громкий и очень горячий. Как видите, в отношении «начала» мы находимся на распутье: с одной стороны, «миф о создании» отвечает нашему чувству повествовательного императива, но с другой - мы начинаем осознавать, что идея «Сначала этого не было, а потом - появилось» - всего лишь неудобоваримая «врака детям». Еще больше проблем нам доставляют превращения. Наш мозг клеит ярлыки на все окружающее нас, и мы ав- томатически воспринимаем эти ярлыки как своего рода габариты. Если на предме- тах разные ярлыки, мы ожидаем, что между предметами должна быть проведена четкая демаркационная линия. Между тем как Вселенная состоит скорее из про- цессов, нежели из предметов. Каждый процесс начинается как что-то одно и пре- вращается во что-то иное, никогда при этом не пересекая границы. Еще хуже, когда видимая граница все же есть. Мы тут же указываем на нее с криком «Вот же она!», не замечая больше ничего интересного вокруг. Наверняка вы не раз слышали в спорах такое выражение: «Нам надо решить, где подвести черту». Например: большинство людей согласны с тем, что аборты по- зволительны на ранних сроках беременности, но недопустимы на последних меся- цах. Однако вопрос: «Где же именно провести черту?» - является предметом жар- ких дискуссий, и постоянно находятся люди, впадающие то в одну, то в другую крайность. Иными словами, спор ведется вокруг гипотетического момента, когда эмбрион становится человеком, обладающим юридическими и моральными правами. В миг зачатия? Или когда формируется мозг? После рождения? Или он вообще всегда являлся потенциальным человеком, даже «существуя» в виде отдельных яйцеклетки и сперматозоида? Философия «подведения черты» дает веские политические преимущества людям, вынашивающим тайные замыслы. Сначала вы решаете, чего хотите в первую оче- редь, и проводите черту там, где против нее никто не станет возражать. А по- том постепенно сдвигаете границу туда, где вы действительно хотите ее видеть, утверждая при этом, что сохраняете преемственность. К примеру, соглашаясь с тем, что уничтожение эмбриона является «детоубийством», вы смещаете границу, начиная с которой происходит «убийство», к моменту зачатия; соглашаясь с тем, что люди имеют право читать все, что они хотят, вы в итоге соглашаетесь и с тем, что некто имеет право выложить в Интернет формулу нервно-паралитического газа. Если бы мы были менее привязаны к идее этикеток и границ, было бы куда лег- че распознать, что проблема вовсе не в том, где провести воображаемую линию, а в том, правомерна или нет сама идея. Несмотря на то, что один полюс - чер- ный, а другой - белый, нет никакой четкой линии, есть лишь оттенки серого, плавно перетекающие один в другой. Эмбрион - это не человек, но он становится им в процессе развития. Нет магического момента, когда он превращается из не- человека в человека, трансформация одного в другое - непрерывна. К сожалению, наша правовая система оперирует черно-белыми терминами «законно» или «неза- конно» , и никаких оттенков серого для нее не существует. Это приводит к рас- согласованности , усугубляющейся тем, что мы используем понятия как ярлыки. Куда лучше было бы расставить приоритеты по-другому: этот край спектра - за- конен, а тот - незаконен, а серую область, находящуюся посередине, - лучше игнорировать. Если же игнорировать невозможно, можно, по крайней мере, варьи- ровать степень виновности и соответствующее наказание в зависимости от поло-
жения деяния на серой шкале. Даже такие четкие, черно-белые различия, как живое - неживое, женщина - мужчина, при более пристальном рассмотрении напоминают скорее непрерывный процесс, нежели качественный скачок. В свиных сосисках, которые делает мяс- ник, остается множество живых клеток. Современные технологии позволяют нам, взяв одну из этих клеток, клонировать свинью. Мозг человека может перестать функционировать, но медицина способна поддерживать его тело в живом состоя- нии. Имеется с дюжину различных комбинаций половых хромосом, из которых лишь XX - это чисто женская, в традиционном понимании, a XY - чисто мужская. Хотя Большой взрыв - это научная история о начале Вселенной, она поднимает важные вопросы, касающиеся ее становления. Иначе говоря, теория Большого взрыва - это элемент пазла, который прекрасно подошел к построенной нами на- учной картине мира, как на ее атомном, так и на субатомном уровне, со всеми различными типами атомов, протонами, нейтронами, электронными облаками и еще более странными частицами, которые мы находим в космических лучах или в ре- зультате столкновения обычных частиц между собой. Физики «нашли», а возможно и придумали, якобы изначальные составляющие всех этих частиц (самые экзотиче- ские известны как кварки, глюоны... Ну, по крайней мере, эти названия уже на слуху). Священным Граалем физики частиц ныне является «бозон Хиггса», который (если он существует) объяснил бы то, почему другие частицы имеют массу. В 60-х го- дах XX века Питер Хиггс предположил, что пространство заполнено чем-то вроде квантового «сиропа», получившего название «поле Хиггса». Он предположил, что это поле оказывает воздействие на частицы посредством бозонов, и результатом этого воздействия является масса. В поисках этой самой неуловимой частицы фи- зики тридцать лет строили ускорители все возрастающих размеров и мощности. Например, на 2007 год был намечен запуск нового Большого адронного коллайде- ра1 . В конце 2001 года, проанализировав данные, полученные на его предшественни- ке, Большом электрон-позитронном коллайдере (БЭП), ученые объявили, что, ско- рее всего, бозона Хиггса не существует. В противном случае он обладал бы мас- сой, существенно превышающей ожидаемую. Короче говоря, ученые, работавшие на БЭП, были настроены весьма скептически. Однако подходящей замены теории Хигг- са не существует, даже модная концепция «суперсимметрии», в которой каждая известная частица должна иметь пару в виде более массивного аналога, не под- ходит на эту роль. Суперсимметрия предполагает существование не одной, а не- скольких хиггсовских частиц, однако их массы лежат в пределах, в которых, по данным БЭП, никаких частиц нет. Некоторые ученые все еще надеются, что после запуска нового ускорителя бозон Хиггса будет обнаружен. Потому что если этого не случится, им придется пересмотреть самые основы физики частиц. Какая бы судьба ни постигла бозон Хиггса, ученые уже начинают задаваться вопросом, а существуют ли еще более глубокие слои реальности и частицы, еще более «фундаментальные». Опять черепахи под черепахами? Продолжат ли физики уходить все дальше и дальше вниз или, в конце концов, остановятся? И когда остановятся, будет ли это окончательной разгадкой Самой Последней Тайны или всего лишь произвольной точкой, за которую физическая мысль выйти не в состоянии? Концептуальная проблема сложна, поскольку Вселенная - это становление, это процесс, мы же упорно стремимся принимать ее за предмет. Мы не желаем сми- риться, что раньше она была иной, что когда-то частицы вели себя по-другому, что и сейчас Вселенная изменяется и что в один прекрасный день она, возможно, 1 БАК был официально запущен 10 сентября 2008 года. (Прим. пер.)
прекратит расширяться и вновь сожмется в Большом хлопке. Мы смирились с тем, что младенец рано или поздно становится взрослым, однако все равно процесс этот нас удивляет. Нам нравятся вещи, остающиеся неизменными, потому что «превращения» просто-напросто не укладываются у нас в голове. Другой аспект, касающийся первых моментов существования Вселенной, еще бо- лее сложен для нашего понимания. Откуда взялись законы? Кому и для чего нужны все эти протоны с электронами, разные кварки и глюоны? Обычно мы делим про- цессы на две концептуально различные части: исходные условия и те правила, по которым они существуют. Например, для Солнечной системы исходными условиями являются положения и скорости планет в определенный момент времени; под пра- вилами же понимаются законы тяготения и движения, которые подсказывают нам, как положения и скорости планет изменятся в дальнейшем. Однако при размышле- нии о начале существования Вселенной нам кажется, что исходных условий там не существовало вообще. Ведь не было даже пресловутого «там»! Выходит, что всем заправляли одни только законы. Но откуда они-то взялись? Были ли они кем-то придуманы или размещались в некоем невообразимом безвременье, как бы псевдо- существовали, ожидая, когда нам понадобятся? Или же они развернулись в пер- вые, самые ранние, моменты бытия Вселенной, как только появилось Нечто, и Вселенная создала свои собственные законы одновременно с пространством и ма- терией? Недавно увидели свет две книги знаменитых ученых, в которых исследуется во- прос возникновения законов. В 2000 году вышла работа Стюарта Кауфмана «Иссле- дования» . Она предназначается скорее для биологов и экономистов, однако начи- нается именно с физических законов. Давая новый ответ на извечный вопрос, что такое жизнь, Кауфман определяет ее как «автономного агента», то есть любой объект или систему, способные перенаправлять энергию и самовоспроизводиться. Автономность в данном случае означает, что такая система устанавливает соб- ственные законы, определяющие ее поведение. В принципе такие «жизнеформы» мо- гут отличаться от общепринятого понимания «живого». Например, квантово- механический вакуум - это масса возбужденных частиц и античастиц, возникающих и исчезающих поразительно сложными способами. Вакуум - более чем сложная сис- тема для того, чтобы самоорганизоваться в автономного агента. И если такое произойдет, квантовая механика сможет устанавливать собственные законы. В 1997 году вышла другая примечательная книга, «Жизнь космоса», написанная Ли Смолином. Основной вопрос, на который он пытается ответить, звучит так: может ли Вселенная эволюционировать? В нашей с вами Вселенной существуют та- кие интересные объекты, как черные дыры - участки пространства-времени, масса которых настолько велика, что ни свет, ни материя не могут их покинуть. Они образовываются в результате коллапса достаточно массивных звезд. Раньше счи- талось, что черные дыры чрезвычайно редки, теперь их находят повсюду, особен- но в центрах различных галактик. Теоретически получается, что константы нашей Вселенной необычайно хорошо подходят для порождения черных дыр. Почему так? Смолин полагает, что каждая черная дыра - это портал в соседнюю вселенную, но поскольку ничто не в состоянии покинуть черную дыру, то мы не можем заглянуть в эту дверь. В частности, в соседних вселенных фундаменталь- ные константы могут быть отличными от наших. Таким образом, вселенные могут размножать свои споры по черным дырам, и будет происходить естественный отбор в пользу тех вселенных, которые породят больше потомства, то есть тех, чьи фундаментальные константы лучше подходят для образования черных дыр. Так что, может быть, мы живем в одном из чьих-то потомков. Впрочем, у этой теории есть некоторые проблемы. В частности, как проходит селекция? Как вселенные конкурируют между собой? Тем не менее, теория весьма любопытная, хотя на первый взгляд и кажется дикой. А кроме того, это - остро- умная гипотеза того, как формируются законы вселенной: по крайней мере неко-
торые из них она может получить «в наследство». Следовательно, Большой взрыв породил не просто пространство и время, но и физические законы, которые до сих пор действуют в нашем мире. В самом начале своего развития Вселенная постоянно менялась, модифицируя при этом и свои за- коны. Словно пламя, которое меняет цвет в зависимости от динамики горения и состава горючего материала. Форма языков пламени всегда более-менее одинако- вая , но они не получают ее от «родителя». Когда вы зажигаете листок бумаги, огонь создает себя с нуля, используя законы окружающего универсума. В первые мгновенья жизни Вселенной изменения касались не только состава, температуры и размеров тел. Менялись также и законы, по которым все это пре- ображалось . Однако человек не желает с этим смириться и хочет отыскать вечное и неизменное. Поэтому мы ищем какие-нибудь еще более фундаментальные законы, по которым меняются уже сами законы. Может быть, они-то действительно правят Вселенной, оставаясь вечными и неизменными. А может быть, она просто устанав- ливает собственные правила по мере своего продвижения вперед. Глава 7. По ту сторону пятого элемента Посреди ночного безмолвия гекс считал. По бесчисленным стеклянным трубочкам туда-сюда сновали муравьи. По тонким бронзовым проволочкам пробегали искры сырой магии, то и дело изменяя цвет, когда переключались триггеры логических состояний1 ГЕКСа. В особой комнате по соседству жужжали ульи, исполняющие роль долговременного запоминающего устройства. Время от времени какая-то пу- калка издавала положенные ей звуки. Большие колеса вращались, вдруг останав- ливались или начинали крутиться в обратную сторону. Но всего этого было не- достаточно . Свет, испускаемый Проектом, упал на ГЕКСову клавиатуру. Вовне явно что-то происходило, но что именно, ГЕКС не понимал. И это его перенапрягало, по- скольку там явно было над чем пораскинуть мозгами. В значительной степени ГЕКС создал себя самостоятельно, поэтому он работал лучше всего, что имелось в университете. Как правило, он старался предвари- тельно разработать детальный план кампании для достижения победы над постав- ленной перед ним задачей. Пчелы явились отличной находкой: сотовая память функционировала весьма неспешно, зато общий ее объем рос по мере заполнения сот и накопления опыта в пчеловодстве. Сейчас ГЕКС размышлял вот о чем. Однажды он найдет способ увеличения своей понятийной емкости для осознания происходящего в Проекте. Если это произойдет, то согласно Непоследовательно-бесцельному закону Страйма для этого уже была некая форма во вневременном событийном пространст- ве, вызванная самим фактом этого события; и все, что для этого понадобится, - это виртуальный коллапс волновой функции. ...И хотя в строгом смысле это чепуха, полной чепухой это назвать все-таки нельзя. Любой ответ, существующий в будущем, должен потенциально и неизбежно существовать в настоящем. Муравьи забегали быстрее. Магия интенсивно заискрилась. Можно сказать, что ГЕКС как бы сосредоточился. И тут замерцали серебристые паутинки, очертившие контур башен невообразимой 1 Которых, учитывая необычное устройство ГЕКСа, было немало. Вдобавок к «И»/ИЛИ», а также их всевозможным комбинациям ГЕКС использовал «ВОЗМОЖНО», «ВЕРОЯТНО», «ПРЕД- ПОЛОЖИМ» и «ПОЧЕМУ». ГЕКС с легкостью мыслил о немыслимом.
мыслительной мощи. Ага. Вот это, пожалуй, подойдет, решил ГЕКС. Обработка данных в режиме «Отныне и навсегда» была активирована. Следова- тельно , она была активирована изначально. ГЕКС задался вопросом, что именно и как много он может рассказать волшебни- кам. Он исходил из того, что не стоит утруждать их слишком большим массивом информации. Сам ГЕКС всегда называл свои сообщения «Враки людям». И был день второй... Проект мягко подтолкнули под стеклянный колокол, чтобы исключить любые по- мехи, а вокруг сплели сеть из всех и всяческих заклинаний. - То есть это у нас Вселенная, так? - спросил Аркканцлер. - Да, сэр. ГЕКС сказал, что... - Думминг замялся. Прежде чем начать объяснять что-то Наверну Чудакулли, следовало крепко подумать. - ...ГЕКС, похоже, счита- ет, что полное и абсолютное Ничто само по себе является универсумом, ожидаю- щим воплощения. - Хочешь сказать, Ничто превратится во Все? - В общем, да, сэр. Эээ... в каком-то смысле, оно даже должно. - И это устроил наш Декан, перемешав там все? - Этим могло явиться что угодно, сэр. Даже шальная мысль. Абсолютное Ничто - чрезвычайно нестабильно. Оно, можно сказать, умирает от желания стать Чем- то . - А я всегда думал, что в таком деле требуются создатели или боги, - про- бормотал себе под нос Главный Философ. - Я бы тоже зуб дал, что именно так оно и есть, - подтвердил Чудакулли, рассматривая Проект в чаровый вездескоп. - Со вчерашнего вечера там не появи- лось ничего нового, кроме Элементов, назовем это так. Безбожно дурацкие эле- менты , кстати говоря. Стоит только взглянуть, как половина из них распадается на части. - Ну а чего ж ты ожидал? - спросил Профессор Современного Руносложения. - Они же состоят из ничего, так? В то время как даже самый тупой Создатель на- чал бы с Земли, Воздуха, Огня, Воды и Сюрприза. - Да уж, порядочного мира из этой дряни не получится, - согласился Чудакул- ли , снова поглядев в вездескоп. - Не видно ни черепахиума, ни слонорода. Что за мир может быть без них? Чудакулли повернулся к Думмингу. - В общем, не слишком-то много здесь от настоящей вселенной, - сказал он. - Похоже, мистер Тупс, что-то у вас пошло не так. Это пустышка. По идее, сейчас там уже должен был появиться человек и броситься разыскивать свои штаны. - А мы протянули бы ему руку помощи, - произнес Главный Философ. - что ТЬ1 предлагаешь? - Это же наша вселенная, не так ли? Думминг возмущенно взглянул на него: - Заявляю вам, Главный Философ, что мы не можем владеть вселенной! - Да ладно, она ж с гулькин нос. - Только снаружи, сэр. ГЕКС говорит, что внутри она гораздо больше. - И Декан шевелил там своими пальцами, - продолжил Главный Философ. - Вот именно! - вскричал Декан. - А следовательно, я - почти что бог. - Повозюкать туда-сюда перстами и сказать: «Ой! Щекотно!» - это еще не по- божески, - отбрил Чудакулли. - Я же сказал почти что, - насупился Декан, не желая так просто отказывать- ся от вожделенной ступеньки социальной лестницы, которая поставила бы его вы- ше Аркканцлера.
- А вот моя бабушка всегда говорила, что сразу же после бога стоит чистота, - в задумчивости протянул Профессор Современного Руносложения. - Это уже лучше! - нарочито бодрым тоном воскликнул Чудакулли. - В таком случае ты, Декан, у нас что-то вроде дворника. - Я просто хотел предложить чуть-чуть подтолкнуть эту штуковину в правиль- ном направлении, - сказал Главный Философ. - В конце концов, мы с вами обра- зованные люди, и кому, как не нам, знать, как должна выглядеть пристойная вселенная. - Уверен, у нас нашлись бы идеи получше, чем у среднестатистического божка с собачьей головой и девятнадцатью руками, - согласился Чудакулли. - Да толь- ко матерьялец-то второсортный. Так, крутится, вертится - ни мычит, ни телит- ся. И что нам прикажешь делать? Постучаться туда и заорать: «Эй, вы! Заканчи- вайте уже с этими идиотскими газами, все равно от них никакого проку нет!». Так, что ли? Посовещавшись, они решили поэкспериментировать на небольшом участке Проек- та. Ведь несмотря ни на что, они все-таки были волшебниками. Из чего следова- ло, что, заприметив нечто любопытное, они тут же тыкали в него пальцем. И ес- ли оно начинало шевелиться, они старались расшевелить его еще больше. Если вы построите гильотину и повесите рядом табличку: «Головы на плаху не класть!» - будьте уверены, множество волшебников поспешит сэкономить на новых шляпах. Заставить материю двигаться было несложно. Как верно заметил Думминг, для этого хватило одной лишь силы мысли. И превратить ее в диск тоже не составило труда - новоявленной материи нра- вилось кружиться. Однако она оказалась излишне коммуникабельной. - Нет, вы только посмотрите! - воскликнул Чудакулли перед обедом. - Полу- чился какой-то шар из всяческой дряни, а ведь уже казалось, она ухватила суть. - А вы заметили, что в самой середке оно стало горячим и раскраснелось? - подал голос Думминг. - От стыда небось, - проворчал Аркканцлер. - После второго завтрака отсут- ствовала уже половина элементов. Коэниума больше нет, а десять минут назад исчез и эксплозии. У меня крепнут мрачные подозрения, что и детоний распался на мелкие кусочки. Темпораниума тоже надолго не хватило. - А как там руний? - поинтересовался Профессор Современного Руносложения. ГЕКС написал: +++ Руний Или Существует, Или Не Существует. Десять Минут Назад От Него Ос- тавался Один Атом, Но Теперь Я Его Не Нахожу +++ - А что насчет философиума? - с надеждой в голосе спросил Главный Философ. - Если верить ГЕКСу, аннигилировал сразу после завтрака. Прими мои соболез- нования, друг, - ответил Чудакулли. - Нет, нельзя построить мир, просто- напросто напустив дыму в глаза. Проклятье! Вот и казначевиум нас оставил. Я знаю, конечно, что даже железо временами ржавеет, но эти так называемые «эле- менты» распадаются просто на раз-два. - Моя гипотеза, если она, конечно, кого-нибудь тут интересует, - начал Про- фессор Современного Руносложения, - заключается в следующем: поскольку все там началось именно с Декана, то тенденции развития примут несколько... мнээ... деканизированные формы. - Чего-чего? Ты хочешь сказать, что мы заполучим здоровенную, вечно надутую вселенную, страдающую метеоризмом? - Ну, спасибо тебе, Аркканцлер, - проворчал Декан. - Я имел в виду лишь стремление материи принять... эээ... сферическую форму. - То есть совершенно, как наш Декан, ты это хотел сказать? - уточнил Арк-
канцлер. - Д-а-а, как вижу, я окружен тут добрыми приятелями, - сказал Декан. В этот момент агрегат, установленный вокруг Проекта, издал мелодичное «Дзинь!». - Похоже, мы можем сделать ручкой эфириуму, - мрачно объявил Чудакулли. - Так и знал, что он будет следующим. - Как ни странно, нет, - сказал Думминг, всматриваясь в Проект. - Эй, там что-то светится! Действительно, внутри появились яркие точки. - Так и знал, что случится какое-нибудь дерьмо в подобном роде, - сказал Аркканцлер. - Все эти чертовы диски разогрелись, как компостные кучи после дождя. - Или как множество солнц, - произнес Думминг. - Не тупи, Тупс. Для этого они слишком крупные. Не хотел бы я видеть эдакую штуку выплывающей из-за облаков, - заметил Профессор Современного Руносложе- ния. - Я говорил, что там слишком много газа? - подал голос Аркканцлер. - Гово- рил? В общем, приехали. - Интересно... - проговорил Главный Философ. - что тебе интересно? - спросил Декан. - Ну, по крайней мере тепло там наличествует... А для материи нет ничего луч- ше хорошей топки. - Отлично подмечено, - похвалил Чудакулли. - Возьмем, к примеру, бронзу. Ее можно получить из чего угодно. А заодно мы могли бы сжечь немного мусора. Ре- шено! Ну-ка, парни, помогите мне закинуть туда еще чего-нибудь... Где-то к чаепитию взорвались первые солнца, точь-в-точь как ежедневно взры- вались печи в Гильдии алхимиков. - О боги! - воскликнул Чудакулли, заглянув в вездескоп. - Да-да? - откликнулся Декан. - Мы с вами сотворили новые элементы! - Тише, не ори ты так! - зашипел Главный Философ. - Тут и железо, и кремний, и булыжники, и даже... - Если об этом прознают алхимики, мы огребем кучу проблем, - сказал Профес- сор Современного Руносложения. - Мы не имеем права присваивать их прерогати- вы. - Но это же другая вселенная, - возмутился Чудакулли и вздохнул. - Хоть тресни, если хочешь получить что-нибудь дельное, приходится что-нибудь взо- рвать . - А ведь политициум все еще имеется там в достаточном количестве, - заметил Главный Философ. - Господа, я пришел к выводу, что это - безбожная вселенная. - Кхм-кхм... - многозначительно кашлянул Декан. - На твоем месте, Декан, - оборвал его Чудакулли, - я бы не стал слишком надуваться от гордости. Глянь-ка туда. Все крутится и крутится. Помяни мое слово, в итоге получатся мячики для сквоша. - А вам не кажется странным, что у нас получается то, что уже существует? - поинтересовался Главный Философ, в то время как экономка миссис Герпес вкаты- вала чайную тележку. - И чего тут странного? - спросил Декан. - Железо - оно железо и есть. - Как-никак это - новая вселенная. Разве не логично ожидать, что обнаружишь там совершенно новые штуки? Металлы вроде «пронн» или «ляззг»... - К чему это ты клонишь? - Смотрите сами... Все эти взрывающиеся огненные шарики, они ведь действи- тельно немного похожи на звезды, разве нет? Разве они не выглядят знакомыми?
А почему бы не появиться вселенной, наполненной тапиокой или, скажем, удобны- ми креслами-качалками? Я хочу сказать, что раз уж ничто стремится стать чем- то, то оно может стать чем угодно. Почему нет? Волшебники молча размешивали свой чай, обдумывая речи Главного Философа. - Потому , - ответил, наконец, Аркканцлер. - Превосходный ответ, сэр, - сказал Думминг со всей возможной учтивостью. - Тем не менее, он захлопывает дверь перед носом у других вопросов. - Именно потому он и превосходен. Между тем Главный Философ не отрывал глаз от миссис Герпес, которая достала тряпку и теперь усердно вытирала маковку Проекта. - Как Вверху, так и Внизу, - медленно произнес Чудакулли. - Пардон? - переспросил Главный Философ. - Мы уже немного подзабыли нашу малышовую магию, не правда ли? А ведь это не столько магия, сколько... Главный Закон всего на свете. Проект не может су- ществовать в отрыве от нашего мира. Каждая куча песка желает казаться горной грядой. Люди пытаются изображать богов. Маленькие предметы часто похожи на большие, только поменьше. Вот и новая вселенная, господа, будет изо всех сво- их ничтожных сил стремиться выглядеть совсем как наша. Поэтому не стоит удив- ляться, обнаружив там то, что знакомо нам как свои пять пальцев. Хотя, разу- меется, все это будет лишь бледной копией оригинала. Внутреннее око ГЕКСа вперилось в Обширное Облако Разума. ГЕКС еще не приду- мал этому более подходящего определения. Технически оно еще не существовало, однако ГЕКС уже чувствовал его вкус. В нем было что-то от добрых традиций, пыльных библиотек, тихих шепотков и еще много от чего... Подходящее слово просто обязано было существовать. ГЕКС глубоко задумался. В Плоском мире слова обладают реальной силой, и применять их следует осмот- рительно . Слово, которое он искал, чем-то напоминало «интеллект». Хотя, собственно, на интеллект это было похоже не больше, чем солнце смахивает на букашку, про- живающую коротенькую жизнь в луже стоячей воды. А, ладно! Назовем это пока экстеллектом1. ГЕКС собрался на досуге хорошенько исследовать эту интересную штуку, дабы понять, откуда она есть пошла и что ею двигало... А самое главное, почему кро- хотная, но надоедливая ее частичка была, по-видимому, абсолютно убеждена, что если каждый пошлет по пять долларов по шести адресам, то все-все-все станут богачами. Глава 8 Мы - звездная пыль (ну, или по крайней мере мы были в Вудстоке). «Железо - оно железо и есть». Да ну?! А может, все-таки оно сделано из че- го-то другого? По мнению древнего грека по имени Эмпедокл, все, что ни есть во Вселенной, представляет собой комбинацию четырех элементов: земли, воздуха, огня и воды. Скажем, если вы подожжете веточку, она загорится (из чего следует, что в де- реве есть огонь) , от нее пойдет дым (то есть в дереве есть воздух) , из нее выступит пузырящаяся жидкость (значит, в дереве есть вода), а в результате от ветки останется кучка грязного пепла (из чего явствует, что в дереве имеется 1 Под термином «экстеллект» Й. Стюарт и Дж. Коэн понимают культурное наследие, дос- тупное человеку в виде легенд, фольклора, народных детских стихов, книг, видеокас- сет, компакт-дисков и пр.
и земля). Для научной теории все это выглядит немного по-простецки, поэтому просуществовала она недолго: какую-то пару тысячелетий. Жизнь в те времена текла неторопливо, и людей в Европе куда больше заботило, чтобы пейзане сиде- ли на своих полях и не рыпались, да еще, пожалуй, переписывание Библии от ру- ки, желательно как можно более трудоемким и чернилозатратным способом. Главным технологическим прорывом Средневековья стало усовершенствование ло- шадиного хомута. Тем не менее, по сравнению с предыдущими теория Эмпедокла явилась решитель- ным шагом вперед. Фалес, Гераклит и Анаксимен утверждали, что материя сделана из одного-единственного основополагающего компонента, или элемента, но расхо- дились во мнениях, из какого именно. Фалес выбрал воду, Гераклит предпочитал огонь, а Анаксимен клялся и божился, что это воздух. Оппортунист же Эмпедокл полагал, что каждый из них по-своему прав. Если бы этот тип жил в наше время, он наверняка носил бы галстук самой кошмарной расцветки. Впрочем, здоровое зерно во всем этом было. Оно заключалась в том, что эле- ментарные составляющие материи должны обладать простыми и понятными свойства- ми. Огонь - жжется, земля - грязна, воздух - невидим, а вода - мокра. Помимо суперхомута, Средневековье взрастило питательную среду для того, что позже стало именоваться химией. На протяжении столетий развивалась ее родона- чальница, так называемая алхимия. Люди замечали, что если смешать различные субстанции и нагреть их, плеснуть на них кислотой или растворить в воде и не- много подождать, то происходят всякие забавные вещи: отвратительные запахи, взрывы, пузыри и жидкости, меняющие свой цвет. Оказалось, что из чего бы ни была сделана Вселенная, можно сравнительно легко превратить одну ее состав- ляющую в какую-то другую. Если, конечно, вы знаете секрет, хотя более точным словом является «заклинание», ведь алхимия, со всеми своими кошмарными рецеп- тами и ритуалами, была сродни магии. Хотя многие из этих рецептов работали, не существовало теории, которая свела бы их воедино. Главной целью алхимиков был поиск способов создания таких прекрасных вещей, как эликсир жизни, кото- рый позволил бы своему создателю жить вечно, или формула превращения свинца в золото для соответствующего материального обеспечения этой самой вечной жиз- ни. К концу Средневековья алхимики уже провозились со всем этим уже так долго и накопили столько опыта, что заметили несоответствие некоторых вещей древне- греческой теории четырех элементов. Они начали прибавлять к ним другие эле- менты наподобие соли и серы, потому что эти вещества также обладают свойства- ми простыми и понятными, но совершенно очевидно отличными от грязи, невидимо- сти, пламенности или влажности. К примеру, сера, она горючая (хотя, как вы догадываетесь, сама по себе и не горячая), а соль, напротив, - абсолютно не способна гореть. В 1661 году Роберт Бойль в своем сочинении «Химик-скептик» вывел два важных постулата. Первый заключался в различии между химическими соединениями и сме- сями. Смесь - это... просто-напросто перемешанные вместе различные штуковины, в то время как химическое соединение - это одна и та же штуковина, чем бы она ни была. Ее можно разделить на составляющие, нагрев, обработав кислотой или подыскав другой подходящий способ. При этом, как ни старайся, но обнаружить в химическом соединении части, отличающиеся одна от другой, не получится. В от- личие от смеси, пусть даже в последнем случае вам понадобится острое зрение и очень ловкие пальчики. Второй постулат касается соединений и элементов. Хими- ческий элемент, по идее, состоит из одного-единственного простого материала, и его вообще нельзя разделить на составляющие. Например, сера - это элемент. Поваренная соль, как мы теперь знаем, - хими- ческое соединение (а не просто смесь) двух элементов: мягкого легковоспламе- няющегося металла натрия и ядовитого газа хлора. Вода - это соединение двух газов: водорода и кислорода. Тогда как воздух - это смесь многих газов, та-
ких, как кислород и азот, являющихся элементами, и углекислого газа, состоя- щего из углерода и кислорода. Что же до земли, то ее состав и вовсе очень сложен и меняется от местности к местности. Огонь же - вообще не субстанция, но процесс с участием раскаленных газов. Чтобы разобраться во всем этом, потребовалось время. В 1789 году Антуан Ла- вуазье составил первую таблицу, включающую 33 элемента. Отбор был произведен настолько разумно, что результаты работы Лавуазье актуальны и в наше время, хотя он и допустил ряд вполне простительных ошибок, например, посчитал свет и тепло - элементами. Тем не менее, сам его подход был системным и тщательным. Сейчас нам известно 113 различных элементов. Некоторые из них созданы искус- ственно, причем кое-какие просуществовали на Земле всего лишь доли секунды. Но большинство элементов можно добывать в шахтах, находить в море или выде- лять из воздуха. Может быть, в будущем удастся создать еще какие-нибудь эле- менты , однако сейчас их в таблице практически не осталось. И на то, чтобы понять все это, также потребовалось немало времени. Медлен- но, но верно алхимическое искусство уступало свои прерогативы науке химии. Шаг за шагом таблица заполнялась общепризнанными элементами, хотя изредка приходилось кое-что оттуда и убирать. Это когда люди открывали, что тот или иной элемент на самом деле является соединением. Так, например, произошло с известью, которую Лавуазье посчитал элементом, тогда как она состоит из каль- ция и кислорода. Единственное, что не претерпело никаких изменений, это пони- мание элемента как некой совокупности уникальных свойств. Тут древние греки оказались правы. Скажем, плотность: находится ли элемент в твердом, жидком или газообразном состоянии при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении. Если он твердый, то какова его точка плавления. Для каждого элемен- та эти параметры вполне определенны и неизменны. Кстати, в Плоском мире все то же самое, разве что элементы там немного другие: черепахиум, образующий черепах - носителей миров, слонород (idem, только для слонов) или нарративи- ум, являющийся главнейшим элементом Плоского мира, а кроме того, способным помочь нам понять наш собственный. Ведь благодаря нарративиуму возникают связные истории. Человеческий разум никогда не прочь получить хорошенькую до- зу нарративиума. В нашей Вселенной мы учимся понимать, почему каждый элемент уникален и что именно отличает его от соединений. И снова пальма первенства принадлежит гре- кам, в частности Демокриту, предположившему, что материя состоит из мельчай- ших невидимых частиц, которые он назвал атомами, то есть «неделимыми». Неяс- но, верил ли хоть кто-нибудь в Древней Греции, в том числе сам Демокрит, в эту теорию или она была им создана в качестве разминки для ума. Но Бойль вос- кресил античную идею, предположив, что каждому элементу соответствует свой собственный тип атома, а их сочетания формируют соединения. Таким образом, кислород состоит из одних только атомов кислорода и из ничего больше, водород - лишь из атомов водорода, а вот вода состоит не из атомов воды, но из атомов водорода и кислорода. В 1807 году было сделано открытие, имевшее первостепенное значение для раз- вития как химии, так и физики. Англичанин Джон Дальтон нашел способ построить в определенный порядок различные атомы, образующие химические элементы, и ис- пользовать кое-что из этого порядка для соединений. Еще его предшественники заметили, что когда химические элементы формируют соединения, это всегда про- исходит в четких пропорциях. Так, некоторое количество кислорода и известное количество водорода дают определенное количество воды, при этом соотношение кислорода и водорода будет всегда одинаковым. Более того, эти пропорции иде- ально сочетаются между собой, если сравнивать разные химические соединения с участием водорода или кислорода. Дальтон сообразил, что все это приобретает смысл в одном-единственном слу-
чае: если все атомы имеют фиксированную массу, причем атом кислорода должен быть тяжелее атома водорода в 16 раз. Конечно, атомы слишком малы, чтобы мож- но было их просто взвесить, однако косвенные доказательства этой теории были убедительными и исчерпывающими. Таким образом возникло учение об атомных ве- сах, давшее химикам возможность построить список химических элементов, распо- ложив их в порядке возрастания массы. Список этот начинался так (в скобках приведены современные значения атомных весов): водород (1,00794), гелий (4,00260), литий (6,941), бериллий (9,01218), бор (10,82), углерод (12,011), азот (14,0067), кислород (15,9994), фтор (18,998403), неон (20,179), натрий (22,98977). Поражает тот факт, что атомные веса почти всегда близки по своим значениям целым числам. Первым огорчительным исключением стал хлор, чья атомная масса составляет 35,453. Вы- глядело это довольно загадочно, что послужило отличным поводом для поиска других моделей и соотнесения их с атомными весами. Но проще сказать, чем сде- лать : список элементов первоначально был беспорядочным, они были расставлены почти наобум. Ртуть, единственный в списке химический элемент, остающийся жидким при комнатной температуре, - является металлом. Позже был обнаружен еще один жидкий элемент - бром. Там было несколько твердых металлов (железо, медь, серебро, золото, цинк, олово), причем сильно отличающихся друг от дру- га; сера и углерод - тоже твердые, металлами не являются; а многие из элемен- тов были газами. Короче говоря, таблица Дальтона оказалась настолько сумбур- ной, что ученых, осмелившихся высказать дерзкое предположение, что за этим сумбуром скрывается определенный порядок, поднимали на смех. Среди таких от- метились Иоганн Дебирейнер, Александр-Эмиль Бегуйе и Джон Ньюлендс. Заслуга составления правильной в своей основе схемы принадлежит Дмитрию Менделееву, который в 1869 году завершил первую из длинной цепи «периодиче- ских таблиц». Она содержала 63 известных к тому времени химических элемента, расставленных в порядке их атомных весов, причем были оставлены пробелы, ко- торые, по его мнению, должны были занять неизвестные на тот момент элементы. Таблица была «периодической» в том смысле, что свойства элементов начинали повторяться через определенное количество шагов, обычно - восемь. Согласно идее Менделеева, химические элементы образуют родственные группы, члены которых разделены вышеупомянутыми периодами, при этом в каждой такой группе присутствует систематическое сходство физических и химических свойств. И действительно, они варьируются до того систематически, что если просмотреть все группы, станут заметны пусть и не абсолютные, но очевидные численные за- кономерности. А если предположить, что кое-какие элементы еще не открыты и не вписаны на свои места, то система становится совершенно отчетливой. В качест- ве бонуса прилагается возможность предсказывать свойства неизвестных пока элементов на основе этого «фамильного сходства». Если предсказание сбудется, после обнаружения недостающего элемента - бинго! Время от времени в таблицу Менделеева вносят небольшие уточнения, однако главный принцип составления ос- тается неизменным. Именно ее мы сейчас и называем Периодической таблицей хи- мических элементов. Теперь-то мы знаем, что в основе периодической структуры таблицы Менделеева лежит прочное основание: атомы вовсе не являются неделимыми, как думали Де- мокрит с Бойлем. Другое дело, что разделить их химическим способом, то есть устроив некую реакцию в пробирке, - нельзя. Тем не менее, вы можете расщепить атомы с помощью аппаратуры скорее физической, нежели химической. Ядерная ре- акция требует гораздо более высоких затрат энергии в пересчете на один атом, чем нужно для химической реакции. Именно поэтому средневековым алхимикам так и не удалось превратить свинец в золото. Сегодня это сделать можно, однако, подобная технология окажется слишком дорогой, а количество полученного золота - микроскопическим. В общем, все выйдет как у алхимиков Плоского мира, с ве-
ликим трудом научившихся превращать золото в меньшее количество золота. Благодаря усилиям физиков мы знаем, что атомы состоят из других, еще более мелких частичек. Некоторое время назад считали, что частиц этих - три: ней- трон , протон и электрон. Нейтрон и протон имеют примерно одинаковую массу, а электрон по сравнению с ними - гораздо меньшую. Протон заряжен позитивно, электрон - прямо противоположно протону, то есть негативно, а нейтрон вообще не имеет электрического заряда. Атомы не несут заряда, поскольку количество протонов и электронов в них одинаково, в то время как количество нейтронов не определено. Вы можете довольно точно вычислить атомные веса, просто сложив количество протонов и нейтронов. Например, в атоме кислорода содержится по восьми штук тех и других, следовательно, его атомный вес - 16. По человеческим меркам, даже и сами-то атомы невероятно малы (диаметр атома свинца - примерно одна стомиллионная дюйма, или одна двухсотпятидесятимиллио- ная сантиметра), что же говорить о частицах, их составляющих. Сталкивая атомы друг с другом, физики обнаружили, что те ведут себя так, как будто протоны и нейтроны располагаются на небольшом участке в центре, а электроны рассеяны в окрестностях этого ядра и занимают сравнительно большую область. Одно время атом даже рисовали в виде крошечной Солнечной системы, где роль Солнца играло ядро, а в роли вращающихся вокруг него планет выступали электроны. Тем не ме- нее, эта модель оказалась не слишком удачной, поскольку электрон - это движу- щийся заряд и, согласно классической физике, должен излучать радиацию, а ис- ходя из предложенной модели все электроны в атоме потеряют всю свою энергию и упадут на ядро в течение доли секунды. Согласно физике, развившейся со време- ни эпохальных открытий Исаака Ньютона, атом, устроенный подобно Солнечной системе, невозможен. И, тем не менее, этот миф, эти «враки детям» автоматиче- ски всплывают в голове, и так просто их не искоренить по той причине, что они содержат убойное количество нарративиума. После долгих споров физики, работавшие с материей на микроуровне, все-таки решили придерживаться планетарной модели атома, отказавшись для этого от нью- тоновской модели и заменив ее так называемой квантовой. Самое забавное, что модель эта тоже не работает, однако она просуществовала достаточно, чтобы на ее основе развилась квантовая физика, согласно которой протоны, нейтроны и электроны, формирующие атом, не занимают строго определенных мест, а как бы «размазаны» в некотором объеме. И область такого «размазывания» вполне можно определить: протоны и нейтроны окажутся распределены в крошечной зоне по цен- тру атома, а электроны - вокруг них. Впрочем, какой бы ни была физическая модель, все согласны, что химические свойства атома по большей части зависят от электронов, ведь именно они нахо- дятся снаружи. Атомы объединяются, обмениваясь электронами и формируя таким образом молекулы. Данный процесс относится уже к ведению химии. Раз атом электрически нейтрален, значит, количество электронов должно быть равным ко- личеству протонов. Это число, оно же - атомный номер, и лежит в основе Перио- дической таблицы Менделеева, а вовсе не атомные веса. Впрочем, атомные веса обычно в два раза больше атомных номеров, поскольку по квантовым причинам ко- личество нейтронов близко к количеству протонов, так что в принципе неважно, какое число использовать - порядок расположения химических элементов практи- чески не изменится. Тем не менее, атомный номер лучше всего подходит для объ- яснения химических зависимостей и периодичности. Оказалось, что период, рав- ный восьми, действительно очень важен, потому что электроны распределены в последовательности концентрических оболочек, подобных матрешке, и для элемен- тов в верхней части таблицы каждая такая оболочка может содержать не более восьми электронов. Чем дальше, тем оболочек становится больше, и период возрастает. По крайней мере, так в 1904 году предположил Джозеф Джон Томпсон. Кстати, современная
квантовая физика предполагает существование большего количества частиц, чем три «фундаментальные», она гораздо сложнее, однако, несмотря на замысловатые уравнения, выводы из них следуют те же самые. Как всегда, изначально простая история по мере того, как ее рассказывали и пересказывали, совершенно запута- лась и превратилась для большинства людей в магию. С науками такое случается. Но даже упрощенная версия этой истории дает ответы на множество загадок, казавшихся ранее неразрешимыми. Ну, например: если атомный вес - это сумма протонов и нейтронов, как же так выходит, что далеко не всегда в результате получается целое число? Почему атомный вес того же хлора 35,453? Оказалось, что имеет место быть два различных подвида хлора. Один с атомным весом 35, содержащий 17 протонов и 18 нейтронов (и, естественно, 17 электронов, столько же, сколько протонов) , а другой - 17 протонов и 20 нейтронов (и опять же 17 электронов, тут все без изменений). То есть он содержит на два нейтрона боль- ше, из-за чего его атомный вес и вырастает до 37. Природный хлор представляет собой смесь этих двух подвидов (так называемых изотопов) примерно в пропорции 3 к 1. С химической точки зрения изотопы почти неразличимы, поскольку количе- ство и расположение электронов у них одинаково, и для химических опытов этого достаточно. Однако их атомная физика отличается. Отсюда даже не физику (лирику) становится совершенно понятно, почему вол- шебники Незримого университета считают, что наша Вселенная сделана второпях и из никуда не годных элементов... Но откуда взялись эти 113 химических элементов? Существовали ли они всегда или появились уже после рождения нашей Вселенной? Что касается последней, существует пять способов их возникновения: 1. Устройте Большой взрыв и создайте вселенную, получив суп из высокоэнерге- тических «горячих» элементарных частиц. Подождите, пока они остынут или возьмите уже готовые. По всей видимости, помимо полезной материи, вы полу- чите всякие сомнительные штуковины вроде миленьких черных дыр или магнит- ных монополей, однако все они скоро выкипят, и в сухом остатке у вас будет привычная материя. Электромагнитные силы в такой горячей вселенной слабы и не могут противостоять ее разрывам, но как только все остынет, элементар- ные частицы смогут объединяться благодаря электромагнитному притяжению. Правда, единственный химический элемент, который возникнет спонтанно, это водород (1 протон + 1 электрон), зато уж его вы получите в избытке: в на- шей Вселенной водород - самый распространенный элемент, и почти весь он возник в результате Большого взрыва. Еще элементарные частицы могут обра- зовать дейтерий (1 электрон + 1 протон + 1 нейтрон) или тритий (1 электрон + 1 протон + 2 нейтрона), но тритий, вообще говоря, радиоактивен, то есть, испустив все свои нейтроны, он распадется до простого водорода. Второй по распространенности элемент - гелий (2 электрона + 2 протона + 2 нейтрона) вполне стабилен. 2. Включите гравитацию. Водород и гелий начнут собираться вместе, формируя звезды, те самые «топки», о которых говорили волшебники. Давление в центре звезды огромно. Это введет в игру новые ядерные реакции, и вы получите термоядерный синтез, при этом атомы будут сдавлены с такой силой, что объ- единятся в новые, более крупные атомы. Таким способом образуются всем зна- комые углерод, азот, кислород, а также менее распространенные литий, бе- риллий и так далее, вплоть до железа. Многие из этих элементов встречаются в живых телах, и самый важный из них - углерод. По причине своей уникаль- ной электронной структуры углерод - единственный элемент, атомы которого могут объединяться друг с другом в более крупные и сложные молекулы, без
которых жизнь была бы невозможна . Отсюда следует вывод: большая часть атомов, из которых мы с вами состоим, появилась на свет внутри какой- нибудь звезды. Как пела Джонни Митчелл в Вудстоке: «Мы - звездная пыль»2. Ученые обожают цитировать эту строчку, видимо чувствуя себя при этом до сих пор молодыми. 3. Немного подождите, пока звезды сами не начнут взрываться. Небольшие (отно- сительно, конечно) взрывы называют «novae», то есть «новыми звездами»; другие, куда более сильные, - «super novae», иначе говоря, сверхновыми. «Новые» в данном контексте означает, что до взрыва мы эту звезду не видели и не подозревали о ее существовании, а потом - ба-бах! Взрыв происходит, в частности, потому, что заканчивается ядерное топливо. Вторая причина в том, что питающие звезду водород и гелий сливаются в более тяжелые элемен- ты, которые фактически становятся примесями, нарушающими ход ядерной реак- ции. Вот так и получается, что проблема загрязнения окружающей среды за- трагивает даже сердца звезд. Физические процессы в таких молодых солнцах меняются, наиболее крупные из них взрываются, производя на свет более тя- желые элементы: йод, торий, свинец, уран и радий. Такие звезды астрофизики называют звездным населением II типа - это старые звезды, в которых содер- жание тяжелых элементов низкое, но все же они присутствуют. 4. Бывает еще один тип сверхновых, чрезвычайно богатый на тяжелые элементы. Из таких звезд складывается более молодое звездное население I типа3. Бла- годаря нестабильности атомов в результате радиоактивного распада химиче- ских элементов появляются новые элементы. К таким «вторичным» элементам относится, например, свинец. 5. И, наконец, кое-какие люди научились изготавливать некоторые химические элементы в процессе особых экспериментов в атомных реакторах. Самым из- вестным среди таких элементов является материал для производства ядерного оружия - плутоний, побочный продукт обычных урановых реакций. Другие, бо- лее экзотические и существующие совсем короткое время, были синтезированы Кстати, кремний тоже способен на такие штуки, хотя и с натугой; так что, если вы пожелаете завести экзотические формы жизни, вам следует подумать об организации осо- бых вихрей неподалеку от Солнца, или о странных квантовых скоплениях в межзвездной плазме, или о совсем уж фантастических созданиях, существующих на нематериальной ос- нове вроде информации, мыслей или нарративиума. ДНК же - совсем другое дело: на базе иной молекулы, также богатой углеродом, создать жизнь проще простого. Уже сегодня это можно сделать в лабораториях, используя упрощенные модификации ДНК. См. Дж. Коэн и Й. Стюарт «Как создать инопланетянина». 2 Если вы не понимаете, о чем идет речь, поинтересуйтесь у своих родителей. 3 Теоретически должно бы существовать и звездное население III типа, самое старое и целиком состоящее из водорода и гелия. Это бы объяснило присутствие некоторых тя- желых элементов в звездном населении II типа. Однако пока никто такого населения еще не встречал. Впрочем, в 2001 году в двух небольших красных пятнах галактического кластера Абель 2218 была замечена группа неких объектов, которые могут оказаться звездным населением III типа. Эти пятна представляют собой многократно увеличенное изображение одной и той же зоны: это увеличение является результатом феномена «гра- витационной линзы», без которого звезды в данной зоне вообще были бы не видны. Впро- чем, одна из новомодных теорий вообще отрицает необходимость звездного населения III типа. Ее сторонники полагают, что тяжелые элементы возникли до появления звезд, то есть сразу после Большого взрыва. Следовательно, первые сформировавшиеся звезды принадлежали к населению II типа. Хотя это противоречит всему, что сказано выше, - «враки детям», короче говоря.
в экспериментальных коллайдерах. На сегодняшний день у нас имеется 114 хи- мических элементов, между тем как сто тринадцатого по-прежнему не хватает. Возможно, был создан и 116-й элемент, а вот заявка на открытие 118-го, сделанная в 1999 году Национальной лабораторией имени Лоуренса в Беркли, была отозвана. Физики постоянно спорят, кто первым открыл тот или иной элемент и, соответственно, имеет право присвоить ему имя. Поэтому новым тяжелым элементам присваиваются временные (и курьезные) названия, вроде того, которое получил 110-й элемент - унуниллий1: на псевдолатыни это оз- начает «сто десять», то бишь «un-un-nihil». Подобные недолговечные элементы использовать никак не возможно. Какой же смысл в их синтезе? Ну, примерно такой же, как и в существовании гор: они просто есть. А кроме того, это хорошая возможность проверить на практике не- которые смелые гипотезы. Но, прежде всего, это шаг навстречу чему-то еще бо- лее интересному, если, конечно, оно вообще существует. Иными словами, после того, как вы получили полоний с атомным номером 84, все последующие элементы стали радиоактивными: они испускают частицы, распадаясь на более легкие эле- менты , и чем больше атомный номер, тем быстрее распад. Однако это не может продолжаться вечно. Мы не умеем создавать точные модели тяжелых атомов. Лег- ких, впрочем, тоже не можем, однако с тяжелыми все еще сложнее. Многочисленные эмпирические модели (умозрительные гипотезы, основанные на интуиции, догадках и жонглировании константами) привели к созданию удивитель- но точной формулы, позволяющей рассчитать время жизни элемента с определенным количеством протонов и нейтронов. Для некоторых «магических чисел»2 соответ- ствующие атомы необычайно стабильны. Магическими числами для протонов являют- ся 28, 50, 82, 114 и 164; для нейтронов - 28, 50, 82, 126, 184, 196 и 318. Например, самый стабильный элемент - это свинец со всеми своими 82 протонами и 126 нейтронами. Всего в паре шагов от крайне нестабильного элемента номер 112 находится элемент 114, предварительно названный эка-свинец3. Его 114 протонов и 184 нейтрона - это, можно сказать, двойная порция магии, и теоретически он должен быть стабильнее большинства своих соседей. Неизвестно, однако, насколько дос- товерна эта теория, поскольку приближенные формулы стабильности для больших чисел могут не работать. Каждый грамотный волшебник знает, что заклинания иногда дают сбои. Тем не менее, допустив, что с заклинанием у нас все в по- рядке, мы можем немного поиграть в Дмитрия Ивановича Менделеева и попробовать предсказать свойства эка-свинца путем экстраполяции свойств элементов Перио- дической таблицы, входящих в его группу (углерод, кремний, германий, олово и свинец). Как следует из названия, эка-свинец должен быть металлом, похожим на свинец, с температурой плавления 70 °С, температурой кипения при нормальном атмосферном давлении 150 °С и плотностью на 25 % большей, чем у обычного свинца. В 1999 году Институт ядерных исследований в Дубне объявил о синтезе атома элемента 114, хотя его изотоп имел всего лишь 175 нейтронов, то есть до маги- ческого числа недотягивал. Но даже такой, он просуществовал целых 30 секунд - невероятно долго для столь тяжелого элемента, а следовательно, магия все еще в силе. Вскоре после этого та же команда объявила о создании целых двух ато- мов элемента номер 114 со 173 нейтронами. Независимо от физиков из Дубны тот Теперь получил название дармштадтий по месту первого синтеза. 2 Заметьте, сама терминология Круглого мира доказывает, что создавшие ее физики, вполне возможно, происходили из Плоского мира и прекрасно понимали, что их формулы являются скорее заклинаниями, чем настоящими формулами. 3 В 2012 году получил название флеровий.
же элемент синтезировали и американские ученые. Тем не менее, пока кому- нибудь из них не удастся произвести достаточное количество зка-свинца, а не просто несколько атомов, его свойства останутся для нас загадкой. Впрочем, свойства его ядра, по-видимому, вполне соответствуют теоретическим выкладкам. Еще дальше находится элемент номер 164 с двойным магическим числом: 164 протона и 318 нейтронов. Все это выглядит так, словно ряд магических чисел можно продолжать... Экстраполяция - неблагодарное занятие, однако даже если в формулу и вкралась ошибка, вполне могут существовать некие конфигурации про- тонов и нейтронов, которые окажутся достаточно стабильными, чтобы соответст- вующие элементы появились в реальности. Вернее всего, именно так и возникли на свет черепахиум со слонородом. Кто знает, может быть, где-то ждут своего часа и «пронн» с «ляззгом». А что, если существуют стабильные элементы с ги- гантскими атомными номерами и размером атомов чуть ли не со звезду? Предста- вим звезду, почти целиком состоящую из нейтронов, образующуюся в ходе коллап- са более крупной звезды под действием собственной гравитации. Такие нейтрон- ные звезды должны иметь невероятную плотность: около 40 триллионов фунтов на квадратный дюйм (или 100 миллиардов килограмм на квадратный сантиметр) . Это то же самое, что двадцать миллионов слонов, упакованных в ореховую скорлупку! Гравитация на такой звезде в 7 миллиардов раз выше, чем на Земле, а магнитное поле в триллион раз сильнее земного. Частицы в нейтронной звезде находятся так близко друг к другу, что в каком-то смысле она представляет собой один огромный атом. Какими бы странными они ни были, но некоторые из тяжелых элементов могут таиться в самых неожиданных уголках Вселенной. В 1968 году было высказано предположение, что элементы со 105-го по 110-й можно обнаружить в космических лучах - высокоэнергетических частицах, достигающих Земли из глубокого космо- са . Однако гипотеза не подтвердилась. Считается, что космические лучи берут свое начало в нейтронных звездах, и вполне возможно, что в таких невообрази- мых условиях рождаются супертяжелые элементы. Что же случится, если звездное население I типа накопит слишком много таких элементов? Вероятно, к тому времени астрофизикам придется очень пожалеть, что нумера- ция поколений звезд идет от III к I: не потребуется ли потом вводить для обо- значения таких гипотетических звезд нулевое поколение? Чем черт не шутит, возможно, в будущем во Вселенной обнаружатся объекты, сильно отличающиеся от всего, что нам привычно, и, помимо вспышек новых и сверхновых звезд, мы ста- нем свидетелями более мощных взрывов, каких-нибудь гиперновых. Обнаружатся другие стадии развития, и мы заговорим о звездных поколениях минус I , и так далее. Как мы уже упоминали, в отличие от рационально-неизменного Плоского мира, наша Вселенная придумывает правила по мере надобности. Глава 9. Получи, собака, кипящую нафту! Камушки вновь мягко поползли друг к другу, но, к возмущению Аркканцлера, они двигались какими-то странными извилистыми путями. - Что и требовалось доказать: гигантская черепаха из камней - это крайне неудачная идея, - со вздохом произнес Главный Философ. - Ну, ведь уже в десятый раз, - донесся ответный вздох Профессора Современ- ного Руносложения. - А я предупреждал, что без черепахиума нам не обойтись, - подал голос Арк- канцлер. Результаты предыдущих попыток плавно кружились тут же. Маленькие шарики, большие шары... Некоторые из них уже окутались мантиями из газов, просачиваю-
щихся из щелей в беспорядочном нагромождении льда и горных пород, из которых они состояли. Казалось, что у нарождающейся вселенной имеются какие-то собст- венные соображения насчет своего устройства, но ей никак не удается их сфор- мулировать . К тому же, как заметил Аркканцлер, как только там появится место, куда смо- жет поставить ногу приличный человек, ему потребуется чем-то дышать, не прав- да ли? Нет, атмосферы на шариках появились словно по команде, но что это были за атмосферы? Даже тролль с негодованием отказался бы дышать такой дрянью. Аркканцлер объявил, что поскольку боги в данном случае отсутствуют - а не- однократные стандартные тесты не выявили ни малейшего следа богорода, - вол- шебникам придется самим засучить рукава. Между тем в здании факультета Высокоэнергетической Магии становилось тесно- вато. Даже студенты крутились неподалеку, тогда как обычно их днем с огнем было не сыскать. Наблюдать за Проектом куда интереснее, чем всю ночь играть с ГЕКСом, поедая бананово-селедочную пиццу. В комнату втаскивали все новые и новые столы. Мало-помалу Проект обрастал приборами и приборчиками. Все выглядело так, словно каждый уважающий себя волшебник (кроме разве что Профессора Диковинного Кружевоплетения) решил, что для его работы ему позарез необходим доступ к Проекту. Впрочем, места пока хватало всем. В то время как снаружи Проект был не более чем в фут шириной, пространство внутри его увеличивалось с каждой секундой. В конечном итоге места во вселенной тоже более чем достаточно. Хотя обычно отдельные невежественные дилетанты яростно ополчались против совершенно невинных магических экспериментов (даже тогда, когда шанс прорвать ткань реальности был меньше, чем один к пяти), никто из собравшихся не возра- жал абсолютно ничему. Все же без инцидентов не обошлось... - Эй, вы, двое! Немедленно прекратите орать! - завопил Главный Философ, об- ращаясь к парочке студентов. Те вели весьма оживленный спор, ну, или, по крайней мере, озвучивали каждый свою точку зрения, стараясь делать это как можно более громогласно, что в большинстве случаев с успехом заменяет отсут- ствующие аргументы. - Но сэр! Я потратил бездну времени на то, чтобы слепить маленький ледяной шарик, а он запустил в него свою треклятую каменюку! - Я не хотел! - оправдывался второй. Главный Философ вперился в студента, пытаясь вспомнить его имя. Как прави- ло, он избегал знакомств с учащимися, поскольку считал последних досадной по- мехой нормальному течению университетской жизни. - А что именно ты хотел сделать, эээ... мой мальчик? - наконец спросил он. - Ну, я пытался попасть камушком в газовый шар, сэр. Но он почему-то начал кружиться вокруг этого шара, сэр. Главный Философ обернулся. Декана поблизости не наблюдалось. Тогда он снова посмотрел на Проект. - А. Понятно. Что же, очень мило. Все эти полосочки. Кто это сотворил? Один из студентов поднял руку. - Ах, да, ты, - кивнул Главный Философ. - Молодец, полоски просто чудо. А из чего они? - Просто собрал вместе немного льда, сэр. Но он вдруг начал нагреваться. - Да ну? Ледяной шарик стал самопроизвольно нагреваться? - Шар получился большой, сэр. - Вы рассказали об этом господину Тупсу? Ему такое может понравиться. - Да, сэр. - Хорошо. А зачем ты запулил камнем в газовый шар? - поинтересовался Глав- ный Философ у второго студента.
- Ну-у... Затем, что за каждое попадание тебе присуждают десять очков. Главный Философ по совиному взглянул на студентов. Ему все стало ясно. Как- то ночью уважаемому профессору не спалось, и он забрел в здание факультета Высокоэнергетической Магии. Там обнаружилась группа студентов, сгрудившихся у клавиатуры ГЕКСа и выкрикивающих нечто вроде: «А вот я тебя тараном!» или: «Ха! Получи, собака, кипящую нафту!». Но заниматься подобным при сотворении совершенно новой вселенной... Это было по крайней мере неучтиво. С другой стороны, Главный Философ разделял невысказанную идею своих коллег, что расширять границы познания... Ну, как-то тоже неучтиво, что ли? Границы ведь были установлены не просто так, верно? - То есть ты утверждаешь, - начал он, - что, столкнувшись лицом к лицу с бесконечным многообразием возможностей, предлагаемых Проектом, вы использова- ли их для игры? - Эээ... Ну да, сэр. - Ох. - Главный Философ подозрительно присмотрелся к большому газовому ша- ру : вокруг него вращалось множество маленьких камешков. - Что же, раз так... Могу я тоже поучаствовать? Глава 10. Форма вещей Каждый раз, когда волшебник обнаруживает какую-нибудь новую штуковину, он начинает с ней играть. Ученые поступают так же. Они играют с идеями, которые с точки зрения здравого смысла кажутся абсолютно абсурдными, обычно настаивая при этом, что идеи-то верны, а вот здравый смысл попал впросак. И как ни странно, часто добиваются успеха. Однажды Эйнштейн презрительно обозвал здра- вый смысл глупостью, но тут он, пожалуй, немного перегнул палку. Наука и здравый смысл все-таки связаны, пусть и не напрямую. Наука приходится здраво- му смыслу кем-то вроде четвероюродной племянницы. Здравый смысл - это нагляд- ная демонстрация того, какой именно представляется Вселенная существу наших размеров, телосложения и темперамента. В частности, здравый смысл говорит нам, что Земля - плоская. Да, если пренебречь холмами, долинами и прочими ухабами и рытвинами, она действительно выглядит плоской. В конце концов, если бы она не была плоской, мы бы все так бы с нее и посыпались. Однако, несмотря на эти здравые доводы, Земля отнюдь не плоская. А вот в Плоском мире, напротив, связь здравого смысла и реальности тесна и неразрывна. Здравый смысл говорит волшебникам Незримого университета, что Мир Диска - плоский, и он на самом деле плоский. Чтобы это доказать, им нужно всего лишь подойти к его Краю и посмотреть, как все исчезает за Краепадом. Так в свое время поступили Ринсвинд и Двацветок в «Цвете волшебства»: «Рев зазвучал громче. В нескольких сотнях ярдов на поверхности показался кальмар, который превосходил размерами все, когда-либо виденное Ринсвиндом. Щупальца чудовища бешено колотили по воде, пока оно опять не ушло в глубину... Мир при- ближался к Краю». Все свалившееся оттуда попадает в Окружносеть - невод раз- мером в десять тысяч миль, протянутый у Края, маленький участок которого, кстати, контролирует морской тролль Тефис. И вот что увидели бы волшебники: «...открывающаяся внизу картина одним рывком перешла в новую, целостную, пугаю- щую перспективу. Там, внизу, торчала слоновья голова, огромная, как средних размеров континент... Под слоном ничего не было, кроме далекого, режущего глаз диска солнца. Мимо Солнца, покрытый чешуйками величиной с город и щербинами кратеров, изрезанный, словно Луна, неторопливо проплывал плавник». Считается, что древние люди полагали Землю плоской именно по этим очевидным с точки зрения здравого смысла причинам. На самом же деле, согласно сохранив-
шимся записям, уже в древности большинству цивилизаций было известно, что наша планета шарообразна. Ведь корабли возвращались из земель, невидимых за горизонтом, а в небе висели круглые солнце и луна - вполне понятная подсказ- ка. Именно в этом у науки и здравого смысла есть что-то общее. Наука - это тоже своего рода здравый смысл, примененный к так называемой очевидности. Исполь- зуя здравый смысл таким манером, неизбежно придешь к выводам, которые будут сильно отличаться от само собой напрашивающихся умозаключений, диктуемых три- виальным здравым смыслом и сводящихся к тому, что если вселенная кажется та- кой , следовательно, она такая и есть. Отсюда уже рукой подать до идеи, что если ты живешь на поверхности огромного шара, то, с твоей точки зрения, она покажется плоскостью. Между прочим, поскольку гравитация всегда направлена к центру этого шара, никто с него никуда не упадет. Но это так, небольшое заме- чание . Около 250 года до н. э. грек Эратосфен Киренский уже доказал теорию сфери- ческой Земли и более того - вычислил ее размеры. Он использовал тот факт, что в Сиене (современный Асуан) полуденное солнце отражается на дне колодца. (Вот в Анк-Морпорке у него бы ничего не получилось, там колодезная вода бывает тверже камней, из которых сделан колодец.) Эратосфен сложил вместе два и два, однако получил гораздо больше, чем ожидал. В конце концов, это всего лишь вопрос геометрии. Колодец выкопан вертикаль- но . Следовательно, солнце в Сиене стоит точно над головой. Но в своей родной Александрии, находящейся в дельте Нила, Эратосфен ничего подобного не наблю- дал . Напротив, в полдень, когда солнце стояло в зените, предметы отбрасывали заметную тень. Он вычислил, что в полдень угол между солнцем и вертикалью со- ставляет там около 7°, то есть примерно 1/50 от 360°. Затем в дело пошла де- дукция . Где бы ни находился наблюдатель, солнце будет в одной и той же точке. Известно, что оно сильно удалено от Земли, поэтому его лучи и в Сиене, и в Александрии падают на Землю практически параллельно друг другу. По мнению Эратосфена, все это можно объяснить лишь в том случае, если Земля шарообраз- на, и он сделал вывод, что расстояние от Сиены до Александрии - 1/50 от ок- ружности планеты. Но каково же расстояние между ними? Тут весьма кстати пришелся бы знакомый караванщик. Дело не только в том, что величайшим математиком всех времен и народов является верблюд Верблюдок из Плоского мира (не верите - прочитайте «Пирамиды»), но и в том, что путеше- ствие из Александрии в Сиену на верблюдах занимает ровно пятьдесят дней. За день верблюд проходит около сотни стадиев. Следовательно, расстояние состав- ляет около 5 тысяч стадиев, а радиус Земли - примерно 250 тысяч стадиев. Ста- дий - это древнегреческая мера длины, и никто на самом деле не знает, чему же она равнялась. Специалисты полагают, что один стадий равен 515 футам (или 157 метрам). Если они правы, то результат Эратосфена составил 24 662 мили (39 690 км), тогда как, по современным расчетам, длина окружности Земли - 24 881 миля (40 042 километра). Как видите, Эратосфен подсчитал все на удивление точно. Если только вышеозначенные специалисты не подогнали результат под правильный ответ в конце задачника. Простите, но мы, ученые, - неисправимые скептики. Настал черед познакомиться с еще одной особенностью научного мышления. Для того чтобы найти связь между теорией и экспериментом, вы должны интерпретиро- вать результат в рамках данной теории. Чтобы немного прояснить этот момент, мы расскажем вам историю одного дальнего родственника Себя-режу-без-ножа Дос- табля, Отвратосфена из Эфеба, который доказал, что Плоский мир представляет «Большинство цивилизаций» - это не то же самое, что «большинство людей». Большин- ству людей на планете вообще без разницы, какой формы Земля, лишь бы она продолжала поставлять им еду.
собой шар, и даже умудрился вычислить длину его окружности. Отвратосфен заме- тил следующее: в полдень в Овцепикских горах солнце стоит прямо над головой, тогда как в Ланкре, что в тысяче километров от Овцепиков, оно отклоняется, угол его наклона составляет 84° градуса от вертикали. Поскольку 84° составля- ют четверть от 360°, Отвратосфен сделал вывод, что Плоский мир - сферический и расстояние от Овцепиков до Анк-Морпорка равняется четверти длины его окруж- ности. В итоге у него получилась окружность приблизительно в 4 тысячи миль (6400 км) . К сожалению, как всем известно, от одного края Плоского мира до другого насчитывается 10 тысяч миль (или 16 тысяч км). Но нельзя же было до- пустить, чтобы какой-то случайный факт разрушил такую красивую теорию! Так что Отвратосфен до самой своей смерти свято верил, что живет в очень малень- ком мире. Его ошибка была в том, что он интерпретировал верные данные наблюдений в рамках ложной теории. Ученые постоянно возвращаются к устоявшимся теориям, чтобы проверить их заново, чем вызывают негодование со стороны жрецов, как религиозных, так и светских, полагающих, что знают ответ на любой вопрос. Наука - это вовсе не коллекция «фактов», а способ задавать неудобные вопросы и подвергать их проверке реальностью, тем самым противореча общечеловеческому желанию верить во что-то приятное. • * * С древних времен людей интересовала не только форма самой Земли, но и форма Вселенной. В самом начале им, вероятно, казалось, что это одно и то же. По- том, используя примерно ту же логику, что и Эратосфен, они обнаружили, что огоньки на небе находятся очень далеко. Тогда они сочинили замечательные мифы об огненной колеснице бога Солнца, и все такое прочее в том же духе. Тем не менее, после того как вавилонянам пришла в голову свежая идея все точно изме- рить , они научились отлично предсказывать затмения и движение планет. Во вре- мена Клавдия Птолемея (ок. 100 - ок. 160) наиболее точная модель планетарного движения основывалась на сериях эпициклов: планеты движутся по замкнутому кругу, центр которого движется по другому замкнутому кругу, а центр этого круга, в свою очередь, тоже... Исаак Ньютон заменил эту теорию и ее многочисленные последующие уточнения законом гравитации, то есть правилом, согласно которому каждое тело во Все- ленной притягивается ко всем остальным телам. Это объясняло и открытие Иоган- ном Кеплером того, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, а по проше- ствии некоторого времени объяснило и множество других вещей. Прошло несколько веков ошеломляющего успеха, и ньютоновская теория столкну- лась с первым поражением: гипотеза об орбите Меркурия, сделанная на ее осно- ве , не оправдалась. Точка на орбите в том месте, где Меркурий находится на максимальном приближении к Солнцу, движется не совсем так, как предсказывает закон Ньютона. И тут на помощь пришел Эйнштейн со своей теорией, основанной не на силах притяжения, а на принципах геометрии и форме пространства- времени. Это была знаменитая теория относительности. Теория Эйнштейна сущест- вует в двух вариантах: специальная теория относительности (СТО) и общая (ОТО) . СТО посвящена вопросам пространства, времени и электромагнетизма; ОТО описывает, что получается, когда ко всему вышеперечисленному вы добавляете гравитацию. Следует заметить, что «теория относительности» - не вполне неудачное назва- ние. Главная идея СТО не в том, что все на свете относительно, а в том, что одна-единственная вещь - скорость света - неожиданно оказывается абсолютной. Проведем хорошо известный вам мысленный эксперимент. Представьте, что вы еде- те в автомобиле со скоростью 50 миль в час (80 км/ч) и стреляете по направле-
нию движения из ружья. Пуля летит со скоростью 500 миль в час (805 км/ч) от- носительно автомобиля и попадает в неподвижную мишень на скорости, равной сумме двух этих скоростей, то есть 550 миль в час (885 км/ч). Но если вы бу- дете светить фонариком, «выстреливающим» свет со скоростью 670 000 000 миль в час (108 000 000 км/ч), то скорость света отнюдь не станет 670 000 050 миль в час. Она останется точь-в-точь такой же, как если бы вы светили фонариком из неподвижной машины. Практическая реализация подобного эксперимента несколько сложновата, но ме- нее зрелищные и опасные опыты демонстрируют, что результат окажется именно таким. Эйнштейн опубликовал СТО в 1905 году вместе с первыми обоснованиями кванто- вой механики и новаторской работой о диффузии. Множество людей, среди которых были голландский физик Хендрик Лоренц и французский математик Анри Пуанкаре, уже работали над схожей идеей, поскольку электромагнетизм иногда вступал в противоречие с ньютоновской механикой. Они сделали вывод, что Вселенная на- много сложнее, чем диктует нам здравый смысл, хотя ученые наверняка выразили эту мысль как-то иначе. По мере достижения скорости света объекты сжимаются, время начинает ползти как улитка, а масса стремится к бесконечности. При этом ничто не может якобы обогнать свет. Другая ключевая идея заключалась в том, что пространство и время - взаимообратимы. Три традиционных пространственных измерения и время образуют единое четырехмерное пространство-время, а точка в пространстве становится событием в пространстве-времени. В привычном нам пространстве существует такое понятие, как расстояние. В СТО есть аналогичная величина, именуемая интервалом между событиями, обуслов- ленным видимым течением времени. Чем быстрее движется объект, тем медленнее для наблюдателя, находящегося на этом объекте, течет время. Этот эффект на- звали замедлением времени. Если ваша скорость станет равной скорости света, время для вас остановится. Одним из любопытных следствий из теории относительности является «парадокс близнецов», описанный Полем Ланжевином в 1911 году. Это, так сказать, класси- ческая ее иллюстрация. Предположим, что Розенкранц и Гильденстерн родились в один и тот же день. Розенкранц - домосед, всю жизнь остающийся на Земле. Гильденстерн же путешествует со скоростью света и через год возвращается до- мой. Из-за замедления времени этот род превратится для Розенкранца в 40 лет. Получится, что Гильденстерн окажется моложе своего брата на 39 лет. Экспери- менты с атомными часами, облетевшими вокруг Земли на реактивном самолете, вроде бы подтверждают подобный сценарий, однако по сравнению со скоростью света самолет движется слишком медленно, поэтому замеченная (и предсказанная) разница составила всего лишь доли секунды. Пока все у нас идет отлично, однако гравитация сюда никак не вписывается. Несколько лет Эйнштейн ломал голову, пока не придумал, как это сделать: он допустил, что пространство-время искривлено. Появившаяся в результате его трудов теория и стала общей теорией относительности, являющейся синтезом нью- тоновской гравитации и СТО. По мнению Ньютона, гравитация - это сила, откло- няющая материальные частицы с идеально прямого пути, которым они иначе могли бы свободно следовать. Согласно же ОТО, гравитация - это никакая не сила, а искажение структуры пространства-времени. Принято говорить, что пространство- время «искривляется», хотя этот термин зачастую вводит в заблуждение. В част- ности, это не означает, что пространство-время искривляется вокруг чего-то еще. В физическом смысле искривление - это та же гравитация, под воздействием которой изгибаются световые лучи, и в результате появляются, к примеру, «гра- витационные линзы». Иначе говоря, искривление света массивными объектами, ко- торое Эйнштейн открыл в 1911 году и опубликовал свои результаты в 1915-м. Впервые этот эффект был замечен во время солнечного затмения. Не так давно,
наблюдая в телескоп за далекими квазарами, ученые обнаружили, что изображения некоторых из них мультиплицируются, так как их свет искривляется галактикой, находящейся на его пути. Эйнштейновская теория гравитации вытеснила ньютоновскую потому, что лучше объясняла результаты некоторых наблюдений. Однако ньютоновская по-прежнему подходит для множества целей, к тому же она куда проще, поэтому списывать ее в утиль рановато. А теперь уже и эйнштейновскую теорию теснит другая, которую он когда-то отбросил, посчитав своей величайшей ошибкой. В 1998 году два независимых наблюдения позволили усомниться в эйнштейнов- ской концепции. Одно касалось крупномасштабной структуры Вселенной, другое имело место быть прямо у нас под боком. Первое наблюдение до сих пор изо всех сил сопротивляется любым попыткам его преодолеть, а вот второе любопытное яв- ление, возможно, имеет какое-нибудь прозаическое объяснение. С него, пожалуй, и начнем. В 1972 и 1973 годах для изучения Юпитера и Сатурна были запущены космиче- ские зонды «Пионер-10» и «Пионер-11». В конце 80-х оба зонда находились в глубоком космосе, направляясь за пределы Солнечной системы. В научной среде с давних времен распространена была легенда, ничем, впрочем, не доказанная, что за Плутоном может находиться неоткрытая планета, Планета X. Она должна была исказить траекторию движения зондов, поэтому все напряженно следили за их по- летом в надежде заметить какие-нибудь отклонения. И действительно, команда Джона Андерсена обнаружила таковые. Все бы хорошо, однако не похоже было, что эти отклонения вызваны некой планетой. Более того, они не вписывались в общую теорию относительности. «Пионеры» двигались по инерции, без применения каких- либо двигателей, поэтому сила притяжения Солнца (и даже гораздо более слабая гравитация других объектов Солнечной системы) воздействовала на зонды, посте- пенно замедляя их движение. Однако они почему-то замедлились немного сильнее, чем ожидалось. В 1994 году Майкл Мартин предположил, что этого наблюдения вполне достаточно, чтобы поставить под сомнение постулаты Эйнштейна. К тому же в 1998 году та же команда Андерсена объявила, что наблюдаемые факты не мо- гут быть объяснены ошибками измерения, газовыми облаками, давлением солнечно- го света или гравитационным воздействием отдаленных комет. Трое других ученых немедленно предложили свои гипотезы, объясняющие анома- лию. Первые двое грешили на перегрев. Аппаратура «Пионеров» работает от бор- товых ядерных генераторов, излучающих в пространство небольшое количество из- быточного тепла. Давление, обусловленное таким излучением, могло замедлить космические аппараты в наблюдаемых пределах величин. Другое предложенное объ- яснение состояло в небольшой утечке топлива зондов. Андерсен ревниво обдумал эти варианты и, разумеется, усомнился в обоих. Самое интересное то, что наблюдаемое замедление замечательно точно вписыва- лось в нестандартную теорию, предложенную в 1983 году Мордехаем Милгромом. Он видоизменил не закон гравитации, а ньютоновский закон движения, согласно ко- торому сила равна массе, помноженной на ускорение. Поправка Милгрома актуаль- на тогда, когда ускорение очень мало. Она была предложена для того, чтобы разрешить другую гравитационную головоломку, а именно тот факт, что скорость вращения галактик не вписывается ни в теорию Ньютона, ни в теорию Эйнштейна. Чаще всего это объясняют наличием «холодной темной материи», оказывающей гра- витационное воздействие, но совершенно незаметной в телескопы. Если предполо- жить , что галактики имеют своего рода гало из такой материи, то скорость их вращения не будет связана лишь с одной только видимой материей. Множеству фи- зиков-теоретиков идея темной материи не по душе («темная» в том смысле, что ее нельзя наблюдать непосредственно), и теория Милгрома начинает завоевывать популярность. Дальнейшее наблюдение за движением «Пионеров» покажет, кто был прав.
Другое открытие касается расширения Вселенной. Универсум становится все больше, но похоже, что в своих дальних пределах он расширяется быстрее, чем должен бы. Этот поразительный результат был позже подтвержден более детальны- ми исследованиями проекта «Supernova Cosmology» под руководством Сола Пер- лмуттера и их конкурентами из проекта «High-Z Supernova» - исследовательская группа под руководством Брайана Шмидта. Все это выглядит как небольшой изгиб на графике зависимости яркости видимого свечения далекой сверхновой от вели- чины красного смещения. Тогда как согласно ОТО этот график должен представ- лять собой прямую. Между тем он ведет себя так, словно существует некая сила гравитационного отталкивания, проявляющаяся лишь на сверхдальних расстояниях, скажем, равных половине радиуса Вселенной. По сути, это форма антигравитации. Недавние исследования, возможно, подтверждают это замечательное открытие. Впрочем, отдельные неуемные ученые тут же выдвинули альтернативные версии объяснения данного казуса. В 2001 году Чаба Чаки, Джон Тернинг и Неманья Ка- лопер предложили совершенно новую теорию. Свет далеких сверхновых кажется нам менее ярким, чем он должен быть, потому что частицы света (фотоны) становятся чем-то другим, а именно - «аксионами», гипотетическими частицами, предсказан- ными некоторыми новомодными течениями квантовой механики. Из-за того, что ак- сионы почти не взаимодействуют с остальной материей, обнаружить их очень не- легко. Но хотя масса аксиона должна быть чрезвычайно мала (примерно одна сек- стиллионная массы электрона), все же она больше нуля, и аксионы должны взаи- модействовать с межгалактическими магнитными полями. Это взаимодействие пре- вратит некоторую часть фотонов в аксионы, что и объясняет уменьшение яркости. Таким манером некоторые сверхновые могут терять до трети своих фотонов. Мысль, что столь незначительное уточнение, как введение в теорию частицы с пренебрежимо малой массой, может иметь существенные последствия, действует отрезвляюще. В любом случае или гравитация - совсем не то, что мы думали, или аксионы действительно существуют (как ожидается) и обладают массой (вот это оказалось бы полной неожиданностью). А может быть, есть иное объяснение, до которого пока никто не додумался. Одна из концепций сил отталкивания вводит в оборот экзотическую форму мате- рии, так называемую квинтэссенцию1. Речь идет о некой разновидности энергии вакуума, пронизывающей всю Вселенную и оказывающей отрицательное давление. (Когда мы писали эту фразу, то представляли себе выражение лица Чудакулли. Но нам придется его проигнорировать. Это не какое-нибудь там волшебство, в кото- рое можно ткнуть пальцем. Это - наука! А она даже в полной пустоте обнаружи- вает кучу интересного.) Забавно, что первоначально и сам Эйнштейн включал подобную отталкивающую силу в свои релятивистские уравнения, назвав ее космологической постоянной. Позже он передумал и выбросил эту константу, посетовав на собственную глу- пость , и до самой смерти считал эту историю пятном на своей репутации. Но, может быть, его первоначальная интуитивная догадка была все же правильной? Это если аксионы действительно существуют и обладают массой. Согласно подходу Эйнштейна к космологической константе квинтэссенция равно- мерно распространена в космосе. Предположим, что это не так, ведь обычная ма- терия неоднородна, если так можно выразиться - комковата. Дэвид Сантьяго предположил, что если таковой же является и квинтэссенция, то следствием из уравнений Эйнштейна будет существование во Вселенной «античерных дыр», кото- рые отталкивают материю, вместо того чтобы ее поглощать. Это не то же самое, что гипотетические «белые дыры», извергающие материю по причине того, что Квинтэссенция в переводе с латыни означает «пятая сущность», то есть элемент, до- полняющий землю, воздух, огонь и воду. В Плоском мире в роли пятого элемента высту- пает сюрприз.
время в них течет вспять. Пока неясно, будут ли эти «античерные дыры» ста- бильными. Обычная материя неоднородна потому, что из-за гравитации ей нравит- ся собираться в кучи. Антигравитация - это сила отталкивания, препятствующая таким скоплениям материи. Если это предположение верно, то античерные дыры - нестабильны, а следовательно, не смогут даже возникнуть. Таким образом, они могут быть математическим следствием из уравнений Эйнштейна, но не имеют ни- какого реального физического воплощения. Короче говоря, пока кто-нибудь не сделает необходимых расчетов, нельзя ни в чем быть до конца уверенным. Глава 11. Никогда не доверяй кривой Вселенной! Думминг Тупс установил свой стол чуть в стороне от остальных, окружив его огромным количеством оборудования, - прежде всего, чтобы иметь возможность слышать собственные мысли. Любому ребенку известно, что звезды - всего-навсего точечки света. В про- тивном случае одни из них выглядели бы больше других. Конечно, некоторые из звезд светили бледнее прочих, но это, вернее всего, происходило из-за обла- ков . Так или иначе, их предназначение, в соответствии с законами Плоского ми- ра, сделать ночи немного более стильными. И абсолютно все знают, что самый естественный путь для чего бы то ни было, - прямой. Когда вы что-то роняете, оно падает прямо на землю, а не криво, ведь так? Конечно, вода, льющаяся с Края Диска, отклоняется немного в сторо- ну, но это из-за вращения и совершенно укладывается в рамки здравого смысла. Однако внутри Проекта крутилось ВСЕ. Более того, это самое ВСЕ было все изо- гнуто. Аркканцлер Чудакулли, похоже, полагал, что это некое свидетельство дурного воспитания вроде привычки шарканья ногами или нежелания подчиняться начальству. Как можно вверять свою судьбу кривой вселенной? С такой нужно держать ухо востро, того и гляди подведет. В данный момент Думминг занимался тем, что скатывал из жеваной бумаги шари- ки. Он приказал садовнику прикатить большой каменный шар от какой-то древней катапульты, последние несколько столетий провалявшийся в университетском са- ду . Шар был около трех футов в диаметре. Думминг подвесил вокруг него на ниточках несколько своих бумажных шариков и теперь с мрачным видом швырял в эту конструкцию остальные. И впрямь один или два шарика при этом склеились, но лишь потому, что были влажные и липкие. Думминга определенно беспокоила какая-то мысль. Начинать надо с того, в чем совершенно уверен. Итак... Есть маленькие штуковины. Они падают вниз. Падают на БОЛЬШИЕ штуки. Пока все логично. Но что произойдет, если во всей вселенной имеются только ДВЕ большие штуки, одни-одинешеньки? Думминг сотворил два шарика из камня и льда, поместил их в пустующий уголок Проекта и стал наблюдать, как они тут же принялись стукаться друг о друга. Тогда он сотворил шарики помельче: маленькие тотчас же устремились к большим. Однако и большие пусть неторопливо, но тоже поплыли к маленьким. Это значит... Из этого следует, что... Что если ты роняешь на землю теннисный мячик, то он, конечно, падает ВНИЗ, однако и земля, пусть совсем немножко, на волосинку... поднимается ВВЕРХ. Явная чушь! Думминг еще некоторое время понаблюдал за газовыми облаками, энергично вер- тящимися в отдаленных местах Проекта. Все это выглядело просто до ужаса... без- божно . Естественно, Думминг Тупс был атеистом, как, впрочем, и большинство волшеб-
ников. Незримый университет находился под надежной защитой мощных заклинаний, ограждающих его от всяческого божественного воздействия. Вы и представить не можете, как позитивно влияет на независимость мышления железобетонная уверен- ность в том, что никакие громы и молнии небесные вам не грозят. Ведь боги, знаете ли, существуют на самом деле. Думминх1, разумеется, и не думал отрицать их наличие. Он просто в них не верил. В последнее время особенно широкую по- пулярность набирал бог1 Ом, который никогда не отвечал на молитвы, да и вообще никак себя не проявлял. Такого скромного и незаметного бога почитать легче легкого. Людей пугают те из них, которые, напившись вдребезги, становятся в каждой бочке затычкой. Потому-то еще много веков назад философы пришли к заключению, что должен водиться еще один тип существ, а именно - создатели, чья экзистенция не зави- сит от человеческой веры. Они-то и сотворили вселенную. Современные Думмингу боги создателями никак не могли быть, они и чашечку кофе сотворить были не в состоянии. Вселенная, возникшая внутри Проекта, развивалась с огромной скоростью, но до сих пор там не наблюдалось ничего, что хотя бы отдаленно напоминало подхо- дящее для человека место: там было или слишком жарко, или слишком пусто, кое- куда и вовсе страшно было смотреть. И что самое паршивое, не было ни малейше- го следа нарративиума. Правда, его до сих пор не обнаружили и на самом Плоском мире, однако необ- ходимость его существования была давным-давно доказана. Короче, как выразился философ Лай Тинь Видль, «наличие молока предполагает существование коровы». Нарративиум может даже и не существовать определенно. Он может быть лишь спо- собом, с помощью которого другие элементы оставляют свои следы в истории, чем-то таким, что они имеют, но не владеют, вроде глянцевого блеска на кожице яблока. Нарративиум - своего рода клей вселенной, рама, на которой держится вся картина. Он то, что внушает миру, каким он собирается стать, давая ему цель и курс. Если вы хотите найти нарративиум, просто хорошенько поразмышляй- те о вселенной. Без него все эти шарики так и будут бессмысленно кружиться. Думминг нацарапал в лежащем перед ним блокноте: «И нет ни единой черепахи». - Получи, собака, огненную плазму! Ой! Простите, сэр. Думминг посмотрел поверх защитного экрана. - Если миры сталкиваются, значит, кто-то совершил непростительную ошибку. Подумайте об этом на досуге, молодой человек, - послышался голос Главного Фи- лософа. Он звучал несколько более сварливо, чем всегда. Думмингу пришлось встать и идти смотреть, что же там происходит. Глава 12. Откуда берутся правила Что-то заставляет круглый мир делать странные вещи... Такое впечатление, что он сопротивляется правилам или создает их по мере надобности. Исаак Ньютон полагал, что наша Вселенная подчиняется математическим прави- лам. В его эпоху они назывались «законами природы», но, по нашему мнению, «закон» - это слишком сильное слово, слишком законченное и самонадеянное. Од- нако, как ни крути, все выглядит так, словно Вселенная работает по неким бо- лее или менее фундаментальным схемам. Обычно люди преобразуют эти схемы в ма- тематические формулы и используют полученные результаты для объяснения кое-
каких аспектов природы, иначе выглядевших бы тайной за семью печатями. Они также могут применить их для создания инструментов, транспортных средств, в общем - технологий. Томас Мальтус изменил мировоззрение множества людей, найдя математические зависимости для социального поведения. Он подсчитал, что производство еды растет в арифметической прогрессии (1-2-3-4-5), тогда как человеческая попу- ляция - в геометрической (1-2-4-8-16). Какими бы ни были темпы роста произ- водства , рост численности людей будет его опережать, тем самым ограничивая1. Закон Мальтуса наглядно демонстрирует нам, что правила здесь у нас, Внизу, ничем не отличаются от тех, что Там, Наверху, заодно показывая, что бедность - это отнюдь не происки дьявола. Нарушение правил может повлечь серьезные по- следствия . Что же все-таки такое эти самые правила? Описывают ли они реальное положе- ние дел во Вселенной или это «вывихи» нашего настроенного на определенные шаблоны разума? По этому вопросу существует два мнения. Одно - фундаменталистское до мозга костей, сродни Талибану или какой-нибудь там Южной баптистской конвенции. Та- кому фундаментализму позавидовал бы сам эксквизитор Ворбис из истории о «Мел- ких богах», считавший, что «...все воспринимаемое нашими органами чувств не яв- ляется фундаментальной истиной. Все увиденное, услышанное и сделанное плотью является лишь тенью более глубокой реальности». Научный фундаментализм сводится к идее, что есть один-единственный набор правил, некая универсальная Теория Всего На Свете, не просто точно описываю- щая природу, но сама ею являющаяся. Целых три века наука, похоже, стремилась к следующей схеме: чем глубже наши знания о природе, тем проще они для пони- мания. За этим стояла философская концепция редукционизма: разберите целое на составные части, хорошенько их рассмотрите, постарайтесь сообразить, как они соединяются, и потом без проблем объяснить, как работает целое. Что же, надо признать, это очень действенная исследовательская стратегия, и длительное время она приносила пользу. В результате ученые свели свои фундаментальные теории всего к двум: квантовая механика и теория относительности. Сначала квантовая механика описывала Вселенную в сверхмалых, субатомных масштабах, затем перешла к крупным, вплоть до целой Вселенной и происхождения в результате Большого взрыва. Теория относительности, напротив, начала с яв- лений сверхгалактического уровня, а уже потом перешла к микроуровню, а именно к квантовым эффектам гравитации. Обе эти теории совершенно по-разному объяс- няют природу Вселенной и то, каким правилам она подчиняется. Кое-кто наивно продолжает надеяться, что Теория Всего На Свете слегка модифицирует обе кон- цепции и объединит их в единое целое, при этом продолжая отлично работать ка- ждая в своей сфере. Сведя все к самому Последнему Правилу, редукционизм сло- жит свой пазл, после чего Вселенная будет окончательно объяснена. На противоположном конце лежит идея, что нет никакого Последнего Правила, как нет и никаких других совершенно точных правил. А то, что мы зовем закона- ми природы, не более чем человеческая аппроксимация закономерностей, наблю- даемых во Вселенной, вроде строения химических молекул, движения галактик и тому подобного. Непонятно, почему наши формулировки молекулярных или галакти- ческих закономерностей должны быть частью какой-то еще более фундаментальной закономерности, объясняющей их обе. Точно так же шахматы и футбол, очевидно, не являются частями Великой Игры. Вселенная может быть распрекрасно устроена на всех своих уровнях, однако мы не знаем никакого единого принципа, из кото- рого логически вытекали бы все остальные. С этой точки зрения каждый набор Данное правило основывается на кое-каких предпосылках вроде хронической и необратимой глупости человечества.
правил сопровождается определенными границами, в рамках которых они реально работают. Например: «Правило, годное для молекул с числом атомов не более ста». Или: «Правило, подходящее для галактик, при условии, что вас не будут волновать звезды, из которых они состоят». Множество подобных конкретных пра- вил не имеют отношения к редукционизму, они просто объясняют, почему происхо- дит так или иначе в рамках, игнорируя все, что находится за ними. Одним из самых ярчайших примеров такого стиля мышления является эволюция, особенно до тех пор, как была открыта ДНК. Считалось, что животные эволюцио- нировали под влиянием условий, в которых они жили, включая других животных. Любопытной особенностью этой точки зрения является то, что большая система не только создает собственные правила, но и подчиняется им. Это похоже на игру в шахматы, при которой на доске можно добавлять новые клетки и новые фигуры, которые будут ходить по новым правилам. Но могла ли целая Вселенная разработать собственные правила по мере своего развития? Мы уже пару раз пытались натолкнуть вас на эту мысль, теперь же по- пробуем объяснить, как такое возможно. Довольно сложно вообразить, что прави- ла для материи могли существовать тогда, когда не существовало еще ничего, кроме излучения, то есть сразу после Большого взрыва. Фундаменталисты от нау- ки утверждают, что эти правила изначально являлись составляющими той самой Теории Всего На Свете и извлечены из нее с появлением материи. И вот мы спра- шиваем, а не мог ли некий «фазовый переход», создавший материю, создать и правила для нее? На физику это, конечно, мало похоже, зато похоже на биоло- гию: до тех пор, пока не появились живые организмы, правил эволюции не суще- ствовало . Иными словами, представьте себе валун. Он скатывается по ухабистому склону, падает в траву, беспорядочно задевает другие валуны, по пути плюхается в грязную лужу и, наконец, останавливается, стукнувшись о дерево. Если фунда- ментальный редукционизм прав, то каждое движение валуна, все, вплоть до при- мятых травинок, брызг грязи и причины, по которой дерево выросло именно на этом месте, - все это является следствием единого набора правил, той самой Теории Всего На Свете. Валун «знает», как катиться, падать, задевать, плю- хаться и останавливаться, ибо Теория Всего На Свете приказывает ему, что де- лать . И даже более того: именно вследствие истинности Теории Всего На Свете валун, катясь вниз по склону, сам следует логическим следствиям из правил. Сделав соответствующие правильные выводы из Теории Всего На Свете, якобы мож- но предсказать удар валуна об это конкретное дерево. Схема причинно-следственных связей, которую рисует нам подобная точка зре- ния, выглядит следующим образом: все происходит именно так, а не иначе потому только, что так велит Теория Всего На Свете. Альтернативной точкой зрения яв- ляется та, что Вселенная делает, что она делает, а валун в каком-то смысле воспринимает последствия ее действий. Он не «знает», что будет катиться по траве, пока не упадет в нее и не покатится. Не «знает» он, и как плюхаться в лужу, разбрызгивая грязь, но как только он туда попадает, именно так он и де- лает . Ну, все такое прочее. Тут приходим мы, люди, смотрим на камень и начи- наем искать схему: «Валун катится потому, что трение работает вот так ... А за- коны гидродинамики гласят, что грязь разбрызгается вот эдак ...». Мы знаем, что на человеческом уровне правила - это некие условные описания, ведь именно затем они и были придуманы. Так, в грязи есть комочки, не прини- маемые в расчет законами гидродинамики. Трение - это довольно сложный про- цесс, включающий соединение и разъединение молекул, но нам достаточно думать о всем этом лишь как о силе, которая препятствует движению тел. Поскольку на- ши теории аппроксимативны, мы приходим в ужасное возбуждение, когда из како- го-нибудь общего принципа случайно удается вывести точные результаты. Здесь мы неосторожно смешиваем два вывода: «Полученные с помощью новой теории ре-
зультаты ближе к реальности, нежели результаты старой теории» и «Правила но- вой теории ближе к истинным законам Вселенной, чем правила старой». Но это не так. Ведь мы можем получить лишь более точное описание, даже если используе- мые нами правила очень отличаются от того, что на самом деле происходит во Вселенной. Вполне может так случиться, что последняя вообще не придерживается никаких строгих и непреложных правил. Между написанием Теории Всего На Свете и трезвым осознанием ее последствий существует принципиальный разрыв. Некоторые математические системы прекрасно демонстрируют этот момент. Возьмем, к примеру, простейшего «муравья Лэнгто- на», восходящую звезду компьютерных программ. «Муравей» бродит в бесконечной плоскости, разбитой на клетки. Когда он заходит в клетку, та меняет цвет с черного на белый, и наоборот. Если «муравей» заходит на белую клетку, он дол- жен повернуть вправо, а если на черную - влево. Таким образом, мы знаем Тео- рию Всего На Свете для «муравьиной вселенной», то есть правила, целиком и полностью руководящие его поведением на микроуровне. И все, что происходит в этой вселенной, якобы объясняется этими правилами. Запустив «муравья», вы обнаружите три различные модели его поведения, и для того, чтобы мгновенно это заметить, не нужно даже быть математиком. Что-то в нашем мозге заставляет нас зафиксировать эту разницу, хотя прямого отношения к правилу это не имеет. Правило всегда одно и то же, однако в движениях «му- равья» есть три четко различимые фазы: • ПРОСТОТА: начав движение в абсолютно белой плоскости, «муравей» за первые две-три сотни шагов создает небольшие простенькие и, зачастую, симметрич- ные узоры. Наблюдая за ним, вы думаете про себя: «Ну конечно! Само правило простое, следовательно, оно дает такие незамысловатые узоры. Все, что там происходит, можно описать каким-нибудь простым способом». • ХАОС: внезапно вы замечаете, что все изменилось. Теперь перед вами большая беспорядочная «клякса» из черных и белых клеток, а «муравей» бессмысленно носится туда-сюда. Узоры пропали. Такое псевдослучайное поведение длится примерно в течение следующих 10 тысяч «муравьиных» шагов. Если быстродей- ствие вашего компьютера оставляет желать лучшего, можно довольно долго просидеть у экрана, размышляя примерно так: «В общем, ничего особенно ин- тересного, теперь он так и будет бегать до бесконечности, все это совер- шенно бессистемно». Нет! «Муравей» подчиняется все тем же изначальным пра- вилам. Все только кажется бессистемным. • ВНЕЗАПНОЕ УПОРЯДОЧЕНИЕ: в итоге «муравей» замыкается в повторении опреде- ленных движений - он как будто «строит дорогу». Проходит цикл в 104 шага, после чего смещается на две клетки по диагонали. При этом цвет краев «до- роги» остается таким же, как и в начале цикла. Циклы повторяются и повто- ряются, «муравей» просто строит бесконечную диагональную дорогу. Все три модели поведения являются следствием одного и того же правила, од- нако находятся на различных его уровнях. В правиле ничего не говорилось ни о какой «дороге». И «дорога» сама по себе довольно простая штуковина, но цикл в 104 шага никоим образом из правила не вытекает. Поэтому единственным спосо- бом, которым математики могут доказать, что «муравей Лэнгтона» «строит доро- гу», - это проследить каждое его движение в течение как минимум 10 тысяч ша- гов. Только тогда, и никак не раньше, можно сказать: «Теперь-то понятно, по- чему он строит дорогу». Как бы там ни было, если мы попытаемся задать более общие вопросы, то пой- мем, что вообще не понимаем поведение «муравья». Предположим, что, прежде чем запустить «муравья», мы создадим для него «среду обитания», то есть заранее раскрасим некоторые клетки в черный цвет. Возникает простой вопрос: будет ли «муравей» и в этом случае строить свою дорогу? Это никому не известно. Все
компьютерные эксперименты показывают, что да, строит. С другой стороны, дока- зательств , что так будет происходить в любом случае, нет как нет. Совершенно не исключено, что при некоторых конфигурациях окрашенных квадратиков «мура- вей» поведет себя как-нибудь иначе. Или, например, станет сооружать дорогу, но более широкую. Или возникнет цикл, скажем, в 1 349 772 115 998 шагов, ко- торый включит еще какой-нибудь вариант поведения, если начнется с «правиль- ной» точки. Мы ничего этого не знаем. То есть, имея примитивную математиче- скую систему с простыми правилами и известной нам заранее Теорией Всего На Свете, мы не в состоянии получить ответы на наши тривиальные вопросы. «Муравей Лэнгтона» послужит нам иконой для разъяснения следующего важного понятия - эмерджентности. Простые правила могут привести к появлению обширных и сложных схем-«узоров». Проблема не в том, что в действительности делает Вселенная, а в том, как мы понимаем ее действия и по каким «полочкам» их рас- кладываем. Технически даже наш простой «муравей» в своей клетчатой вселенной - это «сложная система», состоящая из большого количества компонентов, взаи- модействующих друг с другом, пусть эти компоненты и всего лишь квадраты, ме- няющие свой цвет, когда на них наступает «муравей». Мы можем создать систему, задать ей простые законы, и «здравый смысл» под- скажет нам, что все это неизбежно приведет к некоему монотонному будущему. Часто при этом выясняется, что на выходе у нас возникают сложные картины. Причем все они будут эмерджентными, то есть возникшими внезапно. У нас нет никакой практической возможности понять заранее, чем они собираются стать, единственное, что мы можем, - это наблюдать. «Муравей» должен продолжать свой танец. Обходных путей не существует. Внезапно возникающие феномены, которые невозможно заранее предсказать, точ- но так же, как и все остальные, должны быть логическим следствием из правил. При этом мы понятия не имеем, какими они будут. Тут не поможет даже компью- тер, все, что он способен сделать, - это заставить «муравья» бегать побыст- рее. Обратимся теперь от истории к «географии». Фазовое пространство системы - это пространство, включающее в себя все возможные модели ее поведения, то есть все, что система способна делать, а не только то, что она делает в на- стоящий момент. Пространство «муравья Лэнгтона» состоит из всех возможных комбинаций черных и белых клеток, а не только из тех, в которые «муравей» за- ходит , подчиняясь программе. Точно так же фазовое пространство эволюции - это совокупность любых организмов, а не только те, которые возникли на сегодняш- ний день. Плоский мир - это всего лишь «клеточка» в фазовом пространстве воз- можных вселенных, состоящем из всего мыслимого и немыслимого, а не только из того, что есть на самом деле. С этой точки зрения характеристики системы - это структуры в ее фазовом пространстве, придающие ей определенную «географию». Фазовое пространство эмерджентной системы невероятно сложно. Образно говоря, ее можно назвать Му- равьиной Страной, компьютерным изображением нескончаемой деревни. Нельзя по- нять эмерджентности Муравьиной Страны, просто обойдя ее клетка за клеткой, здесь нужен другой подход. Такая же точно проблема возникает, когда вы пытае- тесь исходя из Теории Всего На Свете выяснить, какие же следствия из нее вы- текают . Можно прижать к ногтю все правила, приспособив их для микроуровня, но не иметь ни малейшего представления об их последствиях на макроуровне. Ваша теория поможет вам сформулировать проблему, но отнюдь не решить ее. Допустим на мгновение, что мы сформулировали наиточнейшие правила поведения элементарных частиц, которые должны позволить нам управлять ими. К сожалению, сразу станет очевидным, что эти правила не дадут нам никакого представления, скажем, об устройстве экономики. Мы хотим понять кого-то, кто идет в магазин и покупает там бананы. Ну и чем нам могут тут помочь элементарные частицы?
Придется писать уравнения для каждой частицы человеческих или банановых тел, а также банкноты, которую покупатель передает кассиру. Наше описание передачи денег за бананы и наше объяснение этого действия будут выражены неимоверно сложными уравнениями для элементарных частиц. Решить же такое уравнение будет куда сложнее. А ведь тот человек может ку- пить не только одну связку бананов. Мы вовсе не говорим, что Вселенная не делает именно этого. Мы лишь утвер- ждаем, что даже если все так и обстоит, это никак не поможет нам понять хоть что-нибудь. Как мы уже упоминали, имеется большой и неожиданный разрыв между Теорией Всего На Свете и следствиями из нее. Похоже, многим философам закрадывалась в голову мысль, что в эмерджентном феномене причинно-следственные связи разорваны. Так, если наш разум является эмерджентной характеристикой мозга, то, с точки зрения некоторых философов, мысли не имеют физических причин в виде нервных клеток, электрических импуль- сов и химических реакций в мозге. Мы же не об этом разговариваем, более того, считаем подобное абсурдом. Пожалуйста, пусть наши мысли вызываются вполне фи- зическими причинами, но нельзя описать чье-либо восприятие розы или память о ней в терминах электротехники или аналитической химии. Люди никогда не смогут ничего понять таким путем. Для понимания им требует- ся не усложнять, а упрощать (в случае Аркканцлера Чудакулли чем проще, тем лучше). А крошечная добавка нарративиума вообще творит чудеса, и чем проще будет история, тем лучше ее поймут. Редукционизму противостоит умение писать истории: знание алфавита и нескольких правил грамматики - это еще не рассказ. Одно из направлений современной физики вызывает больше философских вопро- сов , чем все остальные, вместе взятые. Это квантовая механика. Ньютоновские законы объясняют Вселенную в категориях силы, положения в пространстве и ско- рости, то есть в интуитивно понятных людям терминах, а кроме того, сулят нам разные занимательные истории. Однако лет сто назад кое-кому стало ясно, что тайный механизм Вселенной имеет и другие, куда менее очевидные слои. В ре- зультате такие понятия, как положение в пространстве и скорость, не просто перестали быть фундаментальными, они вообще утратили определенный смысл. На этом новом уровне объяснения, который предлагает квантовая механика, го- ворится, что на микроуровне правила действуют случайным образом. Никогда нельзя сказать, случится или нет какое-то событие, может иметь место и то и другое. Пустое пространство становится морем шансов, а время можно брать в долг, а потом возвращать, особенно если делать это достаточно быстро и неза- метно для Вселенной. Принцип неопределенности Гейзенберга утверждает, что ес- ли вы знаете, где находится объект, вы никак не можете знать его скорость. Думмингу Тупсу очень повезло, что ему не пришлось объяснять это Аркканцлеру. Для подробного анализа мира квантовой механики потребовалась бы отдельная книжка, но есть одна тема, которую вполне можно здесь рассмотреть, особенно если применить к ней наши знания о Плоском мире. Это тот самый известный всем и каждому казус кота в коробке. Все квантовые объекты подчиняются уравнению Шредингера, то есть правилу, названному в честь Эрвина Шредингера, который описал эти объекты как «волновые функции», квантовые волны, распространяющие- ся в пространстве и времени. Атомы и их субатомные компоненты не являются в полной мере частицами: они еще функции квантовой волны. Пионеры квантовой механики, чрезмерно озаботившись решением уравнения Шре- дингера , упустили из виду его смысл. Они быстренько соорудили для квантовых объектов удобную оговорку, получившую название «копенгагенская интерпрета- ция» . Последняя означает, что всякий раз, когда вы пытаетесь понаблюдать за квантовой волновой функцией, волна немедленно коллапсирует, представая перед вами в единственном квантовом состоянии. Зато это придает человеческому разу- му особый статус, высказывалось даже предположение, что единственный смысл
нашей жизни - это наблюдение за Вселенной и, тем самым, поддержание ее бытия. Волшебники Незримого университета назвали бы подобную идею непосредственно вытекающей из здравого смысла. Однако Шредингер считал ее глупой и, чтобы продемонстрировать это, предло- жил свой мысленный эксперимент, получивший название «Кот Шредингера». Пред- ставьте коробку, закрытую настолько плотно, что ничто, ни единый самый слабый квантовый выброс, не может в нее проникнуть. В коробку помещен радиоактивный атом, который в некий неопределенный момент должен испустить частицу. Там же имеется и детектор, который при обнаружении этой частицы выпустит ядовитый газ. Теперь посадите в коробку кота и закройте крышку. Немного подождите и ответьте на простой вопрос, жив кот или нет? Если атом расщепился, то кот мертв. А если нет - жив. Но поскольку коробка закрыта, вы не можете заглянуть внутрь. И раз никем не наблюдаемая квантовая система представляет собой волны, законы квантовой механики утверждают, что наш атом находится в «смешанном» состоянии, то есть как бы наполовину распал- ся и наполовину нет. И сам кот, состоящий, между прочим, из множества атомов и являющийся, поэтому, в каком-то смысле гигантской квантовой системой, тоже должен находиться в смешанном состоянии: наполовину живым и наполовину мерт- вым. В 1935 году Шредингер отметил, что кошки на самом деле так себя не ве- дут . Коты - это макросистемы с классической физикой и ее четкими ответами да/нет. С его точки зрения, копенгагенская интерпретация не объясняет и даже не пытается объяснить связь между микроскопической квантовой физикой и макро- скопической классической. Копенгагенская интерпретация попросту заменяет сложный и непонятный физический процесс элементарной магией: как только вы взглянете на волну, она коллапсирует. Все то время, которое физики обсуждают эту животрепещущую проблему, они упорно пытаются вывернуть слова Шредингера про кота наизнанку. «Нет, на самом деле квантовая волна именно такая!» - говорят они. Чтобы доказать свою идею, они провели множество экспериментов, за исключением одного... Да-да, экспери- мента с коробкой, ядовитым газом и котом, ни живым ни мертвым. Вместо этого они просто предлагают аналоги на квантовом уровне: электрон вместо кота, по- ложительный спин вместо живого, отрицательный вместо мертвого и коробка с не- проницаемыми стенками, сквозь которые можно все наблюдать. Но они делают вид, что совершенно не замечают разницы. Так что все их дискуссии и эксперименты всего-навсего «враки детям»: они пытаются убедить следующее поколение физиков, что на квантовом уровне системы действительно ведут себя таким идиотским способом. Хорошо хоть, что к котам все это никакого отношения не имеет. Волшебники Незримого университета, знать ничего не знающие ни о каких электронах, но не понаслышке знакомые с котами, никогда не повелись бы на такой дешевый финт. На него не поддалась бы и зна- менитая ланкрская ведьма Гита Ягг, чей кот Грибо оказался заперт в коробке (см. историю «Дамы и господа»). Грибо - это такой кот, который с легкостью изловит волка, сожрет его и не подавится, хотя нянюшка Ягг и утверждает, что он «маленький пушистый котеночек». В истории о «Ведьмах за границей» этот ко- теночек случайно задрал вампира, а наши уважаемые ведьмы никак не могли по- нять , с чего это местные обыватели так обрадовались. У Грибо свои методы разборки с квантовыми парадоксами: «Грибо провел в за- точении не самые приятные минуты. С формальной точки зрения кот, закрытый в ящике, может быть либо живым, либо мертвым. Но определить это можно, только открыв крышку. Именно это действие, связанное с открыванием ящика, определяет состояние кота, хотя ученые ошибаются - на самом деле состояний у кота может быть три, а именно: Живой, Мертвый и Вне Себя От Бешенства». Шредингеру наверняка бы это понравилось, поскольку он говорил не о кванто- вых состояниях, он хотел лишь знать, как они связаны с обычной классической
физикой в широком смысле, и прекрасно видел, что копенгагенская интерпретация не в состоянии дать ответ. Так как же в квантовой Муравьиной Стране возникают классические ответы типа «да/нет»? Лучший ответ, который у нас есть, - это так называемая декогеренция, изучавшаяся множеством физиков, среди которых Энтони Леггетт, Ролан Омнес, Серж Арош и Луис Давидович. Если у вас имеется хорошенькая коллекция квантовых волн и вы оставите ее без присмотра, то ком- поненты волн станут беспорядочными и расплывутся. Иначе говоря, станут тем, что с точки зрения квантовой физики называют действительно классическим объ- ектом, а это означает, что кошки будут вести себя так, как положено кошкам. Эксперименты показывают, что то же самое происходит и тогда, когда в роли де- тектора выступает квантовый микрообъект: волновая функция фотона может кол- лапсировать, даже если на нее вообще никто не смотрит, причем в любое время. И в случае квантового кота смерть наступает в тот момент, когда детектор за- секает распад атома, без участия какого бы то ни было разума. Короче говоря, многоуважаемый Аркканцлер, Вселенная постоянно следит за ка- ждым котом, а упавшее в лесу дерево производит шум, даже если вокруг нет ни единой души. Лес-то ведь никуда не девается. Глава 13. Нет, этого просто не может быть! Аркканцлер Чудакулли оглядел своих коллег. Все они собрались за столом в Большом холле, поскольку на факультете Высокоэнергетической Магии стало че- ресчур многолюдно. - Все тут? Отлично, - сказал Чудакулли. - Приступай, Тупс. Думминг перелистал бумаги. - Я... эээ... пригласил вас потому, - начал он, - что мне кажется, мы делаем что-то не так. - Как это? - удивился Декан. - Это ж наша вселенная! Что хотим, то и дела- ем. - Да, Декан. И... эээ... нет. Она развивается по своим собственным законам. - Вот еще, этого просто не может быть, - поддержал Декана Аркканцлер. - Ра- зумные существа здесь только мы. И мы устанавливаем правила. Никакие кучи камней на это просто не способны. - Это не совсем верно, сэр, - поправил его Думминг, привычно заменяя этими словами фразу «Полная чушь!». - У Проекта имеются собственные правила. - Что?! Значит кто-то встрял между нами и Проектом? - вскричал Декан. - Не- ужели все-таки объявился какой-нибудь вшивый создатель? - Вопрос, конечно, интересный, сэр. Однако я пока не готов на него отве- тить . Я всего лишь пытаюсь донести до вас мысль, что ежели мы хотим добиться чего-нибудь конструктивного, нам придется подчиниться внутренним правилам Проекта. Профессор Современного Руносложения оторвал взгляд от накрытого к обеду стола. - Не понимаю, зачем? - сказал он. - Нож и вилка не дают мне советов, как есть. - И тем не менее, сэр, они это делают. Окольными путями. - Ты хочешь нас убедить, что там, внутри Проекта, заложены правила? - Да, сэр. Например, большие камни тяжелее маленьких. - Парень, это никакое не правило, это всего лишь здравый смысл! - Конечно, сэр. Но чем больше я наблюдаю за Проектом, тем меньше понимаю, что такое здравый смысл. Если мы хотим создать там мир, он обязательно должен
быть шаром. Большим шаром. - Это замшелые религиозные предрассудки, Тупс1. - И опять же вы правы, сэр. Но вселенная Проекта, как бы это вам объяснить, она - реальна. Некоторые из ша... в смысле, сфер, изготовленных нашими студен- тами, получились довольно крупными, просто огромными. - Да, видел, видел. Как по мне, все это сплошная показуха. - Ну, я тоже думал о чем-нибудь покомпактнее, сэр. И... И я совершенно уве- рен , ничего с него падать не будет. Я уже поэкспериментировал. - Поэкспериментировал? - изумленно переспросил Декан. - А это еще зачем? Тут дверь с грохотом распахнулась, и в зал вбежал до крайности взволнован- ный ассистент Думминга, господин Турнепс. - Господин Тупс! ГЕКС кое-что обнаружил! Все волшебники дружно уставились на Турнепса. Тот зябко пожал плечами и сказал: - Он обнаружил золото. - Да-а-а, гильдии Алхимиков это не слишком понравится, - протянул Главный Философ, когда вся профессура столпилась вокруг Проекта. - Сами знаете, они настаивают на четком разграничении полномочий. - Что справедливо, - сказал Чудакулли, глядя в вездескоп. - Подождем минут пять, но если они не объявятся, приступим, где наша не пропадала. Все соглас- ны? - А как мы его оттуда достанем? - поинтересовался Декан. Думминг в ужасе посмотрел на него. - Но сэр! Это же как бы вселенная, а не ваша старая свинья-копилка! Нельзя перевернуть ее вверх дном, поковырять ножиком в щелке и потрясти! - Почему бы и нет? Не понимаю, - произнес Чудакулли, не отрываясь от везде- скопа. - Это как раз то, чем люди занимаются испокон веков. - Он немного под- крутил фокус. - Хотя лично я просто счастлив, что оттуда ничего не удастся вытащить. Назовите меня старомодным, но я не горю желанием находиться в одной комнате с миллионами миль взрывающегося газа. Кстати, как все это случилось? - ГЕКС говорит, что взорвалась одна из новых звезд. - Для звезд эти штуки великоваты, Тупс. И мы это уже обсуждали. - Да, сэр, - ответил Думминг возражающим тоном. - И существуют они всего несколько минут. - Уже несколько дней, сэр. А по времени Проекта прошли уже миллионы лет! Тут все кидались в него мусором, и я подозреваю, что часть таки попала внутрь, и... Мне кажется, эти звез... Я хотел сказать - топки, они получились не слишком удачно. Теперь взорвавшаяся звезда начала сжиматься, но вокруг нее осталось внуши- тельное сверкающее газовое гало, от которого вспыхнула куча набросанных вол- шебниками камней. «Все здесь стремится соединиться со всем и стать чем-то большим... - размышлял Думминг. - Но стоит им достичь своей цели, как они взры- ваются . Вот, пожалуйста, еще один закон на закуску». - Вижу свинец и медь, - сообщил Чудакулли. - Мы с вами разбогатели, джент- льмены. Правда, покупать на них в этой вселенной нечего. И все же определен- ный прогресс налицо. Какой-то ты бледный, Тупс. Тебе надо поспать. «Прогресс, прогресс... - продолжал размышлять Думминг. - А так ли оно обстоит на самом деле? Если нет нарративиума, как могут вещи что-то знать?» И был день четвертый. Думминг не спал всю ночь. Он уже не был уверен, но Омнианство тысячелетиями учило, что Плоский мир на самом деле - сфера, и жестоко преследовало тех, кто предпочитал верить собственным глазам. На момент написания этой книжки омнианцы учат, что вечно найдутся те, кто будет возражать по любому по- воду.
подозревал, что и в предыдущую ночь он тоже не спал. Нет, возможно, он задре- мал на минуточку, уронив голову на сильно увеличившуюся кучу свернутой в ша- рики бумаги, невдалеке от весело посверкивающего и подмигивающего Проекта. Во всяком случае, если и так, ему ничего не приснилось. Однако он, наконец, решил, что Прогресс станет таким, каким его сделаешь. После завтрака волшебники по очереди разглядывали шар, занявший к тому вре- мени центральное место в окуляре вездескопа. - Гм, для начала я использовал железо, - объяснял Тупс. - Ну, преимущест- венно железо. Там его полным-полно. Некоторые из ледяных шаров - пренеприят- ные штуки, и скалы там едва держатся. Видите вон тот? Небольшой каменный шарик обречено висел в пространстве немного поодаль. - Да, прям тоска зеленая, - сказал Главный Философ. - А чего это он у тебя весь в дырках? - Видимо, я был не вполне аккуратен и случайно промахнулся, когда кидал ша- риками из железа в шар. - Ничего, Тупс, со всяким может случиться, - добродушно сказал Аркканцлер. - А ты золота добавил? - Конечно, сэр! И других металлов тоже. - Понимаешь, именно золото придает земной коре некоторый шик. Это у тебя вулканы, что ли? - Более или менее, сэр. Они вроде... эээ... угрей на юношеском лице молодого мира. Только в отличие от наших вулканов, где горные породы плавятся под дей- ствием внутреннего магического поля в их нижних слоях, в этих магма поддержи- вается в расплавленном состоянии жаром, имманентно присущим недрам шара. - Кошмарно дымная атмосфера. Толком ничего не разглядишь. - Да, сэр. - Что до меня, то, по моему скромному разумению, эта штука мало напоминает мир, - сказал Декан, подозрительно принюхиваясь. - Все раскалено докрасна, да еще дым валит из всех щелей... - А, между прочим, Декан совершенно прав, молодой человек, - поддержал Чу- дакулли. Он произнес эти слова подчеркнуто доброжелательным тоном, чтобы не- много позлить Декана. - Это была хорошая попытка, но сдается мне, у тебя по- лучился всего-навсего очередной шар. Думминг откашлялся. - Я изготовил его с чисто демонстрационными целями, сэр. - Он покрутил ры- чажок вездескопа, изображение мигнуло, потом изменилось. - А вот этот, - про- изнес он с оттенком гордости, - этот я сотворил много раньше. Все уставились в окуляры. - и что? Все тот же дым, - фыркнул Декан. - Это облака, сэр, - возразил Думминг. - Ну, каждый умеет делать облака из газов... - Эээ... Должен заметит, это - водяной пар, - сказал Думминг. Он протянул руку и снова подрегулировал вездескоп. Комнату заполнил грохот ливня, да такого сильного, какой только можно себе представить. Но к обеду наблюдаемый мир превратился в лед. - А все шло как по маслу, - огорчился Чудакулли. - Не понимаю, что могло приключиться! - воскликнул Думминг и всплеснул ру- ками. - Ведь еще чуть-чуть, и у нас были бы моря! - А нельзя просто согреть его? - поинтересовался Главный Философ. Думминг упал в кресло и подпер голову руками. - Вообще-то, можно было догадаться, что вся эта вода охладит мир, - задум- чиво произнес Профессор Современного Руносложения. - Зато... Зато камни у тебя вышли - первый сорт, - бодро сказал Декан, похло- пывая Думминга по плечу.
- Бедняга совсем пал духом, - прошептал Главный Философ на ухо Чудакулли. - Да и питается в последнее время он неважно. - Хочешь сказать, он неправильно жует? - Скорее недостаточно, Аркканцлер. Декан взял с заваленного бумагами стола Думминга какой-то клочок. - Эй, взгляните-ка сюда! На листке аккуратным Думминговым почерком было выведено: ПРАВИЛА 1. Все разваливается, но центры вещей сохраняются. 2. Все движется, но всегда в обход. 3. Из всего получаются одни лишь шары. 4. Большие шары искривляют пространство. 5. И нигде ни единой черепахи! 6.... Все это так печально . - Наш Думминг всегда был немного сдвинут на всяческих правилах, - сказал Главный Философ. - По-моему, над формулировкой номера шестого ему стоило еще немного порабо- тать, - добавил Чудакулли. - А вам не кажется, что он начинает смахивать на Казначея? - спросил Про- фессор Современного Руносложения. - Думминг считает, что во всем должен быть хоть какой-то смысл, - сказал Чудакулли. Сам он придерживался той точки зрения, что поиски глубинного смыс- ла чего бы то ни было сродни поискам своего отражения в зеркале: найти-то ты его найдешь, да только нового ничего не узнаешь. - И все-таки я настаиваю на том, чтобы просто-напросто его разогреть, - по- вторил Главный Философ. - Ну, солнце - это не проблема, - сказал Чудакулли. - Для образованного волшебника большие огненные шары особой сложности не представляют. - Он хру- стнул пальцами. - Позовите студентов, что ли? Пусть отнесут Тупса в постель. Ну-с, сейчас мы хорошенько разогреем этот камерный мирок, не будь я Наверном Чудакулли! Глава 14. Плоские миры Волшебники незримого университета полагают, что существует два типа небес- ных тел, отличить которые один от другого не составляет труда: во-первых, это звезды, такие крошечные точечки света; а во-вторых, солнце - небольшой горя- чий шар, вечно болтающийся поблизости: днем он проходит над Диском, а ночью - под ним. Человечеству же потребовалась бездна времени, чтобы понять, что в нашей Вселенной все не совсем так. Наше Солнце - звезда, и оно огромно, как все звезды. Последние кажутся нам светящимися точками, поскольку сильно уда- лены от нас. Кроме того, не все они являются звездами: некоторые из них выда- ют себя с головой тем, что движутся не так, как остальные. Это - планеты. Они находятся куда ближе, да и размерами особо не блещут. Вместе с Землей, Луной и Солнцем планеты составляют Солнечную систему. Эта система действительно мо- жет показаться бессмысленным скоплением шаров, носящихся туда-сюда, словно в некоем космическом бильярде. Тем не менее не нужно делать вывод, что все на- чалось с шаров из льда и камня. В начале, как всегда, стоял некий физический процесс, и исходные параметры системы, подчиненной этому процессу, не обяза- тельно будут похожи на то, что получилось в итоге. Чем больше мы узнаем о Солнечной системе, тем сложнее дать вразумительный
ответ на вопрос, как именно все начиналось. И дело тут не столько в сложности ответа, сколько в его достоверности и вразумительности. Чем больше мы изучаем Солнечную систему, тем более жесткой становится проверка наших гипотез реаль- ностью. Это одна из причин, почему ученые имеют привычку время от времени стряхивать пыль с некоторых старых вопросов, давным-давно считающихся решен- ными, и задавать их снова. Причина не в их невежестве, а, наоборот, в их же- лании учесть новые результаты и перепроверить старые, дабы увидеть все под новым углом. Наука не претендует на абсолютную правоту, зато она неплохо уме- ет отсекать заведомо глупые ответы. Что должна объяснить теория формирования Солнечной системы? Прежде всего, конечно, существование девяти планет, достаточно случайно распределенных в пространстве: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Непту- на и Плутона. Объяснить разницу в их размерах: диаметр Меркурия всего 3032 мили (4878 км), в то время как диаметр Юпитера - 88 750 миль (142 800 км), то есть в 29 раз больше по диаметру или в 24 000 раз по объему. Различия между ними огромны. Объяснить их несхожесть химического состава: тот же Меркурий «сделан» из железа, никеля и силикатных пород, а Юпитер - из водорода и ге- лия. И наконец, нужно дать ответ, почему соседствующие с Солнцем планеты обычно меньше, чем удаленные от него, за исключением крошечного Плутона, за- терянного во мгле. Мы почти ничего не знаем о Плутоне, а то, что знаем, вы- глядит странно. Например, все остальные планеты расположены довольно близко к плоскости, пересекающей центр Солнца, а вот орбита Плутона имеет к ней суще- ственный наклон. Орбиты прочих планет близки к круговым, а орбита Плутона вы- тянута настолько, что временами он оказывается ближе к Солнцу, чем Нептун. И это еще далеко не все вопросы, которые должна разрешить теория происхож- дения Солнечной системы. Вокруг большинства планет вращаются меньшие по раз- меру небесные тела вроде Луны, всем нам хорошо знакомой, крошечных спутников- близнецов Марса (Фобоса и Деймоса), шестнадцати спутников Юпитера или семна- дцати - Сатурна. Свой спутник, Харон, имеется даже у Плутона, и это тоже вы- глядит странно. Сатурн «переплюнул» всех: его окружают целые кольца из мелких небесных тел - широкая тонкая полоса из камней и льда, которая при ближайшем рассмотрении распадается на мириады отдельных колечек. Некоторые из его спут- ников находятся прямо внутри этих колец, а некоторые расположены на более привычных нам, отдельных орбитах. А ведь там еще есть и астероиды: тысячи маленьких небесных тел, одни - сфе- рические, как планеты, другие - бесформенные каменные глыбы. Большинство из них находятся между Марсом и Юпитером (за исключением тех немногих, конечно, которых там нет). Не забудем также про кометы, прилетающие к Солнцу из огром- ного облака Оорта, лежащего далеко за пределами орбиты Плутона, облака, со- держащего триллионы комет. Где-то там же, за орбитой Плутона, находится пояс Койпера, подобный поясу астероидов. Известны уже более тридцати небесных тел оттуда, но есть подозрения, что их там - сотни тысяч. Эти тела называют объектами пояса Койпера, или ОПК. Несколько лет назад на- чалась громкая дискуссия по поводу того, продолжать ли считать Плутон плане- той или отнести его к ОПК. Самому Плутону, скорее всего, этот спор до лампоч- ки , чего не скажешь о представительной группе авторов учебников. Предложение было вполне аргументированным: действительно, Плутон, как мы с вами только что обнаружили, почти во всех отношениях очень странный объект и может с лег- костью оказаться ОПК, по ошибке «забредшим» в Солнечную систему под действием неких небесных тел. Если это так, становятся понятными разные Плутоновы странности: он не похож на планету по той простой причине, что ею не являет- ся. Однако многие астрономы восприняли подобное предложение в штыки, то ли из сентиментальности, то ли в силу привычки, а может быть, потому, что никому не известно, на самом ли деле Плутон - беглый ОПК. Пока он еще остается в списке
планет , но надолго ли? И среди всего этого воистину космического безобразия взад-вперед носятся метеориты самых разных размеров... Каждый из небесных объектов по-своему уникален. Меркурий, например, - рас- каленная, изрытая кратерами каменная глыба. У Венеры, кстати, вращающейся в противоположную по сравнению почти со всеми другими объектами Солнечной сис- темы сторону, имеется атмосфера из серной кислоты. Кроме того, существует версия, что каждые сто миллионов лет ее поверхность полностью обновляется во время общепланетного фестиваля вулканической активности. На Земле имеются океаны и жизнь. Поскольку мы живем именно здесь, то считаем Землю лучшей из планет, хотя большинству инопланетян, вероятно, пришлась бы не по вкусу ее смертоносная, едкая кислородная атмосфера. Марс покрыт каменистыми пустынями, а его полюса - шапками сухого льда. Юпитер - газовый гигант с ядром из водо- рода, находящегося под таким огромным давлением, что водород переходит в ме- таллическое состояние. Возможно, что внутри ядра находится и небольшое камен- ное «ядрышко». Небольшое - если сравнивать с самим Юпитером, но диаметр его оказался бы в три раза больше диаметра Земли. Кстати, кольца есть не только у Сатурна, они есть у Юпитера, Урана и Нептуна, просто выглядят не так впечат- ляюще. У Урана имеется мантия из метана и аммиака, а ось его вращения накло- нена так сильно, что кажется, будто планета пытается встать с ног на голову. Нептун очень похож на Уран, только без этого нелепого наклона оси. Плутон, как уже было сказано, и вовсе сумасшедший. Толком неизвестна даже его точная масса, но в действительности он кажется лилипутом в Стране газовых великанов. Да уж... И все это должна объяснить теория происхождения Солнечной системы. Было куда проще, когда люди считали, будто Солнечная система состоит из шести планет и Солнца с Луной. Что же до создания Солнечной системы каким-нибудь сверхъестественным существом... Подумайте сами, с какой стати уважающий себя бог будет настолько все переусложнять? На самом деле Солнечная система сама себя усложнила. Теперь-то мы догадыва- емся, что она сформировалась в единое целое из довольно сложных компонентов, однако для этого потребовалось пройти очень долгий путь. Первая теория происхождения планет, которая хоть как-то соответствовала ны- нешним требованиям научности, была сочинена два с лишним века назад великим немецким философом Иммануилом Кантом. По мысли Канта, все началось с огромно- го облака материи: большие камни, мелкие камушки, пыль и газ под действием гравитации сблизились и стали единым целым. Лет сорок спустя французский математик Пьер-Симон де Лаплас выдвинул аль- тернативную концепцию, невероятно красивую и такую же невероятно далекую от реальности. По идее Лапласа, Солнце сформировалось еще до того, как сформиро- вались планеты, и вполне возможно, это произошло под действием «процесса со- единения», предложенного Кантом. Во всяком случае, древнее Солнце когда-то было гораздо больше, потому что не сформировалось полностью, и границы его атмосферы простирались за нынешнюю орбиту Плутона. Подобно волшебникам Незри- мого университета, Лаплас считал Солнце гигантской «топкой», медленно сжигаю- щей свое топливо. По мере старения оно остывает, холодеющие газы уменьшаются в объеме, и Солнце медленно сжимается. И тут в игру вступает одна из характерных особенностей всякого движущегося тела, следующая из законов Ньютона. Каждому вращающемуся телу присущ угловой момент, то есть величина, зависящая от массы, скорости вращения и того, на- сколько центр массы удален от центра вращения. Согласно Ньютону, угловой мо- мент сохраняется и может быть перераспределен, но сам по себе он не может ни Плутон был «понижен в звании» в 2006 году и теперь официально считается карликовой планетой и одним из самых крупных объектов в поясе Койпера. (Прим. пер.)
исчезнуть, ни появиться. Если вращающееся тело сжимается, а скорость вращения остается постоянной, угловой момент будет уменьшаться, из чего следует, что скорость должна расти, чтобы компенсировать потерю. Вспомните, как это проде- лывают фигуристы: они начинают вращаться медленно, широко раскинув руки, а затем, по мере ускорения, прижимают их к телу. Кроме того, вращающаяся мате- рия испытывает влияние центробежной силы, стремящейся столкнуть ее с центра. Лаплас начал старательно размышлять, не может ли центробежная сила оторвать от вращающегося газового облака своего рода «пояс» в районе экватора. Он рас- считал, что это вполне возможно, если сила притяжения, удерживающая «пояс», будет равной центробежной силе, стремящейся его вырвать. По мере того, как газ сжимается, подобное может происходить не единожды, так что уменьшающееся Солнце в итоге окажется окруженным кольцами движущейся материи, лежащими в плоскости солнечного экватора. А теперь представим, что каждое такое кольцо сжалось в плотное тело. Догадались? Да-да, возникли планеты! В отличие от кантовской, теорию Лапласа выгодно выделяло объяснение, почему все планеты находятся в одной плоскости и вращаются в том же направлении, что и само Солнце. А также объяснение наличия и движения спутников, поскольку, по мнению Лапласа, в процессе формирования планет действовал тот же механизм. Лучшие идеи Канта и Лапласа были без труда скомбинированы в единую теорию, которая в течение целого века вполне удовлетворяла ученых. Однако мало-помалу становилось ясно, что Солнечная система куда менее «дисциплинированна», чем представлялось Канту с Лапласом. Астероиды движутся по произвольным орбитам, а некоторые спутники и вовсе вращаются в «неправильном» направлении. Масса Солнца составляет 99 % массы в Солнечной системе, но 99 % ее углового момента принадлежит планетам, следовательно, либо Солнце вращается слишком медленно, либо планеты - чересчур быстро. В начале XX века астрономы уже не могли смириться с недостатками теории Ла- пласа. Несколько их независимо друг от друга пришли к мысли, что солнечные системы появляются в результате близкого контакта двух звезд. Когда одна звезда пролетает неподалеку от другой, гравитационное воздействие первой вы- тягивает из второй сигарообразную «каплю» материи, которая затем трансформи- руется в планеты. Сигарообразная форма выбрана потому, что она утолщается в середине и утончается на концах, точно так же и планеты малы вблизи Солнца и на максимальном от него удалении, по направлению к Плутону, однако посереди- не, там, где находятся Юпитер и Сатурн, они велики. Вот только имейте в виду, что никто и никогда вам уже не объяснит, почему «капля» получилась именно си- гарообразной... Из этой теории следовал важный вывод: солнечные системы - достаточно редкое явление, поскольку звезды удалены друг от друга и редко сходятся, чтобы со- вместно выкурить сигару-другую. Короче, если вам нравится мысль быть одиноким во Вселенной, эта теория прямо-таки создана для вас: если планеты вообще ред- ки, что же говорить об обитаемых? Если же вам греет душу надежда, что Земля и ее обитатели - отнюдь не уникальны, то «теория сигары» - сущий вред для гор- дого полета вашей фантазии. К середине XX века стало очевидным, что и эта концепция примерно так же правдоподобна, как и теория Канта - Лапласа. Если извлечь горячий газ из ат- мосферы звезды, то он вовсе не превратится в планеты, а рассеется в бездонных глубинах межзвездного пространства, пропадет, словно капля чернил в бурном море. К тому времени астрономы уже немного лучше представляли происхождение звезд, и возникло понимание, что планеты могли появиться в результате сходных процессов. Солнечная система - это не Солнце, со временем обзаведшееся ма- ленькими подружками-планетами, нет, она составляла единое целое с самого на- чала. И это единое целое было диском. Больше всего, по всей видимости, оно напоминало Плоский мир. Только этот диск возник как облако, а затем превра-
тился во множество шаров (см. Третье правило Думминга). До того как диск сформировался, Солнце и система окружающих его планет су- ществовали в виде случайных клочков межзвездного газопылевого облака. Серия скачкообразных изменений спровоцировала коллапс пылевого облака, и все это устремилось в общем и целом в центральную точку; именно «в общем и целом», а не все вообще. Что необходимо для подобного сжатия, так это случайная концен- трация в какой-либо области: ее гравитация начнет притягивать другую материю. Случайные колебания вполне могут вызвать что-нибудь такое, если вы дадите им немного времени. Но как только процесс пошел, он протекает на удивление быст- ро, занимая всего лишь какие-то десятки миллионов лет от начала до конца. Сперва сжимающееся облако имеет более-менее сферическую форму. Но поскольку оно вращается вместе со всей галактикой, его внешний (по отношению к центру галактики) край начинает двигаться медленнее, чем материя, расположенная внутри. Закон сохранения углового момента гласит, что с началом сжатия облако должно начать вращаться, и чем сильнее сжатие, тем выше скорость вращения. По мере роста скорости вращения облако все больше расплющивается, становясь по- хожим на блин. Более детальные расчеты показывают, что приблизительно в центре этого «бли- на» формируется плотный комок, вбирающий в себя все большую часть материи. Это ядро уплотняется, гравитационная энергия преобразуется в тепловую, и его температура быстро растет. Когда она становится достаточно высокой, начинают- ся ядерные реакции, и наш комок становится звездой. Тем временем, как и пред- полагал Кант, материя остального диска подвергается случайным соударениям и соединяется, не слишком заботясь о порядке. Некоторые такие сгустки получают весьма замысловатые орбиты, а то и вовсе выталкиваются из облака. Большинство же ведут себя благонамеренно и становятся достойными всяческого уважения пла- нетами. Демоверсия того же процесса позволяет им обзавестись спутниками. С точки зрения химии тут все сходится. Планеты, оказавшиеся неподалеку от Солнца, разогреваются настолько, что на них не может существовать вода в твердом состоянии. Однако подальше (примерно на орбите Юпитера, если говорить о газопылевом облаке, подходящем для зарождения Солнца) вода уже вполне может существовать в виде льда. Эта разница очень важна для понимания химического состава планет. Картина становится ясной в общих чертах, если обратить внима- ние всего на три химических элемента: водород, кислород и кремний. Если не считать гелия, который все равно не вступает в химические реакции, водород и кислород - самые распространенные химические элементы во Вселенной. Кремний, конечно, не столь распространен, но тоже довольно обычен. Когда он соединяет- ся с кислородом, получаются силикаты, то есть - камни. Но даже если кислород вступит в реакцию со всем имеющимся кремнием, все равно 96 % его останется свободным. И именно они и соединяются с водородом, образуя воду. Водорода в тысячи раз больше, чем кислорода, поэтому теоретически весь кислород, который не пошел на образование камней, окажется связанным в виде воды. Следователь- но, наиболее распространенное химическое соединение нарождающегося диска - это вода. Ближе к звезде вода будет находиться в жидком или даже газообразном состоя- нии, но начиная с орбиты Юпитера - в твердом. Если планета конденсируется в области, где имеется большое количество льда, планета может вобрать в себя много этого вещества. Поэтому планеты по мере удаления от Солнца становятся все крупнее и «ледянистее» (по крайней мере, до какого-то расстояния). Чем ближе к звезде, тем планеты меньше и «каменистее». В свою очередь, «большие парни» начинают использовать преимущество в весе, постепенно становясь еще крупнее. Все, что, по крайней мере, в десять раз превышает массу Земли, при- тягивает и удерживает два самых распространенных химических элемента диска, то есть водород и гелий. Большие шары впитывают в себя дополнительную массу в
виде этих двух газов, а также химические соединения типа метана и аммиака, существующие неподалеку от звезды в виде летучих газов. В данной теории находят свое объяснение практически все особенности Солнеч- ной системы, оставляя, тем не менее, место некоторым исключениям из правил. Она согласуется с наблюдениями конденсирующихся газовых облаков в отдаленных областях космоса. Может быть, она и не идеальна, и нужно бы еще поработать, чтобы объяснить кое-какие несообразности наподобие Плутона, однако самые главные параметры встали на свои места. Кроме того, представляется вероятной возможность существования большого ко- личества планет, не имеющих центральной звезды. В 2000 году исследовательская группа под руководством Рафаэля Реболо обнаружила такие одиночные крупные планеты. Наблюдение за подобными объектами в кластере Сигма Ориона показыва- ет , что чем они меньше по размеру, тем их больше. Если подобное соотношение верно и для объектов размера Земли (которые слишком малы, чтобы их можно было наблюдать существующими методами), то одиноких планет в Галактике полным- полно . Только в радиусе тридцати световых лет от Земли их могут быть сотни. Проблема в том, что если у них нет звезды, то и увидеть их мы не можем. Без мерцающего света звезды и тени, которую отбрасывает на нее планета, проходя мимо, сделать этого никак нельзя, а сами эти планеты светятся лишь отраженным светом далеких звезд, слишком слабым, чтобы его увидеть с Земли. Общепринятая теория образования планет, при которой звезда и ее планетная система появля- ются одновременно, к ним не применима, поскольку сравнительно небольшие газо- вые облака имеют недостаточную массу, чтобы коллапсировать под воздействием гравитации так, как нужно. Впрочем, кое-какие магнитные явления могут спрово- цировать разрыв газового облака, коллапсирующего вокруг звезды. Но в этом случае облако рассеется до того, как сформируются планеты. А может быть, эти одинокие планеты появились самым обыкновенным путем, однако затем были «из- гнаны» за что-то из родной солнечной системы. Будущее нашей Солнечной системы не менее интересно, чем ее прошлое. В гла- зах Ньютона и его современников Солнечная система представляла собой что-то вроде небесного часового механизма, который, будучи единожды запущен, так и продолжает свой ход, подчиняясь простым математическим правилам. И будет ве- село тикать вечно. Были даже построены механические модели Солнечной системы, так называемые «оррерии», с великим множеством шестеренок, бронзовыми планет- ками и лунами из слоновой кости, запускавшиеся в движение поворотом рукоятки. Теперь-то мы знаем, что и космические «часы» могут «сломаться». Это про- изойдет не скоро, но рано или поздно в Солнечной системе грядут большие пере- мены. Основная причина такого развития событий - хаос. В том смысле, в кото- ром это слово применяется в теории хаоса со всеми ее причудливыми разноцвет- ными фракталами, то есть некая быстроразвивающаяся область математики, прони- кающая во все другие науки. Согласно теории хаоса, простые правила не предпо- лагают простого поведения (Думминг Тупс и другие волшебники вот-вот это пой- мут) . В действительности же простые правила могут привести к такому поведе- нию, которое во многих аспектах будет случайным. Поначалу хаотическая система ведет себя вполне предсказуемо, но стоит вам пересечь так называемый «гори- зонт предсказуемости» - и все ваши пророчества тут же перестают сбываться. Например, погода - хаотична, ее горизонт предсказуемости - около четырех дней. Солнечная система, как мы видим, тоже хаотична, только ее горизонт предсказуемости - десять миллионов лет. Например, мы не можем сказать, с ка- кой стороны Солнца будет Плутон через сто миллионов лет. Он будет на той же орбите, что и теперь, но вот в какой именно точке - никому не известно. Все это мы знаем благодаря математике, а также - оррериям, не механическим, конечно, а цифровым, то есть специальным компьютерам, способным очень быстро просчитывать небесную механику. Первый цифровой оррерий был разработан иссле-
довательской группой Джека Уиздома, который на пару со своим конкурентом Жа- ком Ласкаром старался углубить наши познания о будущем Солнечной системы. Не- смотря на то, что хаотичная система в долгосрочной перспективе непредсказуе- ма , можно составить ряд отдельных прогнозов и посмотреть, что в них общего. Математики полагают, что с большой долей вероятности такие совпадения будут близки к реальности. Одним из самых впечатляющих результатов стало предсказание о возможной по- тере Солнечной системой одной из планет. За миллиард лет Меркурий удалится от Солнца настолько, что пересечет орбиту Венеры. Такое тесное сближение планет приведет к тому, что одна из них, а то и обе сразу, окажутся выброшенными за пределы Солнечной системы. Если только не столкнутся с чем-то еще на своем пути, а это хотя и маловероятно, но все же возможно. Такой «неудачницей» мо- жет оказаться даже Земля. А может быть, Венера пригласит нашу планету на своеобразное космическое танго, в результате которого уже сама Земля может быть «выставлена» из Солнечной системы. Детали этого события непредсказуемы, но общий сценарий выглядит обнадеживающе. Это означает, что наши представления о Солнечной системе далеки от реально- сти. По человеческим меркам, это очень простое место, где ничего никогда не меняется. По меркам же самой Солнечной системы, сотни миллионов лет ее жизни заполнены волнующими и драматическими событиями: вокруг с ревом носятся пла- неты, сбивая друг друга с орбит и увлекая в дикую гравитационную пляску. Все это слегка напоминает события, описанные в книжке «Миры в столкнове- нии», опубликованной в 1950 году Иммануилом Великовским. Он верил, что когда- то Юпитер породил гигантскую комету, которая уже дважды прошла мимо Земли, разок вступила в любовную интрижку с Марсом (в результате чего на свет поя- вился выводок кометок поменьше) и теперь живет-поживает под именем Венеры. Однако во время своей бурной молодости эта комета стала причиной многих странных событий, описанных в библейских легендах. В одном Великовский ока- зался прав: орбиты планет в действительности могут меняться. Правда, в ос- тальном он полностью заблуждался. Так есть ли другие планетные системы у далеких звезд или мы - единственные? Еще до недавнего времени по этому вопросу велось множество споров, потому что никаких доказательств не было. Большинство ученых, доведись им заключать па- ри, скорее всего, поставили бы на существование таких систем, поскольку меха- низм сжатия пылевого облака может легко повториться там, где имеется космиче- ская пыль: только в нашей галактике есть сто миллиардов звезд, не говоря уже о миллиардах миллиардов во всей Вселенной, появившихся именно из космической пыли. Но все же это было лишь косвенным доказательством. Теперь же кое-что наконец начинает проясняться. И как частенько случается, в этой истории нали- чествует, по крайней мере, один фальстарт и критический пересмотр доказа- тельств , на первый взгляд выглядевших вполне убедительно. В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Энтони Хьюиша из Кембриджского уни- верситета, работала над своей диссертацией. Ее специализацией была радиоас- трономия. Как и свет, радиоизлучение - это электромагнитные волны, и звезды испускают радиоволны точно так же, как и световые. Такие радиоволны можно улавливать с помощью параболических приемников, похожих на нынешние «тарелки» для приема спутникового телевидения. Такие приемники получили не слишком удачное название радиотелескопов, хотя работают они на принципах, весьма да- леких от нормальных оптических телескопов. Если посмотреть на небо вооружен- ным взглядом в радиоволновом диапазоне электромагнитного спектра, то сразу станет видно то, что не позволяет увидеть обычный свет. В общем-то, в этом нет ничего удивительного, например, военные снайперы умеют видеть в темноте, используя инфракрасные волны и засекая предметы, которые излучают тепло. В то время технологии были не слишком продвинутыми и радиосигналы фиксировались
самописцами на длинных рулонах бумаги: получались эдакие волнообразные кри- вые, нарисованные старыми добрыми чернилами. В задачу Белл входил поиск чего- то необычного в этих записях, для чего ей приходилось просматривать около 400 футов бумаги в неделю. И она таки нашла нечто странное, а именно сигнал, пульсирующий с частотой тридцать колебаний в секунду. Хьюиш отнесся к этому довольно скептически, подозревая, что подобный сигнал может генерироваться их собственной аппаратурой. Однако Белл была убеждена в его подлинности. Она пе- ресмотрела около трех миль предыдущих записей и обнаружила несколько случаев точно такого же сигнала, что доказывало ее правоту. Что-то такое там, в кос- мосе , излучало радиоволны, похожие на вибрирующий свист. Соответственно, объ- ект был назван пульсаром, то есть пульсирующим звездным телом. Что же это за странная штуковина? Кое-кто тут же предположил, что мы полу- чили радиосигнал от инопланетной цивилизации, однако все попытки расшифровать ток-шоу внеземного Джерри Спрингера1 оказались напрасными. Может, оно и к лучшему. Вернее всего, никаких тайных закодированных посланий в сигналах по- просту не было. В действительности, как мы сейчас понимаем, этот феномен куда более загадочен, чем любая инопланетная телепрограмма. Предполагается, что пульсары - это нейтронные звезды диаметром примерно 12 миль (20 километров), состоящие из сильно вырожденной материи, содержащей только нейтроны. Как вы, конечно, помните, нейтронные звезды невероятно плотны и образуются в результате гравитационного коллапса другой, более крупной, звезды. Исходная звезда вращалась, следовательно, в результате сохранения углового момента, нейтронная звезда должна вращаться гораздо быстрее. Как правило, это состав- ляет около тридцати полных оборотов в секунду. Для звезды это весьма внуши- тельная скорость, и только такие крошечные звезды, как нейтронные, способны на такой подвиг: если с такой скоростью начнет крутиться звезда обычного раз- мера, то ее поверхность будет двигаться быстрее, чем со скоростью света - Эйнштейн бы от такого в восторг не пришел. Правда, куда более реалистичным является предположение, что попробуй нормальная звезда это проделать, то и на гораздо меньшей скорости, чем световая, ее разорвало бы в клочья. Однако ней- тронная звезда мала, а ее угловой момент сравнительно велик и пируэты со ско- ростью 30 оборотов в секунду для нее не проблема. Проведем сравнение с нашей Землей. Как и пульсар, она вращается вокруг сво- ей оси и обладает магнитным полем. Последнее, кстати, также имеет ось, отлич- ную, однако, от оси вращения. Вот почему магнитный Северный полюс не совпада- ет с географическим Северным полюсом. Точно так же магнитный полюс пульсара может не совпадать с его географическим полюсом. И если это действительно так, то магнитная ось «накручивает» по тридцати оборотов в секунду. Быстро вращающееся магнитное поле создает так называемое синхротронное излучение в виде двух узких пучков, направленных вдоль магнитной оси пульсара. Короче го- воря, нейтронная звезда испускает двойной радиолуч, похожий на вспышки света от вращающегося фонаря на земном маяке. Так что если вы посмотрите на ней- тронную звезду в радиодиапазоне, то заметите яркую вспышку, когда луч направ- лен вам в лицо, затем - практически ничего, пока луч не вернется в то же по- ложение. Каждую секунду вы увидите 30 таких вспышек. Именно это и обнаружила Белл. Если вы - живое существо, хотя бы отчасти традиционного телосложения, вы решительно не захотите жить рядом с пульсаром. Его синхротронное излучение занимает широкий волновой диапазон, от видимого света до рентгеновских лучей, а Минздрав предупреждает, что рентгеновское излучение может серьезно навре- дить вашему здоровью. Впрочем, ни один астроном никогда всерьез не предпола- Низкопробное шоу формата «трэш». Аналог на Российском телевидении - программа «Ок- на».
рал, что пульсары могут иметь планеты. Если большая звезда коллапсирует в не- вообразимо плотную нейтронную, последняя наверняка затянет в себя все, что только находится поблизости, ведь так? А может, и нет. В 1991 году Мэттью Бэйлз объявил, что обнаружил планету, вращающуюся вокруг пульсара PSR 1829-10. Ее масса равна массе Урана, а нахо- дится она от него на расстоянии, примерно равном расстоянию от Солнца до Ве- неры. Известные пульсары, да и все остальные звезды, даже самые близкие, рас- полагаются слишком далеко, чтобы мы могли непосредственно наблюдать их плане- ты. Тем не менее, отличить звезду с планетами можно, наблюдая за ее мерцанием по ходу движения. Звезды ведь не стоят в небе точно вкопанные, наоборот, они куда-то движутся, скорее всего, влекомые гравитационным притяжением Вселенной в целом, которого вполне достаточно, чтобы тянуть отдельные звезды в том или ином направлении. Большинство звезд движется почти по прямым линиям, в то время как звезда с планетами - словно водят хоровод. Планеты вращаются вокруг звезды, она отклоняется в ту или в другую сторону, и ее путь становится не- много похожим на волнистую линию. Если один «танцор» - большой и массивный, а другой - в весе мухи, то второй может сколько угодно кружиться вокруг перво- го : ему вряд ли удастся сдвинуть его с места. Если же весовые категории «тан- цоров» равны - оба будут вращаться вокруг общего центра. Понаблюдав за откло- нениями в движении, вы сможете сделать обоснованный вывод о массе окружающих звезду планет и о дистанциях, на которых расположены их орбиты. Впервые эта методика хорошо зарекомендовала себя для обнаружения двойных звезд: когда второй партнер по танцу - другая звезда, отклонения в движении становятся особенно заметными, так как звезды куда массивнее планет. По мере совершенствования аппаратуры стало возможным регистрировать даже незначитель- ные колебания, вызванные существенно менее крупным соседом. И вот тогда Бэйлз и обнаружил, что у пульсара PSR 1829-10 имеется компаньон и, судя по массе, это - планета. Конечно, наблюдать отклонения непосредственно он не мог, зато зафиксировал легкие изменения в периодах пульсаций. Однако период вращения предполагаемой планеты вызвал легкое недоумение: он составлял ровно шесть земных месяцев. Слишком странное совпадение. Быстро выяснилось, что изменения в пульсациях вызваны куда более близкой к нам планетой, а точнее - Землей. Приборы улавливали отклонения на этом конце, а не на стороне пульсара. Едва страсти вокруг «обнаруженной» у пульсара планеты начали утихать, как Александр Вольщан и Дэйл Фрейл объявили об открытии сразу двух планет, вра- щающихся вокруг пульсара PSR 1257+12. Надо же! Солнечная система пульсара, причем с двумя планетами! Колебания звезды с двумя партнерами по танцу намно- го более замысловаты, и их трудно перепутать с помехами в сигнале, генерируе- мыми чем-то на стороне приемника, вроде движения Земли. Пока что второе от- крытие выглядит достаточно правдоподобно, если, конечно, пульсары не могут изменять свой исходящий сигнал в подобной манере даже и в отсутствие близле- жащей планеты. Может быть, сами радиоволны немного осциллируют? Поскольку мы не можем сходить туда и проверить все лично, приходится как-то разбираться с этим, не выходя из дома. И знаете, пока все выглядит разумно. За пределами Солнечной системы существуют и другие отдаленные планеты. Од- нако интерес представляют прежде всего те, которые пригодны для жизни, а пла- неты, соседствующие с пульсарами с их рентгеновским излучением, в это число явно не входят, особенно если вы планируете пожить подольше. Да, теперь нам известно, что и у обычных звезд имеются планеты. В октябре 1995 года Мишель Майор и Дидье Квелоц заметили колебания в движении 51-й звезды созвездия Пе- гаса, которые могли быть вызваны планетой примерно в половину массы Юпитера. Их наблюдения подтвердили Жоффрей Марси и Пол Батлер, обнаружив еще две пла- неты. Одна - в семь раз массивнее Юпитера - находится близ 70-й звезды со- звездия Девы; вторая - в два-три раза массивнее Юпитера - вращается около 47-
й звезды Большой Медведицы. К 1996 году было открыто семь таких планет, а к моменту написания этой кни- ги - уже семьдесят. При этом использовался как метод поиска отклонений в дви- жении, так и наблюдение за осцилляциями излучаемого звездой света в результа- те его отражения проходящей поблизости планетой. Теоретические расчеты пока- зывают, что, усовершенствовав телескопы, можно будет определить и скорость вращения планеты. Но даже сейчас новые экстрасолярные планеты (экзопланеты) открывают чуть ли не каждую неделю. Точное их количество неизвестно, потому что довольно часто астрономы обнаруживают ошибки в предыдущих измерениях, что ставит под сомнение существование уже кому-то полюбившейся новой планеты, од- нако общая тенденция сохраняется. И наш ближайший солнцеподобный сосед, Эпси- лон Эридана, как стало известно в 1998 году благодаря наблюдениям Джеймса Гривза и его коллег, также окружен пылевым облаком, подобным солнечному обла- ку Оорта. Правда, никаких колебаний там не видно, следовательно, масса плане- ты должна быть раза в три меньше массы Юпитера. Годом ранее Дэвид Триллинг и Роберт Браун заметили похожее облако вокруг 55-й звезды созвездия Рака, кото- рая к тому же колеблется, что означает наличие у нее планеты массой в 1,9 массы Юпитера. Это практически исключает иное объяснение вроде наличия неви- димого компаньона, например, коричневого карлика (погасшей звезды). И хотя нынешние телескопы не могут различить экзопланету непосредственно, телескопы будущего наверняка это смогут. Привычные нам астрономические теле- скопы используют большое, слегка вогнутое зеркало для фокусировки входящего света, а также линзы и призмы для создания изображения и передачи его на фо- топластину, на месте которой когда-то был окуляр, в который глядел астроном. Сейчас в качестве фотопластины используется прибор с зарядовой связью (ПЗС- матрица), чувствительный электронный детектор света, соединенный с компьюте- ром. Чтобы увидеть планету около отдаленной звезды, обычному телескопу потре- бовалось бы огромное зеркало диаметром 100 ярдов (примерно 100 метров), тогда как самое большое зеркало, существующее на данный момент, достигает лишь тре- ти этого размера. А для того чтобы рассмотреть какие-то детали инопланетного мира, необходимо зеркало еще больших размеров, то есть воплотить подобное на практике просто невозможно. Но вы же не обязаны использовать один-единственный телескоп, не так ли? И технология, называемая интерферометрией, в принципе позволяет это сде- лать, заменив одно 100-метровое зеркало двумя зеркалами поменьше, находящими- ся в ста метрах друг от друга. Оба таких зеркала создают картинку одной и той же звезды или планеты, а входящие световые волны, формирующие изображения, тщательно синхронизируются и суммируются. Такая двухзеркальная система соби- рает меньше света, чем полноразмерное стоярдовое зеркало, однако детальное разрешение оказывается таким же. К тому же современная электроника в состоя- нии усилить даже ничтожное количество входящего света. Во всяком случае, сей- час используются уже десятки маленьких зеркал, а также преогромное количество хитростей и всяческих уловок, чтобы синхронизировать эти зеркала между собой и точно совместить изображения, которые они получают. Радиоастрономы уже давно пользуются таким способом. Наибольшей технической трудностью здесь является удержание для всех этих небольших телескопов одина- кового расстояния от звезды до ее изображений с точностью до длины волны. Для оптической астрономии подобная техника относительно нова, так как длина волны оптического диапазона намного короче радиоволн, однако главная проблема с ви- димым светом состоит в том, что не стоит и пытаться соорудить подобную систе- му на Земле. Земная атмосфера находится в постоянном турбулентном движении, искривляя падающий свет самым непредсказуемым образом. Даже очень мощные те- лескопы, установленные на Земле, показывают размытую картинку, именно поэтому космический телескоп «Хаббл» и находится на орбите Земли. Его преемник, Кос-
мический телескоп нового поколения , будет запущен уже на орбиту Солнца за миллионы миль от Земли. Его нужно будет аккуратнейшим образом разместить в так называемой точке Лагранжа L2, то есть в таком месте на воображаемой ли- нии, соединяющей Солнце и Землю, но чуть дальше, где земное притяжение, при- тяжение Солнца и центробежная сила, действующие на телескоп, окажутся взаимно скомпенсированными. Конструкция «Хаббла» включает в себя массивную трубу, за- щищающую аппарат от ненужного света, особенно отраженного от нашей планеты. Тогда как в точке L2 намного темнее, и можно будет отказаться от громоздкой трубы, сэкономив топливо для запуска. Кроме того, в этой точке гораздо холод- нее, чем на низкой околоземной орбите, а следовательно, работа инфракрасного телескопа будет намного эффективнее. В интерферометрии вместо одного большого телескопа используется сеть ма- леньких, удаленных друг от друга телескопов, но для оптической астрономии та- кой комплекс придется разместить в космосе. Кроме всего прочего, это даст до- полнительное преимущество, ведь космос - большой, или, как сказали бы в Плос- ком мире, - место, где можно быть большим. Максимальная дистанция между теле- скопами в сети называется длиной базы. В космосе можно создать сеть интерфе- рометров с невероятно длинной базой. Радиоастрономы уже создали такую с дли- ной базы, превышающей размеры Земли, разместив один телескоп с антенной на Земле, а другой - на орбите. И НАСА, и ЕКА (Европейское космическое агентст- во) разрабатывают программы по размещению в космосе прототипов сети оптиче- ских интерферометров, своего рода стай, образно выражаясь. В 2003 году НАСА должно запустить проект «Space Technology 3»2 (прежде он назывался «Deep Space 3»), включающий два космических аппарата, расположенных на расстоянии 0,6 мили (1 км) друг от друга и способных поддерживать дистан- цию с точностью около половины дюйма (1 см). Его последователь, «Star Light», должен быть запущен в 2005 году. Другой смелый проект НАСА, планируемый на 2009 год, «Space Interferometry Mission», должен задействовать три интерферо- метра с длиной базы 10 метров. Кроме того, в НАСА задумываются о запуске в 2012 году «Terrestrial Planet Finder», который будет искать не только планеты земного типа, но и следы углекислого газа, водяного пара, озона и метана, ко- торые могут быть признаками жизни, или, на худой конец, планет, на которых могут выжить организмы земного типа. Потом туда на разведку отправится другой проект, «Life Finder», дата которого пока не определена. В ЕКА также имеются подобные проекты. В 2006 году предполагается запустить «SMART-2»3, состоящий из двух спутников, которые будут летать по орбите. Также планируется более амбициозный проект «Darwin», представляющий собой целую флотилию из шести те- лескопов . Однако больше всего ожиданий связано с проектом «Planet Imager», к которому НАСА рассчитывает приступить в 2020 году. Эскадрилья из пяти летательных ап- паратов, каждый с четырьмя оптическими телескопами на борту, развернет интер- ферометрическую сеть с длиной базы в несколько сотен миль и начнет наносить на карту далекие планеты. До ближайшей от нас звезды всего лишь чуть более четырех световых лет, а компьютерные модели показывают, что 50 телескопов с длиной базы в 50 миль (150 км) вполне могут получить качественное изображение планеты, располагающейся в 10 световых годах, причем оно позволит рассмотреть континенты и даже луны размером с нашу. А имея 150 телескопов с аналогичной длиной базы, можно будет уже посмотреть на Землю с расстояния десяти световых лет и, например, заметить в ее атмосфере зарождающиеся ураганы. Только пред- Позже получил название Космический телескоп имени Джеймса Узбба. Запуск запланиро- ван на 2018 год. (Прим. пер.) 2 Как указано на сайте НАСА, был запущен в 2005 году. (Прим. пер.) 3 Был переименован в LISA Pathfinder. Запуск планируется на 2015 год. (Прим. пер.)
ставьте, что можно сделать с длиной базы в тысячу миль! Планеты за пределами Солнечной системы определенно существуют, более того, вполне вероятно, что их там видимо-невидимо. И это прекрасная новость для тех, кто надеется отыскать инопланетную жизнь. Вот только существующие дока- зательства наличия последней весьма сомнительны. Традиционное место, где мы ожидаем найти жизнь в Солнечной системе, - это Марс. Во-первых, этому поспособствовали легенды о марсианских каналах, уви- денных астрономами в телескопы. Каналы, правда, оказались иллюзией, что выяс- нилось после получения фотографий с посланных к Марсу космических аппаратов. Во-вторых, природные условия на Марсе близки к земным, только куда гаже. Ну и, в-третьих, нужно поблагодарить авторов десятков научно-фантастических книг, исподволь подготовивших нас к существованию марсиан. Конечно, на Земле жизнь можно отыскать в самых неприглядных местах вроде жерл вулканов, раска- ленных пустынь или в глубинах земных недр. К сожалению, ни единого следа жиз- ни на Марсе не обнаружено. Во всяком случае, пока... Хотя какое-то время, пусть и недолгое, отдельные ученые полагали, что это уже произошло. В 1996 году НАСА объявило, что найдены следы жизни на Марсе. В Антарктиде откопали метеорит под кодовым номером ALH84001, который 15 миллио- нов лет назад якобы откололся от Марса в результате его столкновения с другим метеоритом и упал на Землю около 13 миллионов лет назад. Когда его распилили и внимательно рассмотрели под большим увеличением, то внутри нашлись три воз- можных признака марсианской жизни: отметины, напоминающие крошечные ископае- мые остатки бактерий; железосодержащие кристаллы, похожие на отходы жизнедея- тельности некоторых бактерий; органические молекулы, напоминающие найденные в ископаемых бактериях на Земле. Короче, все указывало на то, что найдены самые что ни на есть настоящие марсианские бактерии! Неудивительно, что после по- добного заявления разгорелся жаркий спор, в результате которого были сделаны неутешительные выводы: почти с полной уверенностью можно сказать, что все три открытия ни в коей мере не доказывают существование жизни на Марсе. Так назы- ваемые «ископаемые бактерии» слишком малы, большая часть их - это всего лишь выступы на кристаллической поверхности, образовавшие забавные фигуры на ме- таллическом зеркале электронного микроскопа. Наличие же железосодержащих кри- сталлов можно объяснить, отнюдь не прибегая к помощи бактерий. Органические же молекулы могли попасть на метеорит безо всякого участия какой-либо марси- анской жизни. И все же в 1998 году беспилотная исследовательская станция «Mars Global Surveyor» отыскала на Марсе следы существования древнего океана. Когда-то, давным-давно, огромные массы воды сошли с марсианских гор и обрушились на се- верные долины. Ранее считалось, что вся эта вода впиталась в грунт или испа- рилась , однако оказалось, что берега северных низменностей находятся на одном уровне, подобно размытой береговой линии земных океанов. Этот гипотетический океан должен был покрывать примерно четверть поверхности Марса. Если там ко- гда-то существовала жизнь, то нас терпеливо дожидаются марсианские окаменело- сти. Сейчас фаворитом поисков жизни в Солнечной системе неожиданно, особенно для тех, кто не читал научной фантастики, стал спутник Юпитера Европа. Неожиданно потому, что Европа неимоверно холодна и покрыта толстой коркой льда. В общем, не то место, где ожидаешь найти что-нибудь живое. Европа находится в гравита- ционной хватке Юпитера, и приливные силы разогревают ее изнутри. Это означа- ет, что глубокие слои льда могли растаять, образовав огромный подледный оке- ан. До недавнего времени это было только гипотезой, но доказательства наличия жидкой воды на Европе становятся все убедительнее. Они включают в себя геоло- гические исследования ее поверхности, гравитационные измерения, а также тот
факт, что недра Европы электропроводны. Это открытие было сделано в 1998 году К. Хураной и другими исследователями по результатам наблюдений космического зонда «Галилей» за магнитным полем Европы. Конфигурация ее магнитного поля очень необычна, и единственным правдоподобным объяснением этого является на- личие подповерхностного океана, который может являться проводником электриче- ского тока благодаря растворенным в нем солям. Поскольку Каллисто, другой спутник Юпитера, имеет похожие очертания магнитного поля, ученые сделали за- ключение , что и там имеется подповерхностный океан. В том же году Т. Б. Мак- Корд и другие ученые обнаружили на поверхности Европы обширные участки гидра- тированных солей (солей, чьи молекулы содержат воду), которые вполне могут оказаться коркой соли, оставшейся после подъема на поверхность соленой воды. Существует соблазнительная идея отправить на Европу зонд, который бы при- землился , пробурил скважину и заглянул внутрь. Конечно, технические сложности огромны, ведь толщина слоя льда достигает по крайней мере 10 миль (16 км) . К тому же операция должна быть проведена чрезвычайно аккуратно, чтобы ненароком не разрушить то, что мы собираемся найти: живые организмы Европы. Менее дест- руктивный способ, значащийся в планах, предполагает поиск в тонкой атмосфере Европы молекул, свидетельствующих о наличии жизни. Конечно, никто не говорит, что собирается найти там антилоп или, на худой конец, рыб, но все же как-то странно было бы, что химический состав океана Европы глубиной сто миль (160 км) не стал источником жизни. Ведь почти наверняка там есть какие-нибудь под- водные «вулканы», где через океанское дно циркулирует очень горячая сернистая вода. Это обеспечивает прекрасные возможности для сложных химических реакций вроде той, которая породила жизнь на Земле. Впрочем, куда более вероятно разыскать на Европе простые химические струк- туры, подобные башням - бактериям, которые могут там существовать в горячих жерлах, так же как в Балтийском море. Более сложные создания наподобие амеб или инфузорий-туфелек стали бы весьма приятным сюрпризом, а что-то еще более интересное, какой-нибудь многоклеточный организм - так вообще подарком судь- бы. Обнаружение растений даже не обсуждается - если бы солнечный свет и мог как-то пробиться сквозь толщу льда, на Европу его попадает слишком мало. Жизнь на Европе должна поддерживаться химической энергией, как это происходит около жерл поводных вулканов на Земле. Не стоит, конечно, ожидать, что евро- пеанские формы жизни будут хоть немного похожи на те, которые обитают у зем- ных кратеров, поскольку они должны были развиваться в совершенно иной химиче- ской среде. В 2001 году астрогеофизик («геолог», изучающий другие планеты) Брэд Далтон решил выяснить, не может ли быть так, что мы уже нашли инопланетную жизнь. Поверхность Европы покрыта красно-коричневыми пятнами, особенно заметными на полосах, похожих на разломы льда. Он обнаружил, что в инфракрасном спектре эти пятна здорово напоминают следы земных бактерий, способных выдерживать сильный холод. И действительно, три вида таких бактерий дают инфракрасный спектр, куда более близкий к наблюдаемому на Европе, чем спектр минеральных солей, выходящих на ее поверхность (согласно наиболее распространенным объяс- нениям) . Конечно, на поверхности Европы слишком холодно даже для бактерий, но они могут прекрасно выживать в океане, а затем каким-то образом попадать на- верх. Глава 15. Самый первый рассвет Думминг открыл глаза, не понимая, на каком он свете. Ему под нос сунули чашку чая. Из нее торчал банан.
- Ааа... Это вы, Библиотекарь, - слабо пробормотал Думминг, беря чашку. Пока он пил, банан мягко постукивал его по левому веку. Библиотекарь полагал, что все на свете можно исправить спелыми фруктами. Впрочем, в остальном он был отличным парнем, всегда готовым протянуть тебе руку помощи и банан1. Волшебники положили Думминга спать на скамье в кладовке, до самого потолка заваленной пыльными магическими приборами, по большей части сломанными. Там все, буквально все было покрыто толстым слоем пыли. Думминг сел и зевнул. - Который теперь час? - У-ук. - Неужто так поздно? Уютный сонный туман рассеялся, и до Думминга внезапно дошло, что он оставил Проект в руках пожилых волшебников. Его как ветром сдуло, и Библиотекарь был крайне впечатлен тем, как долго, оказывается, может раскачиваться дверь. Лаборатория почти опустела, лишь вокруг Проекта разливалось свечение. - Маппин Зимли... Миленькое имя, правда? - Заткнись. - А если так: Оуэн Домовладелли?.. - Заткнись. - Тогда просто Вилльям. - Ты заткнешься, наконец, Декан? Это уже не смешно, притом, что с самого начала не было несмешным, - раздался голос Аркканцлера. - Как скажешь, Гертруда. Думминг приблизился к светящемуся Проекту. - А, это ты, Тупс, - произнес Главный Философ, торопливо делая шаг навстре- чу Думмингу. - Рад тебя видеть в таком цветущем... эээ... - Вы ведь... Вы что-то такое сделали? - спросил Думминг, пытаясь заглянуть за спину Главного Философа. - Уверен, ничего непоправимого не произошло, - успокоительно сказал Профес- сор Современного Руносложения. - И он все равно еще почти совсем круглый, - произнес Декан. - Да вот спро- си хоть у Чарли Зубриллера. Я теперь точно знаю, что его зовут именно так, а вовсе не Наверн Чудакулли. - Декан, я тебя последний раз предупреждаю... - Что вы с ним сделали? Думминг смотрел на свой шарик. Шарик, бесспорно, стал более горячим и, не- сомненно, менее шарообразным. Один его бок был весь изрыт красными шрамами, а противоположное полушарие занимал большой кратер, так и пыхавший огнем. Шарик медленно вращался, чуть подрагивая. - Почти все кусочки мы подобрали, - сказал Главный Философ, с надеждой гля- дя на Думминга. - Что-что вы сделали? - Мы просто хотели быть полезными, - сказал Декан. - Гертруда подумал, что мы вполне могли бы соорудить солнце, ну и... - Декан! - окликнул его Чудакулли. - Да, Аркканцлер. - Хотелось бы еще раз обратить твое внимание, Декан, что это было дурацкой шуткой с самого начала. Жалкая попытка высмеять элементарную фигуру речи. Во время одной магической заварушки, приключившейся в университете, Библиотекарь превратился в орангутана. Это ему настолько понравилось, что на все предложения вер- нуть ему человеческий облик он отвечал простыми и недвусмысленными жестами. Теперь уже и сами волшебники не видели в этом ничего особенного. Казалось, что орангутан - самый естественный облик для библиотекарей.
Только четырехлетки или люди с тяжелым расстройством чувства юмора могут тал- дычить подобные вещи снова и снова. Так что ради твоего же блага, Декан, я взвешенно и миролюбиво довожу это соображение до твоего сведения, поскольку надеюсь, что тебе еще можно помочь. Мы все здесь торчим исключительно из-за тебя, притом я понятия не имею, на черта ты нам сдался, - с этими словами Чу- дакулли повернулся к перепуганному Думмингу. - Так вот, Тупс, мы сделали солнце... - ...Даже несколько солнц, - пробормотал Декан. - Ну да, какое-то количество солнц... Но все это коловращение чертовски запу- танная штука. Пока насобачишься - семь потов сойдет. - Вы что, уронили свое солнце в мой мир? - спросил Думминг. - Всего несколько штучек, - ответил Чудакулли. - Мое вообще отскочило, - сказал Декан. - Ага, и пробило вон там до безобразия здоровенную дыру, - показал Аркканц- лер. - И к тому же оно откололо от планеты большущую глыбу. - По крайней мере, все кусочки моего солнца долго светились, - огрызнулся Декан. - Ну да, внутри планеты. Так что это не считается. - Чудакулли вздохнул. - Кстати, твоя машина, господин Тупс, утверждает, что солнце в шестьдесят миль диаметром никуда не годится. Надо же, какая чушь! Запавшими от ужаса глазами Думминг глядел на свой несчастный мир, который вихлялся из стороны в сторону, словно хромая утка. - Там же нет нарративиума, - глухо произнес он. - Этот мир просто не знает, какого размера солнце ему требуется. - У-ук, - сказал Библиотекарь. - О, небеса! - воскликнул Чудакулли. - Кто его сюда впустил? По молчаливой договоренности, Библиотекарю был заказан вход на факультет Высокоэнергетической Магии, принимая во внимание присущую ему привычку иссле- довать вещи, пробуя их на зуб. Такой метод, отлично зарекомендовавший себя в Библиотеке, где укус орангутана сделался точнейшим инструментом классифика- ции, был абсолютно бесполезен в помещении со свисающими там и сям шинами, пульсирующими под напряжением в несколько тысяч чар. Запрет, конечно, был не- официальный - попробуй запрети что-нибудь тому, кто без труда повернет любую дверную ручку вместе с дубовой дверью, выломанной из проема. Орангутан приподнялся на костяшках пальцев и куснул купол. Волшебники сразу подобрались. Тонкий черный палец покрутил колесико вездескопа, сфокусировав его на взорвавшейся вчера топке. Сейчас это была всего лишь крошечная точка, лучащаяся ослепительным газом. Изображение сфокусировалось на светящемся угольке. - Все равно оно слишком большое, - сказал Чудакулли. - Но попытка засчита- на , старичок. Библиотекарь обернулся к нему, и его лицо озарила вспышка взрыва. У Думмин- га перехватило дыхание: до него внезапно стало доходить. - Кто-нибудь, посветите мне! Шары так и посыпались со стола, пока Думминг пытался схватить хотя бы один из них. Когда ему это удалось, он протянул Главному Философу, который услуж- ливо зажег спичку и поводил ею туда-сюда. - Это сработает! - Вот и прекрасно! - сказал Чудакулли. - А что именно? - Смена дня и ночи! - пояснил Думминг. - И даже времена года, если мы все сделаем как надо. Отличная работа, сэр! Не уверен только насчет покачиваний, но, похоже, вы все сделали правильно. - Как всегда, - просиял Чудакулли. - Безусловно, мы - те самые, кто все де- лает правильно. А что мы сделали правильно на сей раз?
- Вращение! - А все мое солнце, - самодовольно изрек Декан. Думминг готов был пуститься в пляс , но вдруг посерьезнел. - Правда, успех нашего предприятия зависит от того, удастся ли одурачить тамошних людей, - произнес он. - Хотя... Там же никого нет... ГЕКС! Послышалось механическое покашливание, и появился ответ ГЕКСа: +++ Да? +++ - Можем ли мы как-нибудь попасть в этот мир? +++ Никакой Физический Объект Не Может Войти В Проект +++ - Но я хочу, чтобы кто-то туда спустился и понаблюдал изнутри. +++ Это Возможно, Поскольку Находится В Пространстве Виртуальной Возможно- сти +++ - Виртуальной? +++ Вам Нужен Энтузиаст. Кто-то, Кого Можно Обмануть +++ - Ну, за этим дело не станет, - сказал Аркканцелер. - Мы же как-никак в Не- зримом университете. Глава 16. Земля и огонь Неизвестно, является ли наша земля обычной планетой. Мы не знаем, как часто встречаются обводненные планеты, с океанами, континентами и атмосферой. По крайней мере, в Солнечной системе она - одна-единственная. И вообще, выраже- ние «планета земного типа» стоит использовать с осторожностью, поскольку око- ло половины своего существования Земля совершенно не походила на ту сине- зеленую планету с белыми облачками, кислородной атмосферой и всем остальным, какой мы привыкли ее видеть на спутниковых снимках. Чтобы получить планету земного типа в прямом смысле этого слова, мы должны будем взять подходящую планету и подождать несколько миллиардов лет. То, что при этом получится, на- верняка будет сильно отличаться от наших недавних представлений о прошлом Земли. Прежде мы думали, что наша планета - чрезвычайно стабильное место и, отпра- вившись в прошлое, в ту эпоху, когда начали разделяться континенты и океаны, мы найдем все на тех же местах, что и сейчас. Нам казалось, что и внутри Зем- ля довольно проста. Как мы ошибались! Люди много узнали о поверхности Земли, но куда меньше о том, что у нее внутри. Поверхность изучать несложно, надо просто отправиться в нужное место, - это если, конечно, вам не требуется непременно попасть на вершину Эвереста. Используя специальные устройства, защищающие нежные людские тела от огромного давления, можно спуститься в океанские глубины. Еще можно вырыть в земле норы и послать туда людей. Мы можем получить немного больше информации, пробурив несколько миль земной коры, хотя это лишь тонкая корочка по сравнению со всем остальным объемом планеты. Нам остается лишь догадываться о том, что находит- ся там, внизу, пользуясь косвенными инструментами, главными из которых явля- ются сейсмические волны, генерируемые землетрясениями, лабораторные экспери-
менты и теоретические выкладки. В целом поверхность нашей планеты выглядит спокойно, если не считать погоды и кое-каких неприятных эффектов, связанных со сменой времен года. Однако час- тые извержения вулканов и землетрясения напоминают, что под нашими ногами не все ладно. Вулканы возникают там, где на поверхность поднимаются расплавлен- ные породы и извергаются под большим давлением в сопровождении густых облаков газа и пепла. В 1980 году вулкан Сент-Хеленс в американском штате Вашингтон взорвался, словно скороварка с заклинившей крышкой, и половина горы ушла в небытие. Землетрясения происходят, когда массивы земной коры смещаются вдоль глубинных разломов. Позже мы разберемся, в чем причина того и другого, но вначале взглянем на все это в целом: несмотря на отдельные бедственные участ- ки, поверхность Земли вполне благоприятна для развития и существования жизни уже в течение нескольких миллиардов лет. Форма Земли близка к сферической: диаметр ее экватора - 7928 миль (12 756 км), тогда как расстояние от полюса к полюсу - 7902 мили (12 714 км). Неболь- шое расширение на экваторе - это результат действия центробежных сил, связан- ных с вращением Земли. Они появились еще тогда, когда наша планета находилась в расплавленном состоянии. Земля - самая плотная планета в Солнечной системе: ее средняя плотность в пять с половиной раз больше плотности воды. Когда Зем- ля конденсировалась из первичного газопылевого облака, химические элементы и соединения разделились на два слоя: плотные материалы ушли в глубину, а лег- кие - всплыли на поверхность, так же как слой легкого масла плавает на по- верхности более плотной воды. В 1952 году американский геофизик Фрэнсис Берч предложил описание общей структуры нашей планеты, которое с тех пор почти не изменилось. Земля внутри очень горячая, и, кроме того, там чрезвычайно высокое давление. Наиболее экс- тремальные условия в самом ее центре, где температура - около 6000 °С, а дав- ление в 3 миллиона раз выше атмосферного. Обычно от такого жара горные породы и металлы плавятся, однако давление удерживает их в твердом состоянии, то есть имеется комбинация двух противоположных факторов, определяющих жидкую или твердую фазу материи. В центре Земли находится ядро - довольно плотная сфера, состоящая преимущественно из железа, с радиусом примерно 2 220 миль (3500 км) . Внутреннее ядро радиусом 600 миль (1000 км) - твердое, тогда как внешняя его часть - расплавлена. Самый верхний слой Земли - это тонкая обо- лочка , так называемая кора, толщиной всего в несколько миль. Между корой и ядром располагается мантия, в основном состоящая из твердых силикатных пород. Она также делится на внешнюю и внутреннюю часть, граница между которыми про- ходит на глубине в радиусе 3600 миль (5800 км) . Выше этой «переходной зоны» находятся главным образом оливин, пироксены и гранаты, а ниже - их кристалли- ческая структура уплотняется, образуя такие минералы, как перовскит. Наружный край мантии и соприкасающиеся с ним нижние области коры также могут находить- ся в расплавленном состоянии. В коре, толщина которой примерно от 3 до 12 миль (5-20 км), происходит мно- го интересного. Те ее части, которые образуют континенты, состоят в основном из гранита, а под океанским дном в основном залегают базальты, причем этот базальтовый слой продолжается и под материковым гранитом. Таким образом, кон- тиненты - это тонкие и обширные пласты гранита, размещающиеся на базальтовой «подложке». Самым заметным свидетельством наличия гранитного слоя на поверх- ности Земли являются горы. Нам они кажутся ужасно высокими, но их высота не превышает пяти миль (9 км) над уровнем моря, то есть немногим более одной де- сятой процента - 1/7 от одного процента - земного радиуса. Самая глубокая впадина - Марианская - в северо-западной части Тихого океана достигает 7 миль (11 км) ниже уровня моря. Общее отклонение от идеальной сферы (точнее, сфе- роида, поскольку полюса приплюснуты) составляет примерно 1/3 процента. Таким
образом, отличие Земли от идеальной сферы примерно такое же, как и у баскет- больного мяча, покрытого «пупырышками» для лучшего захвата. В общем, за ис- ключением этих небольших вмятинок и выступов, наша родная планета на удивле- ние круглая и гладкая. Такой она стала под воздействием гравитации. Разве что незначительные, но очень любопытные движения в ее мантии и коре добавили па- ру-тройку морщинок. Откуда нам все это известно? В основном благодаря землетрясениям. Когда происходит землетрясение, Земля дрожит, словно колокол, по которому ударили молотком. По ней проходят сейсмические волны, то есть вибрации, вызванные землетрясением. Они преломляются, когда пересекают зоны с различными свойст- вами и составом, такие, как кора и мантия или верхняя и нижняя мантия. Они отражаются от земной коры и возвращаются вниз. Существует несколько типов сейсмических волн, и распространяются они с разными скоростями; таким обра- зом, короткий и резкий толчок при землетрясении порождает очень сложную вол- новую картину. Когда сейсмические волны достигают поверхности, их можно заре- гистрировать, потом сравнить записи, сделанные в разных местах, и на их осно- вании попытаться сделать выводы о подземной географии нашей планеты. * * * Магнитное поле Земли является одним из следствий ее внутренней структуры. Мы знаем, что стрелка компаса указывает примерно на север. Стандартные «враки детям» сводятся к утверждению, что Земля - это такой здоровенный магнит. Что же, давайте попробуем разобраться получше. Магнитное поле Земли долгое время оставалось загадкой, ведь каменных магни- тов не бывает, правда? Но как только вы открываете, что внутри Земли имеется колоссальное количество железа, все вроде бы становится на свои места. Железо не образует «постоянный» магнит вроде прикрепленных к пластиковым поросяткам и медвежаткам, которых мы, сами не зная зачем, покупаем, чтобы прицепить на холодильник. Земные недра больше походят на динамо. Кстати, это так и называ- ется - геомагнитное динамо. Как мы уже упоминали, железо в ядре Земли нахо- дится по большей части в расплавленном состоянии, за исключением твердого плотного «шарика» в самом центре. Жидкая часть до сих пор продолжает нагре- ваться. Прежде это явление объясняли тем, что радиоактивные элементы, будучи плотнее всего остального в химическом составе планеты, погрузились в самый центр, оказавшись запертыми там, а тепло дает излучаемая ими радиоактивная энергия. Современная же теория предлагает совершенно иное объяснение: жидкая часть ядра нагревается, поскольку твердая - остывает. Расплавленное железо на контакте с твердым ядром само понемногу застывает, при этом высвобождается тепло. Это тепло должно куда-то деться, оно не может просто исчезнуть, словно дуновение теплого воздуха, - вокруг тысячи миль сплошной горной породы. Тепло передается расплавленному слою ядра, нагревая его. Возможно, вас удивит факт, что та часть, которая вступает в контакт с твер- дым ядром, может охлаждаться и затвердевать и, одновременно с этим, нагре- ваться в процессе этого затвердевания. Объяснение простое: горячее расплав- ленное железо поднимается вверх по мере разогрева. Вспомните воздушный шар. Когда вы нагреваете воздух, он поднимается. Это происходит потому, что при нагревании воздух расширяется, становится менее плотным, а менее плотные ве- щества всплывают над более плотными. Воздушный шар удерживает воздух в огром- ном шелковом мешке, часто ярко окрашенном и разрисованном эмблемами банков или агентств недвижимости, и поднимается вместе с воздухом. Горячее железо ничем не разрисовано, но поднимается точно так же, как горячий воздух, удаля- ясь от твердого ядра. Оно медленно всплывает, остывая, а потом, когда стано- вится слишком холодным, точнее сравнительно холодным, начинает снова погру-
жаться в глубину. В результате земное ядро находится в непрерывном движении, раскаляясь внутри и остывая снаружи. Оно не может подняться все разом, то есть одни области ядра всплывают, в то время как другие - заново погружаются. Такой вид циркулирующей теплопередачи называется конвекцией. По мнению физиков, при соблюдении неких трех условий движущиеся жидкости могут создавать магнитное поле. Во-первых, жидкость должна проводить электри- ческий ток, и железо прекрасно с этим справляется. Во-вторых, изначально должно присутствовать хотя бы небольшое магнитное поле, а есть веские основа- ния полагать, что нашей Земле, тогда еще совсем юной, была присуща некая то- лика личного магнетизма. В-третьих, что-то должно вращать эту жидкость, иска- жая исходное магнитное поле, и у Земли такое вращение происходит за счет силы Кориолиса, похожей на центробежную силу, однако действующей более слабо и возникающей в результате вращения Земли вокруг своей оси. Грубо говоря, вра- щение искажает исходно слабое магнитное поле, закручивая его, как спагетти на вилку. Затем магнетизм поднимается наверх, пойманный всплывающими массами же- лезного ядра. В результате всего этого коловращения магнитное поле становится намного сильнее. Да, в каком-то смысле можно сказать, что Земля ведет себя так, словно внут- ри у нее имеется огромный магнит, но на самом деле все гораздо сложнее. Чтобы немного конкретизировать нарисованную картину, напомним, что существуют по меньшей мере семь других факторов, обусловливающих наличие у Земли магнитного поля. Так, некоторые составляющие земной коры могут быть постоянными магнита- ми. Подобно стрелке компаса, указывающей на север, они постепенно выстроились вдоль более сильного геомагнитного динамо, дополнительно усиливая его. В верхних слоях атмосферы имеется слой заряженного ионизированного газа. До то- го как были изобретены спутники, ионосфера играла важнейшую роль в обеспече- нии радиосвязи: радиоволны отражались от заряженного газа, а не уходили в космос. Ионосфера находится в движении, а движущееся электричество создает магнитное поле. На высоте примерно 15 000 миль (24 000 км) течет кольцевой ток - слой ионизированных частиц низкой плотности, образующий огромный тор. Это немного ослабляет силу магнитного поля Земли. Следующие два фактора - это так называемые магнитопауза и магнитный хвост, возникшие под влиянием солнечного ветра на магнитосферу Земли. Солнечный ве- тер - это постоянный поток частиц, испускаемых гиперактивным Солнцем. Магни- топауза - это головная волна земного магнитного поля, идущая против солнечно- го ветра, а магнитный хвост - след этой волны с противоположной стороны пла- неты, где собственное магнитное поле Земли «утекает» наружу, к тому же разру- шаясь под воздействием солнечного ветра. Кроме того, солнечный ветер вызывает своеобразную тягу вдоль орбиты Земли, создавая дополнительное искажение линий магнитного поля, известное как продольный ток в магнитосфере. И, наконец, су- ществуют авроральные потоки. Северное сияние, или aurora borealis, - это вос- хитительные, таинственные полотнища бледного света, переливающиеся в северном полярном небе. Аналогичный спектакль, aurora austrails, можно наблюдать непо- далеку от Южного полюса. Полярные сияния создаются двумя полосами электриче- ского тока, текущими от магнитопаузы в магнитный хвост. Это, в свою очередь, создает новые магнитные поля и два электрических потока - западный и восточ- ный. Значит, говорите, Земля - просто большой магнит? Ну да, а океан - это миска с водой. Магнитные материалы, найденные в древних породах, свидетельствуют, что вре- мя от времени магнитное поле Земли меняет свою полярность, северный магнитный полюс становится южным и наоборот. Это происходит примерно один раз в полмил- лиона лет, хотя строгую закономерность проследить так и не удалось. Никто точно не знает, почему это происходит, однако математические модели показыва-
ют, что магнитное поле Земли может быть ориентировано равновероятно и в том и в другом направлениях, причем ни одно из них не является устойчивым. Любое положение рано или поздно теряет устойчивость и передает эстафетную палочку противоположному. Переходы происходят быстро, в течение примерно 5 тысяч лет, тогда как периоды между ними в сто раз длиннее. Магнитные поля имеются у большинства планет, и этот факт еще более сложно- объясним, чем земное поле. Нам с вами предстоит еще много узнать о планетар- ном магнетизме. Одно из самых впечатляющих свойств нашей планеты было обнаружено в 1912 го- ду, но не принималось во внимание до 60-х. Наиболее убедительным доказатель- ством в ее пользу стала именно смена магнитных полюсов. Речь идет о том, что земные континенты не стоят на месте, но медленно дрейфуют по поверхности пла- неты. По мнению немецкого ученого Альфреда Вегенера, первым опубликовавшего свою теорию, нынешние отдельные континенты раньше являлись одним суперматери- ком, который он назвал Пангея (то есть «Вся земля»). Он существовал около 300 миллионов лет назад. Наверняка Вегенер не первым додумался до этого. Его идея, по крайней мере, отчасти, возникла под влиянием удивительного сходства очертаний берегов Афри- ки и Южной Америки. На карте это особенно бросается в глаза. Естественно, Ве- генер опирался и на другие данные. Он был не геологом, а метеорологом, спе- циалистом по древнему климату, и его удивляло то, что в регионах с холодным климатом обнаруживаются горные породы, явно возникшие в регионах с теплым, и наоборот. Например, в Сахаре до сих пор можно отыскать остатки древних ледни- ков, возраст которых 420 миллионов лет, а в Антарктиде - окаменевшие папорот- ники . В те времена любой бы ему сказал, что просто поменялся климат. Однако Вегенер был убежден, что климат остался практически тем же, за исключением ледникового периода, а изменились, то есть переместились, сами континенты. Он предполагал, что они разделились в результате конвекции в земной мантии, но не был в этом уверен. Эту идею посчитали безумной, тем более что предложена она была не геологом, и к тому же Вегенер игнорировал все факты, не влезающие в его теорию. И то, что сходство между Африкой и Южной Америкой не столь уж идеальное, и то, что дрейф материков невозможно было объяснить. Конвекция тут явно ни при чем, так как она слишком слаба. Великий А'Туин, может, и несет на своей спине целый мир, но он - всего лишь выдумка, а в реальном мире, похоже, такие силы просто немыслимы. Слово «немыслимы» мы употребили не случайно. Множество блестящих и уважае- мых ученых частенько повторяют одну и ту же ошибку. Они путают выражение «Я не понимаю, как это может быть» с «Это совершенно невозможно». Одним из та- ких, как это ни стыдно признавать одному из нас двоих, был математик, причем великолепный, но когда его расчеты показали, что земная мантия не может пере- мещать континенты, ему даже не пришло в голову, что теории, на которых строи- лись расчеты, были ошибочны. Звали его сэр Гарольд Джеффрис, и его проблема была в том, что ему явно не хватало полета фантазии, потому что не только очертания материков по обе стороны Атлантики совпадали. С точки зрения реоло- гии и палеонтологии тоже все сходилось. Возьмем, к примеру, окаменевшие ос- танки бестии по имени мезозавр, жившей 270 миллионов лет назад одновременно в Южной Америке и Африке. Вряд ли мезозавр переплыл Атлантический океан, скорее он просто жил на Пангее, успев расселиться по обоим континентам, когда они еще не были разделены. Однако в 60-х годах XX века идею Вегенера признали, и его теория «дрейфа материков» утвердилась в науке. На встрече ведущих геологов некий молодой че- ловек по имени Эдвард Баллард, весьма напоминающий Думминга Тупса, и двое его коллег продемонстрировали возможности нового тогда устройства, называемого
компьютером. Они поручили машине отыскать наилучшее соответствие не только между Африкой и Южной Америкой, но и Северной Америкой, а также Европой, учи- тывая возможные, но небольшие изменения. Вместо того чтобы взять нынешние очертания береговой линии, что с самого начала было не слишком блестящей иде- ей, позволяя противникам теории дрейфа утверждать, что материки не совпадают, молодые ученые использовали контур, соответствующий глубине 3200 футов (1000 м) ниже уровня моря, поскольку, по их мнению, он меньше подвергся эрозии. Контуры подошли хорошо, а геология так просто великолепно. И хотя люди на конференции все равно не пришли к единому мнению, теория континентального дрейфа получила, наконец, определенное признание. Сегодня у нас имеется куда больше доказательств и четкое представление о механизме дрейфа. В центральной части Атлантического океана, на полпути между Южной Америкой и Африкой, с юга на север протянулся один из срединных океани- ческих хребтов (такие, кстати, есть и во всех других океанах). Вулканические материалы поднимаются из недр вдоль всего хребта, а затем растекаются по его склонам. И так происходит уже в течение 200 миллионов лет. Можно даже отпра- вить подводную лодку и просто понаблюдать за процессом. Конечно, всей челове- ческой жизни не хватит, чтобы это заметить, однако Америка удаляется от Афри- ки со скоростью 3/4 дюйма (2 см) в год. Примерно с такой же скоростью растут наши ногти, тем не менее, современная аппаратура способна регистрировать эти изменения. Наиболее яркое доказательство континентального дрейфа получено благодаря магнитному полю Земли: горные породы по обе стороны хребтов имеют любопытный узор из магнитных полос, меняющих полярность с севера на юг и обратно, причем узор на обоих склонах симметричен. Это означает, что полоски застыли в маг- нитном поле по мере остывания. Когда время от времени земное динамо меняло свою полярность, горные породы хребта намагничивались в его поле. Затем, по- сле разъединения намагниченных пород, одинаковые узоры оказались по разные стороны хребта. Поверхность Земли - это не твердая сфера. И континенты, и океанское ложе плавают на огромных, особенно твердых плитах, которые могут разъехаться в стороны, когда между ними просачивается магма. (Причем чаще всего это проис- ходит из-за конвекции в мантии. Просто Джеффрис не знал о движении мантии всего того, что знаем мы.) Существует около десятка плит, шириной от шестисот (1000 км) до шести тысяч (10 000 км) миль, и они все время поворачиваются. Там, где их границы соприкасаются, трутся и скользят, постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Особенно в Тихоокеанском огненном поясе, протянувшемся по всему периметру Тихого океана и включающему в себя западное побережье Чили, Центральную Америку, США и дальше Японские острова и Новую Зеландию. Все они находятся на краю одной гигантской плиты. Там, где плиты сталкиваются, возникают горы: одна плита оказывается под другой и приподнима- ет ее, дробя и сминая ее край. Индия - это вовсе не часть Азиатского конти- нента, она просто врезалась в него, сотворив высочайшие в мире горы - Гима- лаи . Она так разогналась, что до сих пор продолжает свое движение, и Гималаи растут. Глава 17. Главное, чтобы костюмчик сидел! Ранним утром пожилые волшебники тащили по пустынным университетским коридо- рам упирающуюся фигуру в длинной белой ночной рубахе и ночном колпаке с коря- во вышитой на нем надписью: «ВАЛШЕБНИК». Это был наименее квалифицированный, зато немало повидавший мир (в основном убегая от чего-нибудь) сотрудник уни-
верситета. И он снова был в беде. - Тебе ни капельки не будет больно, - внушал ему Главный Философ. - Предприятие как раз на твой вкус, - добавил Профессор Современного Рунос- ложения. - у тебя прямо на лице написано, что ты у нас - доброволец, - пояснил Де- кан. - Это что же, ГЕКС так сказал? - спросил Главный Философ, когда непроспав- шуюся фигуру наконец вытолкнули за угол. - Что-то вроде того. Но в его словах было куда меньше четкости, - ответил Декан. Они быстро перебежали через газон и ввалились в двери факультета Высоко- энергетической Магии. Наверн Чудакулли, закончив набивать трубку, чиркнул спичкой о купол Проек- та, потом повернулся к ним и улыбнулся. - А, Ринсвинд! - сказал он. - Молодец, что пришел. - Меня заставили, сэр. - Вот и прекрасно! А у меня отличные новости. Я принял решение назначить тебя Бесподобным Профессором Жестокой и Необычной Географии. Место как раз вакантно. Ринсвинд обреченно перевел взгляд за спину Чудакулли. В дальнем конце ком- наты работали несколько молодых волшебников, окутанных магической дымкой, из- за которой было не разобрать, чем именно они занимались, но выглядело оно словно... словно... Скелет! - О, - сказал Ринсвинд. - Эхм... Но мне нравится быть ассистентом библиотека- ря . И я достиг значительных успехов в чистке бананов. - А между тем по новой должности тебе полагается собственная комната, пита- ние и стирка белья, - сказал Аркканцлер. - Но все это у меня уже есть, сэр. Чудакулли неторопливо затянулся и выдохнул облачко голубоватого дыма. - Было. До сегодняшнего дня, - сказал он. - О, понимаю. Вы собираетесь послать меня в какое-то опасное место, сэр? - Как это ты догадался? - просиял Чудакулли. - Это было довольно несложно. По счастью, Декан был начеку и заранее вцепился в подол Ринсвиндовой ночной рубахи, так что шлепанцы волшебника лишь без толку елозили по плитам, когда он попытался рвануть к двери. - Пусть немного побегает, - сказал Главный Философ. - Это все нервы. - А знаешь, что здесь самое хорошее? - произнес Чудакулли в спину Ринсвин- ду. - При том, что мы собираемся послать тебя в невероятно опасное место, где не выживет ни одно живое существо, на самом деле тебя там не будет. В каком- то смысле, конечно. Разве это не здорово? Ринсвинд замер в нерешительности. - А в каком именно смысле? - Это будет что-то наподобие... повествования, - сказал Аркканцлер. - Ну, или сна, если я правильно все понял. Господин Тупс! Подойди-ка сюда и объясни на- шему герою! - Привет, Ринсвинд, - поздоровался Думминг, выходя из тумана и вытирая руки тряпкой. - ГЕКС уже скомпилировал для этой цели воедино целых двенадцать за- клинаний! Выдающееся достижение чародейной инженерии! Вы только взгляните сю- да! Есть создания, приспособившиеся обитать в коралловых рифах, они просто не могут выжить в суровом открытом море, заполненном зубастыми существами. Они прячутся в смертоносных щупальцах актиний, шныряют прямо под носом у гигант- ских моллюсков, - в общем, живут во всяких сомнительных щелях, от которых
нормальная рыба старается держаться подальше. Университет очень похож на коралловый риф. Он обеспечивает безопасные воды и сносную пищу хрупким и необыкновенным созданиям, которые не смогли бы вы- жить в бурном море реальности, где ординарные люди задают вопросы вроде: «Ну и какая польза от твоей работы?» и тому подобные глупости. На самом деле именно благодаря Незримому университету Ринсвинд пережил та- кие приключения, от которых бывалые герои давно превратились бы в кучку об- глоданных костей. Но Ринсвинд продолжал верить, несмотря на явные доказатель- ства обратного, что только здесь он находится в безопасности. Он пошел бы на что угодно, лишь бы здесь остаться. Сейчас для этого требовалось смотреть на предмет, напоминающий скелетооб- разные доспехи, выкованные вроде как из тумана, и слушать непонятный бубнеж Думминга Тупса. Насколько сумел уяснить Ринсвинд, эта подозрительная штукови- на переносила куда-то все чувства человека, в то время как сам он оставался на месте. Что же, это еще куда ни шло. Ринсвинд всегда считал, что если уж приходится отправляться на край света, то лучше бы весь путь проделать, не выходя из дома. Правда, оставалось неясным, где останется та часть, которая чувствует боль. - в общем, мы тебя кое-куда отправим, - точнее, твои чувства, - сказал Чу- дакулли. - Куда? - спросил Ринсвинд. - В одно удивительное место, - пояснил Думминг. - Ты просто будешь расска- зывать нам, что там увидишь. А потом мы заберем тебя обратно. - А когда именно все пойдет наперекосяк? - продолжал допытываться Ринсвинд. - Такого не случится. - Ага, - Ринсвинд вздохнул. С подобными утверждениями спорить было бессмыс- ленно . - Могу я хотя бы позавтракать напоследок? - Конечно же, старина! - похлопал его Чудакулли по спине. - Иди, покушай на здоровье. - Да, пожалуй, сейчас самое время, - мрачно сказал Ринсвинд. Как только он ушел, под конвоем Декана и пары университетских привратников, волшебники сгрудились вокруг Проекта. - Мы подобрали подходящее по размеру «солнце», - сказал Думминг тоном, не оставляющим сомнения в наличии кавычек. - А сейчас раскручиваем вокруг него мир. - Какая-то ходульная идея, - сказал Аркканцлер. - Это солнце должно вра- щаться вокруг мира. Мы каждый день наблюдаем это своими глазами. Это тебе не какая-нибудь там оптическая иллюзия. По-моему, мы просто-напросто сооружаем здесь карточный домик. - По-другому ничего не получается, сэр. - Я вот что имею в виду: вещи падают потому, что они - тяжелые. Ты следишь за моей мыслью? Иначе говоря, то, что заставляет их падать, поскольку они тя- желые , это именно то, что они - тяжелые. «Тяжелый» - это как раз значит «склонный к падениям». Ты, конечно, можешь считать меня болваном... - О, я бы никогда себе такого не позволил, сэр, - поспешно вставил Думминг, радуясь, что Чудакулли не видит его лица. - ...Но здравый смысл подсказывает мне, что каменную корку, плавающую поверх раскаленного куска железа, назвать «твердой почвой» можно лишь с большой на- тяжкой . - Мне кажется, сэр, в этой вселенной имеется собственный универсальный свод правил, заменяющих собой нарративиум, - сказал Думминг. - Она... так сказать... подражает нашей вселенной, как вы изволили на днях прозорливо заметить. В со- ответствии со своими правилами она создает только те солнца, которые могут там выжить, и только те миры, которые могут существовать без черепахиума.
- Даже если и так... Но это вращение вокруг солнца ... Разве это не то, чему учат омнианские жрецы? Мол, ничтожное человечество плывет в пространстве на какой-то пылинке, и тому подобная суеверная муть. Ты знаешь, что они жестоко преследовали людей, утверждавших, что черепаха существует? Хотя любой дурак может просто пойти и посмотреть на нее. - Несомненно, сэр. И проблемы, конечно, возникли. - Ты уверен, что это подходящее солнце? - спросил Чудакулли. - Сэр, но вы же сами попросили ГЕКСа разыскать такое «миленькое, желтень- кое , смирное и не пытающееся взорваться каждую секунду», - ответил Думминг. - Такие, по-моему, самый распространенный тип в этой вселенной. - Даже если так... Но десятки миллионов миль... Далековато, я бы сказал. - Да, сэр. Однако когда мы поместили несколько экспериментальных миров по- ближе , те просто попадали на солнце. А те, которые не попадали, стали похожи на сухие галеты. Да, и был еще один, - настоящая клоака. Кстати, наши студен- ты научились замечательно ловко лепить разные миры. Мы... эээ... называем их пла- нетами . - Планета, Тупс, это кусок камня диаметром несколько сотен ярдов, который делает ночное небо немного... Словами не опишешь... Но что-то в нем есть je ne sais quoi1. - У нас все получится, сэр. К тому же у нас их много. Как я уже не раз упо- минал, лично я полностью согласен с вашей теорией, в соответствии с которой материя внутри Проекта самостоятельно стремится сделать то, что в реальном мире создано искусственно, посредством нарративиума. - Так это была моя теория? - удивился Чудакулли. - Разумеется, сэр! - заверил его Думминг, который немного уже учился лави- ровать в бурных водах университетских рифов. - Вообще-то звучит скорее как насмешка, но полагаю, что со временем мы пе- реварим и эту шутку. А вот и наш отважный исследователь! Доброе утро, профес- сор. Ну, вы готовы? - Нет! - воскликнул Ринсвинд. - Тут все совсем несложно, - принялся объяснять Думминг, подтаскивая к Про- екту упирающегося путешественника. - Можешь быть уверен: этот комплект закли- наний, оформленных в виде костюма, - очень и очень хорошие доспехи. Как толь- ко все вокруг тебя замерцает, ты окажешься... где-то там. Но в действительности ты останешься здесь, это, надеюсь, понятно? А все, что ты увидишь, будет не здесь. Тебе совершенно ничего не угрожает, поскольку слишком сильные ощущения будут амортизироваться ГЕКСом, и на твою долю останутся только слабенькие их отражения. Скажем, если там будет смертельно холодно, ты почувствуешь лишь легкий озноб, а если жарко - чуть вспотеешь. Если на тебя свалится гора, тебе покажется, что это был маленький камешек. Время там течет намного быстрее, но, пока ты будешь там, ГЕКС его замедлит. ГЕКС говорит, что, вероятно, суме- ет привести в действие некоторые силы внутри Проекта, значит, ты тоже сможешь поднимать и толкать какие-нибудь предметы. Это будет ощущаться так, словно у тебя на руках огромные перчатки. Но уверен, ничего такого не понадобится, так как все, что мы хотим... эээ... от вас, профессор, - описание того, что вы увиди- те . Ринсвинд покосился на костюм. Сделанный под контролем ГЕКСа, он состоял преимущественно из заклинаний, весь переливался и выглядел совершенно немате- риальным. Причем свет отражался от него весьма затейливым образом. Шлем же был излишне широк и полностью закрывал лицо. 1 Je ne sais quoi] — (с французского) буквально «сам не знаю что». В искусстве XVIII века употреблялось в связи с невыразимой словами красотой.
- У меня есть три... То есть четыре... Нет, пять вопросов, - сказал Ринсвинд. - Валяй. - Могу я подать в отставку? - Нет. - Следует ли мне понять то, что ты сейчас наговорил? - Нет. - Там, куда вы меня отправляете, водятся чудовища? - Нет. - Ты в этом уверен? - Да. - А ты хорошо подумал? - Да. - У меня возник еще один вопрос, - сказал Ринсвинд. - Пожалуйста. - Ты действительно в этом уверен? - Да! - рявкнул Думминг. - А хоть бы и были, они же все равно нематериаль- ны. - Но не для меня. - И для тебя тоже! Я же все объяснил! Даже если за тобой огромная зубастая тварь погонится, это тебе ничем не угрожает. - Еще один вопрос. - Ну? - в этом костюме предусмотрена уборная? - Нет. - Потому что если огромная зубастая тварь погонится за мной, уборная там точно возникнет. - в этом случае тебе достаточно будет сказать слово, и мы тут же вернем те- бя обратно и проводим в сортир, - сказал Думминг. - Пожалуйста, не волнуйся. Вот этот джентльмен поможет тебе... эээ... влезть в костюм. А потом мы начнем... Пока на сопротивляющегося профессора натягивали мерцающий, потусторонний костюм, Аркканцлер рассеянно подошел поближе. - Я вот о чем подумал, Тупс... - произнес он. - о чем, сэр? - По-видимому, нет ни единого шанса, что где-то там, в Проекте, существует жизнь? Думминг изумленно посмотрел на Аркканцлера. - Ни единого, сэр! Этого просто не может быть. Там имеется лишь косная ма- терия, подчиняющаяся нескольким довольно необычным правилам, и только. Воз- можно, этого достаточно, чтобы получить предметы... даже крутящиеся и красиво взрывающиеся, но нет никакой возможности развить что-нибудь сложно организо- ванное вроде... - А Казначея, к примеру, можно? - Боюсь, Казначея тоже не получится, сэр. - А он ведь не слишком-то и сложен, между нами говоря. Если бы только уда- лось отыскать попугая, разбирающегося в арифметике, можно было бы отправить старину Казначея на пенсию. - Нет, сэр. Там нет ни казначеев, ни даже травки с муравьями. С таким же успехом можно пытаться настроить пианино, кидаясь в него булыжниками. Жизнь не возникает с бухты-барахты, сэр. Это вам не камни, нарезающие круги в пус- тоте . Но зато и чудовищ там не встретится. Две минуты спустя Ринсвинд осторожно приоткрыл глаза и обнаружил, что они, то есть глаза, находятся где-то в совершенно другом месте. Они смотрели на что-то красное и зернистое. А еще там было тепло. - По-моему, ничего не получилось, - сказал он.
- Ты должен увидеть ландшафт, - шепнул Думминх1 ему на ухо. - Вокруг только краснота. Послышался приглушенный шепот, а затем голос произнес: «Извини, профессор. Плохо прицелились. Подожди-ка, сейчас мы вытащим тебя из кратера вулкана». В лаборатории факультета Высокоэнергетической Магии Думминг Тупс отодвинул слуховую трубку от уха. Остальные волшебники слышали лишь жужжание, словно там застряло какое-то рассерженное насекомое. - Какой странный язык, - с легким удивлением сказал Думминг. - Ну что ж, давайте вытащим Ринсвинда и немного подкрутим время... Он снова приставил трубку к уху, прислушался и объявил: - Говорит, там дождь накрапывает. Глава 18. Воздух и вода Все же удивительно, как жестокие физические законы позволяют существовать такому изменчивому явлению, как жизнь. Нельзя осуждать наших волшебников за то, что они не смогли предугадать появление на голых камнях Круглого мира жи- вых существ. Однако Здесь Внизу не слишком отличается от Там Наверху, как мо- жет показаться с первого взгляда. Прежде чем рассуждать о жизни, нужно обсу- дить еще две особенности нашей планеты, а именно - атмосферу и океаны, без которых жизнь, наверное, не могла бы возникнуть. Впрочем, если бы не сама жизнь, атмосфера и океаны были бы совсем другими. Существование атмосферы Земли неразрывно связано с ее океанами на всем про- тяжении ее истории. Действительно, океаны при желании можно рассматривать как наиболее плотный слой атмосферы. Океаны и атмосфера развивались вместе, ока- зывая друг на друга взаимное влияние, и даже сегодня такое чисто атмосферное явление, как погода, во многом зависит от происходящего в океанах. Одним из новейших веяний в прогнозе погоды стал учет возможности океанов поглощать, переносить и отдавать тепло и влагу. В каком-то смысле то же самое можно ска- зать и о материках, которые эволюционировали и существуют в тесном взаимодей- ствии с воздухом и морями. Но связь между океанами и атмосферой сильнее. Земля и ее атмосфера совместно конденсировались из того же первичного газо- пылевого облака, что и Солнце со всей остальной планетарной системой. Грубо говоря, наиболее плотные материалы погрузились в центр сжимающегося сгустка материи, став нашим нынешним приютом, а более легкие - остались сверху. Ко- нечно, было и есть много всего иного, так что Земля - это не просто серия концентрических оболочек, расположенных в порядке от тяжелой к легкой, тем не менее, в принципе общее представление о закономерном распределении твердых, жидких и газообразных веществ имеет смысл. По мере того как остывали расплав- ленные земные породы, зарождающаяся планета оказывалась окутанной первичной атмосферой. Почти наверняка она сильно отличалась от нынешней, представляющей собой смесь газов (главными из которых явлются азот, кислород и инертный аргон), а также их соединений (углекислый газ и водяной пар). Изначальная атмосфера от- личалась от облака, из которого она сконденсировалась, это не было всего лишь типичным образцом окружающей планету среды. Тому нашлось несколько причин. Во-первых, твердая планета и газовое облако удерживают различные газы. Во- вторых, планета может с помощью химических или ядерных реакций, а также дру- гих физических процессов самостоятельно генерировать газы, которые также на- капливаются в атмосфере. Изначальное облако было представлено в основном водородом и гелием, то есть самыми легкими химическими элементами. Скорость, с которой движутся молекулы, зависит от ее массы: увеличивая массу в 100 раз, молекула начинает двигаться
примерно в десять раз медленнее. Все, что движется со скоростью, превышающей вторую космическую скорость (для Земли это составляет свыше 7 миль в секунду, или 11 км/с), может преодолеть притяжение планеты и унестись в космическое пространство. Следовательно, молекулы, чья молекулярная масса (сумма атомных весов всех атомов, составляющих молекулу) меньше 10, должны были исчезнуть из атмосферы Земли. Молекулярная масса водорода - 2, гелия - 4, поэтому сложно рассчитывать, что эти элементы обнаружатся где-то неподалеку, хотя в космосе они распространены повсеместно. Другими наиболее широко представленными типа- ми молекул в первичном газовом облаке являлись метан, аммиак, вода и неон, чьи молекулярные массы превышают 10. Похожую картину мы можем наблюдать в ок- рестностях таких газовых гигантов, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Разница в том, что они куда массивнее Земли, поэтому вторая космическая скорость там выше, а следовательно, в их атмосфере задерживаются и такие легкие газы, как водород и гелий. Правда, у нас нет полной уверенности, что четыре миллиарда лет назад атмосфера Земли состояла из метана и аммиака, поскольку точно неиз- вестно, как именно конденсировалось первичное облако, однако нам совершенно очевидно, что если даже древняя Земля и обладала подобной атмосферой, почти вся она была утеряна. Сегодня в ее атмосфере почти нет ни метана, ни аммиака, да и те биологического происхождения. Кислорода в атмосфере новорожденной Земли было очень мало. Однако около 2 миллиардов лет назад его доля внезапно возросла до 5 %. Наиболее вероятной, хотя вряд ли единственной причиной этого стало развитие фотосинтеза. В какой-то момент, примерно 2 миллиарда лет на- зад, океанские бактерии освоили фокус использования энергии солнечного света для превращения воды и углекислого газа в сахар1 и кислород. Так же поступают и современные нам растения, использующие те же молекулы, что и древние бакте- рии , а именно - хлорофилл. Животные пошли по противоположному пути получения энергии: они используют кислород для окисления пищи и вырабатывают углекислый газ. Те древние фотосинтезирующие бактерии, питавшиеся сахаром, быстро раз- множились, но кислород для них являлся лишь ядовитым отходом, испускавшимся в атмосферу. Затем уровень кислорода долго оставался практически неизменным, но около 600 миллионов лет назад он резко вырос примерно до современного значе- ния и достиг 21 %. Такой высокий процент кислорода в современной атмосфере вряд ли возможен без наличия живых организмов, которые не только производят его в огромных ко- личествах , но и поглощают, в том числе преобразуя в углекислый газ. Просто поразительно, насколько не сбалансирована наша атмосфера в сравнении с той, которая существовала бы при исчезновении жизни и наличии лишь неорганических химических процессов. По геологическим стандартам количество кислорода в ат- мосфере изменяется чрезвычайно быстро, всего лишь в течение сотен, а не мил- лионов лет. Например, если какая-нибудь катастрофа убьет все растения, но по- щадит животных, то всего лишь через пятьсот лет доля кислорода снизится напо- ловину, достигнув уровня вершин современных Анд. Такое же развитие событий, по мнению Карла Сагана, ожидает нас в случае «ядерной зимы»: облака пыли, поднявшиеся в атмосферу после применения ядерного оружия, сделают ее непрони- цаемой для солнечного света. В таком случае некоторые растения смогут влачить свое существование, однако им не удастся поддерживать фотосинтез, они будут поглощать кислород, подобно различным микроорганизмам, питающимся мертвыми растениями. Подобный эффект может возникнуть и в случае извержения небывало большого количества вулканов сразу, а также в результате падения на Землю большого ме- теорита или кометы. Когда комета Шумейкеров - Леви столкнулась в 1994 году с Юпитером, удар был эквивалентен взрыву полумиллиона водородных бомб. 1 Правильнее сказать - углеводороды. (Прим. Ред.)
«Приходно-расходная книга» для кислорода, как и связанного с ним, но обла- дающего собственным «бюджетом» углерода, до сих пор неясна. Между тем этот вопрос - один из наиважнейших, поскольку именно он является краеугольным кам- нем дискуссии о глобальном потеплении. Человеческая деятельность, такая, как электростанции, промышленность, использование автомобилей или даже такое про- стое действие, как дыхание, - все это производит двуокись углерода. Углекис- лый газ - это так называемый парниковый газ, задерживающий солнечные лучи по- добно стеклу теплицы, и если мы произведем его слишком много, планета чрез- мерно нагреется. Это приведет к некоторым нежелательным последствиям, начиная с наводнений в прибрежных низменных регионах вроде Бангладеш и заканчивая глобальным изменением ареалов обитания насекомых, способных нанести серьезный вред посевам. Вопрос заключается в следующем: действительно ли человеческая деятельность увеличивает уровень углекислого газа или же наша планета может его каким-то образом регулировать? От ответа на него зависит, нужно ли накла- дывать строгие ограничения на образ жизни людей в развитых и развивающихся странах или можно оставить все как есть. В настоящее время все согласны, что имеются четкие, хотя и косвенные доказательства того, что в результате чело- веческой деятельности уровень углекислого газа в атмосфере повышается. Именно поэтому были подписаны важные международные протоколы о снижении выбросов уг- лекислого газа. Впрочем, одно дело пообещать, и совсем другое - выполнять на практике. Дать однозначный ответ на этот вопрос сложно. У нас нет достоверных сведе- ний об уровне углекислого газа в прошлом, поэтому современные показатели про- сто не с чем сравнивать. Впрочем, благодаря кернам, взятым во льдах Арктики и Антарктики, законсервировавшим образцы древней атмосферы, картина проясняет- ся. Если даже глобальное потепление идет полным ходом, оно не обязательно вы- разится только в повышении температуры (а следовательно, само название эффек- та несколько неудачно). Прежде всего, речь идет о климатических нарушениях. Несмотря на то, что в Англии рекордно теплое лето за весь прошлый век восемь раз пришлось на 90-е годы, это не значит, что на планете становится жарче и глобальное потепление можно считать доказанным. В любом случае климат нашей планеты меняется самым непредсказуемым образом. И неизвестно, изменилось бы что-нибудь, если бы нас здесь не было? Попытка разобраться с взаимодействием кислорода и углерода в глобальном масштабе путем создания замкнутой экосистемы, то есть системы, не получающей извне ничего, кроме солнечного света, и ничего не передающей наружу, была предпринята в ходе эксперимента, получившего название «Биосфера II». Это был гигантский футуристический сад с растениями, насекомыми, птицами, млекопитаю- щими и людьми, живущими в нем. Идея заключалась в том, чтобы поддерживать экосистему, выбрав такую модель поведения, при которой все отходы перерабаты- вались бы. Проблемы начались почти сразу, и для продолжения эксперимента пришлось на- чать добавлять кислород извне. Экспериментаторы пришли к выводу, что он ка- ким-то образом терялся. В каком-то смысле так и происходило, только не в бук- вальном. Несмотря на то, что главной целью эксперимента было наблюдение за химическими и другими изменениями в замкнутой системе, ученые не рассчитали, сколько именно углерода они поместили в систему перед началом ее работы. Это неудивительно, учитывая невероятную сложность таких подсчетов, поскольку по- требовалось бы рассчитать вес углерода исходя из веса живых растений во влаж- ном состоянии. Из-за того, что было неизвестно, сколько именно углерода нахо- дилось под куполом в начале эксперимента, невозможно было отследить изменение в содержании угарного и углекислого газа. Впрочем, утечку кислорода можно бы- ло бы заметить по росту углекислоты, исследователи могли бы просто-напросто замерять ее уровень и следить, чтобы он не рос.
Короче говоря, «пропажа» нашлась: никакой утечки не было, кислород превра- щался в углекислый газ. Почему же никто не заметил его роста? Никто из экспе- риментаторов не знал, что углекислота накапливалась в бетоне, из которого бы- ли построены сооружения. Каждый архитектор в курсе, что этот феномен длится десять и более лет после закладки бетона, но для архитектуры это не сущест- венно. Экологи же ничего об этом не знали, поскольку эзотерические особенно- сти бетона не изучаются на курсах экологии, а между тем это знание оказалось для них очень важным. В основе неверных предположений, сделанных по поводу «Биосферы II», лежало правдоподобное, но иррациональное суждение, что, раз для образования углеки- слоты требуется кислород, следовательно, эти газы - антагонисты. То есть в «приходно-расходной книге» кислорода сам он записывается в статью «доходов», а углекислый газ - в статью «расходов». Когда углекислота исчезает, это трак- туют как погашение долга, то бишь - «доход». В действительности же, поскольку углекислый газ содержит кислород, то с исчезновением углекислого газа он тоже исчезнет. Однако если вы следите лишь за концентрацией углекислоты, небольшую потерю кислорода вы просто не заметите. Между тем ошибка подобного рода может иметь куда более серьезное значение, чем судьба «Биосферы II». Таким глобальным примером важности соотношения меж- ду углеродом и кислородом являются тропические леса. Тропические леса Амазон- ки уничтожаются с угрожающей скоростью, они расчищаются и выжигаются. Против этого можно найти множество веских аргументов: разрушение ареала различных организмов, выброс углекислого газа при сжигании, гибель индейской культуры, и так далее, и тому подобное. Но вот рефреном звучащая в этом контексте фра- за: «Тропические леса - это легкие планеты», здесь совершенно неуместна. Име- ется в виду, что «цивилизованные», читай - индустриально развитые, страны производят большую часть углекислого газа, тогда как нетронутые тропические леса овевают нас легким, но стабильным кислородным бризом, поглощая излишки углекислоты, сварганенной всеми этими омерзительными людишками и их вонючими машинами. Ведь так и должно быть, верно? Леса - это растения, а растения вы- рабатывают кислород. Нет, все не так. Баланс кислорода, произведенного лесами, равен нулю. Но- чью, когда останавливается фотосинтез, деревья начинают «выдыхать» углекислый газ. Да, из кислорда и углерода они синтезируют сахар, но когда умирают, вы- деляется углекислый газ. Хотя леса могут опосредованно поглощать углекислоту, изымая из нее углерод и превращая его в каменный уголь или торф. В этом слу- чае кислород действительно вернется в атмосферу. Но, по иронии судьбы, это именно те материалы, которые люди используют для производства большей части углекислоты. Мы добываем полезные ископаемые и заново сжигаем их, используя то же количество кислорода, которое было произведено деревьями. Если теория, что нефть - это останки растений каменноугольного периода, верна, получается, что и наши автомашины сжигают все тот же углерод, бывший когда-то частью растения. Даже если окажется справедлива набирающая популяр- ность альтернативная теория и нефть - это продукт жизнедеятельности бактерий, проблема все равно никуда не исчезнет. Конечно, сжигание тропических лесов приводит к одноразовому выбросу углекислоты в атмосферу, но это не уменьшает способность Земли производить новый кислород. Если вы хотите уменьшить коли- чество углекислого газа в атмосфере планеты раз и навсегда, а не просто на короткий период, то вам надо собрать у себя дома огромную библиотеку, «запе- рев» углекислоту в бумаге, или заасфальтировать как можно больше дорог. Не слишком похоже на природоохранную деятельность, да? И, тем не менее, это так. Можете потом ездить исключительно на велосипеде, если вам так будет спокой- нее. Другим важным компонентом атмосферы является азот. «Подбить бюджет» этого
газа намного проще. Живые организмы, в особенности растения, нуждаются в азо- те для роста, о чем прекрасно осведомлены все садоводы. Однако они не способ- ны поглощать его непосредственно из воздуха. Для этого он должен быть связан, то есть входить в состав химических соединений, потребляемых организмом. Не- которое количество азота находится в азотной кислоте, выпадающей вместе с до- ждями во время гроз, но большая его часть фиксируется биотическим путем. Мно- жество простейших форм жизни «фиксируют» азот в качестве компонента для по- строения своих аминокислот. Последние могут быть использованы для синтеза белков других живых существ. Земные океаны содержат много воды: около трети миллиарда кубических миль (1,3 миллиарда км3). Мы не знаем, сколько воды было на ранних стадиях разви- тия планеты и как она распределялась по поверхности, но наличие окаменелостей возрастом около 3,3 миллиарда лет показывает, что вода уже была и, вполне ве- роятно, в немалых количествах. Как мы уже объясняли, Земля вместе с Солнцем и всей планетной системой сформировалась из обширного газопылевого облака, со- стоящего в основном из водорода. Водород легко вступает в реакцию с кислоро- дом, образуя воду, но он также может объединяться с углеродом, образовывая метан, и с азотом, образовывая аммиак. В атмосфере первобытной Земли имелось большое количество водорода и значи- тельное количество водяного пара, но в начале своего существования планета была слишком горяча для жидкой воды. По мере того как Земля остывала, темпе- ратура ее поверхности опустилась ниже точки кипения воды. Возможно, темпера- тура кипения тогда несколько отличалась от нынешней (поскольку она вообще не- постоянна, так как зависит от давления и многих других обстоятельств). При этом атмосфера не только остыла, но из-за вулканической деятельности, в ре- зультате которой в нее попали подземные газы, она изменила свой химический состав. Решающим фактором стало воздействие солнечного света, расщепляющего атмо- сферный водяной пар на кислород и водород. Поскольку магнитное поле Земли бы- ло слабым, водород улетучился из атмосферы, соответственно доля кислорода росла, в то время как количество водяного пара уменьшалось. Это привело к росту температуры, при которой происходила конденсация водяного пара. То есть, пока атмосфера медленно остывала, температура конденсации пара соответ- ственно увеличивалась. Наконец атмосфера охладилась ниже точки кипения воды, и водяной пар начал превращаться в жидкую воду. И тогда впервые пошел дождь. Хотя мы полагаем, он полил как из ведра. Едва коснувшись раскаленных камней, вода снова стала паром, но при этом она остудила поверхность. Кстати, тепло и температура - это не одно и то же. Теп- ло является эквивалентом энергии: когда что-то нагревается, оно получает до- полнительную энергию. Температура - способ проявления внутренней энергии, то есть движения молекул, и чем быстрее они движутся, тем выше температура. Обычно при нагревании какой-либо субстанции температура поднимается: дополни- тельное тепло выражается в усилении колебания молекул. Тем не менее, при пе- реходе от твердого состояния к жидкому или от жидкого к паро- или газообраз- ному дополнительное тепло идет на изменение состояния нагреваемой субстанции, а не на увеличение температуры. То есть, затратив кучу энергии на нагрев, вы вместо более горячей материи получите изменение ее состояния, так называемый фазовый переход. И наоборот, если в результате фазового перехода материя ох- лаждается, то тепло из нее высвобождается. Таким образом, в результате охлаж- дения водяного пара в верхние слои атмосферы вернулось большое количество те- пла , которое в дальнейшем могло уйти в космос в виде излучения и пропасть. Горячая поверхность камней не только заново превратила воду в пар, но и сама внезапно остыла. За весьма непродолжительное по геологическим меркам время горные породы охладились ниже точки кипения воды, и теперь дождь, или по
крайней мере добрая его часть, больше не превращался в пар. Такой дождь мох1 идти многие миллионы лет. Поэтому ничего удивительного, что Ринсвинд его за- метил . Благодаря силе тяжести вода падает вниз, так что весь выпавший дождь накап- ливался в низинах неровной поверхности Земли. Поскольку в атмосфере содержа- лось большое количество углекислого газа, первобытные океаны были насыщены растворенной углекислотой, и вода в них была немного кисловатой. Возможно, в ней также содержались соляная и серная кислота. Они разъедали горные породы, в результате чего в океан попали минералы. Так морская вода стала соленой. Вначале доля кислорода в атмосфере росла медленно, так как влияние солнеч- ного света было невелико. Но потом в дело вступила жизнь, выдавая на-гора ки- слород в качестве побочного продукта фотосинтеза. Он начал вступать в реакцию с водородом, оставшимся в атмосфере как в виде свободного элемента, так и в виде метана, образовывая воду, и ее количество возрастало. Она, в свою оче- редь , выпадала в виде дождей. Уровень океана рос, росло количество бактерий, а вместе с ними и объем кислорода. Так продолжалось до тех пор, пока не за- кончился весь доступный водород. Раньше считалось, что океаны растворяли прибрежные породы, накапливая мине- ральные соли и становясь все более солеными, пока концентрация солей не дос- тигла современного значения в 3,5 %. Доказательством этому служит тот факт, что процент содержания соли в крови рыб и млекопитающих составляет величину, близкую к 1 %. По сути, считалось, что кровь рыб и млекопитающих - это не что иное, как «внутренний» океан. И сейчас еще можно услышать выражение, что в нашей крови течет древний океан. Скорее всего, это неправда, однако, спор до сих пор не разрешен. Да, наша кровь солона, как и морская вода, но биологии известно немало способов откорректировать содержание солей. Этот самый 1 % может быть всего лишь уровнем соли, наиболее подходящим для того или иного организма. Соль, или, точнее, ионы натрия и хлора, на которые она распадает- ся, выполняют кучу биологических функций: например, наша нервная система не может без них функционировать. Таким образом, вопреки правдоподобной версии, что эволюция воспользовалась наличием солей в море, совершенно не обязатель- но, что уровень соли в крови должен сохраняться неизменным. С другой стороны, есть веские основания предполагать, что первые живые клетки представляли со- бой крошечные организмы, привольно плававшие в океане. На первых порах они не были достаточно развитыми, чтобы компенсировать разницу между внутренним и внешним содержанием солей, поэтому остановились примерно на том же самом уровне, что и морская вода. Но, единожды сделав это, сохранили его. Можно ли понять что-нибудь еще, если взглянуть на океаны вооруженным взгля- дом? Оказывается, океаны могут, как терять соль, так и накапливать ее. Моря могут пересыхать, вспомните, к примеру, Мертвое море в Израиле, или соляные месторождения, являющиеся остатками древних пересохших морей. Живые существа, бактерии, могут не только превращать углекислый газ в кислород и сахар, но и извлекать из морской воды растворенные в ней минералы. В состав раковин, на- капливающихся на океанском дне после безвременной кончины своих хозяев, вхо- дят кальций, углерод и кислород. Просто всему свое время. Считается, что хи- мический состав океанов, в том числе содержание соли, сформировался примерно от 2 до 1,5 миллиарда лет назад. Доказательством этому служит химический со- став осадочных пород, представляющих собой отложения тех самых раковин и дру- гих твердых останков организмов, который, как выяснилось, не слишком-то изме- нился за все это время. (Хотя в 1998 году Пол Кнаут представил доказательства того, что первый океан мог быть куда солонее, чем сейчас: где-то в 1,5-2 раза. Его расчеты показывают, что соль не могла начать откладываться раньше 2,5 миллиарда лет назад.) Простые вычисления, основанные на количестве хими- ческих веществ, растворенных в речной воде, и скорости течения, показывают,
что существующий объем океанской соли мох1 быть получен из растворенных мате- риковых пород всего за период в 12 миллионов лет, - буквально глазом не успе- ешь моргнуть с точки зрения геологии. Если бы соль продолжала накапливаться с той же скоростью, сейчас океаны сплошь состояли бы из соли, а не из воды. Та- ким образом, океаны - это не просто бассейны, куда стекаются растворенные ми- нералы, не улица с односторонним движением, откуда несчастным минералам уже нет возврата. Они своего рода горно-обогатительный комбинат. Сходство между древними и современными осадочными породами доказывает, что входящий и исхо- дящий потоки в значительной степени уравновешивают друг друга. И все же, сохранилась ли в нашей крови капля древнего океана? В каком-то смысле - да. Соотношение магния, кальция, калия и натрия в точности такое же, как в древних морях, из которых, вполне возможно, и возникла наша кровь. Од- нако живым клеткам, похоже, больше пришлась по душе концентрация соли в 1 %, а не в 3. Глава 19. И был прилив... - а ведь он не врет насчет дождя, - сказал Главный Философ, глядя в везде- скоп. - Там снова облака собираются. А вулканов&-то, вулканов! - Сейчас я его чуток передвину... Упс! Теперь Ринсвинд говорит, что сейчас ему темно, холодно и голова заболела... - Прямо скажем, так себе описание, - сказал Декан. - Он утверждает, что голова просто раскалывается. ГЕКС выдал очередной листок. - Ой! Он у нас под воду попал, - сообщил Думминг. - Прошу прощения, боюсь, я немного промахнулся с позиционированием. Никак не удается вычислить, какого же размера он там должен быть. А если так? Из слуховой трубки донеслось бульканье. - Говорит, все еще под водой, но уже видна поверхность. Думаю, что лучше, чем сейчас, у нас все равно не получится. Ты просто иди вперед, Ринсвинд. Волшебники разом посмотрели на скафандр. Он висел в воздухе, в нескольких дюймах над полом. Под их взглядом фигура внутри него начала делать робкие шажки. Погоду никак нельзя было назвать чудесной. Дождь все лил, но уже не так сильно. В самом начале первого тысячелетия временами наблюдались кратковременные осадки, а в последние двадцать лет - проливные дожди. И вот десять тысяч рек в едином порыве устремились к морю. В свете серенького дня пляж казался скучным, бесцветным и еще - мокрым. Очень мокрым. Не раз мировые религии возникали, окрыленные образом человека, словно по волшебству выходящего из моря. Тем не менее, сложно представить, какой стран- ный культ мог бы вдохновиться тем, что вылезало сейчас из воды. Хотя наверня- ка можно предположить, что полное воздержание от спиртных напитков, а также, скорее всего, морепродуктов стало бы наиглавнейшей заповедью. Ринсвинд огляделся. Песка под ногами не было. Волны лизали широкую полосу застывшей пупырчатой лавы. Не было ни водорослей, ни птиц, ни маленьких крабиков - словом, ничего потенциально опасного. - Не сказал бы, что тут кипит жизнь, - произнес Ринсвинд. - Везде одно и то же. - Скоро рассвет, - послышался в ухе голос Думминга. - Нам бы хотелось уз-
нать о нем твое мнение. «Странная манера задавать вопросы», - думал Ринсвинд, наблюдая за восходя- щим солнцем. Оно спряталось за облаками, но его серовато-желтый свет кое-как пробивался к земле. - Да все в порядке, - ответил он. - Только небо какого-то грязного цвета. Где это я? Лламедос? Герген? А почему ракушек нет? Был высокий прилив, что ли? Волшебники загомонили все разом. - Но я же не могу думать сразу обо всем, сэр! - Да любой болван знает о приливах! - Может, подойдет какой-нибудь механизм опускания и поднятия морского дна? - Кстати, господа, раз уж об этом зашла речь, а что вызывает приливы тут, у нас? - А может быть, вы прекратите орать? Все притихли. - Так-то, - сказал Чудакулли. - Слушаем тебя, мистер Тупс. Думминг перелистал свои бумаги. - Я... Это самое... Наверное, это прозвучит странно, сэр, но в Круглом мире мо- ре просто налито, и все. Никаких краев, через которые оно могло бы перели- ваться, там нет. - Люди всегда верили, что море каким-то образом притягивается луной, - за- думчиво пробормотал Главный Философ. - Ну, знаете, тянется к ее безмятежной красоте и все такое прочее... Все задумались. Наконец Думминг произнес: - Но никто же не говорил мне о луне. - К твоему сведению, луна просто необходима, - отрезал Чудакулли. - Наверняка это будет совсем несложно, - сказал Декан. - Наша Луна обычно вращается вокруг Диска. - Но куда мы ее поместим? - спросил Думминг. - Ведь у нее должны иметься светлая и темная сторона, нам придется как-то поворачивать ее, чтобы сменя- лись фазы, и, наконец, по размеру она должна быть примерно равной солнцу, а как мы уже знаем, если пытаешься сделать предмет величиной с солнце, он солн- цем и становится. - Наша луна ближе, чем солнце, - сказал Декан. - Потому-то и случаются за- тмения . - Всего на девяносто миль, - возразил Думминг. - Поэтому она вся и обгорела с одной стороны. - О, боги! Тупс, ты меня в гроб вгонишь, - сказал Аркканцлер. - Твое идиот- ское солнце выглядит непропорционально здоровенным даже с такого расстояния. Да воткни ты луну поближе к планете, и дело с концом. - Между прочим, у нас как раз завалялся кусок, который отколол Декан, - на- помнил Главный Философ. - Я приказал студентам поместить его рядом с Мишенью. - Какой еще мишенью? - удивился Думминг. - Это та здоровущая планета в разноцветную полоску, - пояснил Главный Фило- соф . - Я сказал, чтобы они перетащили все планеты к... новому солнцу, потому что они нам мешали. Сейчас, когда они там вертятся всем скопом, хотя бы по- нятно , откуда их ждать. - Скажи-ка, Декан, а студенты до сих пор пробираются сюда по ночам, чтобы играться в свои игрушки? - поинтересовался Чудакулли. - Я это решительно пресек, - доложил Декан. - Короче, сейчас вокруг солнца крутится целая куча камней и снежков. Огромная масса всего. Форменное расто- чительство ! - Значит, мы сможем отыскать тот кусок, да побыстрее. - ГЕКС может манипулировать чувством времени Ринсвинда, - сказал Думминг. -
Для нас время в Проекте летит со страшной скоростью... В общем, мы должны полу- чить луну еще до перерыва на кофе. - Ринсвинд, ты меня слышишь? - Ага. Как насчет небольшого перекуса? - Мы принесем тебе пару сэндвичей. Скажи, ты хорошо видишь солнце? - Ну, тут такой туман. Но в общем, да, вижу. - Можешь ли ты мне сказать, что происходит, если я сделаю... вот так? Ринсвинд прищурился, глядя в серое небо. По земле быстро побежали тени. - Только не говори, что ты вызвал солнечное затмение. До Ринсвинда донеслись приглушенные вопли восторга. - Ты абсолютно уверен, что это затмение? - спросил Думминг. - А что ж еще? Черный круг закрывает солнце, и птиц не слышно. - Оно правильного размера? - Что за дурацкий вопрос? - Хорошо, хорошо. А вот и твои сэнд... Что? Как? Извини, Ринсвинд... Ну что там еще? Оказалось, что, пока Думминг разговаривал, пожилые волшебники вновь пришли в замешательство, о чем и оповестили его тычком в бок. Волшебники как никто другой умеют обратить на себя внимание точно рассчитанным тычком. - ...А луна там, как сам видишь, всего одна, - уже в третий раз произнес Главный Философ. - Ладно. А как вам такое толкование... - предложил Думминг. - Предположим, что в этом мире есть два вида воды. Первая любит луну, а вторая ее на дух не переносит. Если и той и другой воды примерно равное количество, то это вполне объясняет тот факт, что высокие приливы происходят на обоих полушариях одно- временно. Думаю, Декан, от Теории Невидимой Луны мы сможем отказаться, не- смотря на всю ее красоту. - Такое объяснение мне подходит, - сказал Чудакулли. - Довольно элегантно, Тупс. - Но это только предположение, сэр. - А для физики этого вполне достаточно. Глава 2 0. Огромный скачок для... лунатиков Человечество всегда понимало, как важна Луна. Она частенько светит нам по ночам, что бывает крайне полезно. Кроме того, она изменяется, а в небесах редко что меняется. Некоторые верят, что там до сих пор живут наши предки. Последнее утверждение вряд ли выдержит экспериментальную проверку, но в целом люди не ошибаются. Луна протянула к нам свои невидимые щупальца - гравитацию и свет. Она даже может быть нашим защитником в определенных обстоятельствах. Волшебники не зря беспокоятся о том, что забыли дать Круглому миру луну, хотя они, как обычно, беспокоятся вовсе не о том, о чем следует. Луна - спутник Земли: мы кружимся вокруг Солнца, а Луна кружится вокруг нас. Она находится там давным-давно, и исподволь, как бы незаметно, выполняет множество различных дел. Луна притягивает к себе людей точно так же, как и черепашат, главным образом она делает это, вызывая приливы. У нее есть и иные, менее очевидные способы продемонстрировать нам свою власть. Существует множество поверий, связанных с Луной, хотя большая их часть с научной точки зрения довольна спорна. Например, женский менструальный цикл повторяется при- мерно каждые четыре недели, то есть приблизительно столько же, сколько требу- ется Луне, чтобы обогнуть земной шар. Кстати, обратите внимание, что слово «месяц» - это еще одно название Луны. Согласно распространенному суеверию,
это совпадение не случайно (отсюда проистекает народное название менструации - «месячные»). В общем, Луна - это воплощенная предсказуемость, она надежна, как дата Рождества, чего никак нельзя сказать о менструальном цикле1. А еще под Луной приятно вздыхать, сидя на скамейке, когда ты влюблен... Другой укоре- нившийся предрассудок утверждает, что во время полнолуния люди сходят с ума, а некоторые особо к тому предрасположенные индивидуумы даже превращаются в волков. Так, легенда о вервольфах лежит в основе романа «К оружию! К оружию!». Большую часть времени констебль Ангва, служащая в страже Анк-Морпорка, - это фигуристая платиновая блондинка. Однако едва на небе появляется полная луна, она тут же превращается в волчицу, которая может почуять цвет предмета и иг- раючи перекусить чью-нибудь яремную вену. Из-за этих небольших отклонений у Ангвы не заладилось с личной жизнью: «Отрастающие каждое полнолуние клыки и шерсть были непростой проблемой. Несколько раз в прошлом она думала, что вот наконец-то ей повезло... но потом оказывалось, что немногим мужчинам нравится поддерживать отношения с женщиной, которая вдруг обрастает шерстью и начинает выть на луну». По счастью, эти ее периодические трансформации не смутили лей- тенанта Моркоу. Ему нравятся девушки, получающие удовольствие от длительных ночных прогулок. Луна - весьма необычна, и вполне вероятно, что, не будь ее, не было бы и нас. Не потому, правда, что влюбленным негде было бы вздыхать, они бы нашли подходящее местечко. Луна защищает Землю от неблагоприятных воздействий, ко- торые в противном случае помешали бы появлению жизни на планете, или, по крайней мере, заморозили бы ее развитие на уровне примитивных форм. Луна не- обычна не потому, что она - спутник: луны имеются у всех планет Солнечной системы, за исключением Меркурия и Венеры. Но наша Луна отличается от них тем, что она - большая по сравнению с матушкой -Землей. Лишь спутник Плутона Харон, открытый в 1978 году Джимом Кристи, имеет аналогичный размер относи- тельно своей планеты. Так что выражение «Мы живем на половинке двойной плане- ты» отчасти оправданно. Мы знаем, что Луна по всем своим параметрам сильно отличается от Земли. Гравитация Луны слабее, и если бы у нее была атмосфера, она не смогла бы ее удерживать. Так что сейчас никакой атмосферы там нет. Поверхность Луны - это сплошной камень, покрытый каменной же пылью. Морей нет, поскольку вода, испа- ряясь, тоже легко преодолевает ее гравитацию. Впрочем, в 1997 году НАСА обна- ружило заметное скопление водяного льда на лунных полюсах, в тени кратеров, куда не достигают лучи Солнца. Это хорошая новость для будущих лунных коло- ний, которые станут базой для дальнейшего исследования Солнечной системы. В самом деле, начинать такую миссию лучше всего с Луны, для старта с которой космическим кораблям потребуется намного меньше топлива. Чего не скажешь о Земле, сила притяжения которой гораздо больше. Выбрать столь неудобное место для эволюционирования... Это так характерно для нас, людей! Но как же появилась Луна? Может, сформировалась из первичного газопылевого облака вместе с Землей? Или сконденсировалась независимо от нее, а потом была поймана гравитацией планеты? Что такое лунные кратеры? Остывшие вулканы или следы от врезавшихся в Луну небесных тел? О Луне мы знаем намного больше, чем о других объектах Солнечной системы, потому что мы там были. В апреле 1969 года Нил Армстронг шагнул на ее поверхность, пробормотал несколько слов и... Более того, вплоть до последних десятилетий человеческой истории у большинства женщин и менструаций-то толком не было, поскольку почти всю свою жизнь они были или беременны, или кормили грудью. У больших человекообразных обезьян цикл на неделю длиннее, чем у людей, а у гиббонов - короче. Так что, скорее всего, совпадение с Луной - это просто совпадение.
вошел в историю. С 1968 по 1972 год десять американских кораблей из серии «Аполлон» слетали к Луне и обратно. При этом «Аполлоны» 8, 9 и 10-й вообще не были приспособлены к посадке. «Аполлон-11» совершил первое прилунение, а 13-й сесть не смог, взорвавшись в полете и став протагонистом замечательного филь- ма. «Аполлоны» под номерами с 11 по 17-й совершили посадки и вернулись на Зем- лю, доставив в общей сложности 800 фунтов (400 кг) лунного грунта. Большая его часть находится в Хьюстоне, в лаборатории Космического центра имени Лин- дона Джонсона НАСА. Значительная часть лунного грунта никогда серьезно не анализировалась, однако те образцы, которые исследовались, дали нам множество сведений о происхождении и природе Луны. Луна находится от Земли на расстоянии примерно в четверть миллиона миль (400 000 км). В среднем ее плотность чуть меньше, чем у Земли, и приближается по значению к плотности земной мантии, - вполне возможно, это не случайное совпадение. Несмотря на незначительные колебания, Луна всегда повернута к Земле одной и той же стороной. Темные пятна на ее поверхности называются «мо- рями», хотя никакие это не моря, конечно, а просто пыльные каменные равнины, бывшие когда-то потоками жидкой лавы, вытекшей из вулканов. Почти все кратеры являются следами от врезавшихся в Луну метеоритов. Их великое множество, по- тому что в космосе - великое множество камней, а у Луны нет атмосферного щи- та, в котором они сгорали бы от трения. Нет на Луне и климатических явлений, воздействие которых могло бы сровнять кратеры с поверхностью. Тогда как зем- ная атмосфера прекрасно нас защищает, хотя геологи отыскали 160 ударных кра- теров, что весьма интересно, поскольку они исчезают в результате эрозии под действием ветра и дождя. Мы еще к ним вернемся, когда будем писать о динозав- рах. Сейчас Луна всегда обращена к нам одной стороной. Это означает, что период ее обращения вокруг своей оси составляет один месяц, то есть ровно столько, сколько ей требуется для одного оборота вокруг Земли. (Если бы Луна вообще не вращалась, она всегда бы смотрела в одну сторону, но не по отношению к Земле. Представьте, что кто-то ходит вокруг вас по кругу, все время глядя, скажем, на север. Он не всегда будет оказываться к вам лицом, напротив, вы сможете рассмотреть этого человека со всех сторон.) Однако Луна не всегда была обра- щена к Земле одной стороной. За сотни миллионов лет приливные силы замедлили вращение и Луны, и Земли. Когда вращение Луны синхронизировалось с ее обраще- нием вокруг Земли, система наконец стабилизировалась. Прежде Луна находилась немного ближе к Земле, но с течением времени она отодвинулась подальше. В период между XVII и XX веком были сформулированы три теории происхождения Луны, последовательно входившие в моду и забывавшиеся. Сторонники первой счи- тали, что Луна образовалась в одно время с Землей, в процессе конденсации га- зопылевого облака, сформировавшего Солнечную систему (Солнце, планеты, их спутники - словом, все одним махом). Но, как и остальные теории происхождения Солнечной системы, эта «срезалась» на угловом моменте: Земля, как и Луна, вращается слишком быстро, чтобы считать Луну порождением газопылевого облака. (Заметим, ранее мы ввели вас в заблуждение, утверждая, что теория газопылево- го облака объясняет происхождение спутников. Она объясняет происхождение большинства из них, но вовсе не нашей загадочной Луны. Сейчас пришло время отложить в сторону «враки детям» - вы уже готовы к следующему уровню сложно- сти. ) Вторая теория считает Луну куском, отколовшимся от Земли в те времена, ко- гда планета была совершенно расплавленной и вращалась много быстрее. Эта от- правилась в мусорное ведро потому, что никто так и не смог объяснить, каким путем что-то, хотя бы отдаленно соответствующее Луне, может отделиться от вращающейся расплавленной Земли, даже если подождать, пока все это немного
остынет. Согласно третьей теории, Луна сформировалась в другой области Солнечной системы и блуждала себе, пока не попала в гравитационный захват Земли. Эта точка зрения была очень популярной, несмотря на то, что гравитационный захват - чрезвычайно тонкая операция: представьте, что вы должны так ловко стукнуть по мячику для гольфа, чтобы он стал вращаться по краю лунки. Обычно же или мячик падает внутрь (то есть Луна сталкивается с Землей) , или, к огорчению гольфиста, на миг попадает внутрь, а потом вылетает обратно (Луна уходит, вы- рвавшись из гравитационного захвата). Образцы породы, доставленные «Аполлонами», лишь подлили масла в огонь тайны происхождения Луны. По некоторым характеристикам, лунные камни похожи на зем- ные . Если бы они были похожи больше, можно было бы сделать вывод об общности их происхождения, и мы могли бы под иным углом взглянуть на теорию, согласно которой оба небесных тела сконденсировались из одного и того же пылевого об- лака. Однако лунные камни похожи только на земную мантию. Современная концеп- ция, сформулированная в 80-х годах прошлого века, полагает, что Луна - это осколок земной мантии, отделившийся от нее не в процессе вращения, а в ре- зультате того, что около четырех миллиардов лет назад ее задело гигантское небесное тело, сравнимое по размеру с Марсом. Компьютерные расчеты показыва- ют, что подобное столкновение при определенных условиях может оторвать от Земли большой кусок мантии и словно бы размазать ее в окружающем пространст- ве. На все про все потребуется около 13 минут. (Классные у нас компьютеры, не правда ли?) Затем выброшенная расплавленная мантия начинает собираться в кольцо камней различных размеров. Некоторые из них конденсируются в огромные глыбы, своеобразную прото-Луну, к которой быстро притянется большая часть ос- тальных камней. Излишки тоже не исчезают так просто, но в течение ста миллио- нов лет почти все врезаются в Луну или Землю, притянутые их гравитацией. Первые модели, пытавшиеся доказать эту теорию, имели один общий недостаток: в частности, для получения реального углового момента Луны они датировали столкновение очень ранними этапами формирования Земли. Но если бы катастрофа произошла так давно, то и Луна аккумулировала бы в результате дальнейших столкновений большое количество железа, как это случилось с Землей. Но ни на поверхности Луны, ни в ее недрах железа почти нет. Позднейшие работы показа- ли, что и более поздняя датировка времени столкновения может сохранить нужный угловой момент Луны и избежать этой проблемы. Согласно им, около 80 % врезав- шегося в Землю небесного тела должно было стать Луной. Для того чтобы Луна походила на земную мантию, это гипотетическое тело также должно было обладать мантией, подобной наземной. Однако такое направление уводит в сторону, потому что сама теория столкно- вения создавалась в первую очередь для объяснения сходства двух небесных тел. Любая теория, требующая объяснения того, почему «нападавший» был похож на земную мантию, типа «небесное тело сформировалось на том же расстоянии от Солнца, что и Земля», может быть с успехом применено и к самой Луне без при- влечения дополнительных сущностей. Может быть, и Луна, и земная мантия были вырваны чем-то откуда-то еще в результате какого-то другого столкновения. Поскольку на Земле имеется такой феномен, как погода (а в ее прошлом вот уж была погода так погода!), все ударные кратеры подверглись эрозии и исчезли. На Луне погодных явлений нет, и почти все лунные кратеры остались на своих местах. Привлекательность этой теории еще и в том, что она одним ударом объ- ясняет все странности Луны: сходство с земной мантией; тот факт, что четыре миллиарда лет назад, судя по всему, ее поверхность резко и сильно нагрелась; наличие кратеров; размер, вращение, даже «моря», образовавшиеся в результате медленного охлаждения прото-Луны. На ранних этапах своего существования Сол- нечная система была не слишком приятным местом.
В общем, неудавшееся «солнце» Декана может вполне еще пригодиться... Мы точно знаем пару-тройку способов, с помощью которых Луна влияет на зем- ную жизнь, а вполне возможно, существует еще десяток, о которых мы пока имеем весьма смутное представление. Наиболее очевидное влияние Луны на Землю выражается в приливах и отливах, повергших наших волшебников в ступор. Как часто случается в науке, происхож- дение приливов не так просто, как можно решить исходя из элементарного здра- вого смысла. Здравый смысл утверждает, что гравитация Луны притягивает Землю, особенно ту ее часть, которая расположена ближе к Луне. Когда в этой части располагается суша, ничего особенного не происходит, но когда там находится вода, занимающая более половины поверхности Земли, то она начинает поднимать- ся. Такое объяснение - всего лишь очередные «враки детям» и не соответствует реальности. Оно подводит нас к мысли, что прилив начинается тогда, когда Луна находится прямо у нас над головой, ну, или, по крайней мере, в наивысшей точ- ке своей орбиты. Получается, что прилив должен происходить каждый день или, точнее, каждые 24 часа 50 минут, если принять во внимание, что система Земля - Луна все-таки несколько сложнее. Между тем приливы происходят дважды в день с интервалом в 12 часов 25 ми- нут . То есть в точности вдвое чаще. И это еще не все: притяжение Луны на поверхности Земли составляет всего лишь одну десятимиллионную от гравитации самой Земли, а притяжение Солнца - около половины. Даже если сложить вместе эти две силы, их не хватит для того, чтобы поднять всю массу воды на высоту 70 футов (21 м), а именно такова высо- та самого большого прилива, происходящего в заливе Фанди между Новой Шотлан- дией и Нью-Брансуиком. До тех пор, пока Исаак Ньютон не открыл закон всемирного тяготения и не сделал необходимые расчеты, правдоподобное объяснение приливов совершенно ус- кользало от человечества. Впоследствии его идеи были усовершенствованы, одна- ко основу заложил именно он. Отбросим для простоты все, кроме Земли и Луны, и предположим, что Земля полностью состоит из воды. «Водяная» Земля вращается вокруг своей оси, на нее оказывает влияние центробежная сила, и вода будет скапливаться в районе эква- тора. Но кроме центробежной, на нее будут оказывать влияние еще две силы: земная гравитация и лунная. Форма, которую принимает вода под воздействием всех этих сил, определяется свойствами жидкости. В нормальных обстоятельствах поверхность воды горизон- тальна , ведь в противном случае вода, расположенная выше, просто стечет вниз. То же самое происходит и под воздействием дополнительных сил: поверхность во- ды располагается под прямым углом к точному направлению объединенных сил. Если рассмотреть в деталях все три силы, то станет понятно, что вода прини- мает форму элипсоида, форма которого близка к форме сферы, но слегка вытяну- той, причем вытянется она в направлении Луны. Центр элипсоида совпадает с центром Земли, то есть вода «встает на дыбы» не только на ближнем к Луне по- лушарии, но и на противоположном. Такое изменение формы только частично обу- словлено влиянием лунной гравитации, притягивающей к себе близкорасположенную воду. В действительности движение происходит по большей части в стороны, а не вверх. Эти сторонние силы выталкивают воду в одни области Мирового океана, забирая ее в других. Общий эффект почти незаметен, поверхность воды поднима- ется и опускается всего на 18 дюймов (50 см). Побережье, где море встречается с сушей, создает гораздо большие приливно- отливные движения. Большая часть воды движется вдоль (а не вверх), и ее дви- жение обусловлено формой побережья. В некоторых местах вода попадает в узкие проливы и поднимается там намного выше, чем в других. Именно это происходит в заливе Фанди. Эффект усиливается тем, что прибрежные воды неглубоки, и вся
энергия, перемещающая воду, концентрируется в тонком ее слое, создавая быст- рые и хорошо заметные движения. Теперь вернем в нашу модель Солнце. Его воздействие такое же, как и Луны, только вдвое слабее. Когда Солнце и Луна выстраиваются в одну линию с Землей (если они находятся по одну сторону Земли, то у нас будет новолуние, если по разные - полнолуние), их гравитационное воздействие увеличивается. Это приво- дит к так называемому сизигийному приливу, когда прилив намного выше обычно- го , а отлив - ниже. Несмотря на то, что в английском языке подобный прилив называется «весенним», ничего общего со временем года он не имеет. Когда же Солнце и Луна образуют прямой угол с Землей, мы видим половинку Луны, сила притяжения Солнца частично компенсируется. Возникает так называемый квадра- турный прилив, при котором приливы и отливы меньше обычных. (Намека на суще- ствование квадратурного времени года тоже, вероятнее всего, нет.) Таким образом, если учесть все эти эффекты и вспомнить о прошлых приливах, можно предсказывать время высоких и низких приливов, а также высоту подъема воды в любом месте Земли. Процессы, аналогичные приливам, наблюдаются и в земной атмосфере, и на суше (в первом случае - больше, во втором - меньше). Приливные эффекты возникают и на других объектах в Солнечной системе и за ее пределами. Считается, что спутник Юпитера Ио, поверхность которой в основном состоит из серы, и где имеются многочисленные вулканы, нагревается в результате повторяющегося сжа- тия приливными силами Юпитера. В середине 90-х годов Жак Ласкар открыл еще одно воздействие Луны на Землю: стабилизацию земной оси. Земля вращается как волчок, и в каждый конкретный момент через ее центр можно провести прямую, вокруг которой она вращается. Эта прямая называется осью. Земная ось ориентирована наклонно относительно плоскости ее вращения вокруг Солнца. Именно этот наклон вызывает смену времен года. Временами Северный полюс оказывается ближе к Солнцу, чем Южный, а через полгода они меняются местами. Когда северный конец оси наклонен в сторону Солнца, на Северное полушарие попадает больше солнечного света, чем на Южное, то есть на севере наступает лето, а на юге - зима. Шесть месяцев спустя, ко- гда ось наклоняется в другую сторону относительно Солнца, времена года меня- ются. В течение существенно более длительных периодов времени земная ось получает новую ориентацию. Вроде того, как раскачивается крутящийся волчок, при раска- чивании Земли примерно за 26 тысяч лет ее ось делает полный оборот. При этом ось всегда сохраняет наклон в 23° к плоскости, перпендикулярной орбите. Это медленное движение называется прецессией, и оно оказывает небольшое влияние на смену времен года: за те самые 26 тысяч лет она смещается на один год. В общем, ничего особенного, учитывая, что большинство других планет, кроме то- го, меняют угол к плоскости орбиты. Например, Марс, похоже, меняет угол на- клона на 90° каждые 10-20 миллионов лет, что вызывает резкие изменения клима- та на нем. Предположим, что ось планеты находится под прямым углом к плоскости ее ор- биты. В этом случае смены времен года не будет вообще, и везде, за исключени- ем полюсов, день будет равен ночи. Теперь наклоните немного ось, и тут же появятся смены времен года, а дни станут длиннее летом и короче зимой. Пред- положим, что ось наклонена на 90°, так что в какой-то момент Северный полюс указывает прямо на Солнце. Полгода спустя на него будет направлен Южный по- люс. На обоих полюсах день и ночь будут длиться по шесть месяцев, а смена времен года - совпадать со сменой дня и ночи. Полушария планеты поочередно то полгода поджариваются на Солнце, то замораживаются. Хотя жизнь и может сохра- ниться в таких условиях, но вопрос о возможности ее возникновения встает реб- ром. Живые организмы оказались бы чересчур уязвимы для резких перепадов кли-
мата, вулканической активности и падений метеоритов. В течение очень длительных периодов времени, намного превышающих цикл пре- цессии, земная ось может изменять угол своего наклона, но даже за сотни мил- лионов лет угол остается почти одинаковым. Почему? Согласно расчетам Ласкара, устойчивость земной оси поддерживается Луной. Так что вполне можно полагать, что жизнь на Земле многим обязана ее небесной сестрице, даже если некоторых она и сводит с ума. Еще одно воздействие Луны было открыто в 1998 году. Оказалось, что сущест- вует четкая связь между приливами и скоростью роста деревьев. Эрнест Цюрхер и Мария-Джулия Кантиани измеряли диаметры стволов молодых елей, выращенных в теплицах при постоянном освещении. За период наблюдений они изменялись син- хронно приливам. Ученые объяснили этот феномен воздействием лунной гравитации на перемещение соков в стволе. Объяснить подобные колебания влиянием лунного света на процесс фотосинтеза нельзя, так как деревья выращивались при искус- ственном освещении. Эффект может быть аналогичен тому, который происходит с существами, живущими на берегу моря. Эволюционируя в таком месте, они учатся реагировать на приливы. Эволюция достигает этого путем возникновения внутрен- ней динамики, идущей в ногу с приливами. Если вы перенесете такое существо в лабораторные условия, его внутренняя динамика продолжит следовать за прилива- ми. Луна выполняет еще одну важную роль. Вавилоняне и древние греки уже знали, что Луна - это шар, потому что смена фаз видна невооруженным взглядом, а не- большие отклонения позволяют людям видеть даже больше, чем половину поверхно- сти Луны. Именно ее большой шар, висящий в небе, а отнюдь не солнечный диск, подсказал нам, что такие «большие шары в небе» куда лучше подходят для описа- ния Земли и ее соседей, чем какие-нибудь «небесные огоньки». Правда, все это очень далеко и от констебля Ангвы, и даже от женского мен- струального цикла, однако показывает нам, насколько мы с вами связаны со Все- ленной. То, что находится Там Наверху, действительно влияет на нас, находя- щихся Здесь Внизу, и мы продолжаем чувствовать это всю нашу жизнь. Глава 21. Тьма в лучах света Тьмы не было. Это обстоятельство настолько потрясло Думминга, что он попро- сил ГЕКСа проверить еще раз. Ведь там должна быть Тьма! А иначе как можно во- обще понять, что там есть свет? В конце концов, он решился рассказать о казусе остальным волшебникам. - Там должно быть полно этой самой Тьмы, а ее почему-то нет, - уныло повто- рял он им. - Только Свет, и... He-Свет. И свет-то какой-то странный. - В смысле? - поинтересовался Аркканцлер. - Как вы, конечно же, знаете, сэр,1 существует обыкновенный свет, который движется примерно со скоростью звука... - Верно. Достаточно взглянуть, как ползут тени по земле, чтобы это уяснить. - Именно так, сэр. А еще есть метасвет, который никогда никуда не движется, потому что уже везде присутствует. - Иначе мы не смогли бы увидеть темноту, - пояснил Главный Философ. - Точно. Но во вселенной Проекта присутствует лишь один тип света, и ГЕКС полагает, что этот самый свет движется со скоростью сотен тысяч миль в секун- ду. - И кому он такой нужен? 1 Что в переводе означает: «Не уверен, что в курсе».
- Эээ... В той вселенной просто нет ничего быстрее света. - Глупости, ведь... - начал было Чудакулли, но Думминг поднял руку. Чего ему сейчас особенно не хотелось, так это начала препирательств. - Умоляю, Аркканцлер! Эта вселенная делает все, что в ее силенках. Просто доверьтесь мне хотя бы один раз, ладно? Я и сам знаю, что такая скорость со- вершенно невероятна. Но ТАМ, похоже, это работает. ГЕКС уже исписал на эту тему множество страниц. Почитайте, если кому-нибудь интересно, а меня увольте от ваших вопросов, господа. Договорились? На первый взгляд все кажется абсо- лютно логичным, но едва вы начинаете задумываться, то сразу ум за разум захо- дит. Он просительно сложил руки, после чего постарался принять рассудительный вид. - Все действительно выглядит так, словно Проект обезьянничает, подражая на- стоящей вселенной. - У-ук. - Прошу прощения, - сказал Думминг. - Просто образно выразился. Библиотекарь кивнул ему и заковылял прочь, постукивая костяшками пальцев по полу. Волшебники проводили его опасливыми взглядами. - Ты, в самом деле, думаешь, что эта штука, - Декан кивнул на Проект, - с ее луноотталкивающей водой и мирами, крутящимися вокруг солнца... - Насколько я смог уяснить, - прервал его Главный Философ, просматривавший записки ГЕКСа о зубодробительной физике Проекта, - если ты со скоростью света путешествуешь в карете и кидаешь вперед мячик, то... Он перевернул страницу, пробежал глазами несколько строчек, приподнял бро- ви, перевернул страницу еще раз, словно в надежде найти что-нибудь, что про- яснило бы недоразумение, и сказал: - ...То твой брат-близнец будет... На пятьдесят лет старше тебя, когда ты вер- нешься домой. Как-то так. - К твоему сведению, близнецы всегда одного и того же возраста, - холодно заметил Декан. - Именно поэтому они и близнецы. - Посмотрите на мир, над которым мы работаем, сэр, - сказал Думминг. - Его вполне можно рассматривать как два склеенных черепашьих панциря. У такого ми- ра нет ни верха, ни низа, но если воспринимать его как двуединый мир с общими солнцем и луной, которым приходится стараться за двоих... По-моему, получается правдоподобно. И он съежился под испепеляющими взглядами волшебников. - Ну, в каком-то смысле, - попытался закончить он. Казначей украдкой сцапал описание физических свойств Круглого мира, соору- дил себе колпак из титульного листа и принялся читать остальные... Глава 22. Вещи, которых нет Если у света есть скорость, то почему бы ей не быть и у темноты? Резонный, кстати, вопрос. Давайте посмотрим, куда он нас приведет. В 60-х годах прошлого века одна компания, поставляющая оборудование для биологиче- ских лабораторий, начала рекламу некоего приспособления для микроскопов. Ко- гда вам нужно рассмотреть что-нибудь в микроскоп, вы должны сделать тончайший срез того, что собираетесь исследовать, положить его на предметное стекло, поместить стекло под линзу микроскопа, посмотреть в окуляр на другом конце трубы, чтобы понять, что же такое вы туда положили. Но как сделать такой срез? Хлебный нож тут явно не поможет. Если вам нужно отрезать что-нибудь мягкое (например, печень), задача будет не из тривиальных. Впрочем, с нарезкой хлеба за обедом частенько возникает та же проблема.
Чтобы отрезать кусочек печени, нужно зафиксировать ее таким образом, чтобы она не выскользнула из рук. Вы заливаете печень парафином, затем с помощью микротома (что-то вроде миниатюрной машинки для нарезки ветчины) отрезаете тонюсенькие ломтики. Помещаете их в теплую воду, потом лепите на предметное стекло, удаляете парафин растворителем и, наконец, рассматриваете образец. В общем, ничего сложного... Однако устройство, которое предлагала компания, вовсе не являлось новым микротомом. Это было нечто, что охлаждало парафин во время резки, не давая ему плавиться от трения и предохраняя тем самым от повреждения хрупкие образ- цы. Решением проблемы должно было стать широкое вогнутое, словно суповая та- релка , зеркало. Вы складывали в нее кубики льда, а зеркало должно было сфоку- сировать холод на вашем образце. Возможно, вы не увидите в этом ничего такого. Очень может быть, вы сами, частенько рассуждая о «возрастающем невежестве толпы», задергиваете штору, чтобы «не пустить в дом холод», а заодно темноту1. В Плоском мире такие штуки действительно имеют смысл. Многое из того, что в нашем мире является чистой абстракцией, там обретает плоть и кровь. Например, Смерть. Или Тьма. В мире Диска вам реально придется задуматься о таком пред- мете, как скорость Тьмы, и о том, каким образом свет, движущийся со скоростью 600 миль в час, уступает ей дорогу2. В нашем мире подобные понятия именуются «привативными», то есть означающими отсутствие чего-либо. Они не наполнены собственным содержанием: знание существует, невежество - нет; тепло и свет - существуют, а холод и темнота - нет. Они не овеществлены. Мы так и видим озадаченное лицо Аркканцлера, понимая, что углубились в са- мые, что ни на есть недра человеческой психики. Да, вы можете замерзнуть до смерти, и слово «холод» вполне подходит для обозначения отсутствия тепла. Без привативных понятий мы разговаривали бы как какие-нибудь инопланетяне с пла- неты Зог. Однако нельзя забывать, что такие понятия не более чем удобное со- кращение . В нашем мире существует множество пограничных состояний. Как по-вашему, «пьян» и «трезв» - это привативные понятия? Кстати, в Плоском мире вы можете войти в состояние «ньяп», которое так же далеко отстоит от понятия «трезв», как и понятие «пьян» с положительным знаком3. На планете Земля подобного со- стояния не существует. По большому счету, мы интуитивно догадываемся, который из пары привативов существует, а который - нет. Лично мы голосуем за «трез- вый», поскольку, во-первых, оно означает отсутствие алкоголя, а во-вторых, - это нормальное состояние людей4. Хотя нормальное состояние называется «трез- востью» только тогда, когда речь заходит о выпивке. И в этом нет ничего странного. Между прочим, «холод» - это нормальное состояние Вселенной, пусть его самого как бы и не существует. Вы ведь успеваете следить за ходом нашей мысли, Аркканцлер? Всем нам, если мы не хотим сесть в калошу, надо следить за тем, что мы го- ворим. Однако, как показало выражение «сфокусировать холод», подчас язык все- таки опережает мысль. Такое уже было. В начале книги мы упоминали о флогистоне, который когда-то химики считали субстанцией, позволяющей чему-то гореть. Флогистон просто обя- Если все так, примите наши поздравления: у вас - нарративное мышление. 2 Скорость света на Диске примерно равна скорости звука, и неудобств это никому не доставляет. 3 Кстати, мерзкое состояние, все равно, что глубокая депрессия. Именно им и объясняется недуг капитана Ваймса из романа «Стража! Стража!», которому требова- лось пропустить пару стаканчиков, чтобы протрезветь. 4 Хм... Ну, скажем так - большинства людей.
зан был существовать. Черт возьми, разве мы не наблюдаем его высвобождающимся при горении в виде пламени? Тем не менее, постепенно накопились факты, свиде- тельствующие об обратном. Судите сами: вещи становятся тяжелее после того, как сгорят, то есть у флогистона - отрицательная масса, что ли? Наверное, вам может показаться, что здесь какая-то ошибка, ведь оставшийся от сгоревшего полена пепел весит намного меньше самого полена, а иначе зачем бы нам что-то сжигать? Однако большая часть полена превращается в дым, который что-нибудь да весит, правда? Кстати, дым поднимается в небо не потому, что он легче воз- духа, а потому что горячий. Но даже если бы этот самый дым действительно был легче воздуха, последний все равно имеет массу. Помимо дыма, там есть еще и пар, и целая куча других летучих отходов. Если вы сожжете деревяшку и сумеете собрать все жидкости, газы и твердые остатки, тут-то и обнаружится, что их суммарная масса будет больше массы дерева. Откуда же берется лишняя масса? Если вы озадачитесь взвешиванием воздуха, который окружает горящую деревяшку, выяснится, что он весит меньше, чем весил до того. (Конечно, сделать подобные вычисления, не запутавшись, откуда что берется, довольно сложно, но химики нашли свои способы.) Получается, горящая древесина забирает что-то у воздуха - и как только вы это заметите, то сразу сообразите, что именно. Ну, конечно же, кислород. Сгоревшая древесина приоб- ретает кислород, а вовсе не теряет флогистон. Все это выглядит довольно логично и, кстати, показывает, что флогистон - не такая уж бредовая идея. Это - отрицательный кислород, который вроде должен существовать, но не существует, в отличие от своего позитивного тезки. Он вполне подходит для балансировки уравнений, используемых химиками для провер- ки своих теорий. В принципе можно сказать, что от А к Б перешло столько же флогистона, сколько кислорода перешло от Б к А. То есть флогистон ведет себя как реально существующий объект. Правда, когда люди научились проводить изме- рения, позволяющие фиксировать даже самые незначительные массы вещества, ока- залось, что флогистон весит меньше, чем ничего. Иначе говоря, флогистон - по- нятие привативное. Человеческое мышление обладает одной крайне стойкой особенностью: стремле- нием все овеществлять. Нам кажется, что если есть слово, то должен существо- вать и предмет, который это слово обозначает. Но как насчет «смелости» или «трусости»? Или «туннеля»? Да, кстати, так что там у нас с «дырой»? Многие научные концепции оперируют понятиями, которые в бытовом смысле не соотносятся ни с какими материальными объектами. Слово «гравитация» звучит как нечто, объясняющее движение планет, но попробуйте угадать, как она выгля- дит? На самом деле это всего лишь слово для обозначения обратного квадратич- ного закона всемирного притяжения. А благодаря Эйнштейну мы с недавних пор овеществляем стремление тел двигаться по искривленным траекториям в искрив- ленном пространстве. В таком случае, как быть с самим пространством? Это предмет или все-таки его отсутствие? Возьмем такие широко распространенные привативные понятия, как «кредит» и «овердрафт», которые могут причинить кому-то немало неприятностей. Между про- чим, наш овердрафт, то есть перерасход, выливается в зарплату банковских ме- неджеров, так неужели он не является реальностью? На наших срочных рынках долги и обязательства покупаются и продаются так, как если бы они были реаль- ными предметами, и их овеществление выражается в буквах и цифрах на бумаге или в памяти компьютеров. И чем больше об этом думаешь, тем удивительнее представляется мир людей: огромная часть этого мира вообще, оказывается, не существует. Несколько лет назад на научно-фантастическом конвенте в Гааге четыре писа- теля, заработавшие кучу денег своими писаниями, сидели перед своими безденеж-
ными поклонниками и объясняли, как им удалось разбогатеть (как будто они дей- ствительно это знают) . Причем каждый из них твердил, что деньги - это не главное, на что фанаты отреагировали весьма неприязненно, хотя, по сути, за- мечание верно. А на самом деле нужно было подчеркнуть, что ни деньги, ни воз- дух , ни любовь не важны, когда они у вас есть, но становятся важны, когда их у вас нет, и тогда-то вы, естественно, впадаете в отчаяние. («Отчаяние», кстати, еще одно привативное понятие, означающее «отсутствие надежды».) Вот Диккенс, он был в курсе этого. В романе «Дэвид Копперфильд» мистер Микобер выражается так: «...Если человек зарабатывает в год двадцать фунтов и тратит девятнадцать фунтов девятнадцать шиллингов и шесть пенсов, то он счастливец, а если тратит двадцать один фунт, то ему грозит беда». Никакой симметрии между наличием денег и их отсутствием нет, однако дискус- сия быстро пошла вразнос, поскольку все считали, что такая симметрия есть, и наличие денег - это противоположность их отсутствию. Если уж так важно оты- скать правильный антоним, то им будет не «отсутствие денег», а «существование в долг». В этом случае понятие «богатый» сродни понятия «ньяп». Впрочем, сравнение денег с любовью и воздухом заметно остудило пыл спорщиков. Воздух не имеет никакого значения, когда он есть, а вот когда его нет - вам грозит беда. То же самое относится и к деньгам. Одним из любопытных привативных понятий является «вакуум». Себя-режу-без- ножа Достабль мог бы продавать вакуум на палочках. В нужном месте и в нужное время даже вакуум приобретает ценность. Зато на Земле продается мороз на палочках. Плоский мир предоставляет нам замечательную возможность показать путаницу в наших собственных мозгах, когда дело касается отсутствия чего бы то ни было. В Плоском мире привативные понятия совершенно реальны. Шутка насчет тьмы и света, как мы надеемся, была всем понятна. Другие же привативные понятия Плоского мира куда тоньше. Самым очаровательным из них является, конечно, Смерть. Для многих именно он - любимый персонаж книг о Плоском мире, к тому же еще и разговаривающий ЗАГЛАВНЫМИ БУКВАМИ. На всякий случай напомним, Смерть - это скелет семи футов росту, с крошечными точками света в глазницах. У него есть коса с лезвием настолько тонким, что оно почти невидимо, а ездит он на летающей кобыле по имени Бинки. В книге «Мор1, ученик Смерти», он поя- вился перед Оливром, королем Сто Лат. Последнему потребовалось некоторое вре- мя , чтобы сообразить, что, собственно, происходит: «- Какого черта, кто вы такой? - воскликнул король. - Что вы здесь делаете? А? Охрана! Я треб... Тут до него дошло. Сообщение, передаваемое зрением его мозгу, наконец, дос- тигло цели. И Мор не мог скрыть глубокого уважения, которое внушила ему реак- ция короля. Король Оливр держался на престоле в течение многих лет. И даже сейчас, будучи мертвым, сумел повести себя достойно. - А, - промолвил он, - все понятно. Не ожидал увидеть тебя так скоро. - ВАШЕ ВЕЛИЧЕСТВО, - поклонился Смерть, - МЕНЯ РЕДКО КОГДА ЖДУТ. Король огляделся. Он находился в озаренном тусклым светом мире теней. Здесь царила тишина. Но за его пределами ощущались бурное движение и шум. Сюда, од- нако, доносились лишь бледные отголоски. - Это я здесь внизу, да? - БОЮСЬ, ЧТО ТАК, СИР. - Чистая работа. Выстрел из лука?» Наша боязнь смерти привела к некоторым удивительным овеществлениям. Приду- Мор - ученик Смерти: надо же и ему подготовить себе преемника. Не на случай кончи- ны, конечно, а для того, чтобы иметь возможность уйти в отставку, что Смерть и делает, правда временно, в романе «Мрачный Жнец».
мав понятие «смерть», мы тем самым дали имя процессу умирания, так, словно этот процесс какая-то вещь. Затем мы наделили ее целой коллекцией свойств, заботу о которых возложили на плечи священников. У этой вещи множество ипо- стасей, одна из которых - душа, покидающая тело в тот момент, когда оно из живого становится мертвым. Забавно, но крепче всего верят в существование ду- ши те, кто презирает материальное. Их вывернутая наизнанку философия заключа- ется в том, что после завершения процесса, то есть - жизни, некая вещь про- должает существовать. Нетушки! Когда процесс завершается, не остается ничего. Когда вы перестаете взбивать яйца, от миксера не отлетает никакая псевдомате- риальная сущность. Он просто перестает крутиться. Данной «сущностью», возникшей из предположения существования смерти, явля- ется нечто, вселяющееся в яйцеклетку (зародыш, плод) и превращающее его в полноценное человеческое существо, умирающее в положенное ему время. Обратите внимание, что в человеческой мифологии, равно как и в Плоском мире, бездушные существа вроде вампиров и им подобных просто не могут умереть. Давным-давно, задолго до Древнего Египта и тамошнего бога смерти Анубиса, жрецы наживали целые состояния, пользуясь этой словесной неувязкой. В Плоском мире существо- вание «нереальных» вещей вроде Тьмы или Зубной Феи (См. роман «Санта-Хрякус») вполне нормально, но на планете Земля и то и другое смотрелось бы довольно дико. Тем не менее, все это является частью процесса, делающего нас людьми. Как заметил однажды сам Смерть, людям свойственно стремление приукрашивать все- ленную, и поэтому по большей части они существуют в мире, созданном их вооб- ражением . Видимо, людям пока это необходимо. Боги, истина1 и душа существуют постольку, поскольку люди в них верят. (Хотя дикие слоны, находя кости умер- ших сородичей, нервничают и приходят в некоторое расстройство. Неизвестно, происходит ли это потому, что у слонов имеется некая смутная идея Великой Не- бесной Саванны, или потому, что разгуливать там, где кто-то уже погиб, - не самая лучшая идея.) Однако для нас эти три слова звучат магически. Они добав- ляют в нашу культуру толику нарративиума, причиняя нам боль и отчаяние, даруя надежду и освобождение. Они заводят нашу часовую пружину. Как бы то ни было, но именно они сделали нас людьми. Интересно, думали ли те, кто пытался использовать зеркало, фокусирующее хо- лод, что в этом предмете есть частица магии? Можно вообразить несколько си- туаций, при которых все будет выглядеть именно так. Некоторые наши добрые друзья, довольно разумные, кстати, люди, убеждены, что души могут существо- вать . В конце концов, все вещи в какой-то мере являются процессами. Для физи- ка материя - это процесс, присущий квантовой волновой функции. А квантовая волновая функция, в свою очередь, существует только тогда, когда ваш оппонент отрицает ее существование. То же самое можно в каком-то смысле сказать и о душе. В общем, нужно признать, что наука знает далеко не все. Наука, собственно, и базируется на том, что не знает всего. Впрочем, кое-какие мелочи ей все- таки известны. Глава 23. Откуда здесь взяться жизни?! Ужасно трудно есть сэндвичи, когда ты их не видишь. Ринсвинд догадывался, «Истина» - такое же привативное понятие, как и «трезвость». Пока не появится ложь, вы не узнаете, что такое правда. Природа, похоже, в курсе этого, иначе животные не прилагали бы столько усилий для маскировки.
что в реальном мире его кормит Библиотекарь, оставалось только надеяться, что они действительно с сыром и чатни. Ощущалось также легкое банановое послевку- сие. Волшебники были шокированы. Неприятно осознавать, что ты не можешь делать все, что тебе заблагорассудится, со своей собственной вселенной. - Значит, нельзя просто взять и наколдовать жизнь внутри Проекта? - пере- спросил Декан. - Боюсь, нельзя, сэр, - ответил Думминх1. - Мы обладаем заметным влиянием в том мире, но оно весьма деликатно. Я ведь уже объяснял. - Это перетаскивание с места на место тяжеленных каменюк ты называешь дели- катным влиянием? - поинтересовался Декан. - По меркам Проекта даже передвижение луны и то заняло сотни тысяч лет, - сказал Думминг. - Время там норовит двигаться быстро. Просто удивительно, че- го можно добиться одним легким толчком. - Но мы же так много сделали... - Нет, всего лишь чуть-чуть переместили предметы, сэр. - Как-то обидно создавать мир, в котором никто не живет, - заметил Главный Философ. - Когда я был маленьким, у меня была игрушечная ферма, - сообщил Казначей, оторвавшись от чтения. - Спасибо, Казначей. Очень ценная информация, - сказал Аркканцлер. - Ладно, будем играть по их правилам. Что нам надо передвинуть, чтобы там возникли лю- ди? - Мой папаша утверждал, что для этого используются... Ну, части тела других людей, - сказал Декан. - Какая пошлость! - Во многих религиях люди делаются из пыли, - припомнил Главный Философ. - А потом в нее каким-нибудь образом вдыхают жизнь. - Это нелегко даже с помощью магии, - возразил Аркканцлер. - А уж без нее... - А вот в Фиглифьерде верят, что жизнь возникла, когда бог по имени Нодди отрезал свои... ну, то, о чем не говорят в приличном обществе, и зашвырнул их на Солнце, который был его отцом, - сказал Главный Философ. - Подштанники, что ли? - заинтересовался Профессор Современного Руносложе- ния, который всегда соображал довольно медленно. - Прежде всего, мы физически не можем попасть внутрь Проекта. Кроме того, это негигиенично. И в-третьих, я сомневаюсь, что среди нас отыщется доброво- лец, - отрезал Аркканцлер. - Напоминаю, мы с вами - дипломированные волшебни- ки, и нам негоже опускаться до всяких там суеверий. - А не забацать ли там погоду? - предложил Декан. - Думаю, ГЕКС нам это разрешит, - сказал Думминг. - Ведь для создания пого- ды вполне достаточно кое-что слегка переместить. - И мы сможем кидаться молниями в тех, кто нам не нравится? - Там же никого нет. Ни тех, кто нам нравится, ни тех, кто не нравится, - обречено сказал Думминг. - В том-то все и дело. - Хм! Похоже, Круглый мир поставит под сомнение даже твою, Декан, общепри- знанную способность повсюду наживать себе врагов. - Спасибо тебе, Аркканцлер, на добром слове. - Всегда готов. И тут застучала клавиатура ГЕКСа. Гусиное перо пришло в движение и вывело: +++ Я Считаю, Вы В Это Просто Не Поверите +++ Далеко над морем грозы рвали небо в клочья. Потом в воздухе что-то сверкнуло, шторм ушел. Теперь морское побережье вы-
глядело совсем иначе. - Эй! Что происходит? - закричал Ринсвинд. - у тебя все в порядке? - раздался в его ухе голос Думминга Тупса. - Что это сейчас было? - Мы немного передвинули тебя в будущее, - ответил Думминг. По тону было ясно, что ему очень не хочется услышать вопрос «Зачем?». - Зачем? - спросил Ринсвинд. - Ты будешь долго смеяться, если я тебе скажу... - Ну и отлично. Я люблю смеяться. - ГЕКС утверждает, что где-то там, неподалеку от тебя, он обнаружил жизнь. Ты ничего не видишь? Ринсвинд с опаской огляделся. Прибой лизал берег, на котором появилось не- много песка. По морю катились пенные барашки. - Нет, - с облегчением сказал он. - Хорошо. Понимаешь, там, где ты сейчас находишься, никакой жизни быть не может, - продолжил Думминг. - А где именно я нахожусь? - Ну... В одном таком волшебном мире, где никого, кроме тебя, нет. - А, ты имеешь в виду тот, в котором я прожил всю свою жизнь? - с горечью спросил Ринсвинд и на всякий случай снова поглядел на море. - Если тебя не затруднит немного ее поискать... - сказал Думминг. - Поискать жизнь, которой нет? - Но ты же теперь у нас Профессор Жестокой и Необычной Географии. - Вот эта-то жестокая и необычная география меня и беспокоит, - сказал Рин- свинд. - Слушай, а ты в последнее время на море не смотрел? Оно теперь голу- бое. - и что? Море всегда голубое. - Да ну? Вездескоп снова попал в центр всеобщего внимания. - Все знают, что море голубое, - сказал Декан. - Спросите кого угодно. - в общем-то, ты прав, конечно, - произнес Чудакулли. - Но, хотя все пола- гают море голубым, на самом деле оно темно-зеленое, а то и серое. Во всяком случае, оно ни разу не такого цвета. У этого цвет какой-то нездоровый. - Я бы сказал, бирюзовый, - мечтательно произнес Главный Философ. - И еще у меня была бирюзовая рубашечка, - вставил Казначей. - Сначала я подумал, это из-за медного купороса, - пояснил Думминг, - но оказывается, нет. Аркканцлер подхватил очередное послание от ГЕКСа. Оно гласило: +++ Ошибка: Непредвиденный Конец Сыра +++ - Помощи от тебя... - поморщился Аркканцлер. - Слава богам, ГЕКС уверенно управляет Проектом! - воскликнул подошедший Думминг. - Но, похоже, он в замешательстве. - Его должностные обязанности состоят отнюдь не в пребывании в замешатель- стве, - проворчал Чудакулли. - Машина, пребывающая в замешательстве, нам не требуется, с этим мы и сами справляемся на ура. Замешательство - прерогатива волшебников, а в данную минуту я так и вовсе чувствую себя чемпионом в этом виде спорта. Тупс, ты же говорил, что никакой жизни там нет и быть не может? - Да откуда же ей там было взяться?! - Думминг даже всплеснул руками. - Жизнь - это вам не камни с водой. Жизнь - это нечто сакральное! - Типа дыханья богов, что ли? - кисло спросил Чудакулли. - Ну, не то чтобы богов, но... - А по-моему, с точки зрения булыжников они тоже по-своему особенные, -
продолжал бурчать Чудакулли, перечитывая записку ГЕКСа. - Нет, сэр. У камней никаких точек зрения не бывает. Ринсвинд очень осторожно поднял осколок камня, готовый отшвырнуть его при малейшем намеке на клыки или когти. - Глупости, - сказал он. - Нет здесь никого. - Вообще? - голос Думминга раздался в шлеме. - На некоторые булыжники налипла какая-то склизкая мерзость, если это дос- тавит тебе удовольствие. - Какая еще мерзость? - Ну, такая... Вроде блевотины. - ГЕКС тут подсказывает, что все появившееся сейчас одновременно и живое, и не живое, - сказал Думминг, не слишком впечатлившийся блевотиной. - Передай ему, я в восхищении. - Неподалеку, похоже, наблюдается некоторая концентрация... Мы попробуем пе- редвинуть тебя поближе, чтобы ты смог рассмотреть... В глазах у Ринсвинда поплыло, а мгновение спустя поплыло и все остальное тело. Он снова оказался под водой. - Не переживай, - успокоил его Думминг, - несмотря на огромную глубину и давление, тебе больно не будет. - Ладно. - А кипящая вода покажется тебе чуть тепленькой. - Отлично. - А поднимающийся со дна ядовитый минеральный поток не может повредить те- бе , потому что на самом деле тебя там нет. - Ну что ж, вот, значит, и пришло время посмеяться, - мрачно сказал Рин- свинд, вглядываясь в тусклый свет перед собой. - Это боги, тут и говорить не о чем, - заявил Аркканцлер. - Стоило нам от- вернуться, и они туда прошмыгнули. Другого объяснения быть не может. - В таком случае они довольно непритязательны на сей раз, - хмыкнул Главный Философ. - В смысле, предполагались как бы люди, а тут какой-то... кисель. От киселя не приходится ждать, что он падет ниц и начнет отбивать тебе поклоны. - По крайней мере, там, где он сейчас, - добавил Чудакулли. - Вся планета в трещинах! Нельзя зажигать огонь под водой, это же противоестественно! - Куда ни глянь, везде плавают капли киселя, - продолжил Главный Философ. - Повсюду. - Кисель, говоришь, - произнес Профессор Современного Руносложения. - А вот интересно, способен ли кисель молиться? Или воздвигать храмы? Сумеет ли он развязать священную войну против менее просвещенных капель? Думминг огорченно покачал головой. Результаты, полученные ГЕКСом, недву- смысленно гласили: ничто материальное не может пересечь границу Круглого ми- ра. С помощью дополнительного волшебства удастся добиться лишь пренебрежимого эффекта, и только. Все идеи на тему: «А не послать ли туда творческую мысль?» - вдребезги разбивались тем, что в данный момент в голове у волшебников кру- тились сплошные глупости. «Кисель» - не самое подходящее слово для описания того, что плавало в теплой морской водичке и стекало с камней, поскольку в этом слове чересчур много лихорадочного веселья и возбуждения. - Они там даже не двигаются, - заметил Чудакулли. - Только колышутся не- множко . - Колышутся словно кисель, ха-ха, - мрачно сказал Главный Философ. - А нельзя ли им... как-то подсобить? - спросил Профессор Современного Рунос- ложения. - Ну, типа помочь стать более прогрессивным киселем? Ведь как-никак, мы несем за них ответственность. - По-моему, они уже достигли пределов кисельного совершенства, - сказал Чу- дакулли. - Что там у нас со стариной Ринсвиндом?
Все оглянулись. Конечности фигуры в призрачном туманном кругу выписывали замысловатые кренделя. - А если по здравом размышлении, действительно ли отправка крошечной копии Ринсвинда в Круглый мир была хорошей идеей? - спросил Аркканцлер. - Но как еще мы смогли бы увидеть ту скальную литораль, которую хотел пока- зать ГЕКС, - ответил Думминг. - И, кроме того, у Ринсвинда нет никакого опре- деленного размера. Размер вообще понятие относительное. - Считаешь, именно поэтому он кричит «Мама!»? Думминг подошел к кругу и стер несколько ключевых рун. Ринсвинд рухнул на пол. - Какой идиот меня туда отправил? - завопил он. - О боги! Это было ужасно! Ну и размерчик у тех тварей! - Да они же совсем крошечные, - успокаивал его Думминг, помогая подняться. - Только не тогда, когда ты сам меньше их! - Дружище, они не могли ничем тебе повредить. Тебе нечего было бояться, кроме собственного страха. - Ах, так? Считаешь, ты мне помог? Вроде как утешил? Вот что я тебе скажу: некоторые из этих так называемых страхов были огромны и крайне отвратительны... - Успокойся же, прошу тебя. - В следующий раз я хочу быть большим, ясно? - А они не пытались установить с тобой контакт? - Они просто шевелили своими усищами! Хуже, чем повздорившие волшебники! - Да, я тоже сомневаюсь в их интеллекте. - Точно, и твари из того водоема им не блистали. - Одно мне интересно, - произнес Думминг, сожалея, что у него нет бороды, которую можно было бы задумчиво оглаживать, - могут ли они со временем... поум- неть? Глава 2 4. Как бы то ни было... Как бы то ни было, голубой цвет моря круглого мира вовсе не был химическим. По крайней мере, не в обыденном понимании слова. Это было скопление так назы- ваемых цианобактерий, или сине-зеленых водорослей. Название может ввести в заблуждение, поскольку современные нам сине-зеленые водоросли красные или ко- ричневые. Однако в древности они, вероятнее всего, были именно сине-зелеными. На самом деле, конечно, это бактерии, а не водоросли, которые состоят из кле- ток с ядрами и потому бактериями отнюдь не являются. Сине-зеленый цвет обра- зуется благодаря хлорофиллу, отличающемуся, правда, от хлорофилла раститель- ного и смешанному с желто-оранжевым пигментом каротиноидом. Бактерии появились на Земле как минимум 3,5 миллиарда лет назад, то есть всего лишь через несколько сотен миллионов лет после того, как Земля остыла до температуры, при которой могли выжить живые существа. Мы узнали об этом благодаря особенным слоистым структурам, найденным в осадочных породах. Такие слои могут быть плоскими и неровными, могут образовывать разветвленные колон- ны или быть скручены, словно кочаны капусты. Толщина некоторых отложений со- ставляет полмили, и они тянутся на сотни километров. Возраст большинства из них датируется двумя миллиардами лет. Однако группа Варравуна, обнаруженная в Австралии, имеет возраст 3,5 миллиарда лет. Сначала никто не знал, что это такое, пока в 50-60-х годах XX века отложе- ния не были идентифицированы как остатки бактериальных колоний, в основном цианобактерий. Цианобактерий собираются на мелководье, образуя огромный плавающий ковер,
похожий на войлочный мат. Для защиты от ультрафиолетового излучения они выде- ляют липкую субстанцию, к которой пристают минеральные остатки. Когда пласт осадка становится настолько плотным, что блокирует свет, бактерии образуют поверху новый слой, и так далее, и так далее. Отвердевшие слои превращаются в строматолиты, похожие на большие диванные валики. Волшебники совершенно не готовы были обнаружить в Круглом мире жизнь. Ведь он следует жестким правилам, а жизнь, как им представляется, их не признает. Они думают, что между живым и неживым существует непреодолимая пропасть. Это все та же самая проблема: стремление отыскать границы в превращении, связан- ное с идеей, что все окружающее можно легко разделить на живое и неживое. Ме- жду тем это невозможно, даже если не забыть о времени, в течение которого жи- вое превращается в мертвое, и наоборот. Так, облетевший и как бы мертвый лист больше не является частью живого дерева, но вполне может содержать несколько жизнеспособных клеток. Митохондрия, бывшая ранее самостоятельным организмом, ныне является той ча- стью клетки, которая генерирует химическую энергию. Жив ли вирус? Он не может размножаться без бактерии-носителя1, но ведь и ДНК не в состоянии репродуци- роваться без химической лаборатории клетки. Люди создавали простые химические модели для имитации процессов в живой природе, в надежде, что некая химическая система разовьется, став самодоста- точной и самовоспроизводящейся. Вспомните концепцию первичного бульона: мно- жество простых химических веществ, растворенных в океане, беспорядочно стал- киваясь друг с другом, случайно соединяются во что-то более сложное. Впрочем, оказалось, что все было не совсем так. Не нужно пытаться усложнить химические процессы в реальном мире, они и без того сложны. Изготовить сложные химиче- ские вещества просто, и в природе их полным полно. Проблема в том, чтобы под- держивать организацию на сложном уровне. Так что же такое жизнь? Каждый биолог зазубривал список ее характеристик: способность к воспроизводству, восприятию окружающей среды, использованию внешней энергии и так далее. Затем мы пошли дальше. Аутопоэзис, то есть спо- собность создавать химические вещества и структуры, ответственные за воспро- изводство, - неплохое определение жизни, за исключением того, что современная жизнь переросла свои древние потребности. Сейчас биологи предпочитают избе- гать этого вопроса и определяют жизнь как некое свойство молекулы ДНК, что, в свою очередь, поднимает куда более глубокий вопрос, касающийся определения жизни как общей категории процесса. В итоге может получиться, что нынешнее определение жизни подобно определению научной фантастики: это всего лишь то, что мы решим назвать этим термином2. С точки зрения многих людей, идея, что жизнь может каким-то образом самоза- родиться, выглядит спорной. Тем не менее, протоптать тропинку от неживой ма- терии к живой не так уж сложно. Можно насчитать, по крайней мере, тридцать Терминологически бактерии атакуют бактериофаги, возможно, это самые древние виру- сы . (Прим. Ред.) 2 Все знают, что такое научная фантастика, по крайней мере, до тех пор, пока вы не начнете задавать вопросы. Если действие книжки происходит через пять лет в будущем, можно ли ее автоматически причислить к НФ? А если действие происходит в другом мире - это НФ или просто фантастика, прикидывающаяся НФ? Можно ли считать книгу научно-фантастической, если сам автор так не считает? Обязательно ли книга должна рассказывать о будущем? Означает ли присутствие в фильме Дуга МакКлюра, что это - НФ, а не всего лишь кино с толпой статистов, наряженных в резиновые костю- мы монстров? Одна из самых лучших научно-фантастических книг - последнее издание ро- мана «Человек эволюции», но вы не найдете там никаких технологий сложнее изготовле- ния лука, действие происходит в далеком прошлом, а сами персонажи лишь слегка отли- чаются от человекообразных обезьян. И тем не менее жанр книги - научная фантастика.
подобных путей. Однако разобраться, какой из них воплотился в реальность, до- вольно затруднительно, поскольку позднейшие формы жизни уничтожили почти все материальные доказательства. Впрочем, особого значения это не имеет: так или иначе жизнь все равно зародилась и развивалась каким-то способом, до которого мы, возможно, еще и не додумались. Один из сценариев появления жизни из неорганической материи был предложен Грэмом Кернс-Смитом. Ключевую роль в нем играет глина. Глина может образовы- вать сложные микроструктуры, зачастую копируя предыдущие путем добавления но- вого слоя. Впоследствии слой отпадает, становясь новым отправным элементом для последующей структуры. Углеродные соединения могли прилипать к поверхно- сти глины и становиться основой сложных молекул того типа, который мы наблю- даем у живых объектов: белков и даже ДНК. Нынешние организмы вполне могли оседлать глиняного коня, провезшего их по скользкому пути эволюции. Альтернативная теория принадлежит Гюнтеру Вехтерхойзеру, по мнению которо- го, энергию для развития бактерии могли получить из пирита - соединения желе- за и серы. И сегодня на глубине нескольких миль под землей или неподалеку от жерл подводных вулканов можно обнаружить бактерии, существующие за счет суль- фидно-железного метаболизма. Именно они являлись тем источником поднимающего- ся со дна «ядовитого минерального потока», который заметил Ринсвинд. В целом эта гипотеза происхождения жизни выглядит на редкость убедительно. Однако одной из возможных проблем с кратерами вулканов является то, что как только закрывается один, где-то прорывается второй. Могли ли первичные орга- низмы благополучно перебраться по холодной воде на новое место обитания? В 1988 году Кевин Спир открыл, что вращение Земли создает завихрения потоков горячей воды, поднимающейся от жерл вулканов, формируя подводные горячие тор- надо, перемещающиеся в глубинах океана. Бактерии вполне могли двигаться в них и попадать в новые кратеры. Конечно, не все они смогут выжить в пути, но это и неважно: главное, чтобы их было достаточно для воспроизводства колонии. Нужно отметить, что еще в меловом периоде, когда море было много теплее, чем сейчас, эти горячие потоки могли даже подниматься на поверхность океана, возможно, вызывая гиперганы, то есть ураганы, при которых скорость ветра близка к скорости звука. Это должно было привести к резким климатическим из- менениям на планете, которая, как мы еще увидим, была вовсе не таким идилли- ческим местом, как нам хочется думать. Бактерии относятся к категории организмов, известных как прокариоты. Их часто называют «одноклеточными», хотя многие одноклеточные существа гораздо сложнее и сильно отличаются от бактерий. Последние не являются полноценными клетками, они устроены куда проще; у них нет ни клеточной стенки, ни ядра. Настоящие клетки, как одноклеточные, так и многоклеточные организмы, появи- лись позже и называются эукариотами. Вероятно, они возникли тогда, когда не- сколько эукариотов объединились ради взаимной выгоды; подобный фокус известен как симбиоз. Наиболее древними окаменелостями многоклеточных организмов явля- ются водоросли, их возраст около 1 миллиарда лет, а может быть, даже 1,8 мил- лиарда . Вот как ученые до 1998 года представляли себе историю развития жизни: чле- нистоногие и иные сложноорганизованные существа появились только 600 миллио- нов лет назад, причем еще 540 миллионов лет назад Землю населяли сплошь странные и совершенно непривычные нам существа. Эти подозрительные создания получили имя «здиакарская биота» по месту в Ав- стралии , где они были обнаружены1. Отдельные экземпляры достигали полуметра и И им еще повезло, что их название всего лишь отдаленно напоминает название некото- рых инопланетных рас из «Стар-Трека», учитывая звучание других географических назва- ний в Австралии.
даже более, но, насколько нам известно из палеонтологических исследований, они не имели внутренних органов или внешних отверстий вроде ротового и аналь- ного (видимо, они питались живущими внутри них симбиотическими бактериями, а может быть, и еще каким-либо способом, о котором нам остается лишь гадать) . Некоторые из этих существ были плоскими и образовывали структуры, напоминаю- щие стеганые одеяла. Мы понятия не имеем, были ли эдиакарские организмы наши- ми далекими предками или тупиковой ветвью эволюции, обреченной на вымирание. Это не имеет значения. Гораздо важнее то, что, насколько нам известно, кроме них, больше тогда никого не было. Открыты, правда, окаменелости, очень похо- жие на испражнения червей, а некоторые из ископаемых останков напоминают... Впрочем, не будем забегать вперед. Главное - это то, что почти все эдиакар- ские организмы совершенно не связаны с последующими формами жизни. Около 540 миллионов лет назад докембрийская эдиакарская фауна уступила ме- сто существам кембрийского периода. В течение первых десяти миллионов лет эти гады тоже смотрелись довольно-таки дико, оставив нам на память фрагменты сво- их колючек и шипов, предположительно - прототипов скелетов, не составлявших тогда единого целого. Потом в какой-то момент природа внезапно «научилась» создавать и скелеты, и многое другое: наступило время, известное нам как кем- брийский взрыв. Двадцать миллионов лет спустя появились практически все эле- менты тел, существующие у современных животных: оставалось только устранить мелкие недоделки. Однако главным нововведением кембрийского взрыва стало во- все не изобретение скелетов, шипов, раковин и конечностей, а появление прин- ципиально нового типа строения тела. Диплобласты уступили место триплобла- стам... Ох, просим прощения, Аркканцлер! Мы всего-навсего хотели сказать, что жи- вотные начали создавать третий слой между собой и окружающей их средой. Эдиа- карская фауна, как и современные медузы, - диплобласты: у них есть внешняя сторона и внутренняя, вроде как у бумажного пакета. Трехслойные создания, как мы с вами, да и почти все остальные, называются триплобластами: у нас есть наружный, внутренний и средний слой. Средний слой явился большим скачком вперед, хотя не будем забывать, что скакать тогдашние существа еще не умели, только ползать. С помощью этого слоя вы можете защитить ваши внутренние органы. В каком-то смысле отныне вы пере- стаете быть частью окружающей среды и начинаете существовать сами по себе, а как отдельное существо вы приступаете к улучшению своей «собственности». Конечно, это очередные «враки детям», но в сравнении с остальными враками они еще очень даже ничего. Триплобласты сыграли важную роль в процессе эволюции не только потому, что обладали внутренними органами, но и потому, что могли переваривать пищу и вы- делять отходы. Их экскременты стали настоящим сокровищем для других. Для того чтобы мир стал замечательно сложным, просто жизненно необходимы разные дерь- мовые штуки. Трудно понять, как эдиакарская фауна могла породить таких существ. Ведь по- мимо дополнительного слоя ткани требовалась особая организация тела, которая должна была как-то возникнуть. Не говоря уже о том, что изредка встречаются отпечатки, которые соблазнительно интерпретировать как следы, оставленные до- кембрийскими триплобластами, хотя это даже не окаменелости, а ходы, которые черви могли оставить в жидкой грязи. А может, все было не так. И вот в феврале 1998-го кое-что наконец прояснилось. Оказалось, что все зависит не только от того, где искать окаменелости, но и как. Одним из путей появления ископаемых существ является петрификация. Из- редка петрификация может происходить очень быстро, буквально за несколько дней. При этом мягкие ткани мертвого организма замещаются фосфатом кальция. К
сожалению для палеонтологов, этот процесс работает только для организмов раз- мером в одну десятую дюйма (2 мм). Впрочем, даже такие крошечные существа мо- гут поведать нам много интересного. Начиная примерно с 1975 года ученые стали обнаруживать прекрасно сохранившиеся образцы крошечных древних членистоногих, похожих на многоножек, состоящих из большого числа сегментов. В 1994 году найдены окаменелые бластулы, то есть многоклеточные зародыши, находящиеся на ранних стадиях развития организма. Считается, что это - эмбрионы триплобла- стов. Тем не менее, все они появились позже эдиакарской фауны. Но в 1998 году Шухай Сяо, Юнь Чжан и Эндрю Кнолл обнаружили в горных породах Китая окамене- лости эмбрионов возрастом 570 миллионов лет, то есть в самом сердце эдиакар- ского периода. И это были именно эмбрионы триплобластов. Таким образом, за сорок миллионов лет до кембрийского взрыва бок о бок с загадочной эдиакарской фауной на Земле жили триплобласты. Кстати, мы с вами - тоже триплобласты. И наши предки возникли где-то в до- кембрийский период, со всех сторон окруженные эдиакариями, лишенными рта и внутренностей. Ранее считалось, что жизнь - это хрупкий и очень необычный феномен: ее крайне трудно создать и очень легко разрушить. Но повсюду на Земле мы видим существ, живущих в условиях, которые никак нельзя назвать благоприятными. По- хоже, что жизнь - очень прочное явление, способное существовать везде, где есть хотя бы минимальные для этого условия. Откуда же берется подобная стой- кость? Ранее мы упоминали о двух способах покинуть Землю: ракета и космический лифт. Ракета - это одноразовая штука, а лифт - своего рода процесс. Космиче- ский лифт требует огромных первоначальных вложений, но как только вы его со- орудите, все остальное будет бесплатным. На первый взгляд это противоречит привычным законам экономики, назначающим некую разумную цену исходя из от- дельных операций, вместо того чтобы подумать: а нельзя ли вообще устранить само понятие цены. Также кажется, это противоречит закону сохранения энергии, в переводе с языка физики означающему: нельзя получить что-то из ничего. Но как мы видели, это возможно за счет использования новых ресурсов, которые становятся доступны после того, как ваш космический лифт начнет работу. Между космическим лифтом и жизнью можно провести аналогию. Жизнь противоре- чит всем обычным законам химии и физики, особенно второму принципу термодина- мики, который утверждает, что система не может самопроизвольно усложниться. Жизнь же делает это постоянно, она, как и космический лифт, выходит на новый уровень организации, где можно получить доступ к вещам и процессам, о которых раньше не было и речи. В частности, прекрасным способом обойти проблемы изго- товления по-настоящему сложных вещей является репродукция. Ведь достаточно построить одну, которая в дальнейшем будет просто воспроизводить саму себя. Создание первой невероятно трудно, зато все остальное произойдет без дополни- тельных усилий. Что же является таким «лифтом» для жизни? Давайте исходя из основных подхо- дов к вопросу о ее происхождении попытаемся дать некий общий ответ. Превали- рующей идеей будет являться предположение о возможности возникновения необыч- ных химических процессов в небольших водоемах, прилегающих к активным участ- кам земной поверхности. Отсюда еще очень далеко до современных организмов, даже до бактерий, которые гораздо сложнее своих предков. Они и должны были быть такими, чтобы выжить в куда более сложном мире. Под активными участками земной поверхности понимаются жерла подводных вулканов, разогретые горные по- роды или морские побережья. Просто представьте себе слои сложной, но неорга- низованной (что тоже несложно) молекулярной слизи на скалах, смачиваемой при- ливами и облучаемой Солнцем. В таких условиях каждый, кто изобретет свой кро- шечный «космический лифт», автоматически выйдет на новый уровень. Например,
фотосинтез: чем не «космический лифт»? Как только некий комочек слизи научил- ся пользоваться солнечной энергией вместо собственной, производство Сахаров было поставлено на поток. Очень может быть, что в процессе своего становления жизнь изобрела огромное множество таких «космических лифтов», шах1 за шагом поднимавших ее ко все более и более усложняющейся химии. (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Юмор ФЛЯЖКА Андреев А. В этот понедельник Вова Шкалик проснулся очень поздно. Голова трещала, во рту стояла африканская сушь. И подташнивало. А все оттого, что вчера Вове улыбнулась удача. Да так широко улыбнулась, что чуть не сломала челюсть. Бо- вину . С утра он обошел мусорные контейнеры, но ничего стоящего не нашлось. Ясен пень, по воскресеньям утром люди спят. А выкидывают все в субботу. Бывают ко- нечно случаи... В прошлое воскресенье вынесли большую связку старых книг. Их Вова в тот же вечер сбагрил старикану, торгующему макулатурой у метро. Одну только книжку старикан забраковал, "Мифы Древней Греции": слишком рваная и заляпана чем-то зеленым. Зато дал Вове аж семьдесят рублей за остальные. Но то было в прошлое воскресенье. Такое не повторяется. Вова устроился на скамейке в замызганном скверике у гаражей и собирался немного вздремнуть - стоял еще апрель, но день выдался теплый. Тут-то удача и растворила пасть. Один из соседей вышел повозиться с машиной. Раньше Вова с радостью подошел бы поболтать. Он тянулся к гаражам по старой памяти, как бывший работник ав- топрома. Помогал иногда соседям с ремонтом. Раньше. Пока не стал запойным и не начал выпрашивать "десяточку до получки". Тогда соседи стали гонять Вову от гаражей. Но и скверик давал хороший обзор. Сосед выкатил машину, открыл капот. Запи- ликала мобила. Сосед поднес трубку к уху, выругался и пошел к дому. Гараж стоял открытый. Вова подошел, стараясь не перейти на бег. Руки тряслись, гла- за разбегались от неожиданного подарка судьбы. Вова растерялся - что брать? Сдуру схватил первое, что ближе: у переднего колеса соседской "Волги" стоял аккумулятор. О том, сколько они весят, Вова не подумал.
Ему пришлось таскаться с этой тяжеленной железякой еще два часа. Дотащил до знакомой мастерской, и опять память подвела. Воскресенье, закрыто. Твою мать! А на обратном пути Вову взяли менты. От скуки. Воскресенье, опять же. Он еще побежал сдуру. Двинули под ребра пару раз, сидел до вечера в клетке. Сла- ва богу, в отделение знакомый капитан зашел. Местный, Вова ему "газик" чинил. Отпустили. Но аккумулятор забрали, суки. С горя Вова прикончил свою последнюю заначку, флакон выдохшегося одеколона со вкусом мыла. Когда он проснулся, вчерашние невзгоды пронеслись в голове вместе с болью, которой начинался теперь почти каждый день. Но в этот понедельник ломало со- всем уж зверски. Вова вытащил флягу и открутил колпачок. Он знал, что там пусто. Но все-таки запрокинул голову и потряс фляжку над языком. Ничего. - Привет, Шкалик, - сказала фляжка голосом продавщицы из ларька. - Сколько у тебя осталось? - Двадцать, - вздохнул Вова, вынимая мятые бумажки из кармана засаленных джинсов. - Запустить поиск собутов? - Че ты спрашиваешь, дура! Сама знаешь, что запустить. Куда я с двумя чер- вонцами пойду? Рюмочную закрыли уже месяц как! Фляжка мигнула синим индикатором. - Новочеремушкинская, ЗА. Второй подъезд. У него тридцать. - А ближе нет? - поморщился Вова. - Нет. Поздно встал. Час назад были двое на Шверника. Уже нашли себе третьего. Ты мог два пойнта заработать. - Да нахера мне твои пойнты... - Вова оделся, запихал фляжку в карман курт- ки и вышел. * * * Фляга не соврала. Дворы хрущевок по дороге к Новочеремушкинской были пусты. Вчерашнее солнце куда-то подевалось, денек выдался промозглый, словно опять возвращалась зима. Вова знал район и срезал дворы напрямую, перешагивая через кривые оградки вдоль тротуаров, обходя уродливые железные горки и лестницы детских площадок, загаженные собаками песочницы, разломанные скамейки... Вова люто ненавидел все это, особенно скамейки и оградки. Каждую весну муниципальные гастрабайте- ры-узбеки заново красили их в попугайские цвета, и за последние годы Вова уже несколько раз садился на краску, которая потом не отстирывалась. На ту же за- саду попадались многие люди, ведь придурки с краской никогда не ставили ника- ких знаков и ограждений. Почему не покрасить один раз и навсегда, козлы? По- чему не покрасить ночью, такой краской, чтобы к утру уже высохло? Двадцать первый век, бля. В нужном дворе фляга пискнула и зажгла зеленый индикатор. Вова огляделся. Здоровенный мужик с красной рожей сидел у подъезда, скорчившись на трубе оче- редного "детско-спортивного сооружения" из отходов металлургии. - У тебя двадцать? - просипел мужик. - Ага, - кивнул Вова. - Вместе будет полтинник. Можем взять маленькую... - Погоди, тут третий намечается. - Красномордый помахал флягой. - Моя гово- рит, у него целая сотня есть. Метро "Нахимовский". - Так зачем ему собуты? - удивился Вова. - За сотню сам может взять нор- мально . - А тебе не насрать? Может, за компанию. Или пойнтов хочет набрать. И нам тоже перепадет. Пошли. - Далековато... - Подскочим на маршрутке. Не ссы, я угощаю.
Но в маршрутке красномордый и не думал платить. Когда машина остановилась у метро, он пихнул Вову в бок - мол, валим. Народ спереди начал выходить. - Ээ, кыто нэ заплатил? - крикнул шофер. - Езжай в свою Черногорию, там заплатят! - огрызнулся красномордый, вытал- кивая Вову из маршрутки и выскакивая следом. Их фляжки запищали одновременно, когда они подошли к подземному переходу. Около урны крутился сутулый волосатик в камуфляже. - Ты что ли третьим будешь? - спросил красномордый. - Я, я! - Волосатик радостно махнул головой, откидывая патлы с лица. Лицо было опухшим и каким-то бабским. Пустые голубые глаза словно просвечивали на- сквозь . - Ну, пошли что ли. - Только это, мужики... - Волосатик замялся. - У меня нет ничего. Я так просто сказал. Думал, если у вас пятьдесят, так мы. . . то есть вы... я знаю тут ларек один, у них за пятьдесят дают сразу пол-литра. - Ах ты, гнида, - громко прошептал спутник Вовы. - У меня тринадцать пойн- тов уже, я должен был за "сбор тройки" еще четыре получить! Да я тебе сей- час! . . Он размахнулся, и Вова непроизвольно втянул голову в плечи. Но удар не дос- тиг цели: волосатик, как видно, привык к там историям. Он ловко юркнул под рукой противника и бросился в переход. Мужик с красной мордой рванул за ним. Вова плюнул и побрел домой. Голова трещала. Он прошел две остановки по Нахимовскому и понял, что сейчас точно блеванет. Едва успел сбежать с проспекта в овраг. • * * В овраге полегчало. Там было тихо и безлюдно, даже машин не слышно. Речка мирно несла свои сточные воды среди кривых деревьев и мусора. Пустые бутылки, пакеты, автомобильные покрышки, останки мебели, катушки от кабеля - чего тут только не было. Но все равно здесь лучше, чем в асфальтовом городе наверху, с его бензиновой вонью. Вова отдышался, прислонившись к дереву, вытер рот рукавом и потихоньку дви- нулся вдоль речки. По оврагу можно дойти до Ремизова, а там по Ульянова к своей "Академической". Может, у метро получится выпросить пятак-другой "на проезд". За очередным поворотом тропинки он заметил дымок костра. И пошел медленнее. Компания из четырех парней и девицы. Одеты прилично, смеются. Явно не бомжи и не алконавты. Хотя бутылку "Столичной" в руках девицы Вова разглядел издале- ка . Но еще сильнее подействовал запах шашлыков. Вова вспомнил, что второй день не ел. Снова подступила тошнота. Да только они ведь сразу пошлют его подальше... Вова тихо ступал по тропин- ке, не решаясь шагнуть в сторону костра. Один из парней заметил его и махнул рукой. Вова помахал в ответ. - День рождения отмечаете? - спросил он, стараясь улыбаться натурально. - Какое там рожденье! Сократили нас всех! - воскликнул парень, который ма- хал . - Последний день гуляем. - И я тоже... уволили... - Ну, так мы товарищи по несчастью! За это надо выпить! Да вы не стесняй- тесь , подходите. Лена, налей товарищу! Шашлычок вот берите на закусь. Девица встала, озираясь в поисках посуды. - Мне можно сюда. - Вова протянул флягу. Девица плеснула так щедро, что замочила ему рукав. - Сто пятьдесят семь граммов! - бодро сказала фляга. - Но сеть собутов не
использовалась. Ни одного пойнта не получаешь, Шкалик. Девица с бутылкой ойкнула и отпрянула. Парни захохотали. - А, это... эксперимент какой-то... - Вова помахал флягой. - Бесплатно раз- дают, вроде социальной помощи... Он рассказал, как фляга помогает находить собутов. И как начисляются пойн- ты , если удалось найти больше двух человек. - Блин, да это же настоящая социальная сетка! - воскликнул один из парней. - Мы как раз этим занимались, только в Интернете! А с таким девайсом можно вообще круто замутить! И совместные закупки оптом, и поиск попутчиков для ту- ризма, и. . . - Не трави, Димон, - мрачно перебил его другой, постарше. - Перед инвесто- рами надо было эти песни петь. А сейчас поздно уже. Прикрыли лавочку. Ты луч- ше спроси у товарища, где такие фляжки раздают. Может, нам завтра тоже на опохмел не хватит. * * * Вторники Вова любил. Это была такая маленькая персональная религия, не тре- бовавшая улыбок сторонней удачи. По вторникам Вова не ждал чудес - но был свято уверен, что плохих вещей в эти дни случается меньше. Так что по вторни- кам он вроде как отдыхал, ну или делал что-нибудь простое. В этот вторник он снова пошел в мастерскую авторемонта, куда не попал в воскресенье. Тамошний халтурщик Витек был должен Вове двести рэ за разные запчасти, которые Вова ему притаскивал. Витек не отдавал долг с февраля, пре- красно зная, что Вове все равно некуда девать краденое. Понимал и Вова. Но воскресное происшествие с аккумулятором навело его на новый подход. Он рассказал Витьку, что в выходные добыл для него хороший то- вар, но мастерская была закрыта, так что пришлось продать другим людям. Кото- рые , кстати, расплачиваются сразу. Извини, мол, теперь буду с ними работать. Он не особенно надеялся на эту байку, но, кажется, магия вторника сработа- ла . Витек понял намек и сразу отдал Вове стольник. А оставшуюся часть долга предложил натурой, наполнив вовину флягу какой-то новомодной спиртовой про- тиркой . Пахла протирка паршивенько. Но в ответ на вовины претензии Витек за- катил ему целую лекцию о том, что современная химия для автомобилей гораздо чище того, что хлебают люди в наши дни. По дороге домой Вова купил батон, чай и банку кабачковой икры. И весь вечер провел на диване, читая забракованные уличным букинистом "Мифы Древней Гре- ции ". Нормальный вторник. • * * - Доброе утро, Владимир. - Чего? - Вова протер глаза и уставился на флягу. - У вас тридцать четыре пойнта. - Откуда? - За привлечение пятерых новых членов в сеть собутов. Вы, Владимир, теперь на втором уровне. Вам причитается вознаграждение. - И где оно? Фляга назвала адрес. Это было рядом, на Ленинском. Пятнадцать минут ходу. Невзрачное кафе с табличкой "Закрыто на дегустацию". Вова помялся у двери, не зная, что делать. Но тут фляга пискнула, и дверь открылась. - Проходите пожалуйста, - приветствовала Вову толстая тетка в синем фарту- ке . Вова прошел. В кафе было человек десять. Половина за столиками, другая по-
ловина толпится у бара. Явных опойков не заметно, но все какие-то мятые. Вова встал в хвост очереди. Очередь шла быстро. - Ну-с, что будем пить? - улыбнулся белобрысый бармен, когда дошло до Вовы. В вопросе чувствовалась какая-то издевка. - Самое лучшее будем пить, - сказал Вова, стараясь повторить шутливую инто- нацию. - Значит, "Косорылов Самогон"! Бармен нагнулся под стойку. Вова поглядел туда же. Кроме ящика "Косорыло- ва", никаких других бутылок там не было. И судя по цвету жидкости в пластико- вых стаканчиках окружающих, все пили одно и то же. Вова взял с бара свой ста- канчик , отхлебнул. Ну, и на том спасибо. Смысл ухмылки бармена он понял позже. Дома фляга объяснила ему, что такую халявную выпивку можно получать каждый день - но ее надо отрабатывать. Как? Надо рассказывать о "Косорылове". Не менее чем трем людям в день. Сначала Вова послал флягу подальше. Но задумался. Работа-то непыльная. Он выглянул в окно. Сосед, у которого Вова стащил аккумулятор, снова возился у гаража со своей "Волгой". Вова решил попробовать. Из-под раковины на кухне он извлек ящик с инструментами. Ну, это громко сказано: почти все инструменты Вова давно пропил. В ящике оставались только молоток и маленькая крестовая отвертка со сбитым жалом. Вова взял отвертку и пошел на улицу. - Привет, Петрович! Не ты отвертку потерял? Валялась тут рядом. Сосед мрачно глянул на Вову. - Нет, не моя... А ты не видел тут в воскресенье... Кто-нибудь по гаражам лазил? - Пацаны вроде крутились, с первого подъезда. А чего? - Да аккумулятор у меня сперли, скоты. - Такая молодежь теперь, Петрович. Ты отвертку-то бери все равно, мне ни к чему. Сосед взял у Вовы инструмент, все еще недоверчиво заглядывая ему в лицо: - Завязал что ли? - Ну, как-то так... Работенку нашел вроде. Вчера как раз отмечали. Кстати, классную вещь пили, советую попробовать... Работа и вправду оказалась непыльной. За остаток дня Вова легко нашел еще двух собеседников. Фляжка назначала пойнты за каждый разговор. Вечером, лежа на диване с "Мифами Древней Греции", он даже почувствовал ка- кое-то сходство с Прометеем. Он вырвал из книги картинку, где орел выклевыва- ет прикованному Прометею печень, и повесил на гвоздь в стене. • * * Сорвался Вова через две недели. Оказалось, что бухло, предназначенное для рекламы, каждую неделю разное. Первые две марки Вова вполне переваривал. И даже, наверное, успел привыкнуть к халявной выпивке неплохого качества. Ино- гда он уносил бухло с собой во фляге, и тем убивал сразу двух зайцев. Во- первых , реклама получалась более естественной, когда он угощал собеседников. Во-вторых, он разводил их на закуску - и не голодал. Но на третью неделю стали наливать полнейшее говнище из вычурных бутылок с яркой наклейкой. Можно было и не пробовать, Вова давно знал этот закон: если этикетка на бутылке раскрашена в такие же попугайские цвета, как металлолом на детских площадках - значит, в бутылке отстой. Однако Вова честно отработал воскресенье и понедельник, впаривая это жуткое пойло соседям, знакомым и про- сто случайным встречным. И тут настал вторник, любимый вовин день и персональный выходной. Нарушать
уважение ко вторнику было никак нельзя. С утра Вова сходил на дегустацию, убедился, что разливают тот же отстой - и ушел в глухую оборону. Он весь день игнорировал фляжку, которая пищала и требовала, чтобы он шел продвигать пойло в уличных разговорах. Вова делал вид, что не слышит. Он думал. Совсем расста- ваться с фляжкой не хотелось. Но и заниматься этой херней сегодня, именно се- годня , не хотелось тоже. Он так ничего и не придумал до самого вечера. Зато понял, что хороший день вторник угроблен. И когда фляжка визгливым голосом продавщицы в десятый раз потребовала, чтобы он шел на улицу и разговаривал с людьми о "классном новом напитке", Вова не выдержал. Он заговорил с фляжкой. Так, как не говорил нико- гда. - Да кто ты такая, чтоб меня учить?! Ты на себя посмотри! Кто, блядь, тебе такую пробку сделал, которая через два дня протекает? Ты вообще знаешь, что такое "притертая пробка"?! Да любой китайский термос тебя своей пробкой вы- ебет! Вова отвернул пробку, бросил на пол и расплющил каблуком. - О, какая теперь! Притертая к полу, хах! И тебя саму не мешало бы приплюс- нуть . Кто же такую уебищную форму придумал? Куда это гусиное яйцо засовывать? Они что, нормальных армейских фляжек не видели? Сплющить надо. Да и согнуть еще, чтобы в заднем кармане лежала нормально. Вова положил фляжку на стол и треснул кулаком по выпуклому боку "гусиного яйца". На фляжке появилась вмятина. Вова стукнул еще раз. Отлетел крепежный кронштейн. - Ой, прости, я догадался, для чего эта херовинка была! - продолжал заво- диться Вова. - Наверное, чтобы на поясе носить, а не в кармане? Тогда почему она такая маленькая? Где ты видела у мужика ремень шириной в один сантиметр? Ну, че молчишь? Весь день пиздела, а как отвечать надо, так заткнулась?! Индикатор фляжки вдруг мигнул оранжевым. Вова никогда не видел такого сиг- нала и не знал, что это означает. Но ему было уже по барабану. - Хуле ты мигаешь, дура? Ты же и мигать не умеешь толком! Какой криворукий гандон приделал тебе индикатор на боку, на самом выпуклом месте, так что оно всегда за одежду цепляется?! Почему не разместить его под горлышком? Или ваши тупицы не знают, что у большинства эта лампочка отлетает уже через неделю? Вот так, гляди! Вова резко провел флягой по ребру столешницы. Индикатор разбился. - Молчишь? Нечего сказать? Ну и катись нахуй. Он размахнулся и метнул побитую флягу в форточку. И сразу почувствовал себя легко и весело. А потом чертовски захотелось спать. Уже проваливаясь в сон, Вова вспомнил, что две недели назад Витек из автомастерской звал его к себе работать помощ- ником. Из-за этой дурацкой фляги предложение совсем вылетело из головы. Надо не забыть с утра... • * * - С добрым утром, Владимир Степанович. Вова разлепил глаза. Над ним стояли двое - большой лысый и маленький узко- глазый . Оба в строгих черных костюмах. Вова вспомнил лысого: это он выдавал фляги в том странном "центре реабилитации". Интересно, как они вошли, подумал Вова. Ах да, он же сам давно перестал запирать дверь. Брать-то в его конуре нечего. - Я. . . это... - Вова сделал руками жест, изображающий флягу. - Потерял. Очень извиняюсь. - Мы уже нашли ваш собутлинг-коммуникатор, Владимир Степанович. Более того,
наша система зарегистрировала очень необычный фидбэк с вашей стороны. Мы счи- таем, что ваши способности недооцениваются. И предлагаем вам серьезное повы- шение . - Пятый уровень? - усмехнулся Вова. - Нет. В данной сети вообще нет такого уровня, на который вы вышли. Госпо- дин Хуо, представитель головного офиса нашей компании, утверждает, что вы со- вершили некий "сингулярный прорыв". Он захотел лично увидеться с вами. Вова поглядел на узкоглазого. Кореец, что ли? Хер их разберешь. Узкоглазый, в свою очередь, с любопытством рассматривал Вову и его конуру. А потом быстро залопотал на своем собачьем языке. Лопотал он долго, минуты три, по-ленински указывая прямой рукой то на вовину люстру без плафона, то на картинку с Прометеем на стене, то на банку из-под кабачковой игры, что стояла на полу возле дивана. Наконец он заткнулся и поклонился, как сломанная кукла. - Господин Хуо благодарит вас за ценные замечания по дизайну коммуникатора, - перевел лысый. И протянул Вове конверт. - Это на первое время. Советую потратить на одежду. Остальное вам подскажет ваш персональный гид. Вот он. Лысый вынул из кармана маленькую черную коробочку, какие бывают в ювелир- ных . И раскрыв ее, поставил перед Вовой на стол. В коробочке лежала золотая серьга-клипса со сверкающим камешком. Когда Вова отвел взгляд от камешка, лю- дей в пиджаках уже не было. Он заглянул в конверт: евро. Достал серьгу из коробочки, повертел в паль- цах . Да уж, ходить с такой штукой... Пидорский будет видок. Может, продать и свалить? Неа, найдут. Сейчас ведь нашли, хотя ни адреса не оставлял, ни име- ни , когда фляжку получал. Он вздохнул и надел клипсу на ухо. - Здравствуй, Володенька, - сказал голос в голове. - Меня зовут Ксения, но для своих я просто Барабака. А мы с тобой теперь свои, ха-ха. - И что с тобой делать? - пробормотал Вова. - Ой, так много всего интересного! Сегодня, например, пойдем в галерею "Винзавод". Там презентация, тебе надо будет посмотреть, потом откомментиро- вать на наших площадках. - Чего смотреть-то? - А не все ли тебе равно, мой сладкий? Может, сумочки новые покажут, а мо- жет, косметику. Да ты не беспокойся, коньячок там тоже будет, хороший.
Разное БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ РАСТЕНИЯ Коптис Coptis L. Все части В качестве примера приводится описание Коптиса трехлистного - Coptis trifolia, семейство лютиковые - Ranunculaceae. Распространен в Восточной Сибири (Лено-Колымский район) и на Дальнем Восто- ке . Растет в хвойных мшистых лесах, на севере - по моховым болотам. Ботаническое описание Коптис трехлистный - многолетнее травянистое растение высотой до 15 см с тройчатыми кожистыми листьями. Корневище тонкое, ползучее, одетое в верхней части остатками отмерших листьев; все листья прикорневые, на длинных череш- ках, тройчатые; цветочные стрелки одиночные, до 15 см длиной, при плодах не- много удлиняются. Цветки одиночные, редко по два на стрелке, 1-1,5 см в диа- метре, белого цвета; пять чашелистиков, яйцевидные, бледно-желтые, к основа- нию с наружной стороны сиреневые. Плодики - листовки перепончатые, почти лан- цетной формы, вверху постепенно переходящие в носик; семена продолговатые, бурые.
Химический состав В корневищах обнаружены алкалоиды (8%), в основном берберин и коптин. В не- большом количестве алкалоиды содержатся в траве. Кроме того, в растении най- ден ранункулин (до 0,1%). Использование С лечебной целью используются корневища и трава. Отвар корневищ используют в виде полосканий при стоматитах, язвах и нарывах в ротовой полости и гортани, а также принимают внутрь при язвенной болезни желудка, дизентерии, колитах, энтеритах, диспепсии, как тонизирующее желудок, горечь. Эффективен отвар корневищ как противоглистное (против остриц и аска- рид) ; он улучшает пищеварение, повышает аппетит, действует как общеукрепляю- щее средство, особенно при выздоровлении. Настойка корневищ, согласно литературным данным, вызывает потерю интереса к спиртным напиткам у алкоголиков, рекомендуется при внутренних кровотечениях. Корневища считают противопростудным, противопоносным и противовоспалитель- ным средством, в частности при рожистых воспалениях кожи. Свежий сок травы и корневищ рекомендуется как кровоостанавливающее при ле- чении порезов и ушибов. Настой травы в народной медицине используют как тонизирующее желудок сред- ство . Копытень Asarum L. Все части В качестве примера описан Копытень европейский, или Копытень обыкновенный (лат. As arum europaeum) — травянистое растение; вид рода Копытень (Asarum) семейства Кирказоновые (Aristolochiaceae). В России широко распространён в лесной и лесостепной полосе Европейской
части и на юге Западной Сибири. Растёт в хвойных, широколиственных и хвойно- широколиственных тенистых лесах. Ядовитое растение. Ботаническое описание Многолетнее травянистое растение высотой около 10 см, покрытое короткими прижатыми волосками, обладающее своеобразным запахом. Корневище ползучее, ветвистое. Однолетние побеги короткие, приподнимающиеся, у каждого из них при основании три яйцевидные бурые чешуи и 2 сближенных длинночерешковых зимующих листа. Пластинка листа округло-почковидная, темно-зеленая, лоснящаяся, кожи- стая, шириной 5-8 см, с обеих сторон покрыта короткими, прижатыми волосками. Цветы по одному на верхушке побегов, пазушные, на поникающих цветоножках. Околоцветник простой, колокольчатый, снаружи зеленовато-пурпуровый, внутри грязно-пурпуровый, трехраздельный. Лопасти его треугольно-яйцевидные с загну- тым внутрь заостренным на верхушке кончиком. Тычинок 12. Пестик с нижней, сплюснутой сверху завязью. Столбики, числом 6, сросшиеся при основании в бо- роздчатую колонку, сверху расширенную в шестилучевое рыльце. Плод - шести- гнездная коробочка с остатками засохшего околоцветника на верхушке. Семена треугольно-яйцевидные, слегка сплюснутые, серовато-бурые, мелкоморщинистые, длиной 3 мм с широкой и глубокой бороздкой и зубчатым присемянником. Цветет в мае, плоды созревают в июне. Химический состав Корневища, корни и трава содержат эфирное масло (до 1%), в состав которого входят ядовитое летучее вещество азарон и диазарон (30-35%) ; азариловый аль- дегид, ос-пинен (1-2%), эвгенол (12-15%), метилэвгенол и борнилацетат гликози- ды и алкалоид азарин.
Использование В народной медицине корневища копытня применяются как рвотное или отхарки- вающее средство, при желтухе, водянке, алкоголизме, как слабительное и моло- когонное, а листья растения - при малярии. В эксперименте гликозид, содержа- щийся в листьях, усиливает сердечные сокращения; алкалоид азарин повышает ар- териальное давление, суживает периферические сосуды, повышает тонус вен. Аза- рон вызывает рвоту, оказывает возбуждающее действие на сердце. Кориария Coriaria Надземная часть Кориария (лат. Coriaria) — единственный род растений монотипного семейства Кориариевые, входящего в порядок Тыквоцветные. Включает в себя около 30 ви- дов, имеющий обширный, но разорванный ареал, охватывающий Средиземноморье, Южную и Восточную Азию, Новую Зеландию и другие тихоокеанские острова, Южную и Центральную Америку. Ботаническое описание Маленькие деревья и кустарники, обычно листопадные, корневищные, травяни- стые многолетние полукустарники. Ветви, изогнутые с мутовками противополож- ных , простых, цельных листьев. Листья супротивные простые, 2—9 см длиной, без прилистников. Мелкие, незаметные зеленые цветки в конечных или пазушных кис- тях. Цветки с пятью лепестками, собраны в кистевидные соцветия 2—30 см дли- ной. Плод — маленькая блестящая чёрная (иногда жёлтая или красная) ягода. Кориария верхушечная (Coriaria terminalis)
Химический состав Листья растения содержат глюкозид кориамиртин, который является судорожным ядом. Использование В гомеопатии используются ягоды растения. Коринокарпус гладкий Corynocarpus laevigata Forst Ядро, плод Новозеландский лавр, карака - Коринокарпус гладкий laevigata). Семейство коринокарповых (Corynocarpaceae). (Corynocarpus Ботаническое описание Коринокарпус гладкий (Corynocarpus laevigata) - вечнозеленый кустарник или дерево, красиво ветвящееся, в культуре до 3-4 м высотой, в природе - в суб- тропических лесах Новой Зеландии - значительно выше. Листья крупные, до 12 см длиной, обратнояицевидные или эллиптические, бле- стящие , темно-зеленые. Цветки мелкие, голубовато-белые, в метельчатых соцветиях. Химический состав В косточке караки содержится смертельный яд - алкалоид каракин.
Использование Еще в XIX веке маори употребляли плоды караки в пищу, после термической об- работки, она была одним из видов их растительного рациона. В настоящее время, из-за значительного изменений условий жизни маори, а также опасности возмож- ного отравления, карака используется только как орнаментальное растение, спо- собное украсить собой любой ландшафт. Корнулака белоцветковая Cornulaca leucantha Надземная часть Хотя это растение в списке запрещенных для применения в качестве добавок, найти информацию по нему не удалось. Другие виды рода Cornulaca обитают в пустынях. Корнулака одноцветковая Cornulaca monacantha - расте- ние сем. Амарантовые (Amaranthaceae), характерное для песков Ливийской и Аравийской пустынь. Косциниум продырявленный Coscinium fenestratum Все части Coscinium fenestratum или желтый виноград, как его иногда называют на анг- лийском языке, является древесная лианой, родом из Южной Азии и материковой части Юго - Восточной Азии. Косциниум продырявленный (Coscinium fenestration) называют в Европе ложной калумбой. Это лекарственное растение находится под угрозой исчезновения. Ботаническое описание Coscinium fenestratum цветет и плодоносит в августе-октябре. Химический состав Это растение содержит более 10 алкалоидов. Обладает выраженными противомик-
ровными свойствами. Коккулин и коклаурин имеют курареподобные свойства, а бискоклаурин оказыва- ет тормозящее действие на развитие туберкулезных палочек. Использование Это одно из немногих растений, которое используется в медицине полностью: от корней до плодов. Его активные ингредиенты широко используют в различных терапевтических целях. Стебель растения обладает противомикробными, антидиа- бетическими , противовоспалительными, антиоксидантными свойствами. Корень используется в лечении ран, язв. Экстракт стебля применяют при змеиных укусах и при лечении лихорадок. Это растение используется так же в сочетании с дру- гими лекарственными растениями при лечения герпеса, гриппа и глазных заболе- ваний. Купание в отваре с водой снимает боль тела. Корни этой лианы используют как горькое тонизирующее желудочное средство. Древесина — источник желтой краски, а экстракт коры — составная часть стрель- ного яда. Широко применяется в народной медицине Востока. Красавка обыкновенная (Белладонна) Atropa belladonna L. Все части Белладонна, или Красавка обыкновенная, или Красуха, или Сонная одурь, или Бешеная ягода, или Вишня бешеная, или Белладонна европейская, или Белладонна обыкновенная, или Красавка белладонна (лат. Atropa belladonna) — многолетнее травянистое растение, вид рода Красавка (Atropa) семейства Паслёновые (Solanaceae). Распространено в Северной Африке (Алжир, Марокко), Центральной, Южной, Вое-
точной и Западной Европе, в Крыму, на Кавказе, в Малой Азии (Турция, Сирия), в горных районах Западной Украины. Для природных местообитаний белладонны характерен мягкий, влажный, но не сырой климат, с нежарким летом и довольно снежной зимой и лёгкие, перегной- ные, плодородные лесные почвы. Растёт в изреженных буковых, дубовых, пихтовых и грабовых лесах, иногда на высоте 1000 м над уровнем моря; одиночно или небольшими группами, на опушках, вырубках, по берегам рек. Ботаническое описание Многолетнее травянистое растение. В первый год жизни развивается вертикаль- ный, стержневой разветвлённый корень и маловетвистый стебель, достигающий вы- соты 60—90 см. Со второго года жизни развивается утолщенное корневище с мно- гочисленными крупными ветвистыми корнями. Стебли высокие, прямые, ветвистые, толстые, неясногранистые, сочные, зелё- ные или тёмно-фиолетовые, до 200 см высоты, в верхней части густо железисто- опушённые . Листья черешковые, нижние — очерёдные, верхние — попарно, почти супротивно сближенные (причём всегда один значительно, в три—четыре раза крупнее дру- гих) , плотные, длиной до 20 см и шириной до 10 см, тёмно-зелёные. Листовая пластинка эллиптической, яйцевидной или продолговато-яйцевидной формы, верху заострённая, цельнокраиная, к основанию суживающаяся в короткий черешок. Цвет листьев сверху зелёный или буровато-зелёный, снизу — более светлый. Цветки пятичленные, одиночные или парные, некрупные, поникшие, выходящие из пазух верхних листьев на коротких железистоопушенных цветоножках, колокольча- тые, правильные, с двойным околоцветником. Чашечка, остающаяся при плодах,
пятинадрезанная, с яйцевидными длиннозаострёнными лопастями. Венчик цилиндри- чески-колокольчатый, пятилопастный, 20—30 мм длины, грязно-фиолетового (ино- гда жёлтого) цвета, у основания жёлто-бурый, с буро-фиолетовыми жилками. Ты- чинок пять; пестик с верхней завязью, фиолетовым столбиком, равным венчику или немного длиннее его, и почковидным рыльцем. Цветёт с мая до глубокой осе- ни. Плод — двугнёздная, слегка приплюснутая блестящая фиолетово-чёрная (иногда жёлтая) ягода со множеством семян в сине-фиолетовом соке; напоминает мелкие вишни, сладковатые на вкус. Семена почковидные или немного угловатые, бурые, с ячеистой поверхностью, 1,5—2 мм длины. Вес 1000 семян 0,6—1,36 г[4]. Плоды созревают с июля до конца вегетации. Химический состав Все органы белладонны содержат алкалоиды: корни - 0,4-1,3%, листья - 0,14- 1,2, стебли - 0,2-0,65, цветы - 0,24-0,6, зрелые плоды - 0,7%. Состав алкалоидов: атропин, гиосциамин (при воздействии кислот и щелочей рацемизируется в атропин), 1-скополамин (гиосцин), апоатропин, белладоннин, N-метилпирролин, N-метилпирролидин, перидии, тетраметилдиаминобутан. В кор- нях, кроме того, обнаружен кускгигрин. В листьях и корнях содержится скополе- тин. Максимальное содержание алкалоидов обнаружено в листьях в стадии бутони- зации, в стеблях - в фазе начала образования семян, а в корнях - в конце ве- гетационного периода. Листья содержат: макроэлементы (мг/г): К - 50.7, Са -16.2, Мд - 7,4, Fe - 0.5; микроэлементы (мкг/г) : Мп - 0.15, Си- 0.65, Zn - 0.62, Со - 0.16, Сг - 0.09, А1 - 0.34, Ва - 0.1, V - 7.27, Se - 12.8, Ni - 0. , 58, Sr - 0.13, Pb - 0.06, Li - 80.0, В - 1.2; концентрируют Li, Se, Ni, особенно Ni, Li, могут накапливать Мп, Cu, Co. Корни содержат: макроэлементы (мг/г): К - 26.3, Са - 8.2, Мд - 2.,7, Fe - 2.4; микроэлементы (мкг/г): Мп - 0.14, Си - 0.93, Zn - 0.51, Со - 0.1, Сг - 0.28, А1 - 0.87, Ва - 0.55, V - 0.26, Se - 4.55, Ni - 24.8, Sr - 0.06, Pb - 0.14, Li - 189.0, В - 25.6; концентрируют Fe, Cu, Se, Ni, Li, Al, особенно Li, Ni, могут накапливать Мп, Cu, Co. Использование Используются листья, трава, корень и получаемые в чистом виде алкалоиды. В античных источниках о применении красавки в медицине практически не упо- минается, хотя совершенно очевидно, что её ядовитые свойства были известны. Белладонна упоминается как лекарственное растение в «De Materia Medica», на- писанной Диоскоридом (примерно 40—90 годы нашей эры). Подробно об этом лекар- ственном растении рассказали лишь авторы средневековых травников. Белладонна упоминается в травнике Фокса, изданном во второй половине XV века. Но ещё раньше люди стали использовать это растение как источник яда. Из неё готовили мазь, которую использовали во время судов над ведьмами. При её втирании дей- ствующие вещества попадали в кровь, что вызывало галлюцинации, и жертвы под пыткой говорили всё, что от них требовали. Из красавки делали также приворот- ные зелья. У К. Баугина в травнике (Базель, 1596) упоминается, что нарезанная и приложенная трава красавки лечит все язвы и опухоли, воспалённые желудок и печень, утоляя при этом жар. Современная народная медицина отказывается от употребления столь опасного лекарственного растения, однако, ранее экстракты
красавки с вином и соками принимали как внутрь, так и в качестве наружного средства при болях разного происхождения. Препараты, изготовленные на основе экстракта белладонны, применяются при изучении сосудов глазного дна, воспалительных заболеваниях слизистой желудка, бронхиальной астме, лечении гастритов и почечнокаменной болезни. Самостоятельное применение красавки недопустимо. Признаки отравления: Признаки лёгкого отравления (появляются через 10—20 минут): сухость и жже- ние во рту и глотке, затруднённое глотание и речь, учащённое сердцебиение (тахикардия). Голос становится хриплым. Зрачки расширены, не реагируют на свет. Нарушено ближнее видение. Светобоязнь, мелькание мушек перед глазами. Сухость и покраснение кожи. Возбуждение, иногда бред и галлюцинации. При тяжёлых отравлениях полная потеря ориентации, резкое двигательное и психическое возбуждение, иногда судороги. Резкое повышение температуры тела, одышка с появлением периодического дыхания типа Чейна — Стокса, цианоз (поси- нение) слизистых оболочек, пульс неправильный слабый, падение артериального давления. Возможен смертельный исход от паралича дыхательного центра и сосу- дистой недостаточности. Специфическим осложнением отравлений атропином являются трофические наруше- ния — значительные отёки подкожной клетчатки лица, в области предплечий и го- леней . В медицине препараты белладонны используются очень широко в качестве спаз- молитических и болеутоляющих средств при язвенной болезни желудка и двенадца- типерстной кишки, холецистите, желчно-каменной болезни, почечных коликах, спазмах кишечника и мочевых путей, повышенной секреции слюнных желез и слизи- стых, в глазной практике для расширения зрачка и паралича аккомодации, при брадикардии и других заболеваниях, сопровождающихся спазмом гладкой мускула- туры внутренних органов. Действие белладонны обусловлено содержащимися в ней алкалоидами - атропином, гиосциамином и скополамином, их избирательным дейст- вием на М-холнореактивные системы организма, выражающееся в блокировании пе- редачи импульсов с постганглиоранных холинергических волокон на иннервируемые ими органы. Кроме этого, атропин и гиосциамин обладают возбуждающим действием на центральную нервную систему. Белладонну в таблетках и винный отвар ее применяют при паркинсонизме. Наи- более употребителен алкалоид белладонны - атропин. Препараты - атропин сернокислый, порошок из листьев, сухой и густой экс- тракт, корбелла (в таблетках), настойка, отвар корня. Настойка входит в со- став капель Зеленина, экстракт - во многие комбинированные лекарственные фор- мы (беллатаминал, солутан, бекарбон, бесалол, беллалгил, белластезин, белло- ид, свечи бетиол и анузол, аэрон); листья - в состав астматола, астматина. Крестовник (Аденостилес ромболистный) Senecio L. Надземная часть Крестовник (лат. Senecio) — огромный по числу видов род семейства Астровые, самый крупный род среди всех цветковых растений. По разным данным, в него входят от 1000 до 3000 видов, встречающихся по всему миру и имеющих самые разнообразные жизненные формы — от однолетних трав до деревьев. Растения из рода Крестовник распространены повсеместно — от тропиков до арктических областей. Наибольшее видовое разнообразие наблюдается в Южной Америке, в Средиземноморье, а также в умеренных областях Азии и Северной Аме- рики.
Подавляющее большинство видов крестовника — однолетние или многолетние тра- вы. Встречаются также лианы, кустарники и полукустарники. Некоторые виды из Южной Африки — суккуленты. К древовидным крестовникам относятся несколько африканских видов, произра- стающих в условиях высокогорья (например, на горе Килиманджаро). По форме это розеточные деревья, достигающие в высоту 10 м, — ствол этих растений почти не ветвится, а на верхушке находится крона листьев, похожая на розетку. Как типовой вид ниже описан Крестовник обыкновенный (лат. Senecio vulgaris) — травянистое растение, вид рода Крестовник (Senecio) семейства Астровые (Сложноцветные), типовой вид этого рода. Злостный сорняк, засоряющий посевы. Ядовитое растение. Растение широко распространено в Евразии — от Северной Африки и европейско- го побережья Атлантики на западе до Японии на востоке. Как адвентивное расте- ние крестовник обыкновенный встречается также в Северной Америке. В Средней полосе России встречается во всех областях. Растёт по берегам рек и озёр, по опушкам лесов, а также рядом с жильём, в том числе среди посевов, в огородах, садах и парках, вдоль полотна железной дороги. Растение — злостный сорняк пропашных культур (то есть культур, для которых требуются большие площади питания и междурядная обработка почвы), а также огородов. Предпочитает плодородные земля, является растением-индикатором со- держания в почве азота. Крестовник обыкновенный (Senecio vulgaris). Ботаническое описание Важный диагностический признак крестовника обыкновенного — отсутствие в его
корзинках язычковых цветков. Двулетнее или однолетнее растение (в другой терминологии — яровой или зи- мующий однолетник) травянистое растение высотой от 10—12 до 40—50 см. Расте- ние слегка мясистое, может быть как путинисто опушённым (волоски простые, не клейкие), так и почти голым. Стебель прямостоячий, более или менее ветвистый. Как прикорневые, так и нижние стеблевые листья продолговато-лопатчатовидные, по краям зубчатые, дли- ной от 2 до 10 см и шириной от 0,5 до 2,5 см, рано отмирающие; при основании эти листья сужены в черешок, который может быть как коротким, так и почти равным длине листовой пластинки. Средние стеблевые листья имеют продолговатую или ланцетовидную форму, наверху острые, к основанию суженные, сидячие, дли- ной от 3 до 11 см и шириной от 0,5 до 2 см; они глубоко выемчато-перисто- лопастные, при этом лопасти могут быть как цельнокрайними, так и неравномерно зубчатыми; иногда листья не разделены на лопасти, а лишь глубоко зубчатые. Соцветия — корзинки колокольчатой формы, расположенные на концах побегов, длиной от 6 до 8 мм и диаметром около 5 мм, на цветоносах длиной от 1 до 3,5 см, часто наклонённых. У корзинок имеются обёртки из 2—7 наружных листочков, нередко черноватых на верхушке, и большого числа более длинных (обычно в 2—4 раза, иногда в 6 раз) внутренних листочков. Язычковых цветков у крестовника обыкновенного нет, все цветки трубчатые, жёлтой окраски. Химический состав В надземной части растения содержатся сенеционин и сенецин — пирролизидино- вые алкалоиды, имеющие кровоостанавливающие свойства. Растение ядовито, что обусловлено содержанием в нём различных ядовитых ал- калоидов, которые могут привести к поражению печени с последующим поражением центральной нервной системы. Из домашних животных особенную опасность расте- ние представляет для лошадей. Наблюдались случаи отравления утят при добавле- нии к их корму размолотых растений крестовника обыкновенного и якобеи обыкно- венной (Jacobaea vulgaris) в количестве 10 %. Использование Ранее крестовник обыкновенный использовался в качестве лекарственного рас- тения - экстракт и настой применяли в гинекологической практике в качестве кровоостанавливающих средств. Кроссоптерикс кочияновыи (Кочи) Crossopteryx kotschyana Кора Синоним: Crossopteryx febrifuga. О растении мало что известно, хотя оно ши- роко распространено в тропической Африке. Ботаническое описание Crossopteryx febrifuga это лиственное дерево саванн, 1,8-15 метров высотой, с округлой кроной и подвесными веточками. Химический состав Листовые экстракты содержат флавоноиды кверцетин-3-арабинозид, кверцетин-3-
галактозид, кверцетин-3-глюкозид, мирицетин-3-галактозид, рутинозид, витексин, изовитексин, ориентин и изоориентин. В корнях содержатся сапонины. В коре - бетулиновая кислота. кверцетин-3- Использование Используется в африканской народной медицине для лечения дизентерии, диареи и лихорадки. Бетулиновая кислота, выделенная из коры, показала цитотоксичность против карциномы толстой кишки человека. Семена используются для фумигации одежды. Кротолария Crotalaria L. Все части Кроталярия (Crotalaria) (Fabaceae), распространённый крупный род растений семейства Бобовые тропиках и субтропиках. Ботаническое описание Многолетние, реже однолетние, травы, полукустарники или кустарники. Стебли травянистые или деревянистые. Листья простые, цельные или тройчатые; реже сложные, пальчатые из 2—7 листочков; часто низбегающие (в таком случае стебли крылатые). Прилистники маленькие, не сросшиеся с черешком, или отсутствуют. Цветки чаще всего жёлтые, реже красные, пурпуровые, голубые или синие; соб- раны в верхушечные или пазушные, противостоящие листьям кисти, иногда одиноч-
ные. Прицветники маленькие, опушённые или отсутствуют. Чашечка с колокольчатой трубкой и пятью почти равными, свободными, линейны- ми или ланцетными долями; реже 2 верхних доли срастаются в верхнюю губу, а 3 нижних — в нижнюю губу, или 4 верхних полусрастаются парами. Венчик мотыльковый: флаг округлый, реже яйцевидный, сверху с коротким копьеобразным мозолистым утолщением у основания; крылья удлинённые, продолго- вато-эллиптические или обратнояйцевидные, короче паруса; лодочка изогнутая, на спинке угловатая, клювообразная, заострённая, реже почти тупая. Тычинки однобратственные, диморфные: 5 с крупными длинными эллиптическими пыльниками и 5 с более короткими, мелкими, шаровидными. Завязь сидячая или почти сидячая (на ножке), опушённая, со многими, реже двумя, семяпочками. Столбик длинный, сильно изогнутый или наклонённый, сверху опушённый. Плод — яйцевидный, линейный или продолговатый, прямой, сильно вздутый, дву- створчатый , обычно мнохюсемянный боб. Семена почковидные, на нитевидных семя- ножках . Crotalaria juncea. Химический состав Из некоторых видов были выделены алкалоиды одного и того же типа — гепато- токсические, т. е. ядовитые для печени. Использование Волокно кроталярии похоже на волокно конопли, однако уступает ему по проч- ности. Длина технического волокна 120-150 см, цвет от желтого до серого. Во- локно заменяет джут, оно долговечнее и прочнее его, идет для тарных тканей, сетей, веревок, парусины и т. д. Основной экспортер этого волокна — Индия.
Кротон слабительный Croton tiglium L. Все части Кротон слабительный (лат. Croton tiglium) — растение семейства Молочайные (Euphorbiaceae), типовой вид рода Кротон. Произрастает в Индии, Малайзии, Мьянме и на Шри-Ланке. Культивируется в пределах своего ареала, а также в Южном Китае, Занзибаре и на Яве. Ботаническое описание Кротон слабительный — маленькое дерево или кустарник с продолговато- яйцевидными зазубренными листьями. Цветки собраны в верхушечные кисти. Плод — трёхгранная коробочка с тремя семенами с ровной жёлто-бурой поверх- ностью . Химический состав Лекарственным сырьём являются семена кротона, из которых экстрагированием получают жирное масло (лат. Oleum Crotonis), содержание которого в семенах составляет 50—60 %. Масло состоит из триглицеридов олеиновой, линолевой и ми- ристиновой кислот. Однако его сильное слабительное действие обусловлено ди- эфирами дитерпенового спирта карбола и жирных кислот с длинной углеводородной цепью (Cs, Сю, Ci2, Ci4) , а также уксусной кислотой и специфичными для данного
масла кротоновои и тиглиновои кислотами. Ядовитость семян и их сильное слабительное действие обусловлены токсальбу- мином и ядовитой смолой, которые переходят в жирное масло. Использование Кротоновое масло — сильное слабительное средство. В большем количестве оно вызывает рвоту и воспаление желудочно-кишечного тракта. Двадцать капель уже смертельны. Нанесение этого масла на кожу вызывает воспаление с образованием пузырей. Листья растения в народной медицине употребляют при змеиных укусах. Листья используют для глушения рыбы. Сок листьев и водная вытяжка коры являются стрельными ядами. Круглосемянник тонколистный Cyclospermum leptophyllum Плоды Ciclospermum leptophyllum является одним из видов растений в семейства сельдереевых (Apiaceae). Известен также названиями болотная петрушка, строй- ный сельдерей и листо-ихюльчаный сельдерей. Это растение произрастает во всем мире в субтропических и тропических широтах и считается вредным сорняком во многих областях. Ботаническое описание Это трава, достигающая чуть более половины метра в высоту. Она имеет ните- видные зеленые листья длиной в несколько сантиметров и малые зонтики сфериче- ских цветов. Химический состав Химический состав круглосемянника тонколистохю мало исследовался. Из него
(надземная часть) получают эфирное масло, в составе которого много чего есть, но больше всего диметиловохю эфира тимогидрохинона (50,7%), метиловый эфира тимола (11,2%), гамма-терпинена (10,4%), п-кумола (9,5%) и метилового эфира карвакрола (5,9%). Использование Растение иногда используется как замена петрушки, но есть сведения, что оно (по-видимому плоды) может быть ядовито для млекопитающих. Ксанториза простейшая Xanthorhiza simplicissima Все части Семейство Лютиковые. Xanthorhiza 8±тр1±с±88±таявляется единственным членом рода Xanthorhiza, и один из очень немногих родов семейства лютиковых с дре- весным стеблем. Родина - Северная Америка. Ботаническое описание Кустарник или корневищный многолетник около 90 см высотой. Листья очеред- ные, разделены на 5 зубчатых долей, глянцевые, зеленые, со светлыми пятнами, снизу желтые, бронзовые или красные. Цветки небольшие, 5-лепестные, открытые, пурпурно-бордовые, коричневато-пурпурные в кистях появляются в мае. Химический состав Содержит алкалоид берберин. Использование Традиционно использовалась для окрашивания (желтый краситель выделяется из корней) и в народной медицине.
Кубышка Nuphar L. Все части Кубышка (лат. Nuphar) — род многолетних водных растений семейства Кувшинко- вые (Nymphaeaceae), распространённых на мелководье по берегам озёр и медлен- нотекущих рек или проток. Часто кубышку ошибочно называют кувшинкой; при этом кувшинку белую называют водяной лилией. Некоторые исследователи считают, что род монотипный и состоит из одного по- лиморфного вида Nuphar lutea (Кубышка жёлтая - далее о ней, как о типовом ви- де) , в то время как 10—12 или более видов принимаются некоторыми другими ис- следователями . Последние молекулярные исследования показывают существование различий между европейскими и американскими видами. Кубышка желтая (желтая водяная лилия, купава желтая, кубышка, водолет, вах- товик желтый, лопух водяной) - Nuphar lutea L. Растет почти по всей территории России (кроме Крайнего Севера), в Западной и Средней Сибири, на Кавказе и в Северо-Восточном Казахстане. Ботаническое описание Многолетнее травянистое растение. Корневище горизонтальное, толстое, мяси- стое , толщиной 3—7 см, покрыто рубцами от опавших листьев. Нижние листья подводные, на коротких черешках, тонкие, полупрозрачные, с волокнистыми краями. Плавающие листья яйцевидные, на длинных трёхгранных че- решках. Листовые пластинки круглые, кожистые, светло-зелёного цвета. Ширина листовой пластинки 15—19 см, число главных жилок 21—24.
Цветки одиночные, верхушечные, жёлтого цвета, шириной 4—6 см, с запахом ал- коголя для привлечения опылителей (иногда возможно самоопыление). Цветение в июне—августе. Пестик созревает раньше тычинок. Чашечка состоит из пяти — шес- ти чашелистиков, снаружи окрашенных в зелёный, внутри — в жёлтый цвет. Лепе- стки обратно-серцевидные, с медовой ямкой на наружной стороне, примерно на треть короче чашечки, количеством 15—20. Пыльники продолговато-линейные, жёл- тые, прикреплены к цветоложу. Завязь овально-коническая, с расширенным рыль- цем. Диаметр рыльцевого диска 9—11 мм, число лучей рыльца 13—15. Форма края рыльцевого диска цельная. Плоды гладкие, многогнёздные, длиной 4—5 мм, созревают на поверхности воды. Плод — яйцевидно-коническая коробочка с многочисленными семенами. Развитие в воде, созревание в августе—сентябре. Химический состав Корневища кубышки желтой содержат алкалоиды хинолизидиновой группы: нуфарин (0,4%), а- и р-нуфаридин, нуфамин, нуфлеин (основной алкалоид), тиобинуфари- дин, дезоксинуфаридин, р-дезоксинуфаридин, аллотибинуфаридин, псевдотиобину- фаридин, тиодезоксинуфаридин; ситостерин, гликозид ситостерина, стигмастерин, дубильные вещества (6,7%), витамин С, каротин, крахмал (до 20%). Макроэлементы (мг/г): К - 33.6, Са - 4.3, Мд - 1.3, Fe - 1.4; Микроэлементы (мкг/г) : Мп - 131.0, Си - 33.3, Zn - 28.2, Со - 4.4, Сг - 0.64, А1 - 335.1, Ва - 105.2, V - 0,.32, Se - 0.13, Ni - 4.96, Pb - 6.48, В - 62.4, I - 2.21, Br - 97.2; концентрируют Fe, особенно Co, Va, Cu, Br. Активность кубышки желтой связана в основном с содержанием в ней алкалои- дов, сумма которых под названием "лютенурин" хорошо изучена. Лютенурин обла- дает широким спектром антимикробного действия, подавляет рост грамположитель- ных (в том числе устойчивых к антибиотикам) бактерий, спорообразующих и ки- слотоустойчивых бактерий, патогенных грибов; обладает противотрихомонаднои активностью и сильным сперматоцидным свойством. Бактерицидное действие люте- нурина зависит от концентрации и длительности контакта с возбудителем, бакте- риостатическое его действие наиболее выражено в слабощелочной среде. Использование В медицине лютенурин применяется местно при лечении кожных заболеваний и слизистых оболочек, вызванных грамположительными микроорганизмами и грибами (кандиды); препарат эффективен при отитах, трихомонадных урогенитальных забо- леваниях, при трихомонозах, осложненных бактериальной и грибковой флорой; применяется как местное противозачаточное средство. Куколь обыкновенный Agrostemma githago L. Все части Куколь обыкновенный, или Куколь посевной (лат. Agrostemma githago) — одно- летнее растение, вид рода Куколь (Agrostemma) семейства Гвоздичные (Caryophyllaceae). Засоряет посевы зерновых культур. Куколь обыкновенный произрастает в Европе, Средней Азии, Северной Африке. В России — по всей Европейской части, на Кавказе, в Западной и Восточной Сиби- ри , на Дальнем Востоке. Вид описан из Европы.
Ботаническое описание Растение травянистое, высотой 30—80 см, равномерно, негусто войлочно опу- шенное простыми длинных мягкими серыми, более или менее прижатыми волосками. Корень стержневой, тонкий, слабоветвистый. Стебель простой или вверху с немногочисленными отклонёнными ветвями, прямо- стоячий , округлый, удлинённый, облиственный. Листья, без прилистников, простые, супротивные, сидячие, в основании слегка сросшиеся, линейные или линейно-ланцетные, острые, цельнокрайние, перисто- нервные, цельные, длиной 3—13 см, шириной 2—10 мм. Цветки довольно крупные, расположены поодиночке на концах стебля и веточек, полные, циклические, правильные. Чашечка спайнолистная, рассечена глубже по- ловины на 5 линейных долей длиной 2—3 см, шириной около 2 мм, превышающих трубку. Трубка чашечки длиной 1,5—2 см. На поверхности чашечки хорошо заметны 10 выступающих жилок. Венчик без прицветника, раздельнолепестный, более ко- роткий, чем чашечка, с пятью цельными обратнояйцевидными темно-розовыми лепе- стками и слабо выемчатым отгибом на верхушке, переходящим в ноготок, несущий две продольные крыловидные полоски. Андроцей из десяти свободных тычинок в два круга; цветок обдиплостемонный; наружные тычинки в основании прирастают к лепесткам; тычиночная нить тонкая, длиннее ноготка; пыльник продолговатый, раздвоенный, качающийся, интрорзный. Гинецей лизикарпный, из пяти плодолисти- ков , пестик один. Завязь верхняя, одногнездная, с центральной плацентой. Столбиков пять, длинных, с нитевидными волосистыми, слегка закрученными рыльцами. Плод — одногнездная коробочка, многосеменная, яйцевидная, превышающая труб- ку чашечки, вскрывающаяся на верхушке пятью короткими зубчиками, содержит 30— 40 семян. Семена крупные, длиной 2,5—3,5 мм, округло-почковидные, слегка сплюснутые, почти чёрные, покрыты концентрическими рядами острых шипиков.
Химический состав Куколь обыкновенный — сорняк, засоряющий посевы зерновых культур и льна. Семена его содержат около 7 % ядовитого гликозида гитагина (агростемина) — С27Н28О11, который действует на сердце, нервную систему, и разрушает красные кровяные тельца. Примесь семян куколя в муке придаёт ей горький привкус, а в количестве 0,5 % может быть опасной для здоровья человека. Использование Благодаря крупным красивым цветкам, куколь обыкновенный иногда выращивают в качестве декоративного растения. Исследования лекарственных свойств куколя показали, что он обладает анти- гельминтным, диуретическим (семена) и отхаркивающим действием, однако из-за ядовитости в официальной медицине куколь не применяется. Купена (Соломонова печать) Polygonatum L. Все части Купена, или соломонова печать (лат. Polygonatum) — род растений семейства Спаржевые (Asparagaceae). Купены распространены в умеренном и субтропическом поясах Северного полуша- рия. В России встречаются в европейской части, на Дальнем Востоке и Кавказе. Растут по лесам, зарослям кустарников, лугам и склонам. «Ulbilti&r Vrifmvr;. Купена многоцветковая (Polygonatum multiflorum).
Ботаническое описание Корневище толстое, горизонтальное, с округлыми следами отмерших стеблей («печатями»). Листья очерёдные или в мутовках по 3—9, яйцевидные или эллиптические. Цветки обоеполые, собраны по 1—4 в пазухах листьев. Околоцветники зеленова- то-белого, редко розового цвета, с шестью зубцами. Тычинок шесть, прикреплён- ных к околоцветнику. Столбики пестиков длинные, нитевидные, рыльце трёхлопа- стное . Цветки опыляются главным образом шмелями, возможно самоопыление. Плод — ягода с 1—9 семенами. Химический состав В корневищах купены лекарственной (и вероятно в остальных видах) содержится большое количество слизи, крахмал, аскорбиновая кислота, алкалоиды, фруктоза, глюкоза. В листьях обнаружены флавоноиды, а также большое количество витамина С. К тому же, во всех частях купены, и особенно в плодах содержатся сердечные гликозиды. Использование Многие виды купены разводят как декоративные. Молодые побеги и богатые крахмалом корневища съедобны. Народная медицина купену лекарственную использует как отхаркивающее и про- тивовоспалительное средство при простуде, а также ревматизме, артрите. Наруж- но свежие листья купены лекарственной прикладывают к ранам, а отваренные ли- стья используют в виде припарок при ушибах. Используют купену лекарственную также для лечения водянки и отёков различного происхождения, сердечных недо- моганий, сахарного диабета. Отвар и спиртовая настойка корневищ купены лекар- ственной применяются при бронхитах и воспалении лёгких. В небольших дозах от- вар корневищ купены лекарственной употребляется для лечения язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. Купена ядовита, принимать препараты внутрь следует с осторожностью. Купырь прицветниковый Anthriscus caucalis Все части Купырь прицветниковый — Anthnscus caucalis. Семейство зонтичные — Apiaceae. Произрастает в Крыму, в Причерноморском районе европейской части России, в Молдове, на Кавказе. Растет около дорог, жилья, реже на травянистых, поросших кустарником скло- нах , сорно. Ботаническое описание Купырь прицветниковый — однолетнее травянистое растение высотой 15—80 см. Корень тонкий, веретеновидный. Стебель приподнимающийся или прямостоячий, го- лый, тонко бороздчатый. Листья в очертании треугольно-яйцевидные. Зонтики на коротких цветоносах, 2—5 лучевые, с гладкими лучами; обертки нет; лепестки зеленовато-белые, на верхушке выемчатые и с очень короткой, внутрь загнутой верхушкой. Плоды узко-яйцевидные, 4—5 мм длиной и около 1,5 мм шириной. Цветет в мае—июне.
Химический состав Растение содержит антрицин. Плоды, семена — жирное масло 20,8%, в его со- ставе петрозелиновая кислота 68,9%. Использование С лечебной целью используют листья. Истолченные листья прикладывают к нарывам. Растение ядовито! (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
В МИРЕ НАСЕКОМЫХ Мариковский П.И. (продолжение) Питающиеся яйцами Яйца - отличнейший высококалорийный и полноценный продукт. В них есть все, что необходимо и для развития организма, и для его жизнедеятельности. В мире насекомых немало любителей яиц. Упомянем, прежде всего, тех, кто использует остатки яичек, которые дали им жизнь. Гусенички бабочки-капустницы, выйдя из яичка и немного отдохнув, принимаются поедать оболочку яйца. Это их первая еда. Личинки гигантского тропического таракана Блаборус кранифера, едва выйдя из совместной яйцевой капсулы, или, как ее называют, тереоотеки, быстро и со- обща пожирают ее остатки. Пожирают яйца некоторых жуков личинки и сами жуки - божьи коровки. Особенно достается яичкам, которые лежат открыто и ничем не защищены. Есть и другие специализированные хищники. Так, в Барабинской степи самки крошечных кровососущих насекомых мокрецов Атрихопогон инфускус питаются
яйцами слепня Хризопс реликтус (рис. 441). Рис. 441. Слепень Хризопс. В Южной Каролине один из маленьких муравьев из рода Поцератиум наспециали- зировался охотиться только за яйцами. В их гнездах всегда находят кучки яиц пауков и многоножек. От личинок насекомых, даже маленьких и нежных, эти мура- вьи отказываются, таким образом, подтверждая свою строгую приверженность к избранной пище, к тому же, выдерживающей длительное хранение. Кроме того, в муравейниках различные сожители (а ныне их известно более двух тысяч видов из пауков и насекомых) активно пожирают личинок и яйца своих хозяев, и те покор- но сносят подобный разбой и детоубийство, получая взамен лакомые отрыжки, ви- димо, содержащие какие-то особенные вещества. Очень интересны жуки семейства Пауссидэ - сожители муравейников. Муравьи их терпят и даже холят, по- видимому, питаясь какими-то выделениями их тела. Сами же жуки ведут себя ко- варно , пожирают яйца и личинки своих хозяев. В том же случае, когда муравьи пытаются пресечь преступную деятельность своих квартирантов, жуки немедля от- крывают бомбардировку летучей жидкостью, от которой муравьи в панике разбега- ются во все стороны. Но и сами муравьи, правда, далеко не все виды и главным образом примитивные, стали поедать своих собственных детей, яйца и личинок, изобретя таким путем весьма оригинальную, если так можно выразиться, отрасль «животноводства» - детоводство. Матки муравьев-мирмицин питаются яйцами, от- кладываемыми как самими, так и рабочими. Рабочие мирмицин тотчас же выклады- вают перед самкой яйца, как только та проявляет желание ими подкрепиться. Ли- чинки тоже кормятся яйцами. Обмена отрыжками у этих муравьев нет. Этой осо- бенности питания муравьев, стоящих на верхних ступенях эволюционного разви- тия , у них не существует. Кормятся яйцами и личинки муравьев рода Мирмика. Правда, было доказано, что для этой цели используются яйца особые. Из одних яиц тотчас развиваются обычные личинки, тогда как из других - так называемые покоящиеся личинки. Как только личинки-яйцееды, пожирающие своих покоящихся во сне собратьев, подрастают и переходят во второй возраст, рабочие переносят их в другое место, где яичек нет. Самки многих муравьев, самостоятельно осно- вывая муравейник, кладут первое время два сорта яиц - плодовые и кормовые. Последние крупные, богатые желтком. Одна такая самка в замурованной со всех сторон каморке, питаясь собственными яйцами, выпестовывает первых очень ма- леньких трех-четырех дочерей, которые сразу же принимаются за организацию се- мьи, в первую очередь налаживая питание своей крупной родительницы. Не только в среде муравьев развита традиция яйцеедства. В гнездах общест- венных ос рода Полистес находится несколько самок. Но одна из них доминирует над всеми остальными. Она старательно уничтожает яйца, откладываемые соперни-
цами, и благодаря столь доброкачественной еде становится очень плодовитой. Если в теле уховертки Форфикула аурункулярия поздней осенью оказываются гото- вые к откладке яйца, то они рассасываются. Весной уховертка кладет яички по- сле вторичного развития яичников. Но если самка по ошибке отложила осенью яички, которые обречены на гибель, она их всех до единого пожирает. Зачем пропадать добру? Иногда яйцеедами оказываются насекомые совершенно неожидан- ные , казалось бы, вегетарианцы испокон веков. Таинственный хищник Приходит время, когда непомерно жадная к еде самка ядовитого паука каракур- та становится вялой и равнодушной к окружающему. Ее матово-черное брюшко де- лается большим, почти круглым и слегка лоснится. Наступает пора откладывать яйца. Обычно в утренние часы самка внезапно оживляется. Полная и грузная, ползает она по своим беспорядочно раскиданным над землей тенетам, протягивает в логове новые нити, убирает старые. Затем начинает еще больше торопиться, выплетает маленький конический колпачок и, быстро-быстро перебирая задними ногами и подхватывая ими паутинную пряжу, выходящую из сосочков на конце брюшка, прикрепляет к нему комок рыхлой паутины. Потом каракурт прижимается к рыхлой паутине и замирает. Из конца брюшка показывается оранжево-красная тя- гучая жидкость с плавающими в ней яйцами. Капля жидкости величиной с фасолину повисает в рыхлой паутине. Вновь энергичные движения ногами, и вокруг яиц спешно накладываются нити. Постепенно появляются контуры белого шарика, сквозь тонкие стенки которого еще некоторое время просвечивает его яркое со- держимое . Наконец, оболочка кокона становится плотной, непрозрачной - и домик для потомства готов. Тогда самка осторожно перемещает его в самое укромное и темное место логова, где и подвешивает к потолку рядом с коконами, изготов- ленными ранее. Вытащим кокон из логова, разрежем ножницами его оболочку. Тягучая жидкость, в которой плавали яйца, высохла. На стол высыпаются оранжевые яички и, под- прыгивая, как мячики, раскатываются во все стороны. В каждом коконе может быть от 70 до 600 яиц-паучат, а всего одна самка каракурта способна произве- сти на свет много тысяч паучков. Вот это плодовитость! В течение нескольких лет я долго и кропотливо изучал врагов каракурта и знакомился с ними. Тут оказались и изумительно быстрые отчаянные охотницы осы-помпиллы, поражающие пауков жалом прямо в мозг, и целая компания чудесных наездников, истребляющих яйца каракурта, и какой-то воришка, таскающий яйца из коконов. Все они были разгаданы, по мере возможности изучена их жизнь. Только один воришка оставался неуловимым. Он имел острые челюсти, так как умел ловко прогрызать кокон, и многие коконы каракурта были с большими дыроч- ками и пусты. Он проделывал дырки в коконе всегда снизу, чтобы легче высыпа- лись яйца. Воришка боялся каракурта, поэтому в первую очередь опустошал те коконы, хозяева которых почему-либо погибли или исчезли. Он, видимо, был очень ловок, мог, не запутавшись в тенетах, неслышно проникать в логово чут- кого паука и, когда нужно, быстро убегал. Он не был большим, иначе не смог пробираться между густыми нитями, но и не был маленьким, так как сразу съедал содержимое целого кокона. Был он очень жаден, всегда подбирал все до единого яички, выкатившиеся из кокона. Вот только с обонянием у воришки обстояло не так хорошо, и отличить коконы свежеприготовленные, с яйцами, от старых, с ма- ленькими паучками, он никак не мог. А паучков он не любил и, вскрыв кокон с ними, тотчас же бросал его. Воришка всегда делал лишнюю работу и прогрызал много коконов с паучками, прежде чем добирался до лакомых яиц. И еще одна черта была у воришки. Он начинал свой разбой не сразу, как только каракурты
изготовляли коконы, а с некоторым опозданием, в конце лета. В общем, поеда- тель яиц оказался отчаянным врагом каракурта, а для меня - большой загадкой. Никак не удавалось его поймать или хотя бы взглянуть на него. Сколько было пересмотрено жилищ каракурта, сколько перебрано разграбленных коконов. Неуловимый воришка не попадался. Как было обидно, узнав многое о нем, не повидать его самого. Быть может, это воровство было роковым, и с по- хитителем яиц всегда свирепо расправлялись? Ведь какие только трупы ни висели на паутинных тенетах в логове паука-разбойника! И самые разнообразные кобыл- ки, и жуки, и уховертки, и даже фаланги, и скорпионы. Все, кто забредал в те- нета черного хищника, не выбирались оттуда живыми. Прошло несколько лет. Не- уловимый воришка был забыт, а изучение каракурта оставлено. Как-то, путешествуя по пустыне, случайно привелось набрести на большую ко- лонию ядовитых каракуртов. Был конец лета. Как всегда, ослепительно ярко све- тило солнце. Стояли жаркие дни и прохладные ночи. Утрами уже становилось на- столько холодно, что каракурты сидели в своих логовах вялые и неподвижные. Тогда вспомнился поедатель яиц каракурта, и мелькнула простая догадка: не прохладными ли утрами выходит он на свой опасный промысел? Догадка представ- лялась правдоподобной, и в ожидании утра не спалось. Едва забрезжил рассвет, как вся наша компания энтомологов отправилась на поиски. Под косыми лучами солнца нити тенет каракурта искрятся серебристыми лучами, выдавая жилища пау- ков и облегчая наши поиски. Мы осторожно раздвигаем логовища и тщательно ос- матриваем все его закоулки. Вот прогрызенные коконы и сонный каракурт... Что- то темное мелькнуло и выскочило наружу, промелькнув мимо лица. Обидно, что не было никого рядом. Нет, надо всем вместе осматривать логово! Вновь продолжа- ются поиски. Теперь все начеку. Опять что-то темное пулей вылетает из логова каракурта. Раздаются крики, возгласы, шлепая ладонями по земле, наперегонки друг за другом бегут и падают мои помощники. И вот радостное: «Есть, поймал!» И мы все, сгрудившись, склоняемся над ладонью, и не верится, что сейчас так просто откроется тайна. Только бы не упустить, осторожнее. Отодвигается один палец, другой. Мелькнули шустрые тонкие усики, показалась коричневая лапка, светлое крылышко, и, наконец, из-под ладони извлекается... сверчок! Самый на- стоящий двупятнистый сверчок Гриллюс бимакулятус (рис. 443), обитатель южных степей, неутомимый музыкант, чьими песнями все ночи напролет звенят пустыни. Он ли поедатель яиц каракурта? Может быть, это случайность, и неуловимый во- ришка опять остался неразгаданным! В распоряжении сверчка просторная стеклян- ная банка. Туда положены дерн, камешек-укрытие, несколько травинок и пара свежевыплетенных коконов каракурта с оранжевыми яйцами. Рис. 443 - Сверчок
Приходит вечер. В банке раздаются щелчки прыжков, потом все замолкает. А когда в пустыне запевают сверчки, из банки слышится ответная песня. Утром сверчка не видно, но тонкие шустрые усики настороженно выглядывают из-под ка- мешка. Оба кокона каракурта пусты и зияют аккуратно прогрызенными дырками. Неуловимый воришка разгадан!.. Видимо, не только наш сверчок охотится за яйцекладками. В Канаде сверчок Архета ассимилис активно пожирает яйцекладки саранчи Миланоплюс оривитаттус, чем сильно снижает ее численность. Приспособились насекомые поедать и яйца моллюсков. Таковы личинки комариков звонцов Полипедилум кибитиэльзе, Пентапи- дилум анале, а также Хирономус акустус. Уничтожив одну кладку яиц, они пере- ходят на другую, умело их разыскивая. Личинки мух рода Антихета, обитатели Центральной и Северной Европы, пожа- луй , единственные представители короткоусых двукрылых, которые приспособились питаться исключительно яйцами улиток Лимнеа трунката и некоторых других ви- дов . Зато они никогда не трогают только что отродившихся из яичек улиточек. Одна личинка мухи за время своего развития успевала съесть несколько яйцевых капсул моллюсков. Очень своеобразное прямокрылое насекомое - Рафидофора оофа- га, обитающее в пещере Саралакс, - избрало совсем необычную пищу. Оно питает- ся яйцами и птенцами ласточек салангов, гнездящихся на стенках пещер, не пре- небрегая, впрочем, и разнообразными насекомыми. Любители чужого Нельзя ли добывать пищу, уже кем-то заготовленную? Попросту, говоря, не проще ли жить, воруя чужую добычу? Воровство - один из способов, чтобы выжить на арене жесточайшей борьбы в органическом мире, тоже не чуждо насекомым. Ко- гда не хватает цветков, с которых можно собирать пыльцу и нектар, наша старая знакомая милая труженица медоносная пчела, преданная своей семье, занимается воровством, забираясь за нектаром и пыльцой в чужие улья. Пчеловоды хорошо знают, как трудно искоренить эту дурную привычку. Воровство широко развито и в мире других общественных насекомых - муравьев. Порождает этот порок не по- гоня за легкой добычей, а чаще всего голод. В пустынях юго-востока Казахстана в засушливые годы, когда нет урожая семян растений, начинают голодать мура- вьи-жнецы рода Мессор. Вскоре среди них развивается воровство: сборщики семян проникают в чужие муравейники, откуда крадут и без того скудные запасы семян. Защитники гнезда нападают на воров, дерутся с ними. Воровские наклонности так сильно укореняются в поведении муравьев-жнецов, что даже в годы обильного урожая любители чужого продолжают походы в чужие муравейники, с величайшим трудом и опасностью добывают пропитание, которого так много в природе. Дурные привычки, оказывается, нелегко искореняются даже в обществе муравьев. Мура- вьи, вообще, - отчаянные воришки и никогда не упустят случая напасть на добы- чу, принадлежащую другим муравьям. Умирающий слоник Маленький коричневый слоник Ционус (рис. 444) с черной точкой на спинке от- ложил запас яичек и на этом закончил свои жизненные дела. Забрался под листик распустившейся пустынной акации - караганы, стал вялым, сонным. Вскоре совсем замер, усики его поникли и перестали шевелиться. Слоник умирал. Муравей- тетрамориум наткнулся на слоника, обследовал его со всех сторон, тщательно обнюхал, поколотил на ходу по его телу усиками, куснул за ногу и помчался звать помощников. Беспомощный погибающий слоник - прекрасная добыча! Скоро
появился отряд охотников. Объединенными усилиями между сегментами брюшка сло- ника была прогрызена дырочка и пошла дружная заготовка провианта. Потом ма- ленькие муравьи забрались в полость брюшка, стали изнутри подбираться к гру- ди. Трудолюбивые муравьи начисто бы съели слоника, оставив один сухой и нико- му не нужный панцирь. Но не тут-то было! На пиршество случайно натолкнулся быстроногий муравей-бегунок. Он живо обстукал усиками наполовину опустошенную добычу, примерился, ухватил слоника за ногу и потащил в свой дом, перепрыги- вая через камешки, былинки, ямки. Плохо пришлось маленьким муравьям, когда они вместе со слоником приехали в чужой муравейник. Муравьи не переносят чу- жаков и относятся к ним, особенно в своем жилище, как к самым лютым врагам. Всех маленьких муравьев бегунки погубили. Лишь немногим удалось выбраться на- ружу. Скверно, когда неожиданно очутишься среди чужого, да еще враждебного племени... Бегунки-воришки На светлой земле, покрытой редкими разноцветными камешками, от кустика со- лянки кохии к зарослям сине-зеленой селитрянки тянется оживленная цепочка му- равьев -крематогастеров (рис. 445). В солянке находится гнездо этих деятельных созданий, туда спешат с маленькими брюшками, обратно возвращаются с набитыми до отказа. Юркие крематогастеры разведали колонию тлей и сейчас пируют, на- гружаются их сладкими выделениями. Жара заметно спадает. С каждой минутой становится прохладней. На небо набежали прозрачные перистые облачка и слегка прикрыли солнце. С каждой минутой больше муравьев, вскоре их так много, что по тропинке тянется беспрерывная лента, а пешеходы едва ли не касаются друг друга. Муравьи поблескивают красными головками и черными сердечками-брюшками. И тли очнулись от жары, энергичнее стали сосать растения, чаще выделять по- дачки своим опекунам. Чл\2 V Рис. 444 - Слоник Ционус Рис. 445 - Муравьи-крематогастеры С реки донеслась трель соловья. Мелодичную песню завел удод. Зазвенели в воздухе комары. Прихлопывая докучливых кровососов, я бросаю их на тропинку с деятельными крематогастерами. Возле комара муравьи собираются кучкой, каждый хватает челюстями добычу и тянет в свою сторону. Но вот самый сильный вырыва- ет ее и тащит домой, отбиваясь по пути от домогательств добровольных помощни- ков. Любители солнца и жары муравьи-бегунки, давно забрались в свои подземе- лья и заснули там до следующего дня. Но один неуемный опоздал и сейчас спешит домой. Вот на его пути колонна крематогастеров. Дорога перерезана, испуганный прыжок назад, потом вновь попытка проскочить опасное место. Незнакомцы малы,
но их очень много, и осторожный бегунок перескакивает тропинку и мчится в своем направлении. Но теперь, когда путь к дому свободен, любопытство оста- навливает его. Он возвращается к крематогастерам, отскакивает от них и вновь подбегает. И так много раз. Надо же узнать, чем занят этот маленький народец, что он собирает на этой голой земле, и нельзя ли и самому чем-нибудь пожи- виться . Бегунок смелеет, перепрыгивает тропинку туда и обратно, снует, как челнок, в обе стороны. Малыши крематогастеры всецело поглощены походным маршем и не обращают внимания на незнакомца. А он все мечется, все ищет поживы и ничего не находит. И вдруг повезло! Один из крематогастеров шествует с комаром. Мол- ниеносный скачок, добыча схвачена, и бегунок, довольный и счастливый, мчится через камешки и соринки к себе домой, размахивая длинными усиками. Не беда, что на комаре, не разжимая челюстей, висит упрямый крематогастер. Что он зна- чит один, такой крошечный в сравнении с великаном-разбойником. Вот и норка в земле и конец пути. День закончился удачей! Воровские наклонности бегунков имеют некоторое оправдание. Жизнь в пустыне, можно сказать, на пределе возможностей, особенно в годы засух, и выработала у этого энергичного муравья, полного неистощимой энергии, наклонность к воров- ству. Завидя чужую добычу, он даже не удосуживается как следует разведать, годна ли она для пропитания его семьи. Раз ее собирается использовать кто-то другой, стоит ли тратить время на проверку. Пусть разбираются те, кто сидит в его подземном жилище и занимается общественной кулинарией. < S г fee Рис. 446 - Клещ Гиалома азиатика Среди редких кустиков по земле носятся неугомонные муравьи-бегунки, обсле- дуют все закоулки, ищут добычу для оравы голодных ртов. Тут же видны аккурат- ные воронки завзятых врагов муравьев - личинок муравьиных львов. Прожорливым хищникам хватает добычи: среди муравьев немало неопытных, попадающих в ловуш- ки. Здесь много клещей Гиалома азиатика (рис. 446). Со всех сторон они спешат ко мне на длинных полускрюченных ногах. Неплохо бы проверить, нападают ли му- равьиные львы на этих кровопийц. Пока я подсовываю их в западни хищников, к самому краю одной из воронок приближается бегунок и, склонив голову набок, останавливается, будто осматривая ловушку. Но в ней ничего хорошего нет, она пуста, и муравей убегает. Через несколько минут тот же самый бегунок снова возле воронки. Я приметил его по маленькой крупинке пыли на кончике брюшка.
Какой любопытный! Муравьиный лев не желает есть клеща. Он возится с ним, вер- тит в челюстях, то закопает в землю, то подбросит кверху. От этого вся лунка постепенно осыпается. Сейчас он, наверное, подденет мой гостинец головой и выбросит наружу, как ненужный сор. Но снова, уже в третий раз, появляется мой бегунок, замирает на секунду, потом, будто оценив обстановку, прыгает вниз, прямо в логово хищника, выхватывает клеща из его челюстей и мчится со всех ног к своему муравейнику. Вот и муравейник, вот и вход. Смелый бегунок скры- вается под землей. Неожиданное поведение муравья меня озадачило. Я хорошо знаю, что бегунки не едят клещей. Зачем же муравей утащил клеща у муравьиного льва? Наверное, бе- гунок с пылинкой - смелый опытный разведчик и охотник, не раз отнимал добычу у своего заклятого врага, и все это было вкусным, шло впрок и поэтому, стоило ли разбираться на этот раз, с чем имеешь дело... Когда складываются благоприятные обстоятельства, бегунки всецело переходят на добычу ворованного и в этом деле достигают большого совершенства. На зем- ляном холмике вокруг входа в муравейник бегунков царит переполох. Муравьи ме- чутся в беспокойстве, что-то с ними произошло, что-то случилось. А в несколь- ких шагах настоящая свалка. Кучка муравьев мечется возле большой зеленой ко- былки. Она как будто живая, но не шевелится, а муравьи со страшной суетой во- локут ее к себе домой. Но отчего такая спешка и волнение - не понять! Вблизи от места происшествия расположен отороченный низенькими солянками небольшой, гладкий, как стол, такыр, и над ним гудит и беснуется рой насекомых. Кого только тут нет: и пчелы-мегахиллы, и заклятые их враги пчелы-кукушки, и осы- бембиксы, и множество ос-аммофил. Все очень заняты, каждый, разогретый жарким солнцем пустыни, делает свое дело. Осы-аммофилы1 - замечательные охотники. Одна за другой по воздуху несут парализованных ударом жала кобылок, бросают их возле норки, поспешно скрываются в приготовленном для детки жилье, стара- ясь как бы убедиться, что туда никто не забрался и, выскочив наружу, тотчас прячут добычу в подземелье. Но некоторые неопытные надолго оставляют добычу, отправляясь искать заранее выкопанную норку. Уж не таких ли разинь наказывают бегунки и крадут у них добро, и уж не потому ли они так торопятся и подняли панику, стараясь как можно скорее спрятать уворованное. И почему они, как оголтелые, носятся по голому и бескормному такыру? Что им здесь надо? Секрет бегунков разгадывается быстро. Вот оса только что принесла к норке кобылку и собирается замуровать ее в хоромы своей детки. К осе подбегает бе- гунок. Ударяет ее в голову. С громким жужжанием оса гонится за муравьем, пи- кирует сверху на него, пытаясь стукнуть его своей большой головой-колотушкой. Но бегунок изворотлив. Его трудно поймать, и удары осы приходятся о твердую землю такыра. Оса возвращается к прерванной работе. Она слишком занята. У нее нет времени гоняться за бегунком. А бегунок вновь тут как тут, принялся за свое. Оса изловчилась, сильно стукнула, подбросила в воздух. Несколько секунд муравей лежал жалким комочком на боку, но отошел и вновь помчался искать осу. Удивительное создание - никакой осторожности, полное пренебрежение к смерти. Наконец, рискованное дело совершено. Пока оса гонится за бегунком, другой бросается на оставленную без присмотра кобылку, тащит ее в сторону. Оса успе- вает заметить воришку и бросается его преследовать. Куда там! Сбежался добрый десяток воришек, толкают осу со всех сторон. Хозяйка обескуражена, бросается во все стороны, а у входа в муравейник возле этого конуса земли вновь трево- га , и несется на помощь лавина охотников. И так всюду. Очень мешают бегунки осам. Что будет, когда пройдохи бегунки освоят свое новое ремесло и примутся за разбойничий промысел с еще большим рвением! Подчас наклонности бегунков к воровству принимают курьезный характер, и энергичные разведчики волокут в 1 Имеется в виду оса Эремохарес дивес - Eremochares dives Br. (ред.)
свой муравейник присвоенную добычу, совершенно не пригодную для общества... Муравей бегунок вечно носится, в движении, в поисках пищи. Застынет на се- кунду, помашет чутьистыми усиками и снова в бега. Ему, хищнику и любителю по- гибших насекомых, приходится за день обследовать немало земли, чтобы найти поживу и вернуться с нею в свое гнездо. Сегодня на крутых предгорьях, едва покрытых весенней зеленью, я вижу совсем необычное. Всюду бегунки волокут ку- сочки листьев зеленых трав. Все они аккуратно срезаны, а многие к тому же и слегка подвялены на солнце. Находка необычна. Сколько лет знаком с этим пле- менем муравьев пустыни и никогда не подозревал об их вегетарианских наклонно- стях! К тому же нигде на растениях не было этих черных непосед, никто из них не отгрызал листики и, уж, конечно, не подвяливал их на солнце. Да и не в обычаях муравьев оставлять свою добычу. Нет, тут что-то совсем другое. Тогда я ищу других жителей лёссовых холмов - черных коренастых и упрямых крепышей - жуков-кравчиков (рис. 447). Вон сколько их норок повсюду. Наконец, вижу одно- го, мчится во всю прыть вспять, волоча за собой зеленую веточку полыни, спе- шит и, ловко лавируя между препятствиями (будто сзади у него глаза), прямо с ношей заскакивает в свои подземные хоромы. Там, в глубине, у него, наверное, выстроена уже не одна каморка, в которой и утрамбовывается свежая зелень, об- ласканная весенним солнцем, обмытая теплыми дождями. Когда каморка будет за- полнена до отказа провиантом, в нее жук отложит яичко и закваску из грибков, чтобы для детки вышел вкусный и питательный силос. Другой жук сидит на тра- винке, ловко срезая листики своими челюстями-ножницами. Не зря этих жуков в народе называют «стригунками». Выбрав веточку и подстригая ее, жуки иногда роняют на землю обрезки. Такой обрезок как раз мне и необходим. Осторожно за- хватываю его пинцетом и кладу возле норки бегунка. Сюда же подбрасываю не- сколько таких же кусочков, но срезанных настоящими ножницами. Что теперь бу- дет? Несколько раз через обрезки растений, не обращая на них внимания, про- скакивают торопливые муравьи. Но вот один задержался, помахал усиками, приню- хался и. . . какая удача! Схватил кусочек, отрезанный кравчиком, и потащил к себе. Схватил лишь потому, что от него пахло жуком, жучиной добычей. Рис. 447 - Жук-кравчик
Меня радует исход опыта. Но этого мало. Я разыскиваю кравчика с зеленой ве- точкой , осторожно и быстро хватаю его пинцетом и подношу к норке бегунков. Жук с добычей сразу же привлекает внимание, муравьи хватаются за зелень, пы- таются ее отнять. И так несколько раз. Забавные муравьи-воришки! Вот почему вы таскаете к себе зеленые листочки. Они не простые, а украденные у кравчика. Для вас неважно, что украсть, лишь бы это было чье-либо добро. А раз так, значит стоящее, пригодится и для множества голодных ртов собственной семьи. Некоторые бегунки - разведчики и охотники - настолько развивают свои способ- ности воровать, что умеют распознавать тонкие оттенки поведения насекомых- охотников, за счет которых они занимаются разбоем. У края люцернового поля, в небольшом понижении, во время поливов всегда скапливалась вода. На увлажненной земле разросся высокий бурьян, и рядом с выжженными солнечным зноем холмами это место выглядит дремучими зарослями. Летом в этих зарослях шныряло множество черных степных сверчков, а вечерами отсюда неслись громкие песни музыкантов. Сейчас, в начале осени, я увидел здесь черную дорожную осу-помпилу. Она тащила за усики совсем еще маленького черного сверчка. Оса, пятясь, энергично тащила добычу, ловко лавируя между травинками, сухими палочками и камешками. Сверчок казался мертвым. Оса тащила его недолго: на ее пути оказалась, видимо, приготовленная заранее, аккуратно выглаженная норка. Добыча была оставлена на минуту, и хозяйка норы отправи- лась проведать, в порядке ли жилище для будущей детки. Затем она выскочила, схватила добычу и исчезла вместе с нею. Теперь там, в темноте норы, оса, на- верное, уже откладывает яичко, после чего засыплет норку землей. На этом охо- та заканчивается. Следовало бы раскопать норку, посмотреть, как устроила свое потомство оса, заодно поймать самого охотника. Но в это время меня настойчиво позвали и я, наспех пометив норку кусочком белой ваты, прервал наблюдение. Возвратиться к норе удалось только часа через два. Осу я уже не надеялся найти и шел с ло- паткой, чтобы раскопать норку. Вот и комочек белой ваты на сухом татарнике и рядом куст пахучей серой полыни. Норка еще не зарыта и зияет черным входом, а вокруг нее в величайшей спешке бегает и суетится черная оса. Нашла маленький камешек, схватила его и юркнула с ним в норку. Тотчас же показалась обратно, нашла короткую палочку и тоже туда утащила. Камешек поменьше не стала тащить по земле: на крыльях быстрее. И так целый час. Мне захотелось помочь неуемной труженице, и я воткнул в отверстие норки маленький камешек. Заботливая мать сразу заметалась в поисках исчезнувшей норки, ощупала вокруг землю ногами, схватила челюстями затолкнутый мною камешек, попробовала его вытащить, броси- ла , вновь забегала, закрутилась вокруг. К обеспокоенной осе случайно подбежал черный муравей-бегунок, остановился и замер на секунду, приподняв высоко пе- реднюю часть туловища. Потом... сам стал метаться, так же, как и оса, из сто- роны в сторону, поспешно и безудержно и на том же самом месте. Иногда оса и муравей сталкивались, но как будто не замечали друг друга. Изнурительная бе- готня продолжалась около пяти минут. Но вот муравей утомился, стал медленнее бегать, потом остановился, долго шевелил усиками и, отдохнув, побежал по сво- им делам. Оса же продолжала метаться, у нее не было никаких признаков устало- сти. Как объяснить странное поведение бегунка? Осы иногда ненадолго теряют свою парализованную добычу. Опытный муравей мог расценить тревожное поведение осы как признак утраты добычи и бросился разыскивать ее. Конечно, для себя. Надо признать, и сами осы-парализаторы не прочь воспользоваться добычей, при- надлежащей товаркам, и при случае крадут ее без зазрения совести. Мне встретилась очень красивая оса-истребительница. Брюшко ее красное, яр- кое, будто тлеющий уголек. Остальные части тела, в том числе и крылья, глубо- ко-черные, с синеватым отливом. Оса беспрестанно встряхивала крыльями, от этого брюшко то гасло, то загоралось. Эту осу я хорошо знал, мы с ней старые
знакомые. Сейчас я вижу, как она мчится по сухому глинистому бугру вспять и тащит за собой в челюстях молодого тарантула. Следить, что будет дальше, не- интересно : последующее поведение ее известно. Сейчас оса найдет выкопанную норку, затащит в нее добычу, отложит в нее яичко, закопает домик своей детки и потом, почистив свой изящный костюм, вспорхнет в воздух и помчится лако- миться нектаром. Но вдруг у осы неприятность: она потеряла свою норку. Поло- жила паука, мечется. Не забывает наведывать добычу: цела ли? Наконец, норка найдена. К ней следовало лишь завернуть в сторону. Видимо, нелегко ориентиро- ваться с добычей. Теперь придется тащиться обратно. В это время я вижу другую осу, такую же, только чуть меньше. Она сталкивается со счастливой охотницей и неотступно преследует ее. Зачем? Оса-добытчица почти у норы. Она кладет паука и спешит проведать норку. В это мгновение маленькая оса хватает паука и бро- сается с ним наутек. Вот это здорово! Никак не думал, что среди столь благо- родных охотников могут быть воровки. Добыча тяжела, тащить ее трудно. И хотя оса напрягает силы, дела ее идут медленно. А хозяйка уже выскочила из норы, кинулась в погоню, набросилась на похитителя. Как замелькали черные крылья, как засверкали красные огоньки! Над воровкой учинена расправа. Она с позором убегает. Хозяйка заносит паука в норку, кладет на него яичко. Порок наказан, добродетель торжествует!.. Осы-аммофилы, запасающие для своих деток в специальных норках парализован- ных гусениц бабочек или (кто к кому приспособлен) кобылок2 и кузнечиков, тоже страдают подобным пороком. Обычно, доставив парализованное насекомое к норке, оса, прежде чем туда ее затащить, обязательно проведает жилище своей детки, ей нужно убедиться, что там все в порядке и нет никого чужого. Этим коротким мгновением отлучки хозяйки добычи пользуются другие осы-аммофилы и пытаются утащить чужое добро. Чаще всего такая попытка заканчивается ожесточенной по- тасовкой . И удивительно! Побеждает всегда хозяйка. Очевидно, ощущение закон- ных прав придает ей силы, а неблаговидность поступка не способствует реши- тельности у налетчика. Сторонники механицизма в расшифровке поведения насеко- мых, находящие объяснение деятельности насекомых в традиционных инстинктах - рефлексах, ополчатся на меня за столь вольный намек на элементы морали в сре- де столь низших существ, как насекомые. Но, как говорится, факты - упрямая вещь! Еда невольная и ошибочная Не всегда еда в изобилии, не всегда ее можно найти в трудных поисках. Что же делать, когда нет привычной еды? Голодать, гибнуть прежде времени, не дав потомства? Да, многих постигает такая участь. Но кое-кто вынужденно переходит на другую еду, пусть невкусную, непривычную. К началу августа в ущелье Бельбулак пожухли травы, покрылись семенами с за- корючками. Чуть побурела листва на деревьях, и они стали не такими нарядными, как осенью. Лишь елочки, как всегда, темные, яркие и стройные. Особенно силь- но пожелтела ива. Впрочем, тут дело не во времени, а еще в грибках. Они за- владели листьями, пронизали их своими нитями, изнурили их. Ивам, наверное, не так уж и страшны грибки. Лето закончилось, кончилась и пора цветения, рассе- ления семян, скоро осень, все равно листья сбрасывать на землю. Может быть, поэтому грибки тысячелетиями приспособились жить на иве в эту близкую к уга- санию пору, чтобы не вредить своим хозяевам-деревьям, от процветания которых зависит и их грибковая судьба. Но совсем по-другому ведет себя отъявленный враг леса крупный яркий листог- 2 Аммофилы охотятся на гусениц бабочек, а на саранчовых - осы рода Эремохарес (ред.)
рыз Меласома попули (рис. 448), одетый в ярко-красную рубашку и повязанный синим платочком. Он - строгий вегетарианец и издавна известен как поедатель ив, осин и тополей, деревьев родственных, относящихся к одному семейству иво- вых. Скажите, что красный листогрыз питается листьями другого растения, и вас посчитают фантазером. И вот я, опасаясь прослыть им, ставлю себе заметочку в полевую книжку о том, что вижу необычное. Листогрызы собрались кучками на нежной, в сиреневых цветочках мяте и будто назло неверам гложут ее мягкие листочки, оставляя на месте пиршества грязь и нечистоты. Продираясь сквозь заросли трав и кустарничков, я осматриваю растения: может быть, у красных листогрызов более разнообразное меню и они полюбили еще что-нибудь? Но, кроме как на мяте, жуков нигде нет. Видимо, она у них издавна служит страховым осенним запасом на случай бескормицы. К тому же и растет мята во влажных мес- тах, по берегам ручьев, по оврагам, рядом с ивами, тополями да осинами... Случаи, когда насекомые переходят на другую, не свойственную им пищу, види- мо, в природе очень часты, но нам еще плохо известны. Слишком много насеко- мых , слишком разнообразна их жизнь, чтобы знать все подробности. Едва насту- пит весна, пустыня обновит свой зимний наряд и покроется свежей и нежной зе- ленью, скотоводы покинут зимовки и отправятся кочевать. В это время пробужда- ются жуки-навозники (рис. 449) и следуют за скотом, предаются обжорству. Ап- петит у них отменный. Какое оживление царит на кучке лошадиного навоза! Не проходит и получаса, как теплый помет разворочен и на нем черным-черно жуков, их собралось несколько сотен. Как они оживлены, быстры, энергичны, как забав- но топорщат усики. И все в движении, то взлетают, то садятся. Глядя на них, чувствуешь, как они рады не только еде, но и встрече друг с другом. Рис. 448 - Жук-листогрыз Меласома Рис. 449 - Жуки-навозники Гимноплевры попули Но вот в пустыне начинается жара, скот перегоняют высоко в горы на летние пастбища. В это время многочисленные навозники терпят бедствие: пустыня опус- тела, в ней не стало животных, нет и навоза. Голодающие жуки носятся над зем- лей в поисках поживы. Вот на берег реки волны выбросили мертвого сазана. Он быстро загнил, и возле него уже копошится кучка черных навозников, наедаются. Горный ручей стал иссякать, укоротился, и несколько луж, питаемых им, пере- сохли. Здесь погибло немало головастиков. От лужи зловоние, а жукам - благо- дать . Слетелись, терзают полуразложившиеся трупики. Ничего не поделаешь, го- лод не тетка: нет навоза - и мертвечина хороша. Случается и так, что насеко- мое, вынужденное по какой-либо причине перейти на другую пищу, может посте- пенно к ней привыкнуть. Личинки саранчи, выращиваемые в лабораторной обста- новке на искусственной пище, потом с трудом приучаются есть траву. У некото- рых насекомых такое предпочтение к новой еде даже сказывается на потомстве,
то есть до некоторой степени передается следующему поколению. Бывает и так, что насекомые начинают охотиться за пищей по ошибке, по совпадению обстоя- тельств . Рано утром на светлой горке, покрытой мелким щебнем, под кустиками боялыча и караганы я вижу много лунок муравьиных львов. В одной в предсмертных судо- рогах бьется небольшая гусеница бабочки Оргиа дубиа (рис. 450). Борьба, види- мо, была жестокой, так как лунка сильно разрушена. И хотя гусеница покрыта густыми волосками - отличнейшей защитой от врагов - что они для длинных челю- стей! Личинка муравьиного льва по существующему обычаю наполовину затащила в землю гусеницу. Теперь она, наверное, упивается едой. Среди кустов видны небольшие холмики. Это гнезда муравьев-феидоль. Они всю- ду бродят по земле в поисках поживы. Неудивительно, что один из них нашел торчащую из земли гусеницу, подал сигнал и вскоре возле добычи скопилась це- лая орава юрких охотников. Кроме маленьких и быстрых рабочих, прибыли медли- тельные солдаты с такой большой головой, что тело кажется маленьким придатком к ней. Гусеница - огромная ценность для таких малюток, как феидоли. Возбужде- ние нарастает с каждой минутой. Муравьям нелегко. Густые волоски - непреодо- лимое препятствие. Впрочем, вскоре найден выход. Кто-то хватает за волосок, усиленно его тянет, вырывает, относит в сторону и принимается за другой. При- мер заразителен - и пошли муравьи ощипывать волосатую гусеницу. Стрижка идет с большим успехом, земля вокруг покрывается волосками. Солдаты не теряют вре- мени и протискивают свои лобастые головы к телу добычи, пытаясь пробить в нем брешь. Трудная и неустанная работа муравьев, наверное, скоро закончится успе- хом. Но вдруг, неожиданно, один за другим муравьи покидают добычу. Побежали за помощью? Нет, ушли совсем. Кто-то из опытных добытчиков разобрался и, хотя лакома была гусеница, подал незримый сигнал: «чужая добыча». Он немедленно подействовал. Рис. 450 - Гусеница бабочки Оргиа дубиа В другой лунке муравьиного льва выглядывает конец голой гусеницы совки, и тут тоже столпотворение муравьев-феидолей. Личинка льва им будто не мешает. Она сидит под землей и медленно сосет другой конец гусеницы. И муравьиному льву и муравьям - всем хватит пищи. Я, наверное, ошибся, и дело, видимо, в том, что первая гусеница невкусна или даже ядовита. Недаром она такая яркая и
волосатая. Я присаживаюсь поближе и через бинокль с надетой на него лупой смотрю, как муравьи рвут тело гусеницы, пытаясь пробраться к ее внутренно- стям. Сколько здесь тратится энергии, какая спешка и какое счастливое оживле- ние! Сейчас кто-нибудь прогрызет дырочку, и тогда пойдет пир горой. Но происходит опять неожиданное. Феидоли вдруг прекращают нападение на гу- сеницу и быстро разбегаются. Нет, чужая добыча им не нужна! Кроме того, види- мо, главная причина в том, что, завладев добычей, личинка-хищница впрыскивает в нее выделения пищеварительных желез. С одной стороны, они ядовиты и убивают насекомое, с другой, действуют как пищеварительный сок, растворяя тело добы- чи. Может быть, эти пищеварительные соки делают добычу несъедобной для люби- телей чужого добра. Бедные феидоли. Каково им разочароваться!.. Муравьи-жнецы - опытнейшие знатоки семян растений пустыни. Они никогда не прозевают времени, когда созреет урожай на том или ином прокормителе, всегда начеку и организуют жатву не позже и не раньше положенного срока. Не зря их назвали жнецами. У входа в гнездо жнеца лежит большая кучка маленьких зеленоватых семян. Му- равьи бегают по ним, не обращая на них никакого внимания. Сборщики урожая очень заняты: созрели семена курчавки, и дел по горло. Быть может, эти зеле- ные семена ядовиты, и для того, чтобы они потеряли свои неприятные свойства, их оставили просушить и прогреть на солнце? Или они непригодны для еды, заго- товлены по ошибке, поэтому выброшены? Но тогда почему муравьи не смогли рас- познать несъедобную пищу и вон какую кучу приволокли попусту. Кроме того, стоит ли выбрасывать негодное у самого входа и не лучше ли, по обычаю, отне- сти его подальше в сторону? Вот сколько вопросов из-за такой, казалось, не- значительной находки. Я пересмотрел вокруг все травы, но не нашел на них таких маленьких, акку- ратно-цилиндрических, со слегка шероховатой поверхностью зеленых семян. И го- тов был ползать хоть целый день. Но над пустыней взошло большое красное солн- це и сразу стало разогревать землю. А вокруг ни воды, ни кусочка тени. В городе я показал семена ботанику - большому знатоку растений. «Странные семена, необычные, - решительно сказал он, - Не встречались мне такие. Уж не принадлежат ли они неизвестному растению? Надо их попытаться прорастить. И он забрал у меня почти все, что я собрал на гнезде муравьев-жнецов. Прошла зима; наступила весна. «Знаете, - сообщил мне ботаник, - не мог я заставить ваши семена прорасти, - развел он руками. - И не могу разыскать в почве их остат- ки . Исчезли куда-то!» В пустыне мне вскоре довелось разыскать то же гнездо жнецов с загадочными семенами. Быть может, растение, на котором растут загадочные семена, можно разыскать только весной? Но ничего не нашел. Зато на серой полыни увидел светлую, с зелеными крапинками гусеницу. Она жадно объедала пахучие листики, ежеминутно сбрасывая вниз зеленые катышки-испражнения, точно такие же, как те «семена»! Вот так загадочные семена! Они обманули своим случайным сходством не только муравьев, но даже ботаника. О своей находке я долго никому не рас- сказывал . Теперь же дело прошлое!.. В последние десятилетия человек, можно сказать, способствовал появлению кое-каких ошибок в поведении насекомых при поискак пищи. Бутылочные пленники Первый раз такую необычную бутылку из-под водки я увидел несколько лет на- зад на берегу реки Или. Посудина была оставлена тем, кто рьяно сочетает лю- бовь к рыбной ловле с поклонением спиртным напиткам. Бутылка лежала в тени кустика, а внутри ее чернела порядочная кучка мертвых мух. «Что за чертовщи-
на, - подумал я, - не могли же рыболовы под воздействием паров алкоголя ув- лечься энтомологией». Мухи, насколько я их запомнил, были очень похожи на до- машних, или, как их принято называть в энтомологии, на синантропных. (Синан- тропными называют несколько видов мух, обычно стремящихся к человеческим жи- лищам и обитающим возле них.) Они, судя по всему, принадлежали к роду Муска. По всей вероятности, они сами забрались в бутылку, привлеченные запахом алко- голя и там погибли, не смогли выбраться обратно. На всякий случай я вытряхнул несколько пленниц и бросил в морилку, собираясь наколоть в коллекционную ко- робку и потом определить. Но что-то отвлекло от этой находки, мухи в морилке показались малозначительными и, по всей вероятности, были выброшены, так как потом я не смог их найти в коллекции. А теперь эта находка вспомнилась. Сего- дня, возвращаясь домой из поездки в горное ущелье Бельбулак, я свернул в ма- ленький отщелок, чтобы привести в порядок машину и очистить мотор от толстого слоя осевшей на нем лёссовой пыли. Место остановки оказалось неудачным. Здесь, судя по всему, был пикник захламителей природы, валялись бумага, папи- росные коробки, консервные банки и неизбежная бутылка из-под водки. В бутылке чернела бесформенная масса: она на добрую треть была заполнена жуками. Не без труда, манипулируя палочкой, я вывалил всю эту неожиданную коллекцию на землю и принялся разглядывать компанию шестиногих алкоголиков, сфотографировал их, разложил по видам и подсчитал. Печальное кладбище состояло из: 1) больших черных жуков-мертвоедов Сильфа - 63 шт., 2) больших жуков-могильщиков Никрофорус (красных с черными пятнами) (рис. 451) - 6 шт., 3) мелких жучков в твердом блестящем одеянии - трупняков Сапринус - 18 шт., 4) очень похожих на них, но совсем маленьких жучков-трупняков Сапринус - 10 шт. , 5) крупных жуков-стафилинов, любителей трупов - 9 шт. Всего погибло от опьянения 106 жуков. Для того, чтобы изловить такую боль- шую компанию жуков, да еще принадлежащих к семейству трупоядов, надо было приложить энергию нескольких квалифицированных собирателей в течение не одно- го дня или, по меньшей мере, выбрать всех этих любителей мертвечины из трупа основательного размера. В чем же дело? Жуки сами нашли себе заточение, при- влеченные запахом оставшегося в посудине алкоголя. Но откуда у мертвоедов столь странная любовь к горячительным напиткам? По всей вероятности, всякое гниение трупа сопровождается и спиртовым брожением, и вот ничтожнейшие следы столичной водки в воздухе из бутылки, разносившиеся ветерком по этому неболь- шому отщелку, приманили необыкновенно чутьистых жуков. Выбраться из заточения они или не смогли, или отравились спиртными парами. Рис. 451 - Жук-могилыцик Никрофорус Рис. 452 - Оса-полист
После этой находки, бывая за городом, я уже не отворачивался в сторону, за- видев следы пикника, а внимательно осматривал водочные бутылки. И вот новая находка! Бутылка забита осами-полистами (рис. 452). Бедные труженицы! Неуже- ли, попав в бутылку, они, умирая, не могли подать сигнала бедствия, предупре- дить своих товарок. Другие осы, наверное, завидев в бутылке своих и учуяв за- пах алкоголя, без раздумья забирались туда. Мне теперь понятна и причина их заточения. Бутылка лежала наклонно и горлышком книзу. Попав в нее, осы стре- мились вверх, к свету, к ее донышку и, не находя выхода, погибали. Бутылка действовала как безотказная ловушка. Вот почему не во всех бутылках оказыва- лись пленницы. В тех, которые лежали горлышком кверху, к свету, не было плен- ниц. . . Неразборчивые в еде Есть насекомые неприхотливые в еде, способные питаться многим. Жуки- точилыцики Анобиум нападают на самые разнообразные пищевые запасы человека, точат и древесину. Известный энтомолог Д. Шарп сообщает о случае, когда четы- ре поколения точильщика Анобиум паницеум были воспитаны на одном опиуме - ве- ществе, казалось бы, совершенно несъедобном и для насекомых даже ядовитом. Им не уступают по этой части жуки-притворяшки. Их личинки истребляют также самые разнообразные продукты питания, хранимые человеком. Личинки притворяшки-вора поедают сухие фрукты, меховые вещи, точат коллекции насекомых и растений. Им подстать и жуки-кожееды (рис. 453), которые развиваются почти во всех сухих продуктах животного происхождения. Рис. 453 - Жук-кожеед Аттагенус Кобылки едят все растения. Исключение - кобылки-хюрбатки (рис. 454) , при- способившиеся, казалось бы, к малосъедобным солянкам. Решительно все растения пожирает азиатская саранча (рис. 455), оставляя после своих налетов оголенную землю. Но она почему-то не трогает растения семейства бобовых, хотя их охотно едят другие саранчовые. Личинки мухи Фитомизы атрикорнис проявляют большое безразличие к пище. Кроме крестоцветных растений, которым они приносят вред, личинки способны развиваться на 300 видах растений совершенно различных се- мейств .
Уховертки (рис. 456) растительноядны, но предпочитают разлагающиеся расти- тельные вещества, лакомятся и сочными плодами растений, иногда даже нападают на насекомых, таких, например, как тли. На острове Смольный в Черноморском заповеднике обыкновенные медведки (рис. 457) проявили исключительные наклон- ности , совершенно несвойственные своей породе. Они стали нападать на только что выклюнувшихся весной птенцов речной и чайконосой крачек, выедая у них внутренности и объедая лапки. Уховертка Лабидура рипариа (рис. 458) - явный нарушитель родовых традиций. Она питается гусеницами и куколками бабочек, а на люцерне часто поедает тлей. Гусеницы вязовой совки Калиния трапизина по- едают плоды ильмовых деревьев, но, когда урожая на плоды нет, нападают на на- секомых и становятся настоящими хищницами. Как уже говорилось ранее, личинки многих мух, развивающихся в навозе, подрастая, становятся хищниками, поедают своих собратьев. Эта черта возникла из-за сильнейшей конкуренции среди множе- ства личинок насекомых, обитающих в навозе. Рис. 456 - Уховертка Анехура Рис. 457 - Обыкновенная медведка Ручейники - завзятые истребители планктона и бентоса. А вот на Сахалине эти милые насекомые, обитающие в искусно построенных домиках, которые они таскают за собой, нападают на трупы лососевых, закончивших нерест и погибших в реках. Муравьи-жнецы собирают урожай семян с самых разнообразных растений. Но вес- ной, когда самка, кладущая яйца, нуждается в белковой диете, если у самого гнезда появится какое-либо насекомое, посильное челюстям этих типичных зерно- ядных , то уж на него обязательно нападет свора солдат. Неумелые в хищническом
ремесле, они долго терзают свою добычу, пока та не прекратит сопротивление. Среди муравьев самый всеядный, пожалуй, муравей Тетрамориум цеспитум. Он не упускает случая напасть на любое насекомое, которое только способен осилить, не проползает мимо падали, поедает плесневые грибки, лакомится нектаром и уж, если поблизости оказался урожай мелких семян, обязательно предпримет их заго- товку. Крупные семена нести в гнездо ему, крошечному, не по силам. А действо- вать сообща в переноске тяжестей не в его обычаях. Рис. 458 - Уховертка Лабидура Рис. 459 - Пилильщик с жертвой (мухой-сирфидой) Растительноядны большинство пилильщиков (рис. 459). Но многие из них при случае не отказываются нападать на мух, разнообразя растительную диету мяс- ной. Таков, например, зеленый пилильщик Фогогастер виридис. Даже среди гусе- ниц бабочек, казалось, завзятых потребителей растений, есть такие многояды. Например, гусеница бабочки Макулинеа орион (рис. 460) вначале питается цвет- ками примулы, потом ее вкус неожиданно меняется, она забирается в муравейник, где пожирает личинок муравьев. Таких вегетарианцев, разнообразящих свою диету продуктами животного происхождения, немало. Иногда переходы от одного вида пищи к другому происходят постепенно. Так, муха Гилетиа цилликруа, обитающая в Израиле, была раньше известна как паразит яиц саранчовых. Но за несколько десятилетий она коренным образом изменила свои нравы и превратилась в злост- ного вредителя семян и всходов многих сельскохозяйственных культур. Она очень плодовита, и в году успевает развиться в десяти поколениях. Быть может, это и способствовало такой быстрой ее эволюции. Некоторые насекомые переходят с одной пищи на другую с поразительной легко- стью. Например, в июне 1958 года в Гамбургском порту на свиных кожах были найдены гусеницы огневки Эфестиа каутелля. Обычно она развивается на сухих фруктах, за что и получила свое название сухофруктовой огневки. Гусеница, оказывается, превосходно приспособилась к развитию и в меховых овчинах, осо- бенно жирных, прибывающих из Бразилии. Отлично себя чувствует эта гусеница, питаясь какао. Так же легко перешли на другую диету гусеницы винного бражника Пердеса эльпено, питающиеся на винограде и иван-чае. В последние годы они приспособились развиваться на мелкоцветной недотроге, хотя вообще-то бражники - строго специфические поедатели, и многие из них могут питаться только од- ним- единственным видом растений. На юго-востоке Казахстана обыденный вреди- тель виноградной лозы, двулетняя виноградная листовертка Лодезиа саранготес, стала нападать на злейшего сорняка полей - полевую повилику, и таким образом приносит сельскому хозяйству еще и пользу. Завезенная в Евразию из Америки кровяная тля, оказавшись на чужбине, изменила свой нрав, потеряла способность
питаться своим американским вязом и перешла на другие деревья. Рис. 460 - Голубянка Макулинеа арион Клоп Диздергус суттурелюс, вредивший хлопчатнику, сравнительно недавно раз- вил в себе ранее неизвестную привычку высасывать апельсины и во Флориде (США.) стал серьезным вредителем этих деревьев. Люцерновая и хлопковая тли, обитаю- щие в Туркмении, - завзятые вредители хлопчатника и люцерны, совершенно не- ожиданно перешли на сеянцы пустынных кустарников черкеза и саксаула и размно- жились на них в массе. При массовом размножении и недостатке корма многие насекомые обладают спо- собностью довольно успешно временно менять объект своего питания. Таковы из- вестнейшие в сельском и лесном хозяйстве майский хрущ, бабочка-монашенка, ду- бовая листовертка, пяденица-обдирало. Таких случаев зарегистрировано немало. Рассказывая о хищнических наклонностях общественных ос, мы говорили также о том, что эти насекомые, большие любительницы нектара, нападают на сладкие фрукты, и садоводы очень недовольны полосатыми жительницами садов за порчу плодовых деревьев и винограда. В сладостях они разбираются так же хорошо, как и в мясной пище. Оса Веспула вульгарно потребляет более охотно сахарозу, чем глюкозу, мальтозу и фруктозу, и почти равнодушна к лактозе. Раньше мы характеризовали термитов как типичных растительноядных насекомых, да к тому же приспособившихся к мало кому нужной отмершей древесине. Но такая ранжировка, конечно, относительна. Уж не говоря о том, что термиты тщательно обрабатывают древесину с помощью микробов и простейших и фактически питаются их телами, они к тому же умеют разнообразить свой стол. Так, термит Калотер- мес лавиколлис помимо переработанной древесины поедает различные отбросы в своем гнезде, шкурки, оставшиеся от личинок, трупы погибших членов общества, выделения слюнных желез товарищей и еще, наверное, многое другое. А как себя ведут обитатели наших жилищ - тараканы? Иногда поражаешься тому, где они раздобывают себе еду, процветая даже в квартирах, где чистоплотные хозяйки не оставляют ничего съедобного этим захребетникам человека. Ничтожные и самые разнообразные вещества органического происхождения - все идет впрок
этим пришельцам из тропических стран, волею судеб изменившим свой образ жиз- ни. Другие назойливые спутники человека - домашние мухи, казалось, усвоили гастрономические наклонности своего хозяина и во взрослом состоянии с одина- ковым рвением и аппетитом поедают все, что готовит человек для себя, неизмен- но появляясь в качестве сотрапезников к его столу и, кроме того, разнообразят питание, поедая кровь, пот, слизь, фекалии человека и домашних животных. Ничто органическое не оставлено без внимания насекомых. Даже самое редкое, самое необыкновенное. Масса мух жадно слизывает с крупных млекопитающих пот. В пустыне, где так сух воздух и на громадных пространствах нет воды, мухи жадно нападают на человека и пьют капли его пота. Не оставлена без внимания слезная жидкость. В ней и вода, и минеральные соли, и органические вещества. И над глазами крупных животных вечно крутится рой мух, жадно слизывающих сле- зы. Но не только мух! В Африке ночью, когда мухи спят, а измученные ими жи- вотные отдыхают, слезную жидкость у лошадей, ослов и крупного рогатого скота пьют ночные бабочки Арсуофора. Другие бабочки, садящиеся на глаза овец, пере- носят инфекционный конъюнктивит этих животных. Кто бы мог подумать, что даже такие, казалось бы, милые создания, как ба- бочки, могут быть переносчиками заразных болезней. В Камбодже ночная бабочка Лобокраспис гриезидифуза садится на глаза буйволов, бесцеремонно запускает свой хоботок под веки глаз и высасывает слезную жидкость, иногда вместе с гноем и кровью. Бабочка настолько пристрастилась к такому питанию, что иногда на одно животное их садится до полутора десятков. Хоботок этой бабочки очень подходит для подобной операции, он короткий, крепкий, сильно заостренный, с шипами и пилочками. Таким хоботком бабочка свободно проникает в ткань под ве- ки. Точно так же ведет себя другая бабочка - Арцифора сельфатика. Кроме этих двух видов бабочек, в Камбодже и Таиланде зарегистрировано 23 вида бабочек, садящихся на глаза домашних и диких животных. Они относятся к совкам, молям, огневкам и даже голубянкам. Есть предположение, что они могут переносить ин- фекционные заболевания. В Средней Азии широко распространены мушки-елезоедки. В пустыне жарким ле- том, особенно вдали от воды, лошадей и коров преследует целый сонм разнооб- разнейших мух, пытающихся напиться слез и утолить ими жажду. Очень сильно привлекает насекомых секрет потовых и апокриновых желез лему- ров . Они собираются в массе на комочек ваты, пропитанный этим секретом. В чем столь притягательная сила его - неясно. Воск, вещество, не поддающееся гние- нию, устойчивое к кислотам и щелочам, также освоен как продукт питания неко- торыми, правда, редкими, насекомыми. Пчеловоды хорошо знакомы с гусеницей восковой, или как ее еще называют, вощинной моли Галлерия меллонелла и очень не любят ее за порчу восковых сот. Если воска не хватает, гусеницы питаются испражнениями своих сверстниц предыдущих поколений. Впрочем, сам по себе воск ей не нужен, из него она усваивает разнообразнейшие азотистые соединения, а на абсолютно чистом воске гибнет. Вообще же гусеницу этой бабочки, как отме- чал старейший энтомолог Леймур, можно кормить бумагой, кусочками шерсти, сгнившей листвой. И на этой, казалось бы, необычной еде можно воспитывать на- секомых подряд несколько поколений. Тем не менее, способность восковой моли расщеплять воск привлекла внимание медиков. Как известно, туберкулезные па- лочки устойчивы к различным лекарствам, применяемым для лечения чахоточных больных, потому что их тело одето восковой оболочкой. Через эту оболочку не проникает лекарство. Однако попытки выделить из гусеницы бабочки вещества, разрушающие воск, с тем, чтобы воспользоваться ими совместно с бактерицидными веществами против туберкулезной палочки, пока не дали успехов. Воском приспо- собились питаться также личинки пчелиной вши - браулы. Этому помогают симбио- тические микроорганизмы, размножающиеся в ее кишечнике. Немало насекомых поедают свои шкурки, оставшиеся после линьки, или оболочки
яичек, из которых они только что вышли. Если шкурка до линьки отлично служила своему хозяину, то почему бы не использовать ее вновь для укрепления новой одежды! Так поступают многие кобылки и кузнечики, особенно с самой нежной первой линочной шкуркой. Личинки зеленых и синих падальных мух (рис. 461) пи- таются разлагающимися тканями ран млекопитающих. Они не трогают живые ткани, а поедают только то, что сгнило, удаляя из ран гной и мелкие осколки костей. Мало того, они препятствуют размножению гнилостных патогенных бактерий и, вы- деляя особые вещества, способствуют заживлению ран. Благодаря этим полезным свойствам их применяют в медицине при лечении глубоких гнойных и долго не за- живающих ран. Для этой цели личинок разводят в стерильной обстановке, так как личинки, взятые из природы, могут занести в рану больного возбудителей столб- няка или газовой гангрены. На бобрах обитает своеобразный мелкий жучок Платиплиссюс касторис, называе- мый бобровой блохой. Предполагается, что он поедает слущивающиеся чешуйки эпителия хозяина, а также мелких паразитических клещей. Казалось бы, совер- шенно несъедобное нашел для себя один вид огневки, обитающей в Бразилии. Ее гусеницы живут на теле растительноядных гусениц семейства павлиноглазок. Гу- сеничка-паразит протягивает паутинные нити между колючками, покрывающими тело хозяина, и поедает их. Перед окукливанием гусеница-колючкоедка покидает тело хозяина. И еще каких только нет способов питания у насекомых! Самцы кузнечи- ков, спариваясь с самками, подвешивают к их половому отверстию сперматофор - студенистый мешочек, наполненный семенем. Самка вскоре поедает этот спермато- фор. Консистенция сперматофора очень вязкая, и завтрак самки может тянуться несколько часов. К необычному питанию прибегают скорпионницы. Самец во время спаривания кор- мит самку пойманной загодя мушкой или какой-либо другой мелкой добычей. Доро- га к сердцу его избранницы лежит, как видите, через желудок. Другие самцы во время спаривания отрыгивают капельки слюны, которые самки слизывают. В част- ности, так поступает неутомимый и звонкоголосый певец наших полей - сверчок- трубачик (рис. 462). У некоторых клопов семенная жидкость, введенная в тело самки в избытке, идет на образование жирового тела и таким косвенным путем служит питательным веществом. Самки многих муравьев при спаривании с много- численными самцами принимают так много спермы, что, отяжелевшие, с трудом разлетаются в стороны. Этот запас впоследствии используется, когда самка- основательница сидит, замуровавшись, в каморке и воспитывает первых дочерей- помощниц . Рис. 461 - Зеленая падальная муха Рис. 462 - Сверчок-трубачик Люцилия Экантус
Весьма своеобразно питание личинок паразитических насекомых веерокрылых - Стрепсиптера. Половой аппарат самки редуцирован, и яйца развиваются в жировом теле. Личинки, вышедшие из яиц, не покидая тела матери, разрушают ее органы, по существу ведут паразитический образ жизни за счет своей родительницы и, полностью уничтожив ее тело, выходят наружу. Очень своеобразное и редкое насекомое - Диплоглоссата - рождает живых дете- нышей. У развившегося зародыша имеется так называемый затылочный орган, при помощи которого он соединяется с телом матери и питается через него. Этот ор- ган подобен плаценте млекопитающих, а место прикрепления зародыша к телу ма- тери имеет вид настоящего последа. Личинка знаменитой африканской мухи це-це - переносчицы тяжелой сонной болезни, питается внутри тела матери жидкой пи- щей - выделениями специальных желез. Столь сложный путь воспитания потомства обходится матери недешево, и она за всю свою жизнь рождает не более 20 потом- ков . Питаются выделениями специальных желез, находящихся в половых протоках ма- тери, и личинки живородящих мух-кровососок Гипобосцидэ (рис. 463) . Впрочем, этот вопрос недостаточно исследован, и некоторые ученые полагают, что личинки питаются остатками семени, скапливающимися в половых путях самки после много- кратной копуляции. Личинки пухоедов-малофагов заглатывают запас семени самцов, скапливающийся в матке матери после повторных спариваний. Немало случаев питания носит пря- мо-таки курьезный характер. Так, однажды опиум, содержащийся в 92 ящиках на корабле «Гарльтон», отправлявшемся из Китая, в 13 был полностью съеден терми- тами. В Институте Пастера во Франции однажды в сухих кристалликах яда, соб- ранных с большим трудом из яда гадюк Випера аспис, вывелись бабочки моли Ти- неола бихеллиэла. Конечно, еда для гусениц этой моли оказалась не совсем при- вычной и вместо трех-четырех месяцев гусеницы потратили на развитие около по- лутора лет. Уховертка Эриксения эзау найдена только в пещере Субис (о. Борнео) и нигде более. Здесь она питается совершенно необычной для своего племени пищей: по- едает только кожные выделения и эпидермис летучих мышей Хеиромедэс торкуатус, являясь, таким образом, настоящим эктопаразитом. При недостатке пищи уховерт- ки поедают мертвых и погибающих собратьев. Некоторые прямокрылые, очевидно, привыкнув к растительной пище, богатой клетчаткой, пожирают хлопчатобумажные ткани. В Танганьике (Африка) полевые сверчки поедали мешочки из муслина, ко- торыми прикрывали цветы в опытах по скрещиванию растений. Домашний сверчок, когда голоден, тоже портит одежду. В 1952 году во Французских Альпах близ де- ревни Изеран на высоте 8 тысяч футов было так много кобылок, что они, съев всю растительность, напали на одежду и рюкзаки туристов, быстро проделав в них многочисленные дырки. Жучок Тригоногенус глоблюм ухитрился развиваться в осадках, образовавшихся в бочках из-под вина. Эти осадки в основном состояли из битартрата калия. Как-то в Тринидаде (Африка) муравьи из рода Мономориум стали поедать изоляцию проводов, сделанную из полиэтиленового полимера. Ус- ваивать это вещество они никак не могли3. Оказывается, муравьи грызли те уча- стки изоляции, которые были запачканы чем-либо съедобным. Оригинально ведут себя два самых разных насекомых. Так, одна муха и одна бабочка, обитающие в Африке, выделяют из заднего прохода капельку прозрачной жидкости, которую тотчас высасывают. По-видимому, этот процесс самопитания служит дополнением к другому, обыденному. Бабочка Лицэна флэас (рис. 464) со- сет пенистые выделения личинок цикадок-пенниц, которыми, как известно, пенни- цы окружают себя со всех сторон, прячась от врагов. В этих выделениях оказа- 3 Однажды в лаборатории обычная платяная моль съела весь поролон, через который осу- ществлялась вентиляция большого напольного компьютера. - Прим. Ред.
лись и аминокислоты, и сахара, но в значительно меньшей концентрации, нежели в тканях кормового растения. Интересно, что после того, как бабочка лицэна напьется выделений, она впадает в своеобразное состояние опьянения. Рис. 463 - Муха-кровососка Гиппобоска Рис. 464 - Бабочка Лицэна флэас К узкоспецифическому питанию приспособились многочисленные сожители, оби- тающие в гнездах общественных насекомых. Жуки-стафилины Оксизома вползают на своих хозяев и облизывают их покровы или присасываются к капелькам пищи, ко- торыми обмениваются между собой муравьи. Зато жук желтый белоглазик (Флавигер тестацеус) окончательно потерял способность к самостоятельному питанию и, предоставленный самому себе, без помощи муравьев погибает. Кормят муравьи и других жуков-стафилинид, а также жуков близкого к стафили- нидам семейства пселяфид, которые, кроме того, пожирают и личинок своих вос- питателей. Сожители термитов и муравьев умело воспользовались существующим обычаем обмена отрыжками у хозяев и, улучив момент передачи их друг другу, успевают урвать и себе капельку. Такова муравьиная Ателлура формикария из примитивных первичнобескрылых насекомых - щетинохвосток. Интересно, что эти же ателлуры, казалось бы, специализированные захребетники муравьев, превос- ходно живут и развиваются самостоятельно в лабораторных условиях. Точно так же ведут себя другие симбионты - ламехузы. И те, и другие получают отрыжки и прямо от своих кормилиц, постукивая их усиками по голове. Умелая просьба все- гда действует, и просимая отрыжка неизменно передается ловкой обманщице. Ли- чинки этих насекомых заботливо выкармливаются муравьями вместе со своими ли- чинками. Этому, возможно, способствует их внешнее сходство. Жуки-блестянки Амфотис не живут в гнездах муравьев, но крутятся на поверх- ности земли возле их жилищ или на тропинках муравья Лазиус фульгинозус. Они подстерегают рабочих, которые возвращаются в гнездо с зобом, наполненным пи- щей, и ловко выпрашивают отрыжку, в точности повторяя движения муравья- потребителя. Это им легко удается, если с ними не конкурируют голодные мура- вьи. И сами общественные насекомые разнообразят свое питание веществами, по- добными своеобразным специям, добавляемым в пищу. Муравьи тоже лакомятся вы- делениями специальных желез многочисленных сожителей и жадно их слизывают. У жуков-паусеид - обитателей гнезд муравьев, железы, выделяющие густую жид- кость , привлекающую муравьев, расположены на антеннах, на лбу, переднегруди, надкрыльях и брюшке. Из входа в муравейник выскочил суетливый и забавный жук-ламехуза. Высоко задирая кверху брюшко, он побежал по муравейнику. (Ламехузы - любимые кварти- ранты муравьев. В муравейниках они находят себе пищу и размножаются.) Вскоре ламехузу крепко схватил муравей. Ламехуза быстро замахал усиками и свернул
брюшко колечком. Муравей продолжал упрямо держать ламехузу. Подбежал второй и тоже вцепился. Жук еще сильнее замахал усиками. Но вот оба муравья поспешно разжали челюсти и стали жадно облизывать конец брюшка своего квартиранта. Этим воспользовался ламехуза и бросился наутек. Обычно ламехузы ненадолго выбегают на поверхность муравейника, и во время этих прогулок муравьи не обращают на них внимания. А к этому ламехузе какое- то странное отношение. Несколько раз задерживали его муравьи, и от всех он отделывался подачками. Но даже в сильную лупу на кончике брюшка не было за- метно никаких капелек жидкости. Очевидно, вещество выделялось в микроскопиче- ских дозах. Вскоре ламехуза покинул муравейник. Он, оказывается, отправился странствовать. Не поэтому ли его задерживали, не желая отпускать из дома? Но как муравьи могли угадать намерения жука? Ламехуза не зря покинул муравейник. Может, он отправился в брачный поход, может, как полагается, решил сменить муравейник, чтобы встретиться с другими ламехузами. Когда жук отполз от мура- вейника на порядочное расстояние, я взял его пальцами. От ламехузы исходил тонкий аромат. Из-за него, видимо, муравьи и дорожили постояльцем. Ведь обо- няние у муравьев - самое развитое чувство. Я бросил ламехузу на соседний му- равейник . Его встретили с величайшим вниманием и тотчас утащили в один из входов. Отправляясь путешествовать, ламехуза, наверное, запасся изрядным ко- личеством приятно пахнущей жидкости и поэтому пользовался таким успехом... На этом мы и закончим перечисление случаев питания необычными и редкими ве- ществами. Исчерпывают ли они все существующее разнообразие этой стороны жизни насекомых? Конечно, нет. У многих насекомых до сего времени не удалось уз- нать , чем они питаются, настолько трудно установить образ их жизни, так он скрыт от любопытного взора наблюдателя. Такова, к примеру, гусеница крошечной бабочки Эпипиропидэ. Она живет на поверхности тела цикад из семейства фонар- ниц как будто без ущерба для своих хозяев и чем питается - неизвестно. Общественный желудок У общественных насекомых - муравьев, пчел, ос, термитов - существует обычай кормить друг друга пищевыми отрыжками. Обоюдный обмен отрыжками происходит не только среди взрослых, но даже между взрослыми и личинками. Обмен отрыжками у муравьев настолько распространен, что пищевое вещество, содержащее меченые атомы, вскоре оказывается распределенным среди большинства жителей большой семьи. Словом, образно выражаясь, у общественных насекомых до известной меры существует общественный желудок и на почве пищевых отношений существует из- вестное равенство. Правда, равенство здесь относительное. Личинки получают отрыжки иные, чем самки или самцы. В зависимости от того, какими отрыжками кормят муравьи своих личинок, из них вырастают различные касты: большеголовые крупные солдаты, маленькие юркие разведчики, сторожа - обладатели особым об- разом устроенной головы, которой закрывается вход в жилище и т. д. Иногда по какой-то причине муравьи начинают особенно энергично обмениваться пищевыми отрыжками. Рыжий муравей обычно обменивается ими в темных ходах жилища, во время отдыха, после трудового дня. Осенью, когда все население муравейника готовится к зимовке, муравьи усиленно занимаются взаимным кормлением. Пищевыми отрыжками пользуются и термиты. Как установлено, напитавшийся тер- мит Анакантотермис ангелианус, обитающий на юге Средней Азии, начинает на- стойчиво предлагать пищевую отрыжку до тех пор, пока не отыщет голодного. Он удовлетворяет не только свой аппетит, но и съедает сверх меры, чтобы насытить своего ближнего. У шмелей нет обычая кормить друг друга пищевыми отрыжками. Но они складывают сообща добытый корм в медовые ячейки, отрыгивая их из зоби- ка, а уж каждый проголодавшийся берет себе порцию еды. Таким образом, медовая
ячейка шмелей стала чем-то вроде общественного желудка, только находящегося вне организма. При помощи меченых атомов были установлены любопытные отношения, связанные с питанием у ос Паравеспула германика (рис. 465) и Паравеспула вульгарно. В гнездах активно развивающиеся самцы, оказывается, еще получают достаточное количество еды от ос-работниц. Но в гнездах, где самцы заканчивают свое раз- витие, им перестают уделять внимание, вся пища идет развивающемуся потомству, а представителям мужского рода приходится заниматься попрошайничеством у ли- чинок, которые и снабжают их отрыжками. Таким образом, на этой стадии разви- тия общества самцы начинают конкурировать из-за пищи с личинками, всецело пе- реходят на паразитический образ жизни и к тому же не несут никаких полезных обязанностей. Рис. 465 - Оса Паравеспула германика Личиночная отрыжка, вообще, широко используется как продукт общественного питания ос-полистов. Ею питаются не только самцы, но и работницы и матки. Ес- ли по какой-либо причине личинка отказывается угостить просительницу капель- кой отрыжки, то оса бесцеремонно хватает свою младшую сестру-личинку за рото- вые придатки и с силой подтягивает к себе. После такого внушения личинка по- коряется и выполняет приказание взрослой осы. Было установлено, что так называемая пищевая отрыжка личинок ос - не что иное, как выделение особой железы, расположенной на нижней губе. У ос Веспа крабро, Паравеспула германика, Паравеспула вульгарно был установлен и ее хи- мический состав. В среднем, в ней содержится девять процентов Сахаров (трего- лаза и глюкоза) , что в четыре раза выше концентрации их в гемолимфе. Кроме того, в этом секрете находятся аминокислоты, белки, мочевая кислота, ионы ка- лия и фосфора, а также ферменты, расщепляющие белки и углеводы. Личинки ос основательно эксплуатируются своими воспитательницами и проявляют изрядную способность как производители пищи. Так, крупная личинка может, находясь без воды и пищи, за неделю выработать секрет нижнегубной железы, равный половине веса ее собственного тела. Этот секрет, оказывается, распределяется между ли- чинками и взрослыми особями. По-видимому, он имеет важное значение для всей
семьи, способствуя равномерному питанию, а также составляя своеобразный пище- вой резерв на случай голода. Рабочие медоносной пчелы кормят свою самку выделениями глоточных желёз, так называемой царской кашкой, или пчелиным молочком. Это вещество очень богато жирами, белками и, по-видимому, другими ценными пищевыми продуктами. Первые дни царскую кашку получают и только что выплодившиеся из яичек личинки пчел. Если пчелы собираются воспитывать из личинки не рабочих, а матку, ее кормят только одним пчелиным молочком. В последние годы пчеловоды научились получать пчелиное молочко из пчел ис- кусственным путем, которое нашло широкое применение в медицине. У других об- щественных насекомых подобный секрет выделяется кожными железами. Термиты- рабочие жадно слизывают выделения с тела нимф и самок. Тщательно облизывают муравьи и личинок. Личинки африканских муравьев рода Псевдомирмина обладают парой специальных придатков на теле, которые выделяют питательные вещества. (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Разное КАК СЕЯТЬ ГРИБЫ Скоро осень - пора сеять грибы. Грибы, которые мы собираем в лесу и употребляем в пищу, условно можно раз- делить на две группы: грибы-сапрофиты и грибы-симбионты. Грибы-сапрофиты в природе представляют собой организмы, питающиеся остатка- ми растений или же останками животных. Если сравнивать их с животными, то это - травоядные и падалыцики. К этой группе грибов относятся как мелкие и сред- ние, так и многие крупные грибы. Перегной, палая листва в лесу, стволы, ветки и пни, навоз, даже перья птиц или древесный уголь служат им субстратом, из которого они и извлекают питательные вещества. Многие из сапрофитов предпочи- тают вполне определённые субстраты. Так, например, опёнок летний предпочита- ет, как правило, остатки лиственных деревьев, а ложноопёнок серно-жёлтый - исключительно хвойных. Другие виды, такие как навозник белый (или лохматый), прекрасно развиваются в богатых азотом местах. К грибам-симбионтам как раз относится подавляющее большинство самых лучших съедобных грибов. Жизненные процессы этих грибов тесным образом связаны с оп- ределёнными растительными сообществами, вот почему они могут развиваться только в лесу. К примеру, - белый гриб связан с сосной, елью, березой, дубом и совсем не растёт в осиновых и ольховых лесах. Рыжик и маслёнок способны
расти только среди хвойных деревьев. У других грибов, к примеру - у ядовитых грибов, как у красного мухомора, грибница наоборот очень неразборчива и легко сожительствует как с хвойными деревьями, так и с лиственными и поэтому он, больше других грибов, встречается повсеместно в лесах разного типа. Грибы-симбионты в природе, как и само явление симбиоза, долгое время оста- валось загадкой. Только в результате настойчивых исследований ряда российских и, также, зарубежных ученых-микологов удалось разгадать эту удивительную за- гадку грибной жизни. И было обнаружено, что такие грибы не просто растут по соседству с избранными ими деревьями, но и соседство такое оказывается куда более тесным. Гриб и корень дерева срастаются в один единый грибокорень и, при этом, образуется, так называемая, микориза (взаимовыгодное сожительство а, по другому, - симбиоз мицелия (грибницы) гриба с корнями высшего растения. И своими нитями (или гифами), грибницы оплетают все мельчайшие корни растений и проникают внутрь самих корней, вытягивая из них самые необходимые для соб- ственного развития вещества. Корням растений это нисколько не вредит а, на- оборот, именно благодаря грибам, они с лёгкостью извлекают минеральные веще- ства из почвы. И таким примером могут быть молодые саженцы сосны, которые способны вырасти и сильными, и высокими только лишь в том случае, если их корни хорошо оплетают грибницы определённых видов грибов. И поэтому-то в при- роде грибы-симбионты встречаются исключительно поблизости от собственных "растений-хозяев". Готовится грибная "рассада" - просто. Берётся шляпка уже перезревшего гриба (белый или подберезовик). Перемалывается на обычной ручной мясорубке. Кладёт- ся в бутыль с водой. Дальше идёт способ "пробуждения" спор грибов. "Чтобы пробудиться споре в природе - ей нужно пройти по кишечнику зайчика или ежика. Какая там на эту спору воздействует среда в этом кишечнике? Крайне агрессивная по отношению к пище - она, эта среда, пищу эту расщепляет. Для воссоздания такой среды в домашних условиях кладётся на литровую бутыль пару чайных ложек французских дрожжей.
Стоит такая смесь примерно месяц. Внизу бутылки оседает мякоть грибов. Её надо убрать. А всё, что сверху - слить в отдельную посудину. Всё - посевной раствор готов. Нужно учитывать концентрацию - в одном грибе - не миллион, и даже не миллиард спор. А триллион. И поэтому не нужно поливать раствором такой концентрации. Берётся пропорция - стакан готового раствора со спорами из бутылки на бочку воды. Пластиковую, двухсот литровую бочку. И поливаются из обычной садовой лейки возле тех видов деревьев, около которых и был найден гриб. Если подберёзовик был найден у берёзы, то и лить рядом с берёзами. Если бе- лый - около дуба (а и такое бывает) - то и лить около дуба. Здесь дело в том, что и подберёзовик и белый гриб всегда находятся в тесной связи с корнями де- ревьев. И споры **помнят** и **умеют** выстраивать отношения с теми видами де- ревьев , около которых росла их мама. И можно ** сеять ** . Хоть - на даче. Хоть в соседнем лесу. Где душа пожелает.
Разное ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ В этой статье будет небольшой обзор по разным типам электродви- гателей с фотографиями и примерами применений. Почему в пылесос ставятся одни двигатели, а в вентилятор вытяжки другие? Какие двигатели стоят в сегвее? А какие двигают поезд метро? Каждый электродвигатель обладает некоторыми отличительными свойствами, ко- торые обуславливают его область применения, в которой он наиболее выгоден. Синхронные, асинхронные, постоянного тока, коллекторные, бесколлекторные, вентильно-индукторные, шаговые... (некоторые см. в табл. 1). Почему бы, как в случае с двигателями внутреннего сгорания, не изобрести пару типов, довести их до совершенства и ставить их и только их во все применения? Давайте прой- демся по всем типам электродвигателей, а в конце обсудим, зачем же их столько и какой двигатель «самый лучший».
Табл. 1 ® D шВш 1) ищу v8/ # # Постоянного тока Постоянного тока бесколлекторный Шаговый (полношаговый) Шаговый (полушаговый) Асинхронный Синхронный с постоянными магнитами Вентильно-индукторный
Двигатель постоянного тока (ДПТ) С этим двигателем все должны быть знакомы с детства, потому что именно этот тип двигателя стоит в большинстве старых игрушек. Батарейка, два проводка на контакты и звук знакомого жужжания, вдохновляющего на дальнейшие конструктор- ские подвиги. Все ведь так делали? Надеюсь. Иначе эта статья, скорее всего, не будет вам интересна. Внутри такого двигателя на валу установлен контактный узел - коллектор, переключающий обмотки на роторе в зависимости от положения ротора. Постоянный ток, подводимый к двигателю, протекает то по одним, то по другим частям обмотки, создавая вращающий момент. Кстати, не уходя далеко, всех ведь, наверное, интересовало - что за желтые штучки стояли на некоторых ДПТ из игрушек, прямо на контактах (как на фото ниже)? Это конденсаторы - при работе коллектора из-за коммутаций потребление тока импульсное, напряжение может также меняться скачками, из-за чего двигатель создает много помех. Они особенно мешают, если ДПТ установлен в радиоуправляемой игрушке. Конденсаторы как раз гасят такие высокочастотные пульсации и, соответственно, убирают по- мехи. Двигатели постоянного тока бывают как очень маленького размера («вибра» в телефоне), так и довольно большого - обычно до мегаватта. Например, на фото ниже показан тяговый электродвигатель электровоза мощностью 810 кВт и напря- жением 1500 В. Почему ДПТ не делают мощнее? Главная проблема всех ДПТ, а в особенности ДПТ большой мощности - это коллекторный узел. Скользящий контакт сам по себе яв- ляется не очень хорошей затеей, а скользящий контакт на киловольты и килоам- перы - и подавно. Поэтому конструирование коллекторного узла для мощных ДПТ - целое искусство, а на мощности выше мегаватта сделать надежный коллектор ста- новится слишком сложно. В потребительском качестве ДПТ хорош своей простотой с точки зрения управ- ляемости. Его момент прямо пропорционален току якоря, а частота вращения (по крайней мере, холостой ход) прямо пропорциональна приложенному напряжению. Поэтому до наступления эры микроконтроллеров, силовой электроники и частотно- го регулируемого привода переменного тока именно ДПТ был самым популярным
электродвигателем для задач, где требуется регулировать частоту вращения или момент. Также нужно упомянуть, как именно в ДПТ формируется магнитный поток возбуж- дения, с которым взаимодействует якорь (ротор) и за счет этого возникает вра- щающий момент. Этот поток может делаться двумя способами: постоянными магни- тами и обмоткой возбуждения. В небольших двигателях чаще всего ставят посто- янные магниты, в больших - обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения - это еще один канал регулирования. При увеличении тока обмотки возбуждения увеличива- ется её магнитный поток. Этот магнитный поток входит как в формулу момента двигателя, так и в формулу ЭДС. Чем выше магнитный поток возбуждения, тем вы- ше развиваемый момент при том же токе якоря. Но тем выше и ЭДС машины, а зна- чит, при том же самом напряжении питания частота вращения холостого хода дви- гателя будет ниже. Зато если уменьшить магнитный поток, то при том же напря- жении питания частота холостого хода будет выше, уходя в бесконечность при уменьшении потока возбуждения до нуля. Это очень важное свойство ДПТ. Вообще, я очень советую изучить уравнения ДПТ - они простые, линейные, но их можно распространить на все электродвигатели - процессы везде схожие. Универсальный коллекторный двигатель Как ни странно, это самый распространенный в быту электродвигатель, назва- ние которого наименее известно. Почему так получилось? Его конструкция и ха- рактеристики такие же, как у двигателя постоянного тока, поэтому упоминание о нем в учебниках по приводу обычно помещается в самый конец главы про ДПТ. При этом ассоциация коллектор = ДПТ так прочно заседает в голове, что не всем приходит на ум, что двигатель постоянного тока, в названии которого присутст- вует «постоянный ток», теоретически можно включать в сеть переменного тока. Давайте разберемся. Как изменить направление вращения двигателя постоянного тока? Это знают все, надо сменить полярность питания якоря. А ещё? А еще можно сменить поляр- ность питания обмотки возбуждения, если возбуждение сделано обмоткой, а не магнитами. А если полярность сменить и у якоря, и у обмотки возбуждения? Пра- вильно, направление вращения не изменится. Так что же мы ждем? Соединяем об- мотки якоря и возбуждения последовательно или параллельно, чтобы полярность изменялась одинаково и там и там, после чего вставляем в однофазную сеть пе- ременного тока! Готово, двигатель будет крутиться. Есть один только маленький
штрих, который надо сделать: так как по обмотке возбуждения протекает пере- менный ток, её магнитопровод, в отличие от истинного ДПТ, надо изготовить шихтованным, чтобы снизить потери от вихревых токов. И вот мы и получили так называемый «универсальный коллекторный двигатель», который по конструкции яв- ляется подвидом ДПТ, но... прекрасно работает как от переменного, так и от по- стоянного тока. Этот тип двигателей наиболее широко распространен в бытовой технике, где требуется регулировать частоту вращения: дрели, стиральные машины (не с «пря- мым приводом»), пылесосы и т.п. Почему именно он так популярен? Из-за просто- ты регулирования. Как и в ДПТ, его можно регулировать уровнем напряжения, что для сети переменного тока делается симистором (двунаправленным тиристором). Схема регулирования может быть так проста, что помещается, например, прямо в «курке» электроинструмента и не требует ни микроконтроллера, ни ШИМ, ни дат- чика положения ротора. Контактная колодка двигателя j /v N I Выводы термозащнты (применяются не везде! Перемычка Вывод половины обмотки статора 4 применяется в некоторых двигателях^ Датчик Холла (Применяется в некоторых двигателях вместо тахогенератора> Асинхронный электродвигатель Еще более распространенным, чем коллекторные двигатели, является асинхрон- ный двигатель. Только распространен он в основном в промышленности - где при- сутствует трехфазная сеть. Если кратко про принцип его работы, то его статор - это распределенная двухфазная или трехфазная (реже многофазная) обмотка. Она подключается к источнику переменного напряжения и создает вращающееся
магнитное поле. Ротор можно представлять себе в виде медного или алюминиевого цилиндра, внутри которого находится железо магнитопровода. К ротору в явном виде напряжение не подводится, но оно индуцируется там за счет переменного поля статора (поэтому двигатель на английском языке называют индукционным). Возникающие вихревые токи в короткозамкнутом роторе взаимодействуют с полем статора, в результате чего образуется вращающий момент. Почему асинхронный двигатель так популярен? У него нет скользящего контак- та, как у коллекторного двигателя, а поэтому он более надежен и требует мень- ше обслуживания. Кроме того, такой двигатель может пускаться от сети перемен- ного тока «прямым пуском» - его можно включить коммутатором «на сеть», в ре- зультате чего двигатель запустится (с большим пусковым током 5-7 кратным, но допустимым). ДПТ относительно большой мощности так включать нельзя, от пуско- вого тока погорит коллектор. Также асинхронные привода, в отличие от ДПТ, можно делать гораздо большей мощности - десятки мегаватт, тоже благодаря от- сутствию коллектора. При этом асинхронный двигатель относительно прост и де- шев . Асинхронный двигатель применяется и в быту: в тех устройствах, где не нужно регулировать частоту вращения. Чаще всего это так называемые «конденсаторные» двигатели, или, что тоже самое, «однофазные» асинхронники. Хотя на самом деле с точки зрения электродвигателя правильнее говорить «двухфазные», просто одна фаза двигателя подключается в сеть напрямую, а вторая через конденсатор. Кон- денсатор делает фазовый сдвиг напряжения во второй обмотке, что позволяет создать вращающееся эллиптическое магнитное поле. Обычно такие двигатели при- меняются в вытяжных вентиляторах, холодильниках, небольших насосах и т.п. Недостаток асинхронного двигателя по сравнению с ДПТ в том, что его сложно регулировать. Асинхронный электродвигатель - это двигатель переменного тока. Если асинхронному двигателю просто понизить напряжение, не понизив частоту, то он несколько снизит скорость, да. Но у него увеличится так называемое скольжение (отставание частоты вращения от частоты поля статора), увеличатся потери в роторе, из-за чего он может перегреться и сгореть. Можно представ- лять это себе как регулирование скорости движения легкового автомобиля исклю- чительно сцеплением, подав полный газ и включив четвертую передачу. Чтобы правильно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя нужно пропор- ционально регулировать и частоту, и напряжение. А лучше и вовсе организовать векторное управление. Но для этого нужен преобразователь частоты - целый при- бор с инвертором, микроконтроллером, датчиками и т.п. До эры силовой полупро- водниковой электроники и микропроцессорной техники (в прошлом веке) регулиро- вание частотой было экзотикой - его не на чем было делать. Но сегодня регули- руемый асинхронный электропривод на базе преобразователя частоты - это уже стандарт-де-факто.
Синхронный электродвигатель Синхронная машина — это электрическая машина переменного тока, частота вра- щения ротора которой равна частоте вращения магнитного поля в воздушном зазо- ре. Синхронных приводов бывает несколько подвидов - с магнитами (PMSM) и без (с обмоткой возбуждения и контактными кольцами), с синусоидальной ЭДС или с тра- пецеидальной (бесколлекторные двигатели постоянного тока, BLDC). Сюда же мож- но отнести некоторые шаговые двигатели. До эры силовой полупроводниковой электроники уделом синхронных машин было применение в качестве генераторов (почти все генераторы всех электростанций - синхронные машины), а также в ка- честве мощных приводов для какой-либо серьезной нагрузки в промышленности. Все эти машины выполнялись с контактными кольцами (можно увидеть на фото), о возбуждении от постоянных магнитов при таких мощностях речи, конечно же, не идет. При этом у синхронного двигателя, в отличие от асинхронного, большие проблемы с пуском. Если включить мощную синхронную машину напрямую на трех- фазную сеть, то всё будет плохо. Так как машина синхронная, она должна вра- щаться строго с частотой сети. Но за время 1/50 секунды ротор, конечно же, разогнаться с нуля до частоты сети не успеет, а поэтому он будет просто дер- гаться туда-сюда, так как момент получится знакопеременный. Это называется «синхронный двигатель не вошел в синхронизм». Поэтому в реальных синхронных машинах применяют асинхронный пуск - делают внутри синхронной машины неболь- шую асинхронную пусковую обмотку и закорачивают обмотку возбуждения, имитируя «беличью клетку» асинхронника, чтобы разогнать машину до частоты, примерно равной частоте вращения поля, а уже после этого включается возбуждение посто- янным током и машина втягивается в синхронизм. И если у асинхронного двигателя регулировать частоту ротора без изменения частоты поля хоть как-то можно, то у синхронного двигателя нельзя никак. Он или крутится с частотой поля, или выпадает из синхронизма и с отвратительными переходными процессами останавливается. Кроме того, у синхронного двигателя без магнитов есть контактные кольца - скользящий контакт, чтобы передавать энергию на обмотку возбуждения в роторе. С точки зрения сложности, это, ко- нечно, не коллектор ДПТ, но всё равно лучше бы было без скользящего контакта. Именно поэтому в промышленности для нерегулируемой нагрузки применяют в ос- новном менее капризные асинхронные привода. Но все изменилось с появлением силовой полупроводниковой электроники и мик- роконтроллеров . Они позволили сформировать для синхронной машины любую нужную частоту поля, привязанную через датчик положения к ротору двигателя: органи- зовать вентильный режим работы двигателя (автокоммутацию) или векторное управление. При этом характеристики привода целиком (синхронная машина + ин- вертор) получились такими, какими они получаются у двигателя постоянного то-
ка: синхронные двигатели заиграли совсем другими красками. Поэтому, начиная где-то с 2000 года, начался «бум» синхронных двигателей с постоянными магни- тами. Сначала они робко вылезали в вентиляторах кулеров как маленькие BLDC двигатели, потом добрались до авиамоделей, потом забрались в стиральные маши- ны как прямой привод, в электротягу (сегвей, Тойота приус и т.п.), всё больше вытесняя классический в таких задачах коллекторный двигатель. Сегодня син- хронные двигатели с постоянными магнитами захватывают всё больше применений и идут семимильными шагами. И все это - благодаря электронике. Но чем же лучше синхронный двигатель асинхронного, если сравнивать комплект «преобразователь + двигатель»? И чем хуже? Этот вопрос будет рассматриваться в конце статьи, а сейчас давайте пройдемся еще по нескольким типам. Вентильно-индукторный двигатель с самовозбуждением У него много названий. Обычно его коротко называют вентильно-индукторный двигатель (ВИД) или вентильно-индукторная машина (BUM) или привод (ВИП). В английской терминологии это switched reluctance drive (SRD) или motor (SRM) , что переводится как машина с переключаемым магнитным сопротивлением. Но чуть ниже будет рассматриваться другой подвид этого двигателя, отличающийся по принципу действия. Чтобы не путать их друг с другом, «обычный» ВИД, который рассмотрен в этом разделе, мы на кафедре электропривода в МЭИ, а также на фирме 000 «НПФ Вектор» называем «вентильно-индукторный двигатель с самовозбу- ждением» или коротко ВИД СВ, что подчеркивает принцип возбуждения и отличает его от машины, рассмотренной далее. Но другие исследователи его также называ- ют ВИД с самоподмагничиванием, иногда реактивный ВИД (что отражает суть обра- зования вращающего момента). Конструктивно это самый простой двигатель и по принципу действия похож на некоторые шаговые двигатели. Ротор - зубчатая железка. Статор - тоже зубча- тый , но с другим числом зубцов. Подавая постоянный ток в фазы в соответствии с текущим положением ротора можно заставить двигатель вращаться. Фаз может быть разное количество. Форма тока реального привода для трех фаз показа на рисунке ниже. Однако за простоту двигателя приходится платить. Так как двигатель питается однополярными импульсами тока/напряжения, напрямую «на сеть» его включать нельзя. Обязательно требуется преобразователь и датчик положения ротора. При- чем преобразователь не классический (типа шестиключевой инвертор): для каждой фазы у преобразователя для SRD должны быть полумосты, как на рис. ниже. Про-
блема в том, что для удешевления комплектующих и улучшения компоновки преоб- разователей силовые ключи и диоды часто не изготавливаются отдельно: обычно применяются готовые модули, содержащие одновременно два ключа и два диода - так называемые стойки. И именно их чаще всего и приходится ставить в преобра- зователь для ВИД СВ, половину силовых ключей просто оставляя незадействован- ной: получается избыточный преобразователь. Хотя в последние годы некоторые производители IGBT модулей выпустили изделия, предназначенные именно для SRD. ШШМ Вели-*#+э время Ток Фазы U(4070.16| Т(ж<мэы\Г14070.17) Ток<»>азы\»/|4070.18) Курсор! 2490 Тдиск 54688А 92,969 А 658,98 А _mm V BUS 1 SR Motor в
Следующая проблема - это пульсации вращающего момента. В силу зубчатой структуры и импульсного тока момент редко получается стабильным - чаще всего он пульсирует. Это несколько ограничивает применимость двигателей для транс- порта - кому хочется иметь пульсирующий момент на колесах? Кроме того, от та- ких импульсов тянущего усилия не очень хорошо себя чувствуют подшипники дви- гателя. Проблема несколько решается специальным профилированием формы тока фазы, а также увеличением количества фаз. Однако даже при этих недостатках двигатели остаются перспективными в каче- стве регулируемого привода. Благодаря их простоте сам двигатель получается дешевле классического асинхронного двигателя. Кроме того, двигатель легко сделать многофазным и многосекционным, разделив управление одним двигателем на несколько независимых преобразователей, которые работают параллельно. Это позволяет повысить надежность привода - отключение, скажем, одного из четырех преобразователей не приведет к остановке привода в целом - трое соседей будут какое-то время работать с небольшой перегрузкой. Для асинхронного двигателя такой фокус выполнить так просто не получается, так как невозможно сделать несвязанные друг с другом фазы статора, которые бы управлялись отдельным пре- образователем полностью независимо от других. Кроме того, ВИД очень хорошо регулируются «вверх» от основной частоты. Железку ротора можно раскручивать без проблем до очень высоких частот. Вентильно-индукторный двигатель с независимым возбуждением (ВИД НВ) Это совсем другой тип двигателя, отличающийся по принципу действия от обыч- ного ВИД. Исторически известны и широко используются вентильно-индукторные генераторы такого типа, применяемые на самолетах, кораблях, железнодорожном транспорте, а вот именно двигателями такого типа почему-то занимаются мало. На рисунке схематично показана геометрия ротора и магнитный поток обмотки возбуждения, а также изображено взаимодействие магнитных потоков статора и ротора, при этом ротор на рисунке установлен в согласованное положение (мо- мент равен нулю). Ротор собран из двух пакетов (из двух половинок), между которыми установле- на обмотка возбуждения (на рисунке показана как четыре витка медного прово- да) . Несмотря на то, что обмотка висит «посередине» между половинками ротора, крепится она к статору и не вращается. Ротор и статор выполнены из шихтован- ного железа, постоянные магниты отсутствуют. Обмотка статора распределенная
трехфазная - как у обычного асинхронного или синхронного двигателя. Хотя су- ществуют варианты такого типа машин с сосредоточенной обмоткой: зубцами на статоре, как у SRD или BLDC двигателя. Витки обмотки статора охватывают сразу оба пакета ротора. Упрощенно принцип работы можно описать следующим образом: ротор стремится повернуться в такое положение, при котором направления магнитного потока в статоре (от токов статора) и роторе (от тока возбуждения) совпадут. При этом половина электромагнитного момента образуется в одном пакете, а половина - в другом. Со стороны статора машина подразумевает разнополярное синусоидальное питание (ЭДС синусоидальна), электромагнитный момент активный (полярность за- висит от знака тока) и образован за счет взаимодействия поля, созданного то- ком обмотки возбуждения с полем, созданного обмотками статора. По принципу работы эта машина отлична от классических шаговых и SRD двигателей, в которых момент реактивный (когда металлическая болванка притягивается к электромагни- ту и знак усилия не зависит от знака тока электромагнита). С точки зрения управления ВИД НВ оказывается эквивалентен синхронной машине с контактными кольцами. То есть, если вы не знаете конструкцию этой машины и используете её как «черный ящик», то она ведет себя практически неотличимо от синхронной машины с обмоткой возбуждения. Можно сделать векторное управление или автокоммутацию, можно ослаблять поток возбуждения для повышения частоты вращения, можно усиливать его для создания большего момента - всё так, как будто это классическая синхронная машина с регулируемым возбуждением. Только ВИД НВ не имеет скользящего контакта. И не имеет магнитов. И ротор в виде де- шевой железной болванки. И момент не пульсирует, в отличие от SRD. Вот, на- пример, синусоидальные токи ВИД НВ при работе векторного управления: время Ala ме Фи игр (5П8.10) Ale иеФипгр (5116.12) Т<жОВ(5118ДА) К«*рсор1 1529Тдиск Ю.59 А 210.23 А 28,338 А Курсор 1551 Тдиск 214.08 А 185.18А 26703А 12 •22 Тдиск 50Ч89А •25.078 А 0,38719 А Кроме того, ВИД НВ можно создавать многофазным и многосекционным, аналогич- но тому, как это делается в ВИД СВ. При этом фазы оказываются несвязанными друг с другом магнитными потоками и могут работать независимо. Т.е. получает- ся как будто бы несколько трехфазных машин в одной, к каждой из которых при- соединяется свой независимый инвертор с векторным управлением, а результирую- щая мощность просто суммируется. Координации между преобразователями при этом не требуется никакой - только общее задание частоты вращения. Минусы этого двигателя тоже есть: напрямую от сети он крутиться не может, так как, в отличие от классических синхронных машин, ВИД НВ не имеет асин- хронной пусковой обмотки на роторе. Кроме того, он сложнее по конструкции, чем обычный ВИД СВ (SRD).
Какой же электродвигатель самый лучший? К сожалению, двумя словами здесь не обойтись. И общими выводами про то, что у каждого двигателя свои достоинства и недостатки - тоже. Потому что не рас- смотрены самые главные качества - массогабаритные показатели каждого и типов машин, цена, а также их механические характеристики и перегрузочная способ- ность . Оставим нерегулируемый асинхронный привод крутить свои насосы напрямую от сети, тут ему конкурентов нет. Оставим коллекторные машины крутить дрели и пылесосы, тут с ними в простоте регулирования тоже потягаться сложно. Давайте рассмотрим регулируемый электропривод, режим работы которого - дли- тельный. Коллекторные машины здесь сразу исключаются из конкуренции по причи- не ненадежности коллекторного узла. Но остались еще четыре - синхронный, асинхронный, и два типа вентильно-индукторных. Если мы говорим о приводе на- соса, вентилятора и чего-то похожего, что используется в промышленности и где масса и габариты особо не важны, то здесь из конкуренции выпадают синхронные машины. Для обмотки возбуждения требуются контактные кольца, что является ка- призным элементом, а постоянные магниты очень дороги. Конкурирующими вариан- тами остаются асинхронный привод и вентильно-индукторные двигатели обоих ти- пов . Как показывает опыт, все три типа машин успешно применяются. Но - асинхрон- ный привод невозможно (или очень сложно) секционировать, т.е. разбить мощную машину на несколько маломощных. Поэтому для обеспечения большой мощности асинхронного преобразователя требуется делать его высоковольтным: ведь мощ- ность - это, если грубо, произведение напряжения на ток. Если для секциони- руемого привода мы можем взять низковольтный преобразователь и наставить их несколько, каждый на небольшой ток, то для асинхронного привода преобразова- тель должен быть один. Но не делать же преобразователь на 500 В и ток 3 кило- ампера? Это провода нужны с руку толщиной. Поэтому для увеличения мощности повышают напряжение и снижают ток. А высоковольтный преобразователь - это со- всем другой класс задачи. Нельзя просто так взять силовые ключи на 10 кВ и сделать из них классический инвертор на 6 ключей, как раньше: и нет таких ключей, а если есть, они очень дороги. Инвертор делают многоуровневым, на низковольтных ключах, соединенных последовательно в сложных комбинациях. Та- кой инвертор иногда тянет за собой специализированный трансформатор, оптиче- ские каналы управления ключами, сложную распределенную систему управления, работающую как одно целое... В общем, сложно всё у мощного асинхронного приво- да. При этом вентильно-индукторный привод за счет секционирования может «от- срочить» переход на высоковольтный инвертор, позволяя сделать привода до еди- ниц мегаватт от низковольтного питания, выполненные по классической схеме. В этом плане ВИПы становятся интереснее асинхронного привода, да еще и обеспе- чивают резервирование. С другой стороны, асинхронные привода работают уже сотни лет, двигатели доказали свою надежность. ВИПы же только пробивают себе дорогу. Так что здесь надо взвесить много факторов, чтобы выбрать для кон- кретной задачи наиболее оптимальный привод. Но всё становится еще интереснее, когда речь заходит о транспорте или о ма- логабаритных устройствах. Там уже нельзя беспечно относиться к массе и габа- ритам электропривода. И вот там уже нужно смотреть на синхронные машины с по- стоянными магнитами. Если посмотреть только на параметр мощности деленной на массу (или размер), то синхронные машины с постоянными магнитами вне конку- ренции. Отдельные экземпляры могут быть в разы меньше и легче, чем любой дру- гой «безмагнитный» привод переменного тока. Но здесь есть одно опасное заблу- ждение , которое я сейчас постараюсь развеять.
Если синхронная машина в три раза меньше и легче - это не значит, что для электротяги она подходит лучше. Всё дело в отсутствии регулировки потока по- стоянных магнитов. Поток магнитов определяет ЭДС машины. На определенной час- тоте вращения ЭДС машины достигает напряжения питания инвертора и дальнейшее повышение частоты вращения становится затруднительно. Тоже самое касается и повышения момента. Если нужно реализовать больший момент, в синхронной машине нужно повышать ток статора - момент возрастет пропорционально. Но более эф- фективно было бы повысить и поток возбуждения - тогда и магнитное насыщение железа было бы более гармоничным, а потери были бы ниже. Но опять же поток магнитов повышать мы не можем. Более того, в некоторых конструкциях синхрон- ных машин и ток статора нельзя повышать сверх определенной величины - магниты могут размагнититься. Что же получается? Синхронная машина хороша, но только лишь в одной единственной точке - в номинальной. С номинальной частотой вра- щения и номинальным моментом. Выше и ниже - всё плохо. Если это нарисовать, то получится вот такая характеристика частоты от момента (красным): 60кВт Тут синхронная машина регулируется хорошо _| Что нужно для тяги без использования коробки передач Что можно вьмсать ослаблением поля Номинальная точка синхронной машины (например, 60кВт) Что можно вьвкать форсировкой момента 60кВт Механическая характеристика синхронной машины. На рисунке по горизонтальной оси отложен момент двигателя, по вертикальной - частота вращения. Звездочкой отмечена точка номинального режима, например, пусть это будет 60 кВт. Заштрихованный прямоугольник - это диапазон, где воз- можно регулирование синхронной машины без проблем - т.е. «вниз» по моменту и «вниз» по частоте от номинала. Красной линией отмечено, что можно выжать из синхронно машины сверх номинала - небольшое повышение частоты вращения за счет так называемого ослабления поля (на самом деле это создание лишнего ре- активного тока по оси d двигателя в векторном управлении) , а также показана некоторая возможная форсировка по моменту, чтобы было безопасно для магнитов. Всё. А теперь давайте поставим эту машину в легковое транспортное средство без коробки передач, где батарея рассчитана на отдачу 60 кВт. Желаемая тяго-
вая характеристика изображена синим. Т.е. начиная с самой низкой скорости, скажем, с 10 км/ч привод должен развивать свои 60 кВт и продолжать их разви- вать вплоть до максимальной скорости, скажем 150 км/ч. Синхронная машина и близко не лежала: её момента не хватит даже чтобы заехать на бордюр у подъез- да (или на поребрик у парадной, для полит, корректности), а разогнаться маши- на сможет лишь до 50-60 км/ч. Что же это значит? Синхронная машина не подходит для электротяги без короб- ки передач? Подходит, конечно же, просто надо по-другому её выбрать. Вот так: СМ 540кВт Надо выбрать такую синхронную машину, чтобы требуемый тяговый диапазон ре- гулирования был весь внутри её механической характеристики. То есть чтобы ма- шина одновременно могла развить и большой момент, и работать на большой час- тоте вращения. Как вы видите из рисунка... установленная мощность такой машины будет уже не 60 кВт, а 540 кВт (можно посчитать по делениям). То есть в элек- тромобиль с батареей на 60 кВт придется установить синхронную машину и инвер- тор на 540 кВт, просто чтобы «пройти» по требуемому моменту и частоте враще- ния. Конечно же, так как описано, никто не делает. Никто не ставит машину на 540 кВт вместо 60 кВт. Синхронную машину модернизируют, пытаясь «размазать» её механическую характеристику из оптимума в одной точке вверх по скорости и вниз по моменту. Например, прячут магниты в железо ротора (делают инкорпори- рованными) , это позволяет не бояться размагнитить магниты и ослаблять поле смелее, а также перегружать по току побольше. Но от таких модификаций син- хронная машина набирает вес, габариты и становится уже не такой легкой и кра- сивой, какой она была раньше. Появляются новые проблемы, такие как «что де- лать , если в режиме ослабления поля инвертор отключился». ЭДС машины может «накачать» звено постоянного тока инвертора и выжечь всё. Или что делать, ес- ли инвертор на ходу пробился — синхронная машина замкнется и может токами ко- роткого замыкания убить и себя, и водителя, и всю оставшуюся живой электрони- ку — нужны схемы защиты и т.п. Поэтому синхронная машина хороша там, где большого диапазона регулирования не требуется. Например, в сегвее, где скорость с точки зрения безопасности может быть ограничена на ЗОкм/ч (или сколько там у него?) . А еще синхронная
машина идеальна для вентиляторов: у вентилятора сравнительно мало изменяется частота вращения, от силы раза в два - больше особо нет смысла, так как воз- душный поток ослабевает пропорционально квадрату скорости (примерно). Поэтому для небольших пропеллеров и вентиляторов синхронная машина - это то, что нуж- но . И как раз она туда, собственно, успешно ставится. Тяговую кривую, изображенную на рисунке синим цветом, испокон веков реали- зуют двигатели постоянного тока с регулируемым возбуждением: когда ток обмот- ки возбуждения изменяют в зависимости от тока статора и частоты вращения. При увеличении частоты вращения уменьшается и ток возбуждения, позволяя машине разгоняться выше и выше. Поэтому ДПТ с независимым (или смешанным) управлени- ем возбуждением классически стоял и до сих пор стоит в большинстве тяговых применений (метро, трамваи и т.п.). Какая же электрическая машина переменного тока может с ним поспорить? К такой характеристике (постоянства мощности) могут лучше приблизиться дви- гатели, у которых регулируется возбуждение. Это асинхронный двигатель и оба типа ВИПов. Но у асинхронного двигателя есть две проблемы: во-первых, его ес- тественная механическая характеристика - это не кривая постоянства мощности. Потому что возбуждение асинхронного двигателя осуществляется через статор. А поэтому в зоне ослабления поля при постоянстве напряжения (когда на инверторе оно закончилось) подъем частоты в два раза приводит к падению тока возбужде- ния в два раза и моментоообразующего тока тоже в два раза. А так как момент на двигателе - это произведение тока на поток, то момент падает в 4 раза, а мощность, соответственно, в два. Вторая проблема - это потери в роторе при перегрузке с большим моментом. В асинхронном двигателе половина потерь выде- ляется в роторе, половина в статоре. Для уменьшения массогабаритных показате- лей на транспорте часто применяется жидкостное охлаждение. Но водяная рубашка эффективно охладит лишь статор, за счет явления теплопроводности. От вращаю- щегося ротора тепло отвести значительно сложнее - путь отвода тепла через «теплопроводность» отрезан, ротор не касается статора (подшипники не в счет). Остается воздушное охлаждение путем перемешивая воздуха внутри пространства двигателя или излучение тепла ротором. Поэтому ротор асинхронного двигателя получается своеобразным «термосом» — единожды перегрузив его (сделав динамич- ный разгон на машине), требуется долгое время ждать остывания ротора. А ведь его температуру еще и не измерить... приходится только предсказывать по модели. Здесь нужно отметить, как мастерски обе проблемы асинхронного двигателя обошли в Тесла в своей Model S. Проблему с отводом тепла из ротора они реши- ли... заведя во вращающийся ротор жидкость (у них есть соответствующий патент, где вал ротора полый и он омывается внутри жидкостью, но достоверно я не знаю, применяют ли они это) . А вторую проблему с резким уменьшением момента при ослаблении поля... они не решали. Они поставили двигатель с тяговой харак- теристикой, почти как у меня нарисована для «избыточного» синхронного двига- теля на рисунке выше, только у них не 540 кВт, а 300 кВт. Зона ослабления по- ля в Тесле очень маленькая, где-то двукратное. То есть они поставили «избы- точный» для легкового автомобиля двигатель, сделав вместо бюджетного седана по сути спорт-кар с огромной мощностью. Недостаток асинхронного двигателя об- ратили в достоинство. Но если бы они попытались сделать менее «производитель- ный» седан, мощностью 100 кВт или меньше, то асинхронный двигатель, скорее всего, был бы точно таким же (на 300 кВт) , просто его искусственно задушили электроникой бы под возможности батареи. А теперь ВИПы. Что могут они? Какая тяговая характеристика у них? Про ВИД СВ я точно сказать не могу - это по своему принципу работы нелинейный двига- тель , и от проекта к проекту его механическая характеристика может сильно ме- няться. Но в целом он, скорее всего, лучше асинхронного двигателя в плане приближения к желаемой тяговой характеристике с постоянством мощности. А вот
про ВИД НВ я могу сказать подробнее, так как мы на фирме им очень плотно за- нимаемся. Видите вон ту желаемую тяговую характеристику на рисунке выше, ко- торая нарисована синим цветом, к которой мы хотим стремиться? Это на самом деле не просто желаемая характеристика. Это реальная тяговая характеристика, которую мы по точкам по датчику момента сняли для одного из ВИД НВ. Так как ВИД НВ имеет независимое внешнее возбуждение, то его качества наиболее при- ближены к ДПТ НВ, который тоже может сформировать такую тяговую характеристи- ку за счет регулирования возбуждения. Так что же? ВИД НВ - идеальная машина для тяги без единой проблемы? На са- мом деле нет. Проблем у него тоже куча. Например, его обмотка возбуждения, которая «висит» между пакетами статора. Хоть она и не вращается, от неё тоже сложно отводить тепло - получается ситуация почти как ротором асинхронника, лишь немного получше. Можно, в случае надобности, «кинуть» трубку охлаждения со статора. Вторая проблема - это завышенные массогабаритные показатели. Гля- дя на рисунок ротора ВИД НВ, можно видеть, что пространство внутри двигателя используется не очень эффективно - «работают» только начало и конец ротора, а середина занята обмоткой возбуждения. В асинхронном двигателе, например, вся длина ротора, всё железо «работает». Сложность сборки - засунуть обмотку воз- буждения внутрь пакетов ротора надо еще суметь (ротор делается разборным, со- ответственно, есть проблемы с балансировкой). Ну и просто массогабаритные ха- рактеристики пока получаются не очень-то выдающимися по сравнению с теми же асинхронными двигателями Тесла, если накладывать тяговые характеристики друг на друга. А также есть еще общая проблема обоих типов ВИД. Их ротор - пароходное ко- лесо. И на высоких частотах вращения (а высокая частота нужна, так высокочас- тотные машины при той же мощности меньше тихоходных) потери от перемешивания воздуха внутри становятся очень значительными. Если до 5000-7000 об/мин ВИД еще можно сделать, то на 20000 об/мин это получится большой миксер. А вот асинхронный двигатель на такие частоты и гораздо выше сделать вполне можно за счет гладкого статора. Так что же лучше всего в итоге для электротяги? Какой двигатель самый луч- ший? Понятия не имею. Все плохие. Надо изобретать дальше. Но мораль статьи тако- ва - если вы хотите сравнить между собой разные типы регулируемого электро- привода, то нужно сравнивать на конкретной задаче с конкретной требуемой ме- ханической характеристикой по всем-всем параметрам, а не просто по мощности. Также в этой статье не рассмотрены еще куча нюансов сравнения. Например, та- кой параметр как длительность работы в каждой из точек механической характе- ристики. На максимальном моменте обычно ни одна машина не может работать дол- го - это режим перегрузки, а на максимальной скорости очень плохо себя чувст- вуют синхронные машины с магнитами - там у них огромные потери в стали. А еще интересный параметр для электротяги - потери при движении выбегом, когда во- дитель отпустил газ. Если ВИПы и асинхронные двигатели будут крутиться как болванки, то у синхронной машины с постоянными магнитами останутся почти но- минальные потери в стали из-за магнитов. И так далее, и так далее... Поэтому нельзя вот так просто взять и выбрать лучший электропривод.
Разное ФОТОГАЛЕРЕЯ