Загадки мироздания

Азимов Айзек

Знаменитый писатель-фантаст, ученый с мировым именем, великий популяризатор науки, автор множества научно-популярных, фантастических, детективных, исторических и юмористических изданий приглашает вас в мир загадок прошлого, настоящего и будущего.

В этой книге Азимов рассказывает об удивительных явлениях и фактах — известных и малоизвестных, открытиях, ошибках и гениальных догадках ученых. Просто он рассказывает о сложном — белках и ДНК, гормонах и ферментах, лазерах и космических кораблях, теории относительности и истоках Вселенной. Каким должен быть марсианин? Что изменится в повседневной жизни американца 1990 года? Какие проблемы будут угрожать нашей планете и цивилизации в ближайшие века? Возможно ли вернуться назад во времени? Как будет выглядеть всемирная выставка 2014 года? Сможет ли человечество дотянуться до звезд?…

Он не верит в инопланетян в летающих тарелках, но предполагает, какими будут колонии на Луне, когда станут осваивать Марс и какова во всем этом роль научной фантастики.

ВВЕДЕНИЕ

Меня знают как писателя-фантаста. Еще меня знают как преподавателя в медицинской школе Бостонского университета. Естественно, меня часто спрашивают, как относятся мои коллеги к тому, что я пишу научную фантастику.

Те, кто задает подобные вопросы, скорее всего, ожидают услышать, что я встречаю, как правило, неодобрительное отношение, что путь мой усеян терниями, по которым мне приходится идти босиком, что в профессиональной деятельности я постоянно подвергаюсь насмешкам.

К собственному огорчению, мне приходится разрушать столь красочный образ. Моя профессиональная жизнь ничем подобным не отягощена. Некоторые из моих коллег вообще не знают, что я пишу фантастику, да и знали бы — никак бы не отреагировали; другие — знают, но считают это ученым чудачеством; третьи — даже любят фантастику и часто читают мои книжки, надеюсь, с удовольствием. А есть среди них и такие, кто — о боже! — и сами пописывают фантастику.

Не могу сказать, чтобы я сам никогда не сомневался в том, что академическая карьера вполне совместима с репутацией дерзкого писателя-фантаста.

Особенно опасным казалось мне подобное совмещение в июне 1949 года, когда произошло два события. Во-первых, я собрался вступать в ряды преподавателей медицинской школы, а во-вторых, только что продал издательству Doubleday amp; Со свой первый фантастический роман и у меня должна была выйти первая «настоящая книжка».

Часть первая

О БОЛЕЕ ИЛИ МЕНЕЕ ИЗВЕСТНОМ

Раздел I

О ЖИВОМ

Глава 1

ПРИРОДА МЫШЛЕНИЯ

С самой древности мы имеем свидетельства того, что человек всегда был убежден в превосходстве мысли над материей, в том, что законы, ограничивающие мир материальный, над идеями и представлениями не властны.

Сейчас уже общеизвестен тот факт, что физически живые организмы состоят из атомов и молекул, которыми правят те же законы, что и камнями под ногами или звездами над головой. Это верно как для венца творения — человека, так и для последнего червя. Но что мы можем сказать о человеческом мышлении? Можно ли подвергнуть анализу творческий гений, приводящий к рождению шедевра? Можно ли взвесить, сосчитать или иным способом измерить эмоции и воображение, любовь и ненависть, страсть, мысли и представления о добре и зле?

Всегда очень хочется поставить мысль превыше материи и считать, что на первую распространяются иные законы, более тонкие, чем на вторую. Тогда естественно сделать вывод, что никакой доктор не сможет прописать такое лекарство, которое могло бы повлиять на сознание. Шекспир вкладывает в уста Макбета циничный вопрос к доктору, который пытается лечить его жену от ночных кошмаров:

Врач не находится что ответить на это, кроме как

Глава 2

ПОМНЮ, ПОМНЮ…

Принято отождествлять хорошую память с развитым интеллектом. Популярные лет десять назад программы тестирования считались методикой обнаружения гениев, на самом деле представляя собой лишь задачки на объем памяти, порой (хоть и не всегда, конечно) не имеющий ничего общего с мощным интеллектом.

В качестве примера крайности в этом отношении можно вспомнить тех знаменитых близнецов, именами которых недавно пестрели заголовки газет, — они прославились тем, что могли точно и быстро назвать день недели для любой заданной им даты, пусть даже отстоящей от сегодняшней на тысячи лет.

Как им удается это делать — до сих пор неизвестно. Помнят ли они весь календарь наизусть или каким-то образом сумели проиндексировать его по неделям? Или они помнят дни недели для каких-то ключевых дат и от них уже отсчитывают все остальные? Мы не знаем этого, а сами близнецы не могут нам ни объяснить, ни подсказать. Дело в том, что они умственно отсталые.

Более того, их потрясающая способность высчитывать дни недели не распространяется ни на какие другие вычисления. Они не в силах постичь даже простейшего сложения и вычитания.

Случаи подобной одаренности известны в истории. Так, еще в XVIII веке в Англии жил некий Джедедия Бакстон, способный в уме перемножить 23 145 789 на 5 642 732 на 54 965 и быстро выдать правильный ответ, но и он страдал той же формой умственной отсталости и до конца дней своих оставался поденным рабочим. Некий Зера Колберн, родившийся в Вермонте в 1804 году, мог за несколько секунд высчитать, сколько будет 8

16

(восемь умножить на восемь шестнадцать раз), или почти мгновенно извлечь кубический корень из 268 336 125. Но более ничем особым он не отличился.

Глава 3

ЧЕЛОВЕК ГОЛОДНЫЙ

Людей, страдающих излишним весом, поучать легко. Их можно стращать перспективой ранней смерти и безапелляционно велеть им меньше есть. Можно мягко советовать уделять больше внимания специальным физическим упражнениям, например, отодвиганию стула в направлении прочь от стола где-то посреди трапезы или резким поворотам головы из стороны в сторону в ответ на предложение добавки.

Кажется, нет ничего проще, чем следовать таким советам. Так почему же множество людей продолжают набирать вес, несмотря на то что излишний вес порождает дискомфорт, лишает человека привлекательности и увеличивает риск ранней смерти? Почему толстяк продолжает есть?

Этот феномен модно объяснять психологическими причинами. Многие психиатры утверждают, что причина недуга, отражающегося на состоянии всего тела, кроется в бессознательном. Они называют ожирение «психогенным».

По такой версии люди, имеющие некоторый умеренный излишний вес и не страдающие при этом никакими определенными гормональными расстройствами, являются жертвами личностных проблем, что заставляет их переедать вопреки советам друзей и собственному здравому смыслу, вопреки самому искреннему желанию следить за диетой.

То ли их в детстве чрезмерно опекали и перекармливали до образования необратимой привычки к перееданию, то ли их, наоборот, напрочь отвергали, что вынудило их искать компенсации в еде. Может быть, к поиску утешения в поедании пищи их подтолкнула травма отлучения от груди. Возможно, они так и застряли на оральном этапе эротического развития, не сумев перерасти его, или, наоборот, навязчиво потребляют пищу, чтобы скрыть от себя самих подавленное желание отвергнуть как пищу, так и мать.

Глава 4

КРОВЬ ПОДСКАЖЕТ

В венах каждого из нас находится персональная энциклопедия, которую врачи и биохимики лишь постепенно учатся читать. Они все еще корпят над наиболее непонятными абзацами, но того, что они уже сумели распознать, оказалось достаточно, чтобы продлить жизнь множеству людей.

В старину была такая поговорка: «кровь подскажет». Жизнь показала полную несостоятельность этой народной мудрости в ее первоначальном смысле, поскольку оказалось, что все те качества, которые должна была, по идее, «подсказывать кровь» — честность, храбрость, хорошие манеры, ну, или противоположные им, — определяются средой и воспитанием, никоим образом не являясь наследственными.

И лишь на заре XX века началось изучение той информации, которую кровь несет в себе на самом деле. И выяснилось, что кровь действительно может «подсказывать» — но только тогда, когда ей задают правильные вопросы.

В 1901 году было установлено, что существует четыре основные группы крови. Внешних отличий между кровью различных групп не существует; определить группу крови человека по внешности или по результатам изучения любой другой составляющей его организма, кроме самой крови, невозможно.

Разница же оказалась в следующем: при смешивании образцов крови, принадлежащих к разным группам, красные кровяные тельца одной из них слипаются вместе, образуя аморфную массу. При смешивании образцов крови, принадлежащих к одной и той же группе, такого никогда не происходит. В лабораторных условиях это выглядит, конечно, интересно; в организме же живого человека такая реакция оказывается смертоносной, поскольку слипшиеся комки красных кровяных телец забивают жизненно важные сосуды почек, печени, сердца, мозга…

Глава 5

ВАШЕ ХИМИЧЕСКОЕ «Я»

Для нас само собой разумеется, что не существует двух полностью одинаковых людей. Ребенок без труда узнает свою маму, а молодой человек страстно заверяет свою возлюбленную, что никто в мире не сравнится с ней. Даже между однояйцовыми близнецами есть какие-то минимальные различия. Зрение человека способно улавливать массу индивидуальных различий; то же самое можно сказать и об обонянии собаки. Но поэты утверждают, что взгляд не способен проникнуть вглубь дальше кожи, а телереклама говорит то же самое и о запахе.

Так можем ли мы проникнуть глубже? Существуют ли такие же индивидуальные различия и во внутреннем функционировании организма, столь же очевидные холодному и беспристрастному химическому анализу? Да, конечно, все мы используем для переноски кислорода гемоглобин, а для производства энергии — одни и те же ферменты; у всех у нас есть легкие, сердце и почки. Все мы можем питаться одной и той же пищей, страдать одними и теми же болезнями, и все мы в итоге умрем. Но есть еще кое-что.

В предыдущей главе мы рассуждали о роли крови в отображении химической индивидуальности человека — теперь пора продвинуться еще дальше.

В течение первых пары десятилетий XX века английский врач Арчибальд Гаррод занимался изучением обмена веществ у людей, а именно исследованием последовательности химических реакций, с помощью которых организм разлагает пищу для получения энергии и построения тканей. Ему попадались случаи, когда организм человека оказывался лишенным способности осуществлять ту или иную реакцию — всего одну, но результаты зачастую становились плачевными (подобные примеры уже приводились выше).

Такие химические отклонения являются врожденными. Весь инструментарий для своей биохимической деятельности, полный или дефектный, человек получает с рождения (хотя в некоторых случаях дефект сказывается гораздо позже). Гаррод назвал отклонения от нормы «врожденными дефектами обмена веществ».

Раздел II

О НЕЖИВОМ

Глава 10

ГОРЯЩЕЕ ВЕЩЕСТВО

С самого момента своего открытия горючий газ водород произвел на человечество революционное воздействие. С его помощью были повержены старые теории и установлены новые. Он уже два раза вел людей к звездам, а теперь этот газ предоставляет нам возможность получить безграничные запасы энергии, необходимой для будущих потребностей человека.

История водорода началась с пламени, поскольку в XVII веке первые химики получили при реакции железа с кислотой новый газ, который, как оказалось, взрывается при нагревании. Они назвали его «горючим газом».

Английский химик Генри Кавендиш, занявшийся изучением нового вещества в 1766 году, обнаружил, что тот способен порождать нечто более примечательное, чем пламя. Оказалось, что при сжигании этого газа и соединении его с чем-то, содержащимся в воздухе (как выяснилось позже — с кислородом), образуются капли жидкости, которая представляет собой не что иное, как воду. Вода, рождающаяся в пламени!

Мир химии был потрясен. Ведь тысячелетиями считалось, что вода — это первоэлемент, что ее невозможно получить из сочетания каких-то более простых элементов. Теперь же выходило, что вода — это продукт сочетания двух газов!

Горючему газу дали новое имя — «водород». Образование воды из водорода стало одним из козырей, позволивших французскому химику Антуану Лорану Лавуазье смести старые теории и заложить вместо них основы современной химии.

Глава 11

ДА БУДЕТ НОВЫЙ СВЕТ!

В 1960 году американский физик Теодор Гарольд Мейман подверг брусок искусственного рубина облучению ярким светом. Оказалось, что поглощаемый материалом свет снова испускается наружу, но в измененном виде. Теперь весь свет представлял собой тонкий луч насыщенного красного цвета, исходящий из торца бруска.

Такого света еще никто никогда не видел. Более того, такого света раньше никогда не существовало ни на Земле, ни где-либо еще во всей Вселенной — насколько нам известно. Искусственный рубин Меймана стал первым в мире лазером — устройством, в котором мы сегодня видим как луч смерти, так и волшебный инструмент для хирургии, фотографии, коммуникаций, изучения космоса и еще с полдесятка областей.

Что же такого уникального в этом лазерном луче? С виду — просто цветной луч, каких и раньше люди видели предостаточно. Значит, есть в нем что-то, невооруженным глазом неразличимое? Чтобы понять, что именно, надо сначала вкратце рассказать о природе обычного света.

Представим себе свет как поток волн. Резонно было бы задаться в таком случае вопросом: «волн в чем?», и этот вопрос поставил бы нас в тупик, но сейчас мы в такие тонкости углубляться не будем. Просто представим себе некие волны, и все.

Не стоит думать, что представить свет в виде волн — значит нарисовать волнистую линию вдоль всей протяженности луча света. Свет от далеких звезд попадает к нам через триллионы километров, так что «вся протяженность» окажется в таком случае немалой. Вместо этого, представим себе волны разбитыми на маленькие отрезки, по несколько колебаний на каждом. В дальнейшем мы будем называть эти отрезки «фотонами», от греческого слова, означающего «свет».

Глава 12

ОКЕАН-ШАХТА

Наши шахты истощаются. При этом население растет скачкообразными темпами, а промышленность — еще большими, так что полезных ископаемых Соединенных Штатов хватит ненадолго. Самые богатые наши месторождения меди исчерпаны. Приходится искать способы довольствоваться более бедными рудами.

Но все не так уж плохо. Что касается некоторых видов полезных ископаемых, то их самое богатое и обширное месторождение находится прямо у наших дверей и к его разработке никто еще даже не приступал.

Речь идет об океане.

Площадь Мирового океана — более 360 000 000 квадратных километров, он занимает около семи десятых всей земной поверхности. Его средняя глубина — 3,7 километра, так что приблизительно можно сказать, что общий запас морской воды на Земле — 1 332 000 000 кубических километров.

Месторождением полезных ископаемых океан можно считать благодаря тому факту, что все эти миллионы кубических километров состоят не из одной лишь воды. Каждый, кто хоть раз в жизни купался в океане, знает, что океан — это не только вода. У «просто воды» вкус совершенно не такой.

Глава 13

ЭВОЛЮЦИЯ АТМОСФЕРЫ

1960-е годы принесли нам новые знания об атмосфере соседних планет. Наблюдения, полученные с зондов, поднявшихся высоко над нашей собственной атмосферой, предоставили свидетельства того, что облака на Венере состоят из ледяных частиц. Mariner 4, пролетая в 1965 году мимо Марса, сообщил нам, что его атмосфера гораздо тоньше, чем считалось раньше.

Но все эти недавние наблюдения лишь подтверждают предположения астрономов, выдвинутые давным-давно. Наша земная атмосфера уникальна и не похожа на атмосферу ни одной планеты из тех, что находятся в зоне досягаемости.

Атмосферы известных нам планет можно классифицировать по четырем категориям:

во-первых, у планеты или другого холодного небесного тела может вообще не быть атмосферы или атмосфера может быть столь тонкой, что различить ее из космоса невозможно;

во-вторых, атмосфера может быть богатой водородом и его соединениями и являться, таким образом, благоприятной для восстановительных реакций. Такую атмосферу можно назвать «восстановительной»;

Глава 14

АТМОСФЕРА ЛУНЫ

Сейчас, когда запущенные человеком космические аппараты приближаются к Луне, кружатся вокруг нее, опускаются на нее и мы готовимся к тому, чтобы высадить на Луну человека, нам полезна любая информация о Луне, какую мы только можем получить. Вот что мы можем сказать, к примеру, об атмосфере Луны?

Вы скажете, что на Луне нет атмосферы.

Да, действительно, ничего даже отдаленно напоминающего земную атмосферу на Луне нет. И все же что-то на ней присутствует. Она не может вообще не иметь атмосферы. Вот как это можно показать.

Земля состоит из двух радикально различающихся между собой частей (как яйцо, состоящее из центрального желтка и окружающего его белка). «Желтком» Земли является никелево-железное ядро, плотность которого примерно в десять раз больше плотности воды. Его окружает «белок» — силикатная кора, плотность которой мала — всего втрое больше плотности воды. Соответственно, средняя плотность Земли представляет собой значение среднее между этими двумя цифрами — в 5,5 больше плотности воды (или 5,5 грамма на кубический сантиметр).

Плотность Луны — 3,3 грамма на кубический сантиметр. Для того чтобы иметь настолько меньшую, чем Земля, плотность, Луна должна быть лишена какого-либо крупного ядра из железа и никеля и представлять собой практически сплошной силикат.