Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса - Элен Черски

Образно говоря, большой город – это место, где несколько разных сетей, удовлетворяющих те или иные человеческие потребности, спрессованы между собой, поскольку в городах сконцентрировано большое количество людей, нуждающихся в них. К числу сетей, обслуживающих человеческие потребности, относятся, в частности, системы распределения продуктов питания, транспортные системы и торговые сети.

Добыв огонь, человек начал экспериментировать с искусственным освещением и обогревом, перестав полагаться исключительно на световые волны, излучаемые Солнцем. Появление свечей означало, что мы в состоянии обеспечить освещение (пускай и недостаточно сильное), когда та сторона Земли, на которой мы находимся, повернута в сторону, противоположную от Солнца. Какие-нибудь сто пятьдесят лет тому назад вечерний город освещался световыми волнами, излучаемыми горящими свечами, дровами, углем или лампадным маслом. Сегодня небо над любым городом озаряется невидимым светом, сияющим круглосуточно. Если бы мы могли видеть радиоволны, то поняли бы, что в течение примерно ста последних лет наша планета была вовсе не так темна, как нам казалось. Но эти новые волны предназначены отнюдь не для иллюминации. Радиоволны, телевизионные трансляции, Wi-Fi и сигналы мобильных телефонов образуют жестко скоординированную сеть информации, обтекающей нас со всех сторон и проходящей сквозь нас. Любой представитель нашей цивилизации имеет электронные устройства, которые можно быстро настраивать на ту или иную длину волн, что позволяет ему смотреть телевизионные трансляции новостей, знакомиться с прогнозами биржевых котировок, наблюдать реалити-шоу, управлять воздушным движением, участвовать в радиолюбительской коротковолновой связи, слышать голоса друзей и членов семьи. Коммуникационные технологии дают возможность получать информацию из разнообразных источников и общаться практически со всем миром. Фермеры могут планировать производство той или иной сельскохозяйственной продукции, основываясь на информации о текущих потребностях рынка продуктов питания. Новости о природных катаклизмах в разных уголках планеты можно получать в реальном времени. Самолеты могут вносить изменения в маршруты, основываясь на текущих прогнозах погоды. Автомобилисты могут выбирать наименее загруженные трассы к пунктам назначения, получая в реальном времени информацию об автомобильных пробках. Разные системы радиосвязи могут работать совместно, не создавая друг другу помех, потому что владельцы этих систем договариваются между собой и координируют свои действия. Выработаны общенациональные и глобальные правила, касающиеся использования тех или иных диапазонов волн. Большую часть истории человечества существовали волны, но не было информационных сетей. Лишь на протяжении пяти последних поколений людям удалось создать информационную сеть на основе радиоволн. Сейчас нам уже трудно представить без нее мир.

В прошлом люди могли проживать лишь в небольшом числе регионов ввиду скудости ресурсов либо неподходящего (чересчур жаркого или, напротив, слишком холодного) климата в других местах. Когда молекулы окружающего воздуха обладают слишком малой или слишком высокой тепловой энергией, молекулам, из которых состоят наши тела, приходится приспосабливаться к своему окружению. Если тонкий баланс между молекулярной активностью и застоем в наших телах утрачивается, мы начинаем страдать. Но человечеству удалось практически полностью снять географические ограничения. Мы строим здания, защищенные пути для пешеходов и транспорта, создавая уровни энергии, воспринимаемые нами как комфортные. Воздушное кондиционирование в Дубаи и системы централизованного отопления на Аляске обеспечивают людям приемлемую среду обитания (что-то вроде «защитных оболочек») даже в регионах, не самых подходящих для жизни. Мы забываем о неудобствах реального мира и относимся к этим защитным оболочкам как к чему-то само собой разумеющемуся. Мы все еще очень далеки от создания обитаемых поселений на других планетах, но уже разработали ряд технологий, позволяющих осваивать ранее необитаемые территории на собственной земле. Главный принцип остается тем же: экспериментировать со средой до тех пор, пока она не будет в полной мере отвечать условиям нашего выживания. А это наличие достаточного количества воды, молекулярных строительных блоков и энергии. Построив одну такую защитную оболочку, мы строим еще одну и т. д., осваивая шаг за шагом новые территории и формируя как можно более обширные сети выживания.

По мере развития нашей цивилизации мы сталкиваемся с теми или иными проблемами. Чем многочисленнее население, тем больше ресурсов и свободного места требуется для формирования нормальных условий его проживания. Человечество уже осознало, что за использование ископаемых видов топлива, приведшее к промышленной революции и быстрому экономическому росту развитых стран мира, придется заплатить высокую цену. В то самое время, когда люди выращивали растения, вбиравшие в себя энергию Солнца и создававшие зеленый энергетический резервуар, которым можно было бы пользоваться по мере необходимости, значительная часть энергии поступала из другого источника. Земля уже располагала энергетическим резервуаром, образовавшимся из потока солнечной энергии, который наполнялся в течение сотен миллионов лет и которым мы пользовались весьма расточительно. На протяжении всего этого времени небольшая доля растений, поглотивших энергию Солнца, сама была поглощена нашей планетой, похоронена и спрессована глубоко под землей. Это медленное накопление уловленной солнечной энергии привело к формированию огромного подземного хранилища энергетических ресурсов. Мы называем эти древние энергетические кладовые ископаемым, или органическим, топливом. Энергия, запасенная в них, легко высвобождается и ставится на службу человеку. Ее использование не представляет проблемы: это лишь сохраненная солнечная энергия, которая в конечном счете высвобождается и возвращается обратно в космос. Проблема в другом: что делать с «упаковкой», в которую она заключена. Растения поглощают углекислый газ, который является для них источником роста. При высвобождении запасенной в органическом топливе энергии образуется углекислый газ, выбрасываемый в атмосферу. Его молекулы попадают в воздух и влияют на прохождение электромагнитных волн в атмосфере. Вследствие этих процессов Земля в целом становится несколько большим, чем прежде, резервуаром энергии Солнца. В результате сжигания запасов органического топлива, накапливавшихся в земных недрах на протяжении миллионов лет, человечество понемногу разогревало планету. Сейчас на Земле сформировалось новое состояние равновесия. Чтобы научиться жить и правильно себя в нем вести, человечеству придется проявить немалую изобретательность.

Впрочем, люди не раз доказывали, что их изобретательность безгранична. Человечество накопило огромный запас информации в области науки, медицины, техники и культуры. Она сосредоточена в гигантской информационной сети, охватывающей всю планету. Каждый раз, обращаясь к этой сети, мы извлекаем пользу из знаний, добытых с огромным трудом многими поколениями наших предков.

Не так давно человечество открыло для себя микромир – явление иного, непривычного для нас пространственного масштаба, – и у ученых появилось новое и чрезвычайно обширное поле деятельности. Размеры человеческого тела и структур, входящих в его состав, неизменны: человек представляет собой очень сложную систему, но она занимает пространство, величина которого не меняется со временем. Размеры кроватей, столов, стульев, а также количество потребляемой нами пищи практически не меняются, поскольку каждый из нас существует в этом, своем теле. Но когда мы учимся обращаться с микромиром и соответствующим образом сужаем свое поле зрения, мы учимся также строить фабрики, очень сложные, но такие крошечные, что их невозможно рассмотреть невооруженным глазом. Работая с теми или иными объектами микромира, то есть переходя в другую пространственную шкалу, мы вынуждены переходить в другую временную шкалу, так как в микромире процессы протекают гораздо быстрее, чем в привычном для нас макромире. В микромире ежесекундно могут выполняться миллиарды процессов. Компьютер – не более чем электронный суммирующий автомат, составленный из огромного множества микроскопических компонентов. Современные компьютеры кажутся нам довольно компактными, но по сравнению с атомами, из которых они состоят, они выглядят колоссальными архитектурными феноменами, выполняющими невероятно сложные функции. Пользуясь компьютером и наблюдая за его работой, мы нередко забываем о том, что вся эта «магия» происходит в других, непривычных для нас временных и пространственных масштабах. Уже сейчас эти компактные фабрики, состоящие из огромного множества микроскопических суммирующих автоматов, становятся важными инструментами управления миром. В дальнейшем они еще глубже интегрируются в нашу цивилизацию. Более многочисленная цивилизация требует более эффективных решений, более быстрого их принятия и более быстрого потока информации для координации работы крошечных шестеренок этой системы. Это становится возможным при переходе к пока еще непривычным нам масштабам.