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

Сегодня среда обитания и деятельности человека ограничена нашей планетой и ближним космосом, но человечество уже давно засматривается на далекие звезды. Сегодня, впервые за всю историю человеческой цивилизации, мы можем взглянуть на Землю с высоты нескольких сотен километров. Искусственные спутники вращаются вокруг нее, собирая метеорологическую информацию, обеспечивая связь и трансляцию телевизионных сигналов. С орбит, по которым они вращаются, хорошо видны следы деятельности человеческой цивилизации: яркие огни ночных мегаполисов, теплый воздух вокруг городов, расположенных в суровых климатических условиях, изменение цвета земной поверхности в сельскохозяйственных регионах. Вокруг Земли вращается также обитаемый искусственный спутник – Международная космическая станция, совершающая каждые девяносто две минуты один полный оборот. Да, человеческая цивилизация уже шагнула в космос. На борту МКС могут одновременно находиться до десяти человек. Эти люди имеют возможность видеть нашу планету такой, какой ее никогда не увидит подавляющее большинство землян. Вряд ли люди, побывавшие на борту МКС, смогут донести до остальных жителей планеты все богатство впечатлений от ее вида, открывающегося из иллюминатора. Впрочем, нужно отдать им должное: они пытаются.

Выше орбит, по которым вращаются искусственные спутники Земли, и далеко за границами магнитного щита, защищающего ее от космических лучей, следы нашей цивилизации отсутствуют. Там, в дальнем космосе, нет понятия «верх» и «низ». Там из-за отсутствия гравитационного воздействия на маятник не смогли бы работать маятниковые часы. Простота всего, что там есть, означает, что там все происходит или чрезвычайно быстро по человеческим меркам или, наоборот, чрезвычайно медленно. Быстрые ядерные реакции делают Солнце колоссальным источником энергии, но за миллиарды лет оно меняется крайне медленно. Крошечные атомы взаимодействуют между собой, но результатами этого взаимодействия становятся объекты величиной с планету или даже Солнечную систему. Наша неоднородная, сложная цивилизация в нашем неоднородном, сложном мире находится примерно в середине пространственных и временных шкал.

Мы – исключение во Вселенной.

Люди смотрят в космос. Возможно, оттуда, из невообразимой космической дали, на нас устремлен встречный взгляд, тоже выискивающий следы разумной цивилизации. Свет по-прежнему остается нашим главным средством связи с объектами, расположенными в дальнем космосе, а молекулярные изменения, происходящие в результате попадания света далеких звезд на сетчатку нашего глаза, связывают нас со Вселенной. Вот мы, прекрасный, сложный, разумный слой, тонкое покрытие на маленькой каменистой планете, обитающее на границе между космосом и Землей. Вот мы, продукт наших трех взаимосвязанных систем жизнеобеспечения, сформированных физическими законами Вселенной.

Вот я, стоящая у своего дома, глядящая в небо, где собираются облака и скрывают от моих глаз звезды. Вот я, современный человек с чашкой в руках, изготовленной из минералов, скрытых в недрах Земли, размышляющий о сложности мироздания. Меня окружают разнообразные системы и структуры, которые я могу потрогать. Я заглядываю в чашку с чаем, который помешиваю ложечкой, и вижу жидкость, закручивающуюся в спираль. Прекратив помешивать чай, я выжидаю несколько секунд, снова заглядываю в чашку и вижу совершенно иную картину. На поверхности жидкости появилось яркое, прекрасное и очаровательное изображение – отражение неба у меня над головой. Прямо здесь, в своей чашке, я могу наблюдать бурю!

Интересная особенность, связанная с написанием раздела «Благодарности», заключается в том, что люди, заслуживающие благодарности, как таковые делятся на две категории, взаимосвязанные между собой. К одной относятся те, которые оказывали конкретную помощь в написании книги. К другой – непосредственные участники изложенных историй; все эти люди сделали мою жизнь разнообразнее и насыщеннее интересными событиями, были моими надежными спутниками, сопровождали в увлекательных поездках и подсказывали, в чем еще мы могли бы поучаствовать. Я испытываю чувство огромной благодарности к тем и другим.

Моими партнерами по исследованиям были Даллас Кэмпбелл, Ники Черска, Ирена Черски, Льюис Дартнелл, Тамсин Эдвардс, Кэмпбелл Стори и собака по кличке Инка. Доброжелательные сотрудники Green Britain Centre (Зеленого центра Британии, на одной из ветротурбин которого мне удалось побывать) были чрезвычайно гостеприимны и с огромным терпением отвечали на все мои вопросы. Доктор Джефф Уиллмотт и профессор Кейт Ноукис оказали мне неоценимую помощь, проконсультировав по темам микрофлюидных устройств и заболеваний, передаваемых воздушно-капельным путем соответственно. Элли Николсон, Фил Эктор и Фил Рид любезно согласились вычитать отдельные части книги и высказали ценные замечания по поводу прочитанного. Мэтт Келли заслуживает огромной благодарности за ценные советы относительно плана книги и многих ее глав; а его собственный писательский опыт, которым он щедро делился со мной, оказался как нельзя кстати. Дружба и неизменная поддержка Мэтта в ходе реализации проекта значили для меня очень многое. Том Уэллс подтолкнул меня к написанию этой книги и на протяжении всей работы над ней служил для меня чем-то наподобие резонатора и подопытного кролика. Джем Стэнсфилд, Алом Шаха, Гайя Винс, Алок Джа, Адам Резерфорд и многие другие фантастические люди, с которыми мне посчастливилось подружиться в научном мире, стали для меня неиссякаемым источником вдохновения и юмора.

Черчилль-колледж Кэмбриджского университета многие годы был моим интеллектуальным домом и до сих пор остается таковым в моем сердце. Черчилль-колледж и Кавендишская лаборатория дали мне понимание основ физики. Особого упоминания в связи с этим заслуживает д-р Дейв Грин, мой научный руководитель. Надеюсь, эта книга отвечает его высоким научным стандартам, и в частности, что избыток СЛОВ в ней компенсирует нехватку РИСУНКОВ. Все, с кем я подружилась в Черчилль-колледже, стали важной частью моей жизни. Когда у вас есть такие замечательные и надежные друзья, не страшны никакие трудности.

В мир физики пузырьков я попала по чистой случайности, когда д-р Грант Дин из Института океанографии Скриппса согласился стать моим научным руководителем, хотя до того времени мы с ним даже не были знакомы – я была для него «человеком с улицы». Грант Дин – не только ученый в полном смысле этого слова, но и просто замечательный человек. Думаю, это был подарок свыше, когда он согласился стать моим научным руководителем. Он показал мне, что может дать наука человеку, который искренне в нее влюблен. В то же время он стал для меня ярким примером того, как должен работать ученый, чтобы с полным правом носить это звание. У меня нет слов, чтобы выразить чувство благодарности, которую я испытываю к Гранту Дину за поддержку, оказанную (и оказываемую) мне во всех моих научных проектах.

Университетский колледж Лондона (University College London) – мое нынешнее место работы, и я считаю, что мне очень повезло: это замечательное научное учреждение. Будучи сотрудником факультета машиностроения, я чрезвычайно благодарна его декану, профессору Яннису Вентикосу, за огромный энтузиазм, который он проявил, узнав о том, что я взялась за этот проект. Я сравнила бы профессора Марка Мьодовника с неиссякаемым фонтаном энергии и душевного тепла. Его дружба и разумные советы помогли мне найти такой прекрасный очаг науки. Я в неоплатном долгу перед Марком, оказавшим мне бесценную помощь.