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

Именно этот процесс стал виновником огромного материального ущерба, понесенного Крайстчерчем. Многие автомобили погрузились в ил, а здания обрушились, поскольку почва не выдержала их веса. Этот процесс известен как «разжижение». Чтобы произошло разжижение почвы, требуется мощная сила, такая как землетрясение, приводящая осадочные породы в достаточно быстрое движение. Но если мягкая песчаная почва приходит в достаточно быстрое движение, ее прочность тает столь же быстро, как утренний туман. Кстати, именно поэтому, передвигаясь по зыбучим пескам, рекомендуется вести себя как можно осторожнее и не совершать резких движений. Если же вы начнете сильно топать ногами, зыбучие пески станут вести себя как жидкость и вы просто утонете в них. Двигайтесь по возможности медленнее, и у вас появится шанс остаться в живых. В этом случае очень важен фактор времени. Изменяя временные рамки для того или иного действия, вы зачастую изменяете его исход.

Мы часто говорим о каком-то событии, что оно «произошло так быстро, что я и глазом не успел моргнуть». На моргание глазом требуется примерно треть секунды, а среднее время реакции человека составляет приблизительно четверть секунды. Кому-то может показаться, что это довольно оперативно, однако задумайтесь над тем, что должно произойти за это время, если вы, например, проходите стандартный тест на реагирование? Когда лучи света попадают на сетчатку вашего глаза, специализированные светочувствительные молекулы скручиваются, и это запускает цепочку химических реакций, которые вызывают небольшой электрический ток. Этот электрический сигнал проходит по оптическому нерву и попадает в мозг, заставляя его клетки посылать сигналы друг другу, в результате чего вырабатывается понимание, что произошло нечто такое, что требует той или иной реакции. Затем электрические сигналы пытаются добраться до мышц; при этом их движение замедляется, когда они преодолевают зазоры между нервными клетками путем химической диффузии. Когда приказ мышцам сократиться получен, молекулы в мышечных волокнах начинают цепляться друг за друга, пока ваши пальцы не нажмут нужную кнопку. Учтите, что вся эта цепочка действий совершается только для того, чтобы вы могли сделать самую простую вещь!

За нашу пресловутую сложность приходится платить скоростью. Люди – достаточно медлительные создания, неспешно пробирающиеся через физический мир, поскольку даже при выполнении простейших действий нам приходится преодолевать множество разных стадий. Пока мы продираемся сквозь чащобу, многие более простые физические системы справляются с решением множества других задач. Но эти простые и быстрые процессы протекают настолько стремительно, что мы их просто не замечаем. Вы можете получить некоторое представление об этом мире, опустив в кофе капельку молока с довольно большой высоты. В лучшем случае вы лишь успеете заметить, как она, упав в кофе, слегка отскочит от его поверхности, а затем снова в него упадет. Но это уже будет на грани человеческих возможностей: развитие какого-либо более быстрого процесса вам не удастся заметить. Мой научный руководитель любил говорить, что если бы мы могли реагировать быстрее, то, пока капля молока совершает падение в кофе, мы могли бы передумать его пить с молоком и поймали бы эту каплю на лету. Впрочем, лично я полагаю, что для поимки капли молока нам следовало бы прибегнуть к помощи чего-нибудь более маленького и шустрого, чем человек.

Высказывание моего научного руководителя заставило меня задуматься о том, как много мы упускаем в жизни из-за своей медлительности. Как было бы здорово, если бы мы могли собственными глазами видеть все, что делается буквально у нас под носом, каким бы крошечным оно ни было и с какой бы скоростью ни происходило. Поэтому я и выбрала научное направление, позволяющее заниматься высокоскоростной фотографией – технологией, с помощью которой можно наблюдать процессы, невидимые из-за своей стремительности. Но фотокамеры такого рода доступны лишь человеку. А что делать тем, у кого их нет – например, голубям?

В 1977 году предприимчивый ученый по имени Барри Фрост убедил голубя вступить на беговую дорожку. Это один из тех экспериментов, за которые в наши дни вручили бы, наверное, Шнобелевскую премию. Он мог бы служить идеальным примером научного исследования, которое сначала заставляет вас покатываться со смеху, а затем задуматься. Пока лента беговой дорожки медленно двигалась назад, птице, чтобы оставаться на месте, приходилось продвигаться вперед. Голубь довольно быстро освоился с таким темпом движения ленты, однако кое-что в его поведении казалось необычным. Если вам когда-либо приходилось, сидя на скамейке в парке, наблюдать за голубями, снующими туда-сюда в поисках съедобных крошек, то вы, скорее всего, замечали, что во время ходьбы они кивают головами вперед и назад. Мне всегда казалось, что такое болтание головами должно «напрягать» голубей, заставляя их совершать эти бесполезные и утомительные телодвижения. Но голубь на беговой дорожке не кивал головой, и это послужило для Барри указанием на что-то очень важное. Очевидно, что кивание головой вовсе не непременный атрибут «походки» голубя, поэтому не имеет никакого отношения к физике его передвижения. Но зато имеет непосредственное отношение к тому, что голубь видит. Пребывая на ленте беговой дорожки, голубь как бы продвигался вперед, но окружающая обстановка при этом не менялась. Если голубь держал голову неподвижно, он все время видел вокруг себя одну и ту же отчетливую картину. Но когда голубь движется по земле, окружающая обстановка непрерывно меняется. Оказывается, эти птицы не способны «быстро» фиксировать изменения картинки, чтобы воспринимать их. Таким образом, их «кивания» головой вовсе не кивания. Они наклоняют голову вперед, а потом делают шаг, что позволяет их телу «догнать» голову; затем снова наклоняют голову вперед. Во время совершения шага голова остается, по сути, на месте, поэтому у голубя появляется больше времени, чтобы оценить ситуацию, прежде чем сделать следующий шаг. Голубь делает один «фотоснимок» окружающей обстановки, а затем вытягивает голову вперед, чтобы сделать следующий «фотоснимок». Если понаблюдать за голубем достаточно долго, то можно удостовериться в правильности описанной мной модели (правда, для этого вам придется запастись терпением, поскольку голуби довольно быстрые)[42]. Похоже, никто точно не знает, почему одни птицы столь медленно обрабатывают визуальную информацию, что им приходится кивать головами, тогда как другие в таком кивании не нуждаются. Но «медлительные» птицы не поспевают за окружающим их миром, и им приходится разбивать его на бесконечный ряд стоп-кадров.