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

Пока мы переходим из одной комнаты в другую, наша внутренняя информационная система продолжает неустанно работать. Но ей требуется информация о происходящем вокруг нас. Вот именно сейчас мне нужно найти воду. В наше тело встроены чувствительные датчики – рецепторы, которые изменяют свое состояние в ответ на те или иные изменения в окружающей среде и передают информацию об этих изменениях в мозг. Самые яркие – ощущения, получаемые посредством зрения.

Мы практически все время погружены в свет, но наше тело почти не впитывает его в себя. Это море света несет в себе информацию об окружающем мире, поскольку сама природа света напоминает нам о его происхождении, однако львиная доля этой информации проходит мимо нас. Лишь ничтожная часть от всего светящегося изобилия попадает на зрачки наших глаз: два маленьких кружка диаметром не более двух-трех миллиметров. Только крошечная часть световой информации, попадающей на наши зрачки, заключена в видимых световых лучах, и только она воспринимается нами. Именно она несет в себе все визуальное богатство, которое мы воспринимаем как нечто само собой разумеющееся. В момент достижения наших зрительных органов видимые световые волны нужно как-то упорядочить, чтобы мы могли воспринять заключенную в них информацию. Наши окна в мир защищены мягкими прозрачными линзами, которые замедляют свет до 60 % от его скорости в воздухе. При замедлении эти световые лучи отклоняются. Форма линз регулируется крошечными мышцами таким образом, чтобы все лучи, исходящие от какого-либо отдельно взятого объекта, находящегося за пределами нашего тела, снова сходились в одной точке позади глаза. Процесс восхитителен сам по себе. Нам кажется, будто мы видим все, что открыто нашему взору, но в действительности выхватываем лишь самую незначительную часть, которая и оказывается картиной, нарисованной нашим зрением.

Световые лучи, попадающие на сетчатку глаза, могли отразиться от Луны или кончиков наших пальцев, но все они оказывают одинаковое воздействие. Отдельно взятый фотон поглощается отдельно взятой молекулой опсина, скручивая эту молекулу и запуская процесс, который по цепочке нервных волокон передает соответствующий электрический сигнал в наши управляющие системы. Когда наше проголодавшееся бренное тело направляется на кухню в поисках чего-нибудь съестного, фотоны, отразившиеся от раковины, водопроводного крана и чайника, устремляются в наши глаза; наш мозг моментально обрабатывает эту информацию, подсказывая нам, что следует сделать в первую очередь. Если на кухне темновато, мы включаем освещение – и лампочка испускает целый сноп световых волн. Проходя по кухне, они видоизменяют ее мир, отражаются, преломляются и поглощаются до тех пор, пока наши глаза не воспримут результирующую картину. При этом следует помнить, что свет – далеко не единственное, что нас окружает и воздействует на нас.

Человек – существо социальное. Мы поддерживаем свою социальную сеть посредством коммуникаций, отправляя сигналы партнерам и принимая сигналы от них. Наш голос – одно из важнейших средств коммуникации, гибкий музыкальный инструмент, способный создавать звуковые волны и придавать им ту или иную форму. Затем эти звуковые волны передаются через среду, в которой мы находимся. Любой британец, захотев выпить чашечку горячего чая на работе, обязательно предложит остальным разделить трапезу. Это предложение будет озвучено. Коллеги воспримут сигнал посредством органов слуха (ушей), что запустит новый поток информации в их телах. Ее обработка, то есть расшифровка ее смысла и последующая передача по нервным волокнам соответствующих сигналов на голосовые мышцы, позволит всем присутствующим в комнате выразить свой ответ. Как только он будет воспринят остальными, они тотчас же начнут изменять окружающий мир: расставлять чашки, вынимать из сумок бутерброды, рассаживаться за столом и т. д.

Человеческое тело состоит из множества разных атомов, но каким бы удивительным ни казалось это разнообразие, возможности человека ограниченны именно из-за способа их соединения между собой. Однако люди весьма изобретательны по части создания инструментов, способных делать то, что им не под силу. Мы не можем вскипятить воду в руках, но можем это сделать в чайнике. Человеческое тело не может служить воздухонепроницаемым контейнером для хранения высушенных листьев, но стеклянная банка с плотно завинчивающейся крышкой вполне справится с этой задачей. У нас нет когтей, клыков или прочной раковины, в которой мы могли бы укрыться от врагов, но мы умеем изготавливать острые ножи, одежду и приспособления для открывания консервных банок. Мы можем налить в керамическую кружку горячий чай и спокойно держать ее в руках, не опасаясь обжечь пальцы. (Напоминаю, керамика плохо проводит тепло.) Металлы, пластмассы, стекло и керамика – наряду с материалами биологического происхождения (такими как дерево, бумага и кожа) – помогают нам жить в этом мире.

Чайник служит контейнером для воды, придавая ее молекулам при нагреве (на огне или с помощью электричества) дополнительную энергию в форме колебаний на микроскопическом уровне. В результате они соударяются друг с другом на гораздо более высоких скоростях. Затем мы переносим эти «разгорячившиеся» молекулы воды в керамическую кружку. К сожалению, мы не можем видеть всех деталей всплеска молока при его добавлении в чашку с горячим чаем, хотя он происходит прямо у нас на глазах, потому что человек не в состоянии обрабатывать соответствующие сигналы с необходимой скоростью. Вы уже не можете видеть дно чашки, так как ранее частично прозрачная жидкость теперь стала непроницаема, поскольку свет отражается от миллионов крошечных капелек жира.

Проводя те или иные манипуляции с окружающим миром, мы даже не замечаем, что твердо стоим на полу благодаря действию силы земного притяжения, ведь в течение многотысячелетней эволюции наши тела привыкли к ее действию и научились успешно с ней справляться. Если бы сила земного притяжения была гораздо большей, то нам, наверное, понадобились бы более мощные ноги, а передвигаться на «своих двоих» стало бы куда труднее. Если бы сила земного притяжения была намного меньшей, то люди, вероятно, были бы выше, чем сейчас, но жизнь протекала бы медленнее, так как все падало бы значительно дольше. Когда мы поднимаем одну ногу, чтобы сделать шаг, мы полагаемся на действие силы тяжести, которая заставит нас падать вперед. Мы совершаем поворот вокруг стопы, опирающейся на землю, и к тому моменту, когда останавливаем свое падение вперед, поставив стопу шагающей ноги на землю, все наше тело сдвинется на один шаг вперед. Если бы не сила земного притяжения, мы не могли бы ходить. В процессе эволюции наши тела адаптировались к ее действию. Размеры и форма человеческого тела идеально приспособлены для ходьбы. Когда мы берем в руку чашку воды и направляемся к двери, мы пользуемся нашими телами как перевернутым маятником, попеременно ставя вперед то одну, то другую ногу и совершая на каждом шаге поворот вокруг опорной стопы и бедра. Ритм нашей ходьбы, определяемый качанием этого перевернутого маятника, влияет на воду в чашке, заставляя ее раскачиваться в том же темпе.

При ходьбе мы используем жидкость в нашей черепной коробке, которая помогает нам сохранять равновесие. Она раскачивается глубоко в крошечной полости внутреннего уха: продолжает раскачиваться, когда мы останавливаемся, и с некоторым запозданием начинает раскачиваться, после того как возобновляем ходьбу. Рецепторы, расположенные на стенках этой полости, передают соответствующую информацию в гигантскую нейронную сеть мозга, помогая нашему организму принимать решения о том, какие мышцы тела задействовать в каждый очередной момент времени.