Трудно вообразить, как велики расстояния между звездами. Измеряя эти космические дистанции, астрономы используют такие параметры, как расширение Вселенной, цвет звезд (видимый цвет позволяет судить об их температуре поверхности и возрасте) и различные степени яркости. Но чаще всего астрономы используют то, что называется параллаксом.
Параллакс — это просто воспринимаемое различие в положении объекта, когда кажется, что объект изменил свое местоположение только потому, что мы изменили свое. Например, если держать карандаш перед лицом и смотреть на него то левым, то правым глазом, нам покажется, что карандаш смещается.
Особое движение и изменение положения звезд по сравнению с их фоном и отдаленными объектами называется звездным параллаксом. Это один из самых старых способов измерить расстояние в космосе. Астрономы отмечают положение звезды, а через шесть месяцев возвращаются к ней, чтобы измерить ее смещение (этот метод включает в себя множество треугольников).
Термин «параллакс» зашифрован в слове «парсек» — единице измерения, эквивалентной 3,26 светового года (или 31 триллиону километров). Это один из оптимальных способов измерения расстояний в космосе, но из-за величины дистанций даже парсеки приходится использовать кратно, когда речь идет об объектах за пределами Млечного Пути. Для объектов, которые расположены относительно близко к нашей Галактике, можно использовать килопарсеки. Для большинства других галактик применяются мегапарсеки, а для совсем удаленных галактик и большинства квазаров (подробнее в разделе «Самые светлые объекты в наблюдаемой Вселенной») — гигапарсеки (1 миллиард парсеков). Край видимой Вселенной — так называемый «горизонт частиц» — находится на расстоянии более 14 гигапарсеков, или более 45 миллиардов световых лет.
Точность земных телескопов ограниченна: они позволяют наблюдать звезды на расстоянии до 100 парсеков, поскольку атмосфера Земли влияет на четкость изображения. Хорошо, что космические телескопы не имеют таких ограничений и измеряют расстояния до объектов и между ними гораздо точнее, чем мы со своими приземленными наблюдениями.
Точные (или «прямые») расстояния измеряются в астрономических единицах, или AU, которые равны расстоянию между Землей и нашим Солнцем. Этот метод можно применить только к объектам, которые находятся не далее чем 1000 парсеков от нас. Все остальные расстояния рассчитываются при помощи комплекса методов, поскольку все методы связаны между собой и влияют друг на друга, — в совокупности это называется лестницей космического расстояния (или внегалактической шкалой расстояний).
Короче говоря, это заставляет человека чувствовать себя точно, измеримо и неимоверно крошечным.
Облака разобьют ваше сердце
Практически в любой момент две трети нашей планеты с большой вероятностью покрыты облаками. Неудивительно, что облака, как неотъемлемая часть ритмов Земли, решают за нас многие вопросы — от выбора обуви и вида транспорта до готовности подождать на улице. Они принимают за вас эти решения с большим удовольствием: потемневшее небо может оставить вас дома на несколько дней, а голубые небеса позволят наконец-то высадить луковицы тюльпанов. Они говорят с нами, а мы их слушаем, сами того не осознавая.
Метеорологам сложно моделировать и прогнозировать поведение облаков, однако они постоянно присутствуют в нашей жизни и обнадеживают нас. Они сформированы из водяного пара или кристаллов льда, решительно прильнувших к микроскопическим частицам в атмосфере, которые называют ядрами конденсации, — дыму, пыли и соли. Это происходит потому, что воздух перенасыщен и не может больше удерживать всю воду. Когда водяной пар конденсируется вокруг таких ядер, образуются облачные капли: соберите миллионы миллионов этих капель, и вы получите облако весом в сто крупных слонов (хотя в это и трудно поверить).
Несмотря на неимоверную тяжесть, вода в облаке распространяется на многие километры, и воздействие гравитации на что-то столь же малое, как одна капля воды, едва ощутимо. Лишь когда капля достигает определенного размера, ее веса хватает, чтобы выпасть в виде дождя на нас с вами. Иначе облака остаются там, а мы их рисуем. Нам нужно, чтобы они отражали и рассеивали солнечное излучение, улавливали тепло Земли и выпускали его обратно (эффект, противоположный охлаждению). Частицы в облаке одинаково рассеивают солнечный свет с любой длиной волн, и это придает им классический белый цвет. А такие параметры, как толщина облака или положение солнца на небе (например, когда оно только поднимается из-за горизонта), порождают отличия в этой пасмурной теме и дарят облакам их лирические вариации цвета — бесконечные оттенки белого и серого.
Облака отличаются друг от друга, начиная с поэтических названий — слоисто-дождевые, серебристые, перистые и линзовидные — и заканчивая красивыми, но эфемерными физическими формами и разрушительным потенциалом (вспомните муссонные дожди, ураганы и торнадо в море). Как только вы начнете замечать, насколько разнообразны и удивительны облака, они неизбежно разобьют ваше сердце (и сделают это так, что заодно заболит и шея).
Хоть кто-то знает, который час?
Несмотря на то что наши представления о нем продолжают меняться и развиваться, время по-прежнему остается одним из самых сложных для определения свойств нашей Вселенной, поскольку оно может быть и относительным, и мнимым, и реальным. На некотором фундаментальном уровне его вообще нет — по крайней мере, в том виде, в котором его представляем мы с вами. В обычной жизни многое из того, что мы называем временем, на самом деле является воспоминаниями или ожиданием будущего.
Представители древних цивилизаций измеряли время при помощи таких явлений, как ежегодный выход Нила из берегов или тени разной длины, отбрасываемые солнечными часами. Современное понимание основано на общей теории относительности Эйнштейна, в которой время является лишь координатой и не всегда течет с одинаковой скоростью. Время — это не просто линия, оно существует в поле пространства-времени в четырех измерениях.
Время не симметрично — скорее, ему присущи асимметрия и одностороннее направление. В 1927 году британский астроном Артур Эддингтон придумал понятие «ось времени». Он осознал, что, если бы время было симметричным, мир стал бы совершенно бессмысленным. Такая бессмысленность не сразу очевидна. Например, если воспроизвести в обратном порядке видеозапись планет, вращающихся вокруг Солнца, нам будет сложно отличить ее от оригинального видео. На записи все будет соответствовать законам физики. Но если воспроизвести задом наперед видео, на котором книга падает на пол, будет казаться, что книга падает вверх, а это абсурд. Мы помним прошлое, но мы не можем помнить будущее.
Термин «ось времени» (в термодинамике ее также называют стрелой времени) имеет прямое отношение ко второму закону термодинамики — одному из четырех законов, открытых в XIX веке, определяющих отношения между теплом, работой, энергией и температурой. Этот закон гласит, что энтропия может только увеличиваться в замкнутой системе, где замкнутая система — это наша Вселенная, а энтропия — мера хаоса. С течением времени энтропия увеличивается, и, хотя мы не можем измерить время с помощью энтропии, мы знаем, что энергия во Вселенной медленно, но верно движется к окончательному хаосу. Вещи не становятся аккуратнее, и мы не можем вернуться ко вчерашнему дню. Так второй закон термодинамики случайным образом определяет направление во времени.
Есть другие оси времени, которые различаются по своей связанности друг с другом: космологическая, которая указывает направление расширения Вселенной; излучающая стрела времени, включающая расширяющиеся наружу волны источника; казуальная стрела, связанная с причиной, предшествующей следствию, и квантовая стрела, которая сообщает о симметрии времени и связана со знаменитым уравнением Шрёдингера (при этом никто не знает, как эта стрела связана с остальными). Есть и психологическая стрела: мы воспринимаем время как движение от известного прошлого к неизвестному будущему.
В культурном отношении организация времени бывает разной, и это прямо влияет на наш опыт. В одних языках прошлое «располагается» позади человека, а будущее — впереди, но в других языках, наоборот, прошлое располагается впереди, а будущее — позади. Возможно, причина в том, что прошлое можно увидеть, а чтобы мы видели объект, он должен быть перед нами. В некоторых языках время воспринимается как пройденное расстояние, в других — как растущий объем (длинный день, полный день). В английском мы размышляем о времени в линейных терминах, слева направо. Носители китайского языка используют слова «над» и «под», когда говорят о времени. В греческом языке время может быть большим и маленьким. Мы так легко ошибаемся и принимаем слово за объект или явление, которые оно обозначает.
Но это не страшно, потому что, когда мы восхищенно разглядываем ночное небо, мы смотрим прямо в прошлое. Свет перемещается со скоростью 299 792 458 метров в секунду, но расстояние так велико, что он прибудет в пункт назначения, только когда мы уже предадимся ностальгии. Верхняя часть вашего тела стареет быстрее, чем ноги, потому что с увеличением гравитации время замедляется. Гора стареет быстрее, чем дно океана. И будь вы внизу или слева, на северо-востоке или позади меня, и как бы вы ни называли день, который наступит после завтрашнего, — я уверена: когда мы договоримся встретиться между порядком и хаосом, вы придете вовремя.
Почему Луна не падает
В нашей Солнечной системе полно взаимного притяжения. Называйте это как хотите: удачным моментом, гравитацией, любовной историей, которая никогда не случится (в основном это гравитация).
Что касается Луны, ее интересует только Земля. Земля притягивает Луну, когда она вращается вокруг нас, воздействуя на нее центростремительной гравитационной силой, которая идеально уравновешивается тем, что Луна притягивает нас при помощи центробежной силы, действующей в противоположном направлении. Луна, затерянная в собственном мире, движется со скоростью 3683 километра в час. Объекты в космосе, если им не мешать, предпочитают продолжать движение в том же направлении, спасибо за беспокойство (это явление называется инерцией).
Именно эта игра на законах физики (скорость Луны, равное притяжение в двух направлениях) гарантирует, что Луна никогда не покинет нас (хотя она постепенно отдаляется от нас со скоростью 3,8 сантиметра в год). Эти магические на вид силы действуют, потому что все, что имеет массу (планеты, звезды), создает кривую в пространстве-времени вокруг себя. Поскольку Земля больше, кривизна в пространстве-времени, которую она создает, достаточно велика, чтобы воздействовать на Луну и «приказывать» ей двигаться по орбите вокруг нас. Я полагаю, что Луна не против, потому что она не может глаз от нас отвести.
Классификация
Все живые организмы можно объединить в группы на основе простых общих характеристик. Дальше эти группы можно делить на более конкретные подгруппы. Этот процесс называется таксономией (от греческих корней taxis — «класс» и nomia — «метод»). В основе современной классификации всех живых существ лежит Systema Naturae, составленная шведским ботаником Карлом Линнеем в 1735 году. Мы по-прежнему называем ее классификацией Линнея, хотя со временем система сильно изменилась: от первоначальной идеи ученого о «минеральной» группе быстро отказались.
Сегодня мы классифицируем каждый организм на разных уровнях: домен, царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид (вид — наименьшая и наиболее точная категория). Мы, например, принадлежим к классу млекопитающих, отряду приматов и семейству гоминидов. Эта классификация ведет к отдельным научным названиям из двух частей, которые даны каждому живому существу, — к «биномиальной номенклатуре», в которой указываются род и видовые группы. Эти названия всегда указывают курсивом, причем первое слово пишется с заглавной буквы, а второе — со строчной. В нашем случае это Homo sapiens.
Метод классификации Линнея основан на сходстве между вещами, а не на филогении или эволюционных отношениях, хотя есть и другие системы, например кладистика, основанные на генетике и чертах, которые можно проследить до ближайшего общего предка (см. «Митохондриальная Ева»). Такие системы включают в себя более традиционную таксономию, но их главная цель — реконструировать эволюционную историю. Любопытно, что классификация как новых, так и старых видов часто приводит к спорам между учеными, в ходе которых они жонглируют названиями на латыни, потому что многие виды прячутся между строк, не подпадая под четкие критерии определений настолько, чтобы их можно было однозначно отнести к той или иной группе.
Оставим споры в стороне. Ясно, что у нас есть врожденное и почти безумное стремление давать объектам названия. Нам нужно найти для них слова, чтобы до конца понять их. Чтобы обрести частичный или полный контроль, нам нужно «затем», прежде чем мы сможем иметь «сейчас». Но еще наименование объектов способствует общению, превращает знакомое в видавшее виды, а также помогает нам сохранять какое-то подобие здравомыслия. Мы по своей природе социальны, нас привлекает порядок и то, что экономит нам время.
Краткая терминология, с помощью которой мы описываем известный нам мир, освобождает больше места для мечтаний.
Дни и годы
Есть годы, которые мы запоминаем, и годы, которые забываем полностью. В мире используется примерно сорок разных календарей, и ни один из них не совпадает идеально с астрономическим годом, поэтому неудивительно, что мы намертво вцепились в видимое течение времени. (Астрономический год, также называемый тропическим, «солнечным» или равноденственным, — это время, за которое Земля совершает один полный оборот вокруг Солнца.)
Сегодня самый популярный календарь — григорианский, который используется с 1582 года. По длине он отличается только от своего предшественника, юлианского календаря, неточность которого составляла одиннадцать минут. За тысячу лет использования юлианского календаря такие явления, как равноденствие, солнцестояние и Пасха, оказались совершенно рассогласованными (создателей календаря, конечно, в первую очередь заботила Пасха), поэтому продолжительность года изменили с 365 дней и 6 часов на 365 дней, 5 часов и 49 минут. Хотя этой системой с тех пор пользуемся почти все мы, при утверждении новомодного григорианского плана пришлось учесть странные високосные годы — они происходят каждые четыре года, но раз в сто лет их следует пропускать, если только год не представляет собой число, которое делится на четыреста (незначительная деталь). Чтобы завершить реформу, пришлось также удалить десять дней из истории. Таким образом, после 4 октября 1582 года сразу наступило 15 октября (еще одна незначительная деталь)[1].
Древних египтян считают первой цивилизацией, разделившей день на двадцать четыре части. Но, поскольку у них не было определенной меры времени, эти часы сильно отличались в разное время года: их продолжительность сокращалась или росла в зависимости от светового дня. Позже древние греки предложили концепцию равных частей дня, но даже после этого большинство людей продолжали использовать сезонные часы до тех пор, пока в конце XVI века в Европе не изобрели часы с маятником.
В 1967 году, к счастью (или к сожалению, если вам так больше нравится), самым точным хранителем времени в истории человечества стали атомные часы. С тех пор Международное бюро мер и весов определило продолжительность секунды в 9 192 631 770 циклов излучения, соответствующих переходу между двумя энергетическими уровнями атома цезия-133. Такие часы не отстанут ни на секунду в течение миллиардов лет. И тем не менее нам все равно приходится ходить кругами, добавляя дополнительные секунды к единому всемирному времени (UTC), чтобы атомное время соответствовало астрономическому: примерно восемь минут из каждого десятилетия содержат шестьдесят одну секунду, а не шестьдесят.
Если это не имеет смысла здесь, может, это имеет смысл там.
Царства живой природы
После того как стало очевидно, что простое разделение всего живого на царства животных и растений не отражает бесконечное разнообразие жизни, биологи взялись за дело и выделили еще несколько подгрупп, которые включают в себя все живые организмы.
Самая высокая категория в классификации — домен, который делит живые существа на бактерии, археи или эукариоты, но до 1990-х годов именно категория царств была наиболее распространенным способом классификации организмов. Однако и до и после этой даты наблюдалось немало путаницы и разногласий в отношении сходства, происхождения видов и прочего, так что мы до сих пор не разобрались до конца (см. обзор классификации).
В 1998 году, после долгих метаний, английский биолог Томас Кавалье-Смит опубликовал новую версию модели шести царств, в которую до 2015 года последовательно вносились изменения. Однако, по-видимому, сейчас мы остановились на следующих семи царствах: бактерии, археи, простейшие, хромисты, растения, грибы и животные.
Люди, конечно, относятся к последнему царству — царству животных. Слово «животное» (animal) происходит от латинского animalis, что означает «существо, способное дышать, иметь душу, живое». В биологическом контексте к животным относятся все существа: саранча, сороки, ящерицы, люди. Но когда мы используем этот термин в повседневной жизни, то часто вырезаем себя из этой картины и называем животными всех, кроме нас: например, других млекопитающих или только тех, у кого есть позвоночник (хотя на долю позвоночных приходится лишь 5% видов животных).
Нам нравится указывать на различия. Мы отличаемся от одноклеточных бактерий, потому что у нас клеток много. У наших клеток нет жестких стенок, поэтому мы непохожи на растения, водоросли и грибы, у которых они есть. Мы не можем производить собственную пищу, так что нам приходится ее потреблять, прямо или косвенно питаться другими живыми существами. Мы способны передвигаться без посторонней помощи, практически в любом направлении, нам не нужно опасаться хищников. Можно подумать, что такие различия, безусловно, делают нас чрезвычайно особенными и жутко важными. Но это не так.
Что именно я вдыхаю?