Хотя многие считают, что воздух — это просто кислород, на него приходится только 21% от того, чем мы дышим. Остальная часть пищи для наших легких — это в основном азот (78%) вместе с разными менее привычными ингредиентами: другими газами, вредными примесями и загрязнителями воздуха, молекулами воды, пылью, микробами и спорами растений. Мы также вдыхаем космическую пыль, остатки объектов, разрушенных во внешней атмосфере, которые добираются до наших внутренних органов крошечными частицами, но в огромных количествах: за этот год вы почти наверняка вдохнете частицы метеорита.
Все молекулы в воздухе постоянно сталкиваются друг с другом со скоростью полутора сотен километров в час. За несколько недель они могут облететь весь мир и распространиться по всему нижнему слою атмосферы Земли. Это означает, что каждая частица может оказаться в ваших краях и в ваших легких.
За двадцать четыре часа человек в среднем вдыхает около 9000 литров воздуха, совершая около 24 тысяч вдохов в день и более 8 миллионов — в год. Тот, кто дожил до 80 лет, совершил более 700 миллионов вдохов! Невообразимо, каким легким нам кажется этот процесс.
Вам редко приходится думать о дыхании, а ваша дыхательная система вряд ли забудет, что нужно делать: вы даже не замечаете, как работают ваши легкие, сердце и все остальное. Но, оказывается, о дыхании все-таки стоит подумать. Долгое время оно считалось автоматическим процессом — за него отвечает часть мозга, которая управляет жизнью (такими внутренними процессами, как сердцебиение и сон), однако на самом деле дыхание может влиять на ваш разум. Есть данные о том, что, когда мы меняем скорость дыхания или просто обращаем на него больше или меньше внимания, мы задействуем разные области мозга. А еще мы единственный вид животных, которые способны осознанно регулировать свое дыхание, а не просто позволять ему меняться в зависимости от того, находимся мы в покое, бежим или впадаем в панику.
В мире столько интересного, аж дух захватывает.
Хочу говорить только с тобой
Теория движения Луны веками сводила с ума астрономов. Исаак Ньютон сказал, что это единственная проблема, которая приносила ему сильные головные боли. У орбиты Луны есть много нерегулярных элементов. Ее эксцентричные движения, известные как «возмущения», добавляют людям немало забот — при этом мы до сих пор не знаем точно, откуда она взялась. История исследований Луны насчитывает две тысячи лет, и сегодня мы можем сделать карту движения Луны с высоким уровнем точности.
Наша луна — пятая по величине в Солнечной системе, но существует много других лун: у Марса есть две луны, у Юпитера — по меньшей мере семьдесят девять. Но наша такая дружелюбная, такая близкая и начинается с заглавной буквы: это Луна (хотя бы потому, что раньше никто не знал о других лунах, пока Галилей в 1610 году не обнаружил четыре луны вокруг Юпитера).
У Луны огромное влияние. Из-за нее у Земли невероятно устойчивый климат (по крайней мере, на фоне большей части космоса). Она стабилизирует вращение нашей планеты, не говоря уже о том, что без нее эволюция могла бы сложиться совсем по-другому. Например, если бы Земля жила сама по себе без лунных приливов, не существовало бы столь драматичных колебаний вдоль береговых линий — изменений, которые, вероятно, подтолкнули к эволюции самые первые биомолекулы.
И даже если Луна постепенно удаляется, совокупный эффект лунных приливов на протяжении миллионов лет означает, что в настоящее время у нас есть синхронное вращение — движение, похожее на танец двух партнеров. Луна вращается с той же скоростью, с которой она движется вокруг Земли (она фактически захвачена нашей планетой), поэтому мы постоянно видим одну и ту же ее сторону.
Нас успокаивает, что она всегда на месте, как и звезды. Звезды не видны в течение дня, потому что небо слишком яркое, а вот Луна иногда может казаться днем даже ярче, чем ночью. Как радостно, что у нас есть кто-то, с кем можно вместе разбираться в этих вселенских задачках или потанцевать, кто понемногу удлиняет наши дни и замедляет нас.
Пусть горы мирно спят
Большинство гор на Земле — это результат невежливой толкотни тектонических плит, символ разногласий, которые остаются неразрешенными в течение миллионов лет. Тектонические плиты — блоки земной коры, отвечающие за дрейф континентов, землетрясения и вулканы, глубокие океанические траншеи и целые горные хребты, — сложились в драматические складки так же легко на вид, как лист бумаги.
На Земле всего четырнадцать гор высотой более 8000 метров, и самая высокая из них — гора Эверест в Гималаях, которые простираются через всю Азию, направляясь из Афганистана через Пакистан и Индию в Непал, в Тибет через Бутан, а потом исчезают в Мьянме. Среди гор есть вулканические, но Эверест к ним не относится — эта гряда начала расти 40 миллионов лет назад в результате столкновения двух континентов. Вершина Эвереста — это более мягкая осадочная порода, образованная из скелетов существ, которые спокойно плавали в теплом океане. Непальцы называют его Сагарматха, что означает «мать Вселенной», и он до сих пор немного увеличивается из года в год.
Хотя универсального определения горы не существует, большинство геологов согласны с тем, что гора должна возвышаться по крайней мере на 300 метров над окружающей территорией. Горы покрывают 20% поверхности Земли и являются домом для примерно 10% населения мира: мы укладываемся спать у них на боку. Большинство наших рек скромно берут начало в горах, в разреженном воздухе, а потом снабжают водой более половины человечества.
Как ни трудно в это поверить, раньше люди считали горы уродливыми и опасными. Только в конце XVIII века писатели-романтики постепенно прониклись красотой гор, и мы начали удивляться им и восхищаться при мысли о горных пиках. Сегодня мы можем удивляться и тому, к каким далекоидущим и ужасным последствиям привело наше хаотическое существование на планете. Таяние ледников в горах, вызванное глобальным потеплением, сказалось даже на вращении Земли вокруг своей оси, поскольку вес воды, которая ранее содержалась в этих ледниковых слоях, перераспределяется из более высоких в более низкие широты.
Именно такую реальность нельзя игнорировать: держи, отпускай, держи снова. Не будьте теми, кто бродит вокруг, отводя взгляд и держа руки в карманах.
Кораллы в стрессе
Глядя на кораллы, это трудно представить, но на самом деле они не растения, а животные. При этом они почти полностью зависят от фотосинтеза (см. «Вкус Солнца»): в их клеточных оболочках живут микроскопические водоросли, которые таким образом обеспечивают кораллам 90% энергии. Именно по этой причине рифы лучше всего развиваются на мелководье, где вода теплее, ярче и получает больше солнца.
Коралловые рифы занимают менее 1% океанского дна, но являются одной из самых разнообразных экосистем в мире и оказывают огромное влияние как на окружающую воду, так и на окружающую сушу. Помимо прочего, они защищают береговые линии от тропических штормов и связанной с ними эрозии, создают благоприятную среду для существования тысяч других видов. Они используются и в медицинских исследованиях, при разработке методов лечения таких заболеваний, как рак или болезнь Альцгеймера.
Рифам приходится поддерживать неустойчивое равновесие, тогда как наша вездесущая деятельность на планете приводит к большим потерям. Кораллы растут невероятно медленно — от 2 миллиметров до 10 сантиметров в год, и они восстанавливаются слишком медленно, чтобы выживать на фоне повышения температуры и кислотности океана, разрушительных методов рыбной ловли, загрязнения окружающей среды и недобросовестного туризма. Мы потеряли примерно половину наших коралловых рифов за последние тридцать лет. Когда условия в воде становятся невыносимыми для кораллов, они реагируют на перегрев, вытесняя из своих клеток живительные водоросли, а затем приобретают грустный белый оттенок. Обесцвечивание кораллов необязательно приводит к их гибели, но на их восстановление уйдут долгие годы. И даже если они поправятся, их репродуктивная функция, вероятно, окажется безвозвратно нарушена.
Но мы можем сделать многое, чтобы замедлить темпы уничтожения и принять меры для восстановления коралловых рифов. В 2017 году ученые занимались сводничеством в районе Большого Барьерного рифа: они собирали личинки кораллов и выращивали миллионы кораллов в резервуарах, а затем возвращали их на дно океана в защитных подводных сетях, где многие из них продолжили успешно развиваться. Похожий проект был реализован на Филиппинах, где методы рыбного промысла с использованием взрывчатых веществ повредили огромные районы кораллового рифа. Эти меры чрезвычайно важны, поскольку мы просто не можем позволить себе полностью потерять такую экосистему.
Это именно та проблема, о которой стоит беспокоиться и ради которой стоит действовать. Конечно, вместе с остальными проблемами, которые тоже требуют вашего внимания.
Танец в пустоте
Люди склонны думать, что мы тут главные, хотя на самом деле мы ничего особенного из себя не представляем.
Большую часть массы атома составляет его ядро, однако оно занимает очень мало места, и 7 миллиардов миллиардов миллиардов атомов, составляющих наши тела, вместе со всеми остальными атомами во Вселенной, на самом деле пусты на 99,9999999%. Вернее, не совсем пусты — не в том смысле, который мы в это слово вкладываем. Это пространство заполнено электронами, которые отказываются слишком сильно друг к другу приближаться, а также волновыми функциями, невидимыми квантовыми полями и идеями, которые слишком велики, чтобы изложить их на одной странице. Если убрать это «пространство», то вы бы уместились в куб размером менее 1/500 сантиметра в ширину.
Ядро примерно в 100 тысяч раз меньше всей структуры атома (см. подробнее в «Атомы — произведения искусства») — настолько, что напоминает муху внутри собора. Вокруг ядра — облако электронов, которые в учебниках по физике часто изображают в виде маленьких сфер, равномерно и прозаично окружающих ядро. В действительности электроны больше похожи на гигантский рой птиц: движения отдельных птиц не разобрать, но мы можем видеть всю стаю в движении.
То, что делают электроны, проще всего сравнить с танцем, причем это отнюдь не неловкий или странный танец: они выполняют прекрасную последовательность фигур и па, которые были заложены одним математическим уравнением, названным в честь австрийского физика Эрвина Шрёдингера, который проделал необычайную работу в области квантовой теории. Эти танцевальные шаги различаются, а электроны никогда не устают. При этом не найдется и пары электронов, выполняющих одни и те же движения, — это явление называется «принципом исключения».
Похоже, на субатомном уровне вы постоянно танцуете — это может заставить вас задуматься в следующий раз, когда вы почувствуете, что в состоянии лишь застенчиво покачиваться или переминаться с ноги на ногу, глядя в пол. Но не будем забывать, что каждый год в вашем теле 98% атомов меняются на новые, так что, возможно, не стоит к ним слишком привязываться.
Теории не догадки
Много путаницы возникает, когда речь заходит о терминах, которые ученые используют для объяснения и организации явлений. Они часто употребляют слова, которыми мы пользуемся в обычной жизни, но вкладывают в них совсем другое значение. Например, для большинства людей, далеких от науки, слово «теория» означает предположение, догадку, какое-то смутное ощущение. В мире науки «теория» — это утвержденное объяснение, научная теория, которую вряд ли можно сильно изменить за счет новых доказательств и которая не раз подтверждалась в ходе наблюдений или экспериментов.
Удачные примеры научных теорий — теория Большого взрыва, теория эволюции Дарвина, теория относительности Эйнштейна, теория всего. Как правило, эти теории невозможно изложить в одном предложении или в виде короткого аккуратного уравнения, но они действительно представляют (нередко с удивительной ясностью) фундаментальные идеи о том, как работает природа.
Другое распространенное заблуждение состоит в том, что после достаточного количества исследований, собранных доказательств и проверки временем теории превращаются в законы. Это совсем не так, причем научные законы и научные теории вообще не заменяют друг друга. Закон в науке — это описание наблюдаемого явления, однако он не объясняет, почему оно существует. Именно научная теория делает попытку дать наиболее логичное объяснение явлению. Проще говоря, законы предсказывают, что происходит во Вселенной, а теории предполагают почему.
Стоит заметить, что гипотезы — это не грубые догадки и не «выстрелы наугад». Когда ученые формулируют гипотезы, они опираются на существующие научные знания, предыдущий опыт, наблюдения и логику. Гипотезы — это предполагаемые объяснения для довольно узкого перечня событий, в то время как теории шире по характеру и состоят из одной или нескольких гипотез, каждая из которых прошла строгую и неоднократную проверку.
Хотя полностью опровергнуть научную теорию весьма сложно, опровержение даже небольших фрагментов может обладать чрезвычайной ценностью, поскольку это часто приводит к новейшим открытиям, которые ранее были немыслимы. Поскольку каждая новая трансформация теории ведет к увеличению знаний и аналитического потенциала по сравнению с предыдущей, наше понимание явлений со временем становится более точным и детальным.
Именно это и есть наука — флуктуации, процесс реконфигурации наблюдаемых истин, то, что бросает вызов нашим самым глубоким предположениям и вызывает восхитительный хаос при помощи здравого смысла.
Вселенная старше тебя
Возраст Вселенной, какой мы ее знаем, составляет 13,8 миллиарда лет (плюс-минус 120 миллионов), так что она отпраздновала немало юбилеев со времен Большого взрыва, на который мы можем ориентироваться как на отправную точку. Свет все это время путешествовал в ее пределах, поэтому наиболее отдаленные внешние части Вселенной, на которые мы можем поглазеть, находятся на расстоянии всего 13,8 миллиарда световых лет. То, что мы называем «наблюдаемой Вселенной», на самом деле просто маленький осколок, и он, вероятно, распространяется во всех направлениях до бесконечности.
Возраст Вселенной можно выяснить приблизительно, но довольно точно, если посмотреть на самые старые объекты в ней или измерить скорость ее расширения. Логично предположить, что Вселенная не может быть моложе, чем то, что находится в ней. Возраст шаровых звездных скоплений, которые вращаются вокруг Млечного Пути, — самых древних из известных нам объектов — составляет от 11 до 18 миллиардов лет (поэтому мы можем утверждать, что Вселенной как минимум 11 миллиардов лет). А измерение расширения Вселенной сегодня позволяет нам понять, как она расширялась в прошлом (теоретически в бесконечном прошлом). Хотя цифра 13,8 миллиарда была получена с помощью измерений на основе разных источников, один из наиболее показательных факторов — это изменение плотности вещества во Вселенной с течением времени. Вселенная с низкой плотностью вещества старше, чем вселенная с высокой плотностью, и сегодня наша Вселенная содержит только 4,9% нормальной материи (остальное составляют 68,3% темной энергии, 26,8% темной материи и незначительное количество нейтрино, фотонов и радиации).
Удивительно, что возраст Вселенной может быть определен с точностью 99,1%, притом что еще десять лет назад слова «точный» и «космология» не только не вступили бы в диалог, но и вряд ли согласились бы находиться в одной комнате.
Да, и мы тоже стары. Многие атомы в наших телах, например углерод и кислород (см. подробнее в «Сотворенные из углерода»), — это остатки бульона, сваренного внутри гигантских звезд, и вы лишь немного отличаетесь строением от всего остального. Поскольку вы живете в той или иной форме уже 13,8 миллиарда лет, неудивительно, что иногда вы чувствуете себя изможденными.
И вы должны были стать именно собой — здесь, тогда и сейчас. Другого выбора у вас не было. Все, что случилось с момента Большого взрыва, происходило по законам Вселенной. И хотя мы знаем не все законы (а те, что знаем, возможно, не понимаем до конца), кажется, что все было решено заранее: все явления и события состоялись единственным возможным для них способом.