Текст книги "Вторая Книга всеобщих заблуждений"

Какое из известных науке веществ самое необычное?

Н₂О.

Вода, или оксид водорода, – самое необычное вещество из всех известных современной науке. За исключением, пожалуй, воздуха она же – и самое знакомое. Вода покрывает 70 % площади Земли и составляет 70 % наших с вами мозгов.

Вода – это кислород, связанный с водородом (самым простым и самым распространенным элементом во всей Вселенной) простейшим возможным способом. Любой другой газ в сочетании с водородом дает еще один газ; лишь кислород и водород вместе – жидкость.

И жидкость эта, надо сказать, ведет себя столь отлично от всего остального, что теоретически ее не должно существовать совсем. Известно шестьдесят шесть признаков, по которым вода считается аномалией, и самый своеобразный из них такой: ничто более в природе не встречается одновременно в трех состояниях – газообразном, жидком и твердом. Море, полное айсбергов под облачным небом, может, и выглядит совершенно естественным, но с точки зрения химии это отнюдь не так. Большинство веществ сжимаются при охлаждении – но не вода: когда температура достигает 4 °C, вода расширяется и теряет в плотности. Вот почему лед плавает, а оставленная в морозильнике бутылка с вином взрывается.

Каждая из молекул воды может образовывать связи с четырьмя другими такими же молекулами. Из-за этих межмолекулярных связей воде для перехода из одного состояния в другое требуется много энергии. К примеру, чтобы нагреть воду, энергии требуется в десять раз больше, чем для нагрева железа.

Поскольку вода способна, не нагреваясь, поглощать много тепла, она помогает поддерживать устойчивый климат на нашей планете. Температуры в океанах в три раза стабильнее температур на суше, а благодаря прозрачности воды свет проникает в самые ее глубины, обеспечивая возможность жизни в море. Без воды жизни не было бы вообще. И хотя вы без труда можете опустить в воду руку, сжать ее в три раза труднее, чем сжать алмаз, а удариться на большой скорости о воду – это все равно что влепиться в бетон.

Несмотря на прочность связей между молекулами воды, связи эти, увы, не прочны. Они беспрерывно разрываются и создаются вновь: за секунду каждая из молекул воды сталкивается с другими молекулами воды 10 000 000 000 000 000 раз.

В воде можно растворить так много всего, что ее называют «универсальным растворителем». Если растворить металл в кислоте, можно забыть о нем навсегда. Но если в воде растворить, скажем, гипс, то после выпаривания он так и останется гипсом. Столь удивительная способность растворять вещества, не уничтожая их, делает воду, как это ни парадоксально звучит, самой разрушительной субстанцией на планете. Рано или поздно вода разъедает все – от железной водосточной трубы до Большого каньона.

И она – всюду. На Луне и Марсе есть солидные отложения льда; даже на поверхности Солнца (в более прохладных его участках) обнаружены следы пара. На Земле лишь крошечная часть всей воды находится в атмосфере. Если бы вся атмосферная вода равномерно выпала на землю по всему миру дождевого осадка получилось бы не более 25 мм. Большая часть воды на Земле недоступна для человека: она заперта глубоко в недрах, унесенная туда при перекрытии тектонических плит либо удерживаемая внутри минеральной структуры самих скальных пород.

Если бы скрытая вода прорвалась на поверхность Земли, она еще тридцать раз заполнила бы все наши океаны.

При какой температуре замерзает вода?

Чистая вода при О °С не замерзает – как и вода морская.

Для того чтобы вода замерзла, ей нужно что-то, к чему могли бы прицепиться ее молекулы. Кристаллы льда формируются вокруг «ядер» – например, частичек пыли. Если же таковых нет, можно охладить воду до -42 °C, прежде чем та начнет замерзать.

Охлаждение воды без замораживания известно как «переохлаждение». Делать это нужно не торопясь. Можно, к примеру, поместить бутылку очень чистой воды в морозильник и переохладить ее. Но стоит вам вытащить бутылку наружу и постучать пальцем по стеклу – вода в момент превратится в лед.

Сверхбыстрое охлаждение воды имеет совершенно иной эффект. Минуя стадию льда (обладающую равномерной кристаллической решетчатой структурой), она трансформируется в хаотическое аморфное твердое тело, известное как «стеклообразная вода» (названная так из-за случайного расположения молекул, схожего со структурой стекла). Для получения «стеклообразной воды» температуру необходимо понизить до -137 °C буквально за пару миллисекунд. «Стеклообразную воду» на Земле можно встретить лишь в стенах лабораторий, но во Вселенной как раз эта форма воды встречается наиболее часто – именно из нее состоят кометы.

Из-за высокого содержания солей морская вода регулярно охлаждается ниже О °С без замерзания. Кровь рыб, как правило, замерзает где-то при -0,5 °C, поэтому морских биологов долго ставил в тупик вопрос: как рыбы ухитряются выживать в полярных морях? Оказывается, такие виды, как антарктическая ледяная рыба и сельдь, вырабатывают в поджелудочной железе белки, впитываемые их кровью. Именно белки препятствуют образованию ядер кристаллизации льда (почти как антифриз в радиаторе автомобиля).

Зная об особенностях воды при низких температурах, вы не удивитесь, узнав, что точка ее кипения (даже при нормальном давлении) – не обязательно 100 °C. Она вполне может быть и гораздо выше. Правда, и здесь жидкость нужно нагревать медленно, причем в сосуде без единой царапины. Именно в царапинах содержатся те самые воздушные полости, возле которых формируются первые пузырьки.

Кипение начинается, когда пузырьки водяного пара, расширяясь, пробивают поверхность воды. Чтобы такое произошло, температура должна быть достаточно высока – настолько, чтобы давление, создаваемое паровым пузырьком, превысило атмосферное. В нормальных условиях это 100 °C, но если в воде нет мест, где могут образовываться пузырьки, для преодоления поверхностного натяжения пробивающихся в жизнь пузырьков требуется больше тепла. (По той же причине надувать воздушный шарик вначале труднее, чем под конец.)

Этим, кстати, объясняется, почему чашка с кипящим кофе может взорваться, забрызгав все вокруг, стоит вынуть ее из микроволновой печи или помешать в ней ложкой. Движение вызовет цепную реакцию, в результате чего вся содержащаяся в кофе вода стремительно испарится.

И наконец, еще одна, последняя водяная странность: горячая вода замерзает быстрее холодной. Первым на это обратил внимание Аристотель еще в IV веке до н. э„однако научный мир признал его правоту лишь в 1963 г. – спасибо упорству танзанийского школьника по имени Эрасто Мпемба. Мальчуган подтвердил слова древнего грека, наглядно продемонстрировав, что подслащенная молочная смесь превратится в мороженое быстрее, если ее сначала нагреть. Но в чем тут секрет, нам неизвестно до сих пор.

Где находится самое крупное из известных озер?

В 842 млн миль от нас, в самом центре Солнечной системы.

В 2007 г. космический зонд «Кассини – Гюйгенс» отправил на Землю снимки Титана – крупнейшего спутника планеты Сатурн. Радиолокационное изображение, полученное рядом с северным полюсом Титана, выявило гигантское озеро, покрывающее, по оценкам ученых, 388 500 кв. км поверхности спутника, что существенно больше Каспийского моря – крупнейшего озера на Земле с площадью 370 400 кв. км.

Озеро получило название Кракен Маре: mare — от латинского «море», а kraken — это морское чудовище из скандинавской мифологии.

На Титане много других озер, и это единственные стабильные жидкостные емкости за пределами Земли, известные науке. Правда, жидкость эта отнюдь не вода: средняя температура Титана -181 °C, и любая вода промерзла бы там насквозь. Это озера сжиженных газов, метана и этана – главных ингредиентов природного газа нашей планеты, и настолько холодны, что, возможно, даже содержат замороженные «метанберги».

По химическому составу Титан считают сходным с Землей тех времен, когда на ней только зарождалась жизнь, и это единственный спутник во всей Солнечной системе, у которого имеется своя атмосфера.

В 2004 г. букмекерская контора «Лэдброукс» (совместно с журналом «Нью сайнтист») в качестве рекламного хода предложила ставки 10 000 к 1 против того, что на Титане обнаружится жизнь. Может, рискнуть да поставить на это титан-другой? («Титан» – это облигация достоинством в 100 миллионов фунтов стерлингов, используемая Банком Англии в межбанковских расчетах.)

Хотя, по здравом размышлении, наверное, все же нет. Развитие ДНК на Титане маловероятно в силу крайнего холода и отсутствия жидкой воды. Тем не менее некоторые астробиологи допускают, что углеводородные озера Титана могут поддерживать формы жизни, использующие для дыхания водород вместо кислорода. Согласно другой теории, жизнь могла попасть на Титан с Земли – через микробы, прилипшие к обломкам камней, выбитых с орбиты нашей планеты бродячими астероидами. Теория эта носит название панспермия (от греческих pan, «весь», «всякий», и sperma, «семя») и еще в V веке до н. э„когда ее впервые предложил греческий философ-космолог Анаксагор, применялась для объяснения появления жизни на Земле.

С уверенностью можно сказать одно: по мере того как Солнце становится горячее, температура на Титане также будет расти, делая все более вероятными подходящие для жизни условия. Существование «Лэдброукс» в этой связи, скажем, через шесть миллиардов лет и их возможность выплатить выигранные деньги вызывают намного больше сомнений.

Зонд «Кассини – Гюйгенс» назван так в честь двух великих людей, Джованни Доменико Кассини (1625–1712) – итальянского астронома, открывшего четыре новых спутника Сатурна в период с 1671 по 1684 г., и голландского энциклопедиста Христиана Гюйгенса (1629–1695) – того самого, что обнаружил кольцо Сатурна и, собственно. Титан. Среди других достижений Гюйгенса разработка теории центробежной силы, публикация книги об использовании вероятностей при игре в кости, изобретение первых маятниковых часов и составление первого в мире физического уравнения.

Где самая соленая на свете вода?

Не в Мертвом море.

Самая соленая вода в мире находится в озере Дон-Жуан, в Сухих Долинах, на северо-востоке Антарктики. И хотя Дон-Жуан называют озером, на самом деле это скорее лужа – со средней глубиной менее 15 см. Вода ее настолько соленая, что даже не замерзает, несмотря на температуру воздуха -50 °C. Вода Дон-Жуана – это на 40 % соль, что в восемнадцать раз солонее морской воды и более чем в два раза солонее Мертвого моря (которое, в свою очередь, лишь в восемь раз солонее океанов).

Озеро Дон-Жуан было открыто случайно в 1961 г. и названо в честь двух пилотов-вертолетчиков ВМФ США – лейтенантов Дональда Роу и Джона Хики (отсюда «Дон-Джон», или «Дон-Хуан» по-испански), совершивших первую экспедицию для его изучения.

Вероятно, это самая интересная лужа на всей нашей планете. С учетом того, что антарктические Сухие Долины – самое сухое и самое холодное место Земли, удивительно, что там вообще есть вода. И попала она туда не с небес – для снега и дождя там чересчур холодно и ветрено; вода просочилась из-под земли, медленно солонея по мере испарения верхних слоев. Вопреки всем бесперспективным для наличия в озере жизни условиям, она (к удивлению первых исследователей) там все же была – в виде скудных подстилок из синезеленых водорослей, дававших приют процветающему сообществу бактерий, дрожжей и грибов.

По причинам, оставшимся неясными по сей день, с момента первой экспедиции уровень воды в озере снизился больше чем вдвое, и жизни там не осталось совсем. Но даже это существенно, ибо вода Дон-Жуана по-прежнему содержит закись азота (более известную как «веселящий газ») – вещество, для производства которого нужна, как считалось ранее, органическая жизнь. В данном же случае очевидно, что «веселящий газ» являлся побочным продуктом реакции между солями в озере и окружающими его вулканическими базальтовыми породами.

Если на Марсе таки обнаружат жидкую воду, скорее всего, она будет в виде холодных соленых луж, точь-в-точь как в озерце Дон-Жуан. К тому же мы теперь знаем, что, по крайней мере, некоторые из требуемых для производства жизни азотсодержащих химикатов могут встречаться даже в самых что ни на есть суровых условиях.

Не в пример Дон-Жуану, в Мертвом море жизнь бьет ключом. Рыбы там, конечно же, нет, зато водорослей – хоть пруд пруди. Ими питаются микробы – галобактерии. Принадлежат они к семейству архей – старейшей форме жизни на нашей планете. Археи настолько древние, что по эволюционной шкале человек намного ближе к бактериям, чем сами бактерии к археям. Как и бывшие обитатели озера Дон-Жуан, галобактерии – «экстремофилы», т. е. способны существовать в экстремальных условиях, некогда считавшихся непригодными для жизни.

Гнлобактерия также известна как «микроб возрождения», поскольку может латать собственную ДНК (повреждаемую высокими концентрациями солей). Если научиться это использовать, раковые больные сильно выиграли бы. Реальностью стали бы и пилотируемые полеты на Марс: можно было бы защитить ДНК астронавтов от интенсивного воздействия радиации в межпланетном пространстве.

Откуда взялось большинство минералов?

От жизни на Земле.

Сегодня в мире насчитывается около 4300 минералов, хотя в изначальной пыли, коей суждено было стать Солнечной системой, их содержалось не больше дюжины. Да, все химические элементы существовали уже тогда, но до образования Солнца и планет минералы были необычайной редкостью.

В отличие от остальных планет, кора Земли – мозаика постоянно перемещающихся тектонических плит (тектоникос по-гречески «строительный»). Никто не знает почему, но одна из гипотез гласит, будто вода на поверхности Земли вызывала в ней трещины, подобно влаге из затопленной ванной, что просачивается сквозь штукатурку потолка квартиры внизу. Плиты юной еще Земли, теснясь и толкаясь, генерировали огромное давление и тепло, постепенно увеличившие количество минералов примерно до тысячи.

Ну а затем, четыре миллиарда лет назад, в мир явилась жизнь. Используя солнечный свет, микроскопические водоросли взялись преобразовывать углекислый газ, благодаря чему большая часть атмосферы превращалась в пригодные для еды углеводы. В качестве побочного продукта высвобождался кислород. Кислород – это одновременно и самый часто встречающийся, и самый реактивный элемент коры нашей планеты. Он образует химические соединения практически со всем. Кислород связывался с кремнием, железом и медью, и постепенно образовывались все новые и новые минералы. И хотя мы воспринимаем кислород как газ, почти половина скальных пород Земли состоит именно из него.

Покуда кислород испускался в атмосферу Земли, углерод постепенно всасывался в моря. Основа жизни, углерод столь же стабилен, сколь реактивен кислород. Именно химическая устойчивость сделала углерод основой миллионов органических соединений, включая белки, жиры, кислоты и углеводы, из которых состоят живые существа. По мере усложнения жизненных форм на Земле возникали и новые минералы. Морские существа умирали и опускались на дно морей; толстым слоям их раковин и скелетов судьбой было уготовано превратиться в известняк, мрамор и мел. Параллельно в течение миллионов лет ил гниющих растений обеспечивал ингредиенты для залежей угля и нефти. Чем больше жизни – и чем она сложней и разнообразней, – тем больше минералов. В двух третях всех минералов на Земле когда-то дышала жизнь.

Такая «параллельная эволюция» жизни и горных пород дает нам ключ к тому, что нам стоило бы искать на других планетах. Если там обнаружатся кое-какие из минералов, это будет верный признак того, что они возникли параллельно с определенными видами организмов.

Истощаем ли мы мировой запас минералов? Если отбросить нефть, нет никаких свидетельств того, что это утверждение верно. Несмотря на то что овощи, выращенные в Соединенном Королевстве и США за последние полсотни лет, демонстрируют значительное снижение уровня содержащихся в них микроэлементов, это лишь результат использования искусственных удобрений, способствующих быстрому росту в ущерб способности растений поглощать питательные вещества из воздуха и почв.

Этим же объясняется, почему люди часто говорят, что «во время войны еда была намного вкуснее». Возможно, они и правы.

Что было раньше – курица или яйцо?

Яйцо. Ответ окончательный и пересмотру не подлежит.

Как заметил генетик Дж. Б. С. Холдейн (1892–1964), «наиболее часто задаваемый вопрос: “Что было раньше – курица или яйцо?” То, что его задают до сих пор, говорит об одном из двух: либо многих людей так и не обучили теории эволюции, либо они попросту не верят в нее».

Если помнить об этих словах, ответ становится очевиден. Птицы эволюционировали из рептилий, а значит, первая птица вылупилась из яйца – отложенного одной из рептилий.

Как и всё на свете, яйцо не настолько просто, каким кажется на первый взгляд. Для начала, уже само слово «яйцо» используется в двух разных смыслах. Для биолога яйцо – это, прежде всего, яйцеклетка, «ово» (ovum по-латыни «яйцо»), крошечная женская зародышевая клетка, при оплодотворении мужской спермой (от греческого sperma — семя) развивающаяся в эмбрион. Вместе сперму и яйцеклетку называют гаметами (от греческих gamete, «жена», и gametes, «муж»),

В яйце же курином обе эти клетки-малютки сливаются в одно «зародышевое пятно», или бластодиск (от греческого blasotos, «росток»). Вокруг него расположился желток, обеспечивающий большую часть питания для растущего в яйце цыпленка. Само слово «желток» восходит к греческому hole, «желчь». Желток окружен яичным белком, или альбумином (от латинского albus, «белый»), который так же питателен, но служит другой главной цели – защищать желток, удерживаемый в центре яйца с помощью двух скрученных ниточек, так называемых халаз. (В переводе с греческого сhalaza означает «узелок», «бугорок»: узловатый белый канатик выглядит как нитка мельчайшего жемчуга или ледяных градинок.) Вокруг альбумина находится скорлупа из карбоната кальция – того же самого вещества, из которого состоят скелеты и таблетки от несварения желудка. Скорлупа пористая, чтобы цыпленок мог дышать, а сам воздух удерживается в полости между альбумином и скорлупой. Каждая часть отделяется специальной мембраной, а вся конструкция целиком носит название клейдоическое яйцо — от греческого kleidoun, т. е. «запирать». Всю эту сложную штуковину курица создает с нуля за один день.

Поскольку скорлупа пористая, если держать яйцо долго, желток и альбумин высохнут, всасывая воздух внутри. Вот почему тухлые яйца не тонут. Чтобы узнать, какого цвета яйцо снесет та или иная курица, посмотрите на ее сережки. Курицы с белыми сережками несут белые яйца, с красными – коричневые. Цвет куриного яйца зависит исключительно от породы птицы – с кормом он никак не связан.

В 1826 г. эстонский биолог Карл Эрнст фон Бэр (1792–1876) доказал, что женщины производят яйца, как и все остальные животные. Со времен Аристотеля все были убеждены, что мужское семя «высаживается» в женщину и вскармливается в матке. (Первое наблюдение семени под микроскопом, выполненное в 1677 г. Антони ван Левенгуком (1632–1723), вроде как подтвердило мысль Аристотеля: голландец, по его словам, увидел в каждом сперматозоиде миниатюрного гомункула, «маленького человечка».) Лишь в 1870-х гг. удалось доказать, что эмбрион развивается из союза яйца и семени, и только через двадцать лет немецкий биолог Август Вейсман (1834–1914) открыл, что сперматозоид и яйцеклетка несут в себе лишь половину генов родителя. Сперматозоид – мельчайшая клетка в человеческом организме (в двадцать раз мельче яйцеклетки), тогда как яйцеклетка – самая крупная. Она в тысячу раз крупнее обычной клетки – но не крупнее точки в конце этого предложения.

Можете ли вы назвать хотя бы одну рыбу?

Нечего и пытаться: такой нет.

Потратив жизнь на изучение существ, ранее известных как «рыбы», великий палеонтолог Стивен Джей Гулд (1941–2002) пришел к выводу, что их никогда не существовало.

С точки зрения Гулда, термин «рыба» (англ. fish) огульно применяют к совершенно разным классам животных: хрящевым (таким как акулы и скаты), костным (включая большинство «рыб» – от пираний и угрей до морских коньков и трески) и тем, что с черепами, но без позвоночников или челюстей (например, миксина и минога). Три эти класса разошлись гораздо раньше, чем возникли различные отряды, семейства и рода; таким образом, у лосося, например, намного больше общего (и более близкое родство) с человеком, чем с той же миксиной. Для биолога-эволюциониста «рыба» – слово пустое и бесполезное, разве что как часть меню.

И это не причуда одного Гулда. В «Оксфордской энциклопедии подводного мира» читаем: «Как бы невероятно это ни звучало, но такой вещи, как “рыба’,’ на свете не существует. Понятие это – всего лишь удобный общий термин для описания водного позвоночного, не являющегося млекопитающим, черепахой или чем-то еще». Все равно что называть летучих ящериц и мышей «птицами» лишь потому, что те летают. «Родства между миногой и акулой, – продолжает “Энциклопедия’,’ – не больше, чем между верблюдом и саламандрой».

И все же это лучше, чем было до того. В XVI веке «рыбами» звали тюленей, китов, крокодилов и даже бегемотов. Сегодня ими продолжают называть морских звезд (англ. starfish, «рыба-звезда»), каракатиц (англ. cuttlefish, «рыба-мешок»; cuttle, от древнескандинавского koddi, «мешок», «подушка»), раков (англ. crayfish, «рыба-клещи», от старофранцузского escrevisse, «клещи»), моллюсков (англ. shellfish, «рыба-раковина») и медуз (англ. jellyfish, «рыба-студень»), Все они, по любому научному определению, вовсе никакие не рыбы.

Некоторые соображения Стивен Джей Гулд высказал и о деревьях. Как вид в ходе истории «дерево» эволюционировало много раз: предками его были не родственные ему растения, например травы, розы, клевер и мхи, – так что такой вещи, как «дерево», для Гулда тоже не существует.

Но есть одна рыба, которой не существует совершенно, абсолютно и полностью. «Сардина». Этим общим термином называют до двадцати разных мелких, жирных, мягкокостных рыб. И то лишь тогда, когда они в жестяной консервной банке. В Великобритании это, как правило, пильчарды, нередко (и с большой долей оптимизма) называемые «подлинными сардинами», хотя латинское имя (Sordino pilchordus) усиливает путаницу еще больше. Иногда в банке с «сардинами» продается селедка, иногда – шпрот (упивающийся своим научным названием Sprattus sprattus sprattus).

Но вот чего там точно нет, так это «сардины». И даже (как мы теперь знаем) – рыбы.

АЛАН: По ночам все рыбы-дурнушки выходят в свет. Вот это действительно интересно.

СТИВЕН: Там нет нужды быть красоткой,

АЛАН: Точно. Возьмем, к примеру. Красное море. Днем все тамошние рыбы – яркие, красочные прелестницы. Но наступает ночь – и кругом одни пучеглазые. Болтаются вокруг, и трогать их ни-ни, И все вроде как только на тебя и глядят. Посвети на них фонарем – и они такие: «Нет! Нет! Не смотри на меня! Не смотри!»