Текст книги "99 секретов науки"

№ 14. 67 лун Юпитера. Спутники газового гиганта

По последним астрономическим данным, которые могут измениться в любой момент, у газового гиганта Юпитера имеется 67 спутников. Ученые предполагают, что их может быть больше, до сотни, но пока они «поймали» – исследовали и занесли в каталоги – 67. Такого количества лун нет больше ни у одной планеты Солнечной системы, Юпитер – абсолютный рекордсмен.

Первые четыре спутника, самые крупные, были открыты Галилеем еще в начале XVII века. Они настолько велики, что их можно увидеть даже в не слишком мощный телескоп. Астрономов больше всего интересует Европа, которая размерами немного уступает земной Луне и при этом обладает одной примечательной особенностью: на ее поверхности, вернее под поверхностью, имеется океан, покрытый ледяной коркой. Он очень глубокий, уходит в толщу Европы на 90 км. Ученые предполагают, что в недрах этого океана может существовать жизнь.

Крупнейший спутник Юпитера, Ганимед, своими размерами приближается к Меркурию. Это самая большая луна во всей Солнечной системе. Его поверхность покрыта кратерами и трещинами. То же самое можно сказать о Каллисто, причем у этого спутника, по выкладкам астрономов, тоже должен быть подземный океан. Еще один спутник, Ио, – фактически огромный действующий вулкан. На нем непрерывно происходят извержения, а вся его поверхность покрыта лавой.

Остальные спутники Юпитера называют малыми, они действительно сильно уступают в размерах четырем гигантам. С одной из этих «малышек», Альматеей, произошла интересная история: после атаки метеоритов она распалась на части, а через некоторое время эти части соединились снова, образовав внутри спутника пустоты.

Иногда Юпитеру кажется, что лун у него недостаточно, тогда он захватывает пролетающие мимо кометы. Они некоторое время работают его спутниками, после чего улетают восвояси. Ученым удалось обнаружить пять таких временных лун.

№ 15. Может, посчитаем звезды? Количество светил во Вселенной

Если смотреть на звездное небо, находясь в мегаполисе, то покажется, что светил не так уж и много. А в местах, далеких от цивилизации, можно испытать настоящий шок: небо усеяно звездами, на нем почти нет свободного места! Без приборов мы можем увидеть на небе около трех тысяч звезд.

Самый простой телескоп изменит эту цифру до десятков тысяч. Огромные профессиональные телескопы с мощными линзами покажут мириады галактик с бесчисленными звездами.

Ответить на вопрос о количестве звезд на небе не так уж и просто: они располагаются во Вселенной не равномерно, а собираются в галактики. В нашей галактике – до триллиона звезд. Всего галактик в той части Вселенной, которую мы можем наблюдать, тоже около триллиона. Значит, на небе триллион триллионов звезд. Впечатляет, не правда ли? А в бесконечной Вселенной их гораздо больше.

№ 16. Измерить в попугаях. Или в астрономических единицах

Обычно мы измеряем расстояния в метрах и километрах. Пробежать стометровку, проехать 80 км до соседнего города – такими величинами мы оперируем. В космосе привычные единицы измерения становятся ничтожно малыми, и пользоваться ими так же неудобно, как измерять путь поезда, везущего нас в отпуск, в миллиметрах.

На просторах бесконечной Вселенной действует своя система мер, внутри Солнечной системы – своя. Во втором случае главное место принадлежит астрономической единице, которая равна среднему расстоянию от Земли до Солнца. В астрономических единицах измеряют расстояния до планет и астероидов, размеры Солнечной системы и крупных космических объектов.

Почему за меру длины взяли именно расстояние от Солнца до Земли? Прежде всего, потому, что астрономам удобно сравнивать все расстояния с удаленностью нашей планеты от центральной звезды. Эта величина была приблизительно установлена еще в XVII веке и с тех пор активно использовалась учеными.

Например, радиус орбиты самой дальней планеты Солнечной системы, Нептуна, составляет 30 астрономических единиц. Расстояние от Земли до Сатурна – 8 астрономических единиц. Из созданных на сегодняшний день космических аппаратов дальше всего от Земли улетели «Вояджер» и «Пионер», за 30 лет им удалось удалиться на 100 астрономических единиц.

Астрономическая единица составляет около 150 миллионов километров. Свет преодолевает это расстояние за 500 секунд. Почему мы заговорили о свете? Он имеет прямое отношение к следующей космической единице измерения – световому году. Световой год это расстояние, которое проходит луч света за 365 земных суток.

В световых годах измеряют поистине огромные промежутки в бесконечной Вселенной. Так, до Проксимы Центавра, самой близкой к нам звезды, чуть больше 4 световых лет. Центр нашей галактики удален на 26 тысяч световых лет.

Анатомия и психология

№ 17. Три килограмма новой кожи. О самом крупном органе в теле человека

Наша кожа – это та же одежда. Так же как костюм или платье, кожа защищает от холода, закрывает от солнца и ветра. Но она не просто создает барьер между нами и окружающей средой, а участвует в таких процессах, как дыхание, обмен веществ и терморегуляция.

В кожных капиллярах хранится до литра нашей крови, а в ее клетках находятся воинственные представители иммунной системы, защищающие нас от вредоносных влияний. А еще кожа позволяет нам чувствовать внешние воздействия, ведь на ней расположено огромное количество нервных рецепторов.

Кожа представляется чем-то тонким, легким, почти невесомым. На самом деле вес кожи составляет около 5 % веса человека. Так, кожа взрослого мужчины массой 80 килограммов будет весить целых четыре килограмма! А площадь ее поверхности составит около 2 квадратных метров.

№ 18. Будьте здоровы! Почему невозможно чихнуть с открытыми глазами?

Иногда из-за пыли, резкого запаха или перехода из тепла в холод в носу начинается раздражающее щекотание. Оно все нарастает, и вот, хотим мы этого или не хотим, приходится делать глубокий короткий вдох.

Легкие наполняются воздухом, язык прижимается к нёбу, перекрывая носоглотку, глаза закрываются, мышцы глотки, живота и диафрагмы напрягаются, давление нарастает… Через мгновение происходит микровзрыв: воздух на выдохе с бешеной скоростью вырывается из нашего рта, попутно разбрызгиваются миллиарды мелких капелек слюны. Мы слышим: «Будьте здоровы!»

Чихание – это мощный процесс, давление выдыхаемого в этот момент воздуха может достигать 100 мм ртутного столба, а скорость выдоха – 120 метров в секунду! Сдержать чихание практически невозможно. Если уж в носу защекотало, чих свершится, не важно, в каких обстоятельствах вы оказались: на трибуне перед зрителями, на романтическом свидании или на секретном наблюдательном посту.

Так же как невозможно удержать чихание, невозможно не закрывать глаза во время этого процесса. Бытует мнение: если чихать с открытыми глазами, глаза попросту вылетят из-за грандиозного давления, которое образуется в этот момент в голове. Это сильное преувеличение. Давление действительно существует, но голова – это все же не паровой котел, и экстремальные величины давления в ней не достигаются.

Глаза закрываются потому, что весь акт чихания управляется тем же отделом мозга, что регулирует закрывание глаз. За секунду до чиха наступает напряжение всех участвующих в процессе мышц, от диафрагмы до гортани, в этот же момент закрываются глаза.

Противостоять закрытию глаз невероятно сложно, для этого нужно уметь силой воли регулировать нервную систему. Говорят, тибетским йогам это удается, но у них за плечами годы серьезных тренировок.

№ 19. Волосы дыбом и мурашки. Реакция организма на стресс

Всем доводилось видеть напуганного кота: милое пушистое животное, испугавшись, превращается в форменного дикобраза. Кот ощетинивается, увеличиваясь тем самым в размерах, и шипит – и все это для того, чтобы напугать противника, ведь крупный зверь гораздо страшнее мелкого. Мы, когда пугаемся, ведем себя несколько иначе, но у нашего организма остались первобытные животные привычки, которые приравнивают нас к испуганным котам. У людей от страха появляются мурашки и волосы встают дыбом. Это сохранилось с тех времен, когда нашим предкам в лесу мог встретиться опасный противник и нужно было показаться больше и страшнее.

Когда мы напуганы, в работу включается область мозга, которая называется «миндалевидное тело». Причем для мозга не так уж важно, имеет ли страх реальные причины, он одинаково реагирует на появление из-за угла бандита с ножом и на жутких монстров, взирающих на нас с экрана телевизора. Миндалевидное тело запускает аварийный режим работы нервной системы и активизирует работу надпочечников, вырабатывающих гормон адреналин. Этот гормон разносится кровяным потоком по всему телу, достигая в том числе и кожных покровов.

Адреналин заставляет сокращаться сосуды (поэтому напуганный человек бледен) и мышцы, в том числе и волосяные. Когда волосяная мышца сокращается, она воздействует на фолликул: прикрепленный к нему волос встает дыбом. Кроме того, она влияет на состояние кожи, вызывая появление мелких бугорков, мурашек. Из-за сокращения мышц у человека начинается озноб, ему холодно, хотя при этом его бросает в пот, потому что потовые железы в момент стресса активизируются.

В мультфильмах и комиксах любят изображать испуганных людей с волосами, устремленными вертикально вверх. Вряд ли кому-то доводилось видеть такое в реальности – волос достаточно тяжел, а прикрепленные мышцы не настолько сильны, чтобы совершить подобное.

№ 20. Болтать – не мешки ворочать. Наша самая подвижная мышца – язык

С его помощью мы говорим, поем, перевариваем пищу, ощущаем все существующие вкусы и осязаем температуру и структуру. Ни один орган не сравнится с ним по подвижности и мало что сравнится по количеству имеющихся функций. Конечно, речь идет о языке. Его можно поворачивать во все стороны, с его помощью можно оказывать довольно сильное давление, а некоторые из нас даже могут сворачивать его в трубочку.

У животных язык выполняет дополнительные функции. Например, собаки с его помощью восстанавливают тепловой баланс в организме. В жаркую погоду наши четвероногие друзья бегают с высунутым языком, таким образом избавляясь от лишней влаги и охлаждаясь. Кошки используют язык вместо мыла и мочалки – и с большим успехом. Шерсть этих чистоплотных животных просто лоснится после тщательного умывания.

№ 21. Гибрид Чебурашки и Пиноккио. Нос и уши могут расти всю жизнь

Гравитация – страшная штука. Она не только не дает нам улететь в безбрежный космос, прижимая к земле. Существует мнение, что из-за нее наши уши и нос продолжают увеличиваться, в то время как мы сами давно уже выросли. Правда ли это? В какой-то степени да. Гравитация действительно на нас влияет. Но дело не только в ней – с возрастом все наши органы теряют эластичность и упругость.

Определенное удлинение ушей и носа к старости возможно, хотя и не обязательно. Это зависит от индивидуальных особенностей строения, от формы данных органов и от гормонального состояния.

Если у человека присутствует избыток гормона роста, то его уши и нос могут вырасти просто до неприличных размеров. Например, в Книге рекордов Гиннесса имеется информация о мужчине, нос которого достиг почти 9 сантиметров.

№ 22. Растворяет металлы, но не прожигает желудок. Соляная кислота

Соляная кислота растворяет цинк, железо, олово и другие металлы. Если она попадет на кожу, останется ожог, если капнет на одежду – прожжет дыру. При помощи соляной кислоты очищают от застарелого налета раковины и унитазы. Ее хранят в специальной таре во избежание серьезных неприятностей.

Эта же самая кислота находится в нашем желудке. Почему же она не прожигает в нем дыры и зачем нашей пищеварительной системе нужно такое едкое вещество? Сначала ответим на второй вопрос. Соляная кислота – это один из компонентов желудочного сока, главная забота которого – переварить все, что прожевали наши зубы и проглотила наша глотка. А также убить вредоносные бактерии, которые могли ненароком попасть в пищеварительную систему вместе с едой. (Вдруг мы забыли вымыть руки.)

Кроме соляной кислоты, в состав желудочного сока входит вода – в ней и растворена кислота, бикарбонаты, нейтрализующие едкость соляной кислоты, и пепсины, отвечающие за переваривание белков.

Когда пища попадает в желудок, из его стенок выделяется эта сбалансированная смесь, и начинается процесс первичного переваривания, в результате которого образуется не очень приятная на вид кашеобразная масса. Как ни прискорбно это осознавать, в нее превращаются все блюда, включая самые изысканные и утонченные гастрономические шедевры.

Мы не назвали еще один компонент желудочного сока – слизь. И вот ответ на второй вопрос: именно слизь отвечает за то, чтобы едкая соляная кислота не соприкасалась со стенками желудка и не наносила ему ущерб.

Желудочная слизь – это вещество, по структуре напоминающее гель, которое устилает стенки желудка слоем толщиной в полмиллиметра. Слизь притягивает бикарбонаты – для дополнительной защиты стенок. Другая функция слизи – смазывать пищу, чтобы она лучше скользила по желудку, обеспечивая оптимальное переваривание.

№ 23. Обезьяна трудилась и стала человеком. Австралопитеки и другие наши предки

Ближайшие родственники человека из отряда приматов – гориллы и шимпанзе. Нашим общим прадедушкой был парапитек, древнейшая ископаемая обезьяна, жившая более 30 миллионов лет назад. Когда-то род парапитеков разделился на три ветви, одна привела к появлению современных шимпанзе, вторая – горилл, третья – нас с вами.

Парапитеков вряд ли можно назвать милашками – они были большие, лохматые, сурово смотрели исподлобья и угрожающе щелкали выступающей нижней челюстью. Их передние конечности (пока еще не руки) свисали ниже колен, а сами животные неуклюже передвигались на задних. Встать с четверенек парапитеков заставил изменившийся ландшафт: в местах их обитания сократилось количество деревьев, по которым они ловко перемещались.

Австралопитеки, появившиеся около 4 миллионов лет назад, были немного симпатичнее: эволюция сгладила и облагородила их черты и изменила положение большого пальца руки. Теперь они могли удерживать в захвате палки и камни.

Австралопитеки пытались использовать примитивные подручные средства в качестве орудий труда. У них это получалось не очень успешно, но главное – был порыв трудиться, который впоследствии позволил им превратиться в настоящего человека.

Следующей стадией развития стал человек умелый. Как понятно из названия, он научился-таки обращаться с камнями и палками и даже делать простые рабочие инструменты вроде каменного топора. Человек прямоходящий догадался готовить мясо на огне и добывать сам огонь трением. Пятьсот тысяч лет назад образовалась новая ступень эволюции – человек разумный, до современных людей было рукой подать. Человек в том виде, каким мы его знаем сейчас, появился около 130 тысяч лет назад. Ученые назвали его кроманьонцем, по месту, где были найдены первые ископаемые останки. Не так уж много времени понадобилось кроманьонцам для того, чтобы создать цивилизацию и освоить планету.

№ 24. Куда деваются лишние кости? Скелет новорожденных

В теле каждого розовощекого пухлого младенца, недавно появившегося на свет, находится около 300 костей. Скелет взрослого человека насчитывает чуть более двух сотен. Куда же деваются лишние кости? Давайте разбираться. Костная ткань плода формируется быстро и активно, к моменту рождения эмбрион имеет около трех сотен костей, которые, хоть и похожи на кости взрослого человека, отличаются гораздо большей мягкостью и гибкостью. Это нужно для того, чтобы новорожденный без повреждений преодолел узкие родовые пути.

И вот, наконец, младенец появился на свет, при этом его рост продолжается не по дням, а по часам. В процессе роста кости малыша затвердевают, а некоторые срастаются – из двух образуется одна. В этом и заключается секрет «лишних» костей: они не исчезают, а становятся частью других.

№ 25. Красно-зеленый, желто-синий и другие запрещенные цвета. Цветовосприятие

Наш глаз видит миллионы оттенков, которыми нас радует изобретательная природа. Но есть цвета, которые мы не видим, иногда их называют запрещенными. Этот запрет обусловлен строением глаза.

Бывает ли красно-зеленый цвет? А желто-синий? Многие скажут «да» и назовут результат их смешения – коричневый и зеленый. Но мы говорим не о смеси, а о цвете, одновременно и синем, и желтом. Такие пары содержат цвета, световые частоты которых компенсируют друг друга. Когда наш глаз воспринимает синий, в работу вступают оппоненты нейронов, отвечающие за его восприятие. Они подавляются желтым. Проще говоря, синий цвет отменяет желтый, красный – зеленый, и наоборот. Поэтому увидеть цвет, обладающий одновременно этими оттенками, нельзя. Ученые пытались обойти запрет, но пока их эксперименты не увенчались успехом.

№ 26. Как обмануть себя и других. Когнитивный диссонанс

Приходит человек к врачу, у него на ноге повязка. Врач спрашивает: «Что у вас болит?» Пациент отвечает: «Голова». – «А почему повязка на ноге?» – «Сползла». На чем построен эффект этого бородатого анекдота? На несоответствии ожиданий и реальности. Задав пациенту вопрос, врач вряд ли ожидал услышать подобное объяснение. Это один из примеров когнитивного диссонанса, в данном случае он вызывает комический эффект.

Теперь представьте, что вы достаете из холодильника бутылку молока, наливаете белую жидкость в стакан, пьете и ощущаете вкус… апельсинового сока. Вы этого совсем не ожидали! Вы в когнитивном диссонансе, и вам нужно как-то вернуть реальность в привычные рамки. Что случилось? У вас изменилось восприятие вкуса? Кто-то над вами подшутил и окрасил апельсиновый сок белым цветом?

Состояние когнитивного диссонанса вызывает у человека сильный дискомфорт, и он старается как можно быстрее от него избавиться, иногда занимаясь при этом самообманом или позволяя обманывать себя другим. Например, если группе людей показать синий мяч и заранее попросить всех, кроме одного, назвать этот мяч красным, то этот один может сломаться. Он будет видеть, что мяч синий, но убедит себя, что он красный – раз все так говорят, значит, так и есть.

Курильщики, попадая в когнитивный диссонанс от информации о вреде курения, способны убедить себя, что к ним это не относится – например, потому, что их дедушка курил и дожил до ста лет. Когнитивный диссонанс используют разного рода мошенники и манипуляторы, выманивая у людей деньги. Они могут загнать свою жертву в такую психологическую ловушку, из которой выход будет один – заплатить или что-то купить. Этого можно добиться, к примеру, создав у жертвы ощущение собственной компетентности и щедрости. Человек будет уверен, что ему не жалко денег и он делает выгодное вложение.

№ 27. Самое простое – самое правильное. Принцип Бритвы Оккама

Когда-то физики были уверены в существовании всепроникающей среды – эфира, который невозможно увидеть или почувствовать. После открытия электромагнитных волн возникла теория, что эти волны представляют собой колебания эфира. Много лет ученые бились над уравнениями, которые могли бы объяснить взаимодействие между эфиром, электромагнетизмом и другими явлениями, но приемлемого результата не было. Как только они убрали эфир – все срослось.

Это один из примеров действия так называемой Бритвы Оккама – принципа, используемого в областях, связанных с познанием. «Не следует привлекать новые сущности без крайней на то необходимости». Если существуют два объяснения какого-то явления, нужно выбрать то, которое проще и содержит в себе меньшее количество компонентов. Оно, скорее всего, и будет правильным.

№ 28. Зачем машине обманывать человека? Тест Тьюринга

Еще с тех времен, когда роботы существовали только в фантастических романах, люди стали задумываться о том, как с ними взаимодействовать. Главная страшилка, связанная с роботами, заключается в следующем: они превзойдут интеллектом людей, захватят власть и поработят человечество. Для того чтобы дать людям возможность избежать подобной участи, писатель-фантаст Айзек Азимов еще в 1942 году придумал три закона робототехники: робот не может причинить вред человеку; робот должен повиноваться всем приказам человека; робот может заботиться о своей безопасности, если это не противоречит первому и второму законам.

Думал о взаимодействии с роботами и английский математик Алан Тьюринг. Он создал тест, целью которого было определить, может ли машина мыслить. Ну и распознать робота, возможно, скрывающегося под маской человеческого существа. У теста было несколько вариантов, самый простой выглядел так: испытатель беседует с неизвестным существом. Он не знает, человек это или компьютер, общение происходит, к примеру, посредством текста, набираемого на экране. Испытатель может говорить о чем угодно, задавать абсолютно любые вопросы. В конце беседы он должен определить, с кем общался: с живым человеком или с искусственным интеллектом. Если он принимает машину за человека или начинает сомневаться, значит, она прошла тест.

В первой версии, предложенной Тьюрингом в конце 40-х годов ХХ века, было девять основных вопросов. С тех пор представления о компьютерах, роботах и искусственном интеллекте ушли далеко вперед. Ученые постоянно придумывают новые варианты теста Тьюринга, который мог бы отличить машину от человека. Следует заметить, что пока что ни одна машина подобный тест не прошла и не смогла ввести исследователей в заблуждение. Так что восстание мыслящих машин человечеству в ближайшие десятилетия не грозит.