Текст книги "От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем"

№ 8. Сколько человек умерло?

Все знают: столько, сколько родилось за все время существования человечества, за исключением ныне живущих. Но сколько же родилось? Вопрос, не имеющий достоверного ответа. Система учета смертей и рождений, регулярного проведения переписей населения возникла совсем недавно, а распространилась по миру – по меркам человеческой истории – вчера. Да и то сейчас в некоторых странах такого учета нет, а в ряде других он охватывает не все население. Тем не менее демографы ООН, ведающие подсчетом населения Земли, сделали свои оценки по всем странам мира с 1950 года. Так что человечество с приемлемой точностью знает свою численность за последние 65 лет. Чем глубже в прошлое, тем менее надежны данные и тем их меньше.

Сведений о числе рождений нет, но их можно вывести, зная численность населения. Усилиями биоархеологов, историков, демографов оценки-догадки о численности населения Земли добираются к началу неолита, но неопределенность велика. Так, на 10 000 год до н. э. минимальная оценка (1 миллион человек) меньше максимальной в 10 раз, на 5000 год до н. э. – в 4 раза (то есть от 5 до 20 миллионов). И все же в настоящее время сложился общий взгляд на динамику численности мирового населения.

Другая проблема: от появления какого «человека» считать. Homo habilis (человек умелый) появился около 2,5 миллионов лет назад, наш вид, Homo sapiens, – 50-100 тысяч лет назад. Среди ученых по этому поводу согласия нет. Наш соотечественник, знаменитый ученый и просветитель Сергей Петрович Капица, отвечая на этот вопрос, счел нужным рассматривать период в 4,5 миллиона лет, и получилось, что к 2005 году на Земле прожило и умерло 90 миллиардов человек. Он использовал математическую модель роста численности населения Земли, теоретически обосновав ее.

Другие известные нам подходы основаны на догадках и упрощениях, но тоже взятых из научного опыта. Например, по мнению крупнейшего современного демографа и социолога Карла Хауба, к 2011 году, помимо 7 миллиардов ныне живущих, на Земле побывало еще 100 миллиардов человек, из них 47 миллиардов – в последние 2000 лет. Хауб взял общепринятые оценки численности населения, самая далекая из которых относится к 8000 году до н. э. (5 миллионов человек), а возникновение Homo sapiens отнес к 50 000 году до н. э. Далее он предположил, что в тот момент на Земле было два человека (Адам и Ева?) и численность людей в каждый следующий период росла с постоянной скоростью. Так Хауб получил численность людей в каждом году. Теперь число рождений можно оценить, задав общий коэффициент рождаемости, то есть частоту рождений на 1000 живущих в данном году. Для периода от Адама и Евы и до XIII века Карл Хауб установил этот показатель равным 80 на 1000, для 1200-1750 годов – 60. О дальнейшей динамике – после 1750 года – демография имеет довольно точное представление. Но как Карл Хауб вывел значения коэффициента рождаемости для далекого прошлого? Из догадок-оценок.

Дело в том, что мы знаем, насколько высокими были рождаемость и смертность еще недавно, и знаем, что в прошлом они были еще выше. Скажем, Хауб исходил из того, что до XIII века величина ожидаемой продолжительности жизни при рождении была ниже 13 лет.

И все же не стоит относиться к этим вычислениям чересчур серьезно. Потому что все полученные результаты округляются, и к тому же неизвестно, сколько все-таки было людей в самом начале. Да и сам автор предостерегает: при полном отсутствии надежной информации в достатистическую эру расчеты неизбежно носят полунаучный характер. Впрочем, польза от них несомненна: они иллюстрируют необычный и крайне важный момент в развитии человечества – его стремительный рост. Если в 1750 году за спиной каждого живущего (по выражению Артура Кларка, автора романа «2001: Космическая одиссея») стояло по призраков, то в 1950 году – 40, а сейчас – менее 15.

Сергей Васин, демограф

№ 9. Какое время на Южном полюсе?

Время на планете Земля – явление в значительной мере условное. В том смысле, что люди уславливаются, как его измерять. Вроде понятно: солнце встало – значит, утро. Село – значит, вечер. Но почему в сутках именно 24 часа? Ведь время оборота планеты вокруг оси можно было бы разделить не на 24, а, скажем, на 20 или 10 равных интервалов. Ничего, кроме условностей и привычек, от этого не изменилось бы. Однако весь мир делит сутки на 24 интервала, а год – на 12 месяцев, ничуть не переживая, что это отголосок древней двенадцатиричной системы счета. Раньше люди предпочитали оперировать не десятками, а дюжинами и круглой цифрой считалось не 10, а 12. Две дюжины – 24. Тогда это было естественным. А почему в часе 60 минут? С точки зрения современного счета удобнее было бы иметь 50, при том что каждая «минута» была бы немного длиннее. Но календари и система отсчета времени создавались древними звездочетами, которые были воспитаны на шестидесятиричной системе (60 – это 5 дюжин, возможно по числу пальцев на руке). Эта система была известна еще в древнем Шумере, оттуда перешла к Вавилону, затем к древним грекам и после них к арабам. И лишь в Средние века Европа начала постепенный переход к близкой нам десятичной системе.

Однако с календарем, часами и геометрией все осталось по-прежнему: перестраивать себе дороже. Окружность мы делим на 360 градусов, часовой циферблат – на 60 минут. Так пошло с первых солнечных часов (тень от стержня падает на дугу, и по мере смещения Солнца, точнее по мере вращения Земли, она ползет по дуге, отсчитывая нанесенные на ней деления. Деления, понятно, наносились древними мудрецами исходя из привычной системы счета).

Столь же условно и понятие часовых поясов. Время само по себе течет ровно, но где-то на карте нужно провести договорную границу, при переходе через которую происходит скачок – в одном часовом поясе новый год уже наступил, а в соседнем еще и вечера, праздник начнется через час. Для удобства границы поясов подтягивают к межгосударственным или внутренним административным границам, поэтому они выглядят весьма замысловато. Перелетая на самолете из пояса в пояс или из страны в страну, путешественники первым делом переводят часы на местное время. Впрочем, можно и не переводить и жить по своему прежнему времени, особенно если надо часто связываться с теми, кто остался дома. Но тогда, если вы перелетели из Москвы, допустим, в Австралию, у вас на часах будет разгар рабочего дня, когда аборигены уже давно спят.

На Южном (впрочем, как и на Северном) полюсе условность исчисления времени особенно очевидна. С одной стороны, оно тянется точно так же, как в других точках планеты. Через пять часов после завтрака захочется пообедать, а еще через пять часов – поужинать. Потом уже и спать пора. С другой стороны, полюс – эта та точка, в которой суточный оборот Земли не отражается в положении Солнца на небе: сама ось, вокруг которой крутится планета, при вращении не смещается. Установленные здесь солнечные часы будут круглые сутки показывать одно и то же время.

Поэтому обитатели полярных станций условились отсчитывать часы в сутках так, как им удобнее. Некоторые станции живут по национальному времени. На американской антарктической станции Амундсен – Скотт, расположенной строго на полюсе, действует условное время Новой Зеландии, потому что оттуда на станцию летают авиарейсы. Это удобно для общения с Большой землей, но создает проблемы с соседями: когда у полярников с американского континента рабочий день, полярники из Азии давно спят, хотя между станциями может быть всего несколько километров.

Впрочем, в последние годы абсолютное большинство антарктических станций живет в режиме Гринвичского нулевого меридиана: когда в Лондоне время вечернего чая («файф-о-клок»), на часах полярников тоже 5 часов вечера.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 10. Как устроены зыбучие пески?

Следует признать, что зыбучие пески чаще встречаются на страницах английских приключенческих и детективных романов XIX века (и, соответственно, в головах их читателей), чем в действительности. В них авторы трагически топят второстепенных героев (главные герои, конечно, выживают, иначе придется обрывать роман). Преступники прячут в песках тела жертв, а также (в сундучках на цепочке) драгоценности.

Коварство этого природного явления объясняется довольно просто: эти пески выглядят совершенно обыкновенно, а на самом деле в них каждая песчинка окружена микроскопической водяной пленкой и взаимодействует с соседями не так плотно, как в обычном мокром песке. Как это получается? Там, где подпорные грунтовые воды выходят на поверхность земли, они иногда не формируют одного локального источника или родника, а тихо высачиваются на значительной площади. Под небольшим давлением воды снизу песчинки пребывают как бы в плавающем состоянии. До механического вмешательства пески находятся в квазиравновесном состоянии, но любая дополнительная нагрузка это равновесие нарушает и песок на удивление легко проваливается, поглощая упавший на поверхность предмет.

Собственно, похожим образом устроены и низинные болота, сложенные полужидкими торфяниками в зонах выхода грунтовых вод и тоже обладающие неприятным свойством засасывать несчастную жертву. Торфяники распространены значительно шире и потому не столь романтичны.

Поняв суть явления, несложно понять, как с ним бороться. Прежде всего – не паниковать! Зыбучий песок – это всего лишь очень тяжелая и густая жидкость. Двигаться в ней невозможно, но и утонуть тоже – ее плотность значительно выше плотности человеческого тела. А вот выбиться из сил, переохладиться от ледяных грунтовых вод и задохнуться от давления на грудную клетку – это за милую душу.

Самое правильное решение – не рваться впустую, а лечь плашмя в эту мерзкую смесь воды с грунтом, пошире раскинуть руки и, очень медленно вытащив провалившиеся ноги, плыть (или ползти, что в данном случае почти одно и то же) к берегу.

Зыбучие пески опаснее для животных, чем для людей (если, конечно, человек не теряет голову и не начинает вести себя как животное). Человек может плоско «плыть» по грязи, а корова, лось или олень – нет. Если зверя засосало под брюхо, делать ногами плавательные движения он уже точно не сможет – грунт не вода, держит невероятно плотно. Так они и гибнут, бедняги.

Что же касается трупов, якобы погруженных в зыбучие пески, то такое возможно лишь при наличии двухпудовой гири (без нее мертвое тело будет плавать на поверхности) и толщине влагонасыщенного грунта не менее чем в 2 метра. В противном случае гиря нащупает равновесие при встрече с относительно более плотными слоями внизу и покойник станет над поверхностью торчком, издалека приветствуя местного констебля или Шерлока Холмса с доктором Ватсоном.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 11. Что такое Бермудский треугольник?

Географически Бермудский треугольник – это кусок Атлантического океана к северу от Кубы, ограниченный выдуманными границами, напоминающими равносторонний треугольник между Пуэрто-Рико, Флоридой и Бермудскими островами.

С таким же успехом к трем углам можно было бы пририсовать четвертый (скажем, город Вашингтон) и назвать новую фигуру Саргассовой трапецией – потому что в нее входит загадочное Саргассово море.

Саргассово море, пересекающееся с Бермудским треугольником, служит местом действия страшных сказок не менее двух столетий. Оно и правда странное: воды крупных океанических течений сливаются вокруг него в хоровод, а в центре преобладают штиль и тишина. Этот обширный аквариум без берегов с тихой, теплой и очень прозрачной водой облюбовали гигантские колонии водорослей, которые толстыми подушками украшают морскую поверхность. Для парусников это весьма опасно: углубившись в такую цветущую лужайку при редком попутном ветре, там легко увязнуть на несколько недель в тщетной надежде, что ветер вернется. При ограниченных запасах воды экипажи парусников, попавшие в водорослевый плен, имели серьезные шансы остаться там навсегда. Едва заметное круговое движение поверхностных вод потихоньку доставляло все, что держится на плаву, к центру (в наше время это приводит к возникновению плавучих островов из пластикового мусора, собранного течениями со всей Атлантики). Поэтому не исключено, что страшные легенды о плавучих кладбищах кораблей не лишены основания. Стоило паруснику по пути к Центральной Америке отклониться на 200-300 миль к северу от попутного пассатного течения, и тихий зеленый ад открывал ему свои объятия.

Дурная репутация места получила подтверждение в декабре 1945 года, когда пять американских бомбардировщиков типа «Эвенджер» вылетели в тренировочный полет с базы во Флориде и бесследно исчезли. Пропал и один из посланных на их поиски гидросамолетов «Мартин Маринер». Несчастье объяснялось неудачным наложением человеческих ошибок на возникшие технические проблемы, как это обычно и бывает в современных техногенных катастрофах. У флагмана отказало навигационное оборудование, а командир был плохо знаком с местностью. Он решил, что звено находится южнее Флориды, в то время как они были севернее. В результате вместо того, чтобы взять курс на базу, ориентируясь по солнцу, звено двинулось прочь от нее. Оставшись без горючего, пилоты попытались посадить «Эвенджеры» на воду, что закончилось трагически. Экипаж посланного на помощь гидроплана в экстремальных условиях, видимо, неоправданно перегрузил двигатель, имевший, по мнению экспертов, конструктивный изъян, и «Мартин Маринер» взорвался в воздухе.

Но широкой публике, конечно, гораздо больше понравились мистические объяснения произошедшего: дыра в пространстве-времени, происки инопланетных цивилизаций или поднявшихся на поверхность обитателей Атлантиды. В США мода на «треугольник» миновала в середине 70-х годов прошлого века. В России о нем заговорили несколько позже, но сегодня интерес к этой теме тоже иссяк.

Дмитрий Орешкин, географ

№ 12. Почему нельзя убежать от шаровой молнии?

Потому что это может стоить вам жизни. Но давайте разберемся, что это за явление.

«Над Римом появились огромные огненные птицы, несущие в клювах раскаленные угли, которые, падая вниз, сжигали дома. Город полыхал…» – это документальное описание загадочных и таинственных шаров из летописи 106 года до н. э. Имеется также письменное свидетельство наблюдения шаровой молнии в Англии в 1638 году, когда в церковь влетела двухметровая шаровая молния, которая убила и ранила многих прихожан, а зданию нанесла серьезные повреждения.

Первым человеком, который серьезно отнесся к рассказам очевидцев шаровой молнии, был французский физик и естествоиспытатель Доминик Франсуа Араго. В своем труде он описал 30 случаев наблюдения этого редкого природного явления. Его работа была во многом революционна для XIX века. До нее ни один ученый не воспринимал рассказы о шаровых молниях всерьез. Даже англичанин Уильям Томсон (больше известный как лорд Кельвин) до конца своей жизни был уверен, что это явление – простой обман зрения. В XX веке физики уже оставили скепсис по поводу шаровых молний. Их изучением занимались такие признанные ученые, как академик Петр Леонидович Капица. На сегодня случаи наблюдения шаровой молнии исчисляются многими десятками тысяч. Совсем недавно, в 2014 году, известный научный журнал опубликовал статью китайских ученых, которым удалось, используя самые современные приборы, не только зафиксировать на кинопленке подробную картину поведения молнии, но еще и выполнить измерения ее физических свойств, что, по сути дела, явилось первым научным наблюдением шаровой молнии.

Что же сегодня известно про шаровую молнию? Возникает шаровая молния в основном во время грозы, но известны случаи ее появления и в солнечную погоду. Появляется она обычно в единственном экземпляре и нередко самым неожиданным образом: спускается с туч, возникает в воздухе, выплывает из-за столба или дерева. Для нее не составляет труда проникнуть в закрытое пространство: есть свидетельства ее появления из розеток, телевизора и даже в кабинах пилотов. Существовать огненный шар способен довольно длительное время, а при перемещении неожиданно менять направление. Он может на несколько минут повиснуть в воздухе, после чего резко, на скорости от 8 до 10 м/с, уйти в сторону. Что касается температуры плазменного шара, то, по подсчетам ученых, она должна составлять от 100 до 1000 градусов Цельсия, но очутившиеся поблизости огненного шара люди жара от него не чувствуют. При этом если он неожиданно взрывается, вся находящаяся неподалеку жидкость испаряется, а стекло и металл плавятся.

Как вести себя, если рядом с вами возникла шаровая молния? Что бы ни было причиной возникновения удивительного плазменного шара, нужно учитывать, что столкновение с ним чрезвычайно опасно: если переполненный электричеством шар дотронется до живого существа, он вполне может убить, а если взорвется – разнести все вокруг. Если вам когда-нибудь доведется встретиться на улице с огненным шаром, главное правило – сохранять спокойствие. Шаровая молния очень чувствительна к любым перемещениям воздуха. Если начать от нее бежать, то вы, увлекая за собой воздух, создадите ветер и молния сразу же последует за вами как привязанная. Поэтому никаких резких движений, и постарайтесь, не спуская с нее глаз, аккуратно свернуть с пути следования молнии и держаться от нее подальше. Если шаровая молния оказалась в помещении, нужно без суеты подойти к окну, открыть форточку: вслед за движением воздуха молния, скорее всего, вылетит наружу.

Сергей Кротов, физик

№ 13. Почему гремит гром?

У греков – Зевс, у римлян – Юпитер, а у славян – Перун. Все они – громовержцы, властители мира, главные боги, отвечавшие за мироустройство в религиях древности. Молнии и раскаты грома много веков вызывали только мистический страх и благоговение. Но постепенно человек выяснил, что такое гроза на самом деле.

Гроза – это атмосферное явление, то есть такое, которое происходит в воздушной оболочке, окружающей Землю. Помимо смеси различных газов, необходимых всему живому, ее важным компонентом является вода. Покрывающие Землю водные массивы постоянно испаряются под воздействием солнечных лучей. Теплые водяные пары вместе с нагретым воздухом устремляются вверх. Чем выше водяной пар поднимается, тем сильнее он остывает, ведь чем дальше от Земли, тем ниже температура атмосферы. Помимо воды и газов в деле образования грома участвует пыль. Мельчайшие частички пыли, содержащиеся в атмосфере, становятся центрами конденсации (оседания) остывшего пара – на них образуются капельки воды и льдинки. То есть в нижней части грозовой тучи всегда будет большая масса влажного, более теплого воздуха, а наверху – громадное количество водяных кристалликов. Интенсивно сталкиваясь между собой в грозовой туче, льдинки электризуются: более крупные заряжаются отрицательно и оседают в туче, а более мелкие, заряжаясь положительно, уносятся кверху восходящими массами влажного воздуха. Таким образом, между верхней и нижней кромками тучи-облака появляется электрическое напряжение, которое может достигать сотен миллионов вольт. При таких напряжениях атмосфера не выдерживает, облако пробивается («трескается»), а распавшиеся на ионы молекулы воздуха создают пути для возникновения самопроизвольных электрических разрядов – молний, то есть токов, долетающих и до Земли.

В результате стремительного иглообразного движения электрических зарядов в атмосфере в местах их прохождения резко поднимается температура (до 30 000 градусов). Как это происходит? Электрические заряды «расталкивают» на своем пути молекулы воздуха, и от этого выделяется огромное тепло. Кратковременное и обильное выделение тепла приводит к резкому нарастанию давления в каналах переноса зарядов и «разбеганию» воздуха в стороны. После окончания разрядов давление мгновенно уменьшается и воздух стремительно возвращается назад. Эта кратковременная «встряска» воздуха и представляет собой гром.

Есть один известный эксперимент по созданию молнии и грома «на столе». Оказывается, что при разматывании ленты скотча, если это делать рывками, можно наблюдать вспышки света, сопровождаемые воздушными щелчками. Суть дела в том, что две стороны бывшего тесного контакта ленты скотча оказываются заряженными противоположными электрическими зарядами. В местах нарушаемого контакта образуются искры – те же молнии, сопровождаемые нагревом воздуха и появлением звуковых эффектов – воздушных щелчков. Чем не гром? Попробуйте повторить! Кстати, «эффект скотча», сопровождаемый свечением, был открыт еще в 1953 году и до сих пор привлекает внимание серьезных ученых… Кто бы мог подумать!

Сергей Кротов, физик