В 2014 году камерой наблюдения был заснят американский подросток, справлявший малую нужду в водохранилище. Поэтому местный чиновник, заведовавший водными ресурсами, принял решение осушить и вычистить водохранилище, что, по оценкам, встало в 36 тысяч долларов. Объем выкачанной воды был равен примерно 140 миллионам литров. Объем мочи подростка был, вероятно, около одной десятой литра. Таким образом, соотношение мочи и воды в хранилище составило менее единицы к миллиарду. В водохранилище были мертвые птицы и мусор, и можно предположить, что многие животные мочились туда, не будучи замеченными. Но реакция «Фу!» оказалась у многих столь острой, что одного-единственного известного факта о помочившемся человеке оказалось достаточно для осушки и чистки водохранилища. Разумно ли это? Как бы поступили вы, будь ответственность за водохранилище возложена на вас?
Каждый раз, выпивая стакан воды, вы с высокой вероятностью проглатываете хотя бы одну молекулу, побывавшую в мочевом пузыре Юлия Цезаря.
«Не может быть, что вы всерьез!» И тем не менее это так.
Аргументация тут следующая. Вся мировая вода непрерывно циркулирует благодаря испарению, дождям, рекам и так далее. В каждый отдельно взятый момент основная ее часть находится в океанах, а все остальное пройдет через них в течение ближайших десятилетий. Число молекул воды в стакане — приблизительно 10 триллионов триллионов. Общий объем воды на нашей планете равен примерно 1,4 миллиарда кубических километров, а этим можно наполнить всего 4 триллиона стаканов. Я сказал «всего», потому что 4 триллиона — скромная величина по сравнению с 10 триллионами триллионов молекул, помещающихся в стакан.
Таким образом, молекул в каждом стакане содержится в триллионы раз больше, чем стаканов воды во всех мировых запасах.
Вот почему можно с уверенностью говорить, что вам довелось выпить немножко мочи Юлия Цезаря. Дело тут, разумеется, не в Юлии Цезаре как таковом. То же самое можно было бы сказать и о его подружке Клеопатре. И об Иисусе. И о ком угодно еще, лишь бы прошло достаточно времени для циркуляции. А что справедливо для стакана, во много раз справедливее для водохранилища. Тот американский водоем содержал мочу не только справившего в него малую нужду и пойманного за этим подростка, но и миллионов других людей, в том числе гунна Атиллы и Вильгельма Завоевателя. Вполне вероятно, что и вашу тоже.
Воздух, как и вода, используется многократно, только его круговорот идет быстрее, так что аналогичные вычисления работают и в этом случае. Молекул воздуха, содержащихся в одном легком, неизмеримо больше, чем имеется легких на свете. Вам почти наверняка приходилось вдыхать атомы, выдохнутые Адольфом Гитлером. А дыхание у него, если верить его секретарю, было несвежим.
Наука может быть крайне непредсказуемой. И мы говорим об отваге, необходимой для того, чтобы с этой непредсказуемостью совладать. Об отваге, с которой следует смотреть и на тайны, пока еще не раскрытые.
Т. Г. Гексли (друг Дарвина, встречавшийся нам в главе 1) говорил: «Наука — не что иное, как вышколенный и организованный здравый смысл». Но я не уверен, что он был прав. Истории, которые я рассказываю вам в этой главе, явно сопротивляются здравому смыслу. Галилей бросил здравому смыслу вызов, доказав, что если пренебречь сопротивлением воздуха (проводить этот опыт нужно в вакууме), то пушечное ядро и перышко, брошенные с определенной высоты, коснутся земли одновременно.
«Не может быть, что вы всерьез, Галилей!» И тем не менее это так.
И вот почему Галилей был прав. Согласно Исааку Ньютону, каждое тело во Вселенной притягивается к любому другому телу под действием гравитации. Сила тяготения пропорциональна произведению масс данных двух тел (пока что вы можете представлять себе массу как вес, хотя между этими понятиями и имеется разница, о которой мы еще поговорим). Пушечное ядро намного массивнее пера, так что сила тяготения, воздействующая на ядро, будет большей. Но и для того, чтобы разогнать его до одинаковой скорости с пером, потребуется больше силы. Два этих различия полностью компенсируют друг друга, и в результате перышко и пушечный снаряд касаются земли в одно и то же мгновение.
Я обещал разъяснить, в чем разница между массой и весом. На нашей планете масса предмета — скажем, человека — равна его весу и составляет, допустим, 75 килограммов. Однако на космической станции человек невесом. Его вес равен нулю, в то время как масса — все те же 75 кило. Пушечное ядро на космической станции будет парить подобно воздушному шарику. Но попытайтесь бросить его через кабину, и вы убедитесь, что массы в нем предостаточно. Это потребует немалых усилий. И если вы не упираетесь в стену, то, толкнув ядро, вы и сами оттолкнетесь в противоположном направлении. Совсем не так же, как с воздушным шариком. А когда ядро достигнет стены напротив, оно врежется в нее с «тяжелым» ударом и, возможно, что-нибудь повредит. Если оно ударит кого-нибудь по голове, то причинит ему боль (опять-таки в отличие от воздушного шарика), даже несмотря на то, что и ядро, и голова невесомы. Вес пушечного ядра — это мера той силы, с какой его тянет вниз земная гравитация. А его масса — мера количества содержащейся в нем материи. Если вы попытаетесь взвесить пушечное ядро, находясь на космической станции, то и оно, и весы будут свободно парить около вас, и ядро не будет производить никакого давления на взвешивающее устройство. Его вес будет равен нулю.
То же самое будет, если выпрыгнуть из самолета, сидя на весах. И вы, и весы будете падать с одинаковой скоростью. Так что и в этом случае на весы не будет оказываться никакого давления: они будут показывать значение вашего веса равным нулю. Ваш вес равен нулю, пока вы падаете. Но масса сохраняется вся, целиком.
Здесь-то и кроется подсказка, почему на космической станции пушечные ядра (а также люди и весы) парят в невесомости. Нередко считается, будто дело в том, что они слишком удалены от Земли и потому недосягаемы для земного притяжения. Это грубая ошибка, хотя и очень распространенная. В действительности же гравитационная сила Земли примерно одинакова что на космической станции, что на уровне моря, поскольку космическая станция находится не так уж и далеко. Причина, по которой предметы там невесомы, состоит в том, что они — подобно человеку, выпрыгнувшему из самолета, сидя на весах, — непрерывно падают. Только в данном случае падают они вокруг Земли. Луна тоже непрерывно падает вокруг Земли. Она невесома, хотя ее масса составляет 10 тысяч миллиардов миллиардов килограммов.
Луна невесома и непрерывно падает вокруг Земли?
«Не может быть, что вы всерьез!» И тем не менее это так.
Наша планета представляется нам неровной и морщинистой: изборожденной долинами и утыканной горными хребтами. В конце концов, гора Эверест имеет почти 9 километров в высоту, и первых двоих взобравшихся на нее людей чествовали как героев. Но если уменьшить Землю до размеров мячика для настольного тенниса, ее поверхность повсеместно окажется ровной. Даже Эверест будет незаметен на ощупь: он станет величиной с песчинку на шлифовальной бумаге мельчайшей зернистости.
