Как говорили астронавты, побывавшие на Луне, лунная пыль пахла порохом. Она наслаивалась на скафандры, и астронавты становились похожи на шахтеров. Грустно, но Харрисон Шмитт, единственный геолог, побывавший на Луне в составе последней миссии «Аполлон-17», испытывал аллергическую реакцию на лунную пыль[46]. Должно быть, он чихал всю обратную дорогу домой!
Постоянная бомбардировка лунной поверхности метеоритами приводит к тому, что «почва» на Луне должна полностью обновляться за 10 миллионов лет. Такая «вспашка» лунного реголита означает, что отпечатки следов, оставленных астронавтами на Луне, когда-нибудь исчезнут с ее поверхности, хотя и продержатся, по всей вероятности, дольше срока существования самой человеческой расы.
Лунная пыль Моря Спокойствия хранит отпечатки следов Армстронга и Олдрина с 20 июля 1969 года. Примерно за 3,6 миллиона лет до этого события небольшая группа прямоходящих гоминидов оставила свои следы в вулканическом пепле местности Лаэтоли в Танзании[47]. Не правда ли, это ярчайшая иллюстрация пути развития, пройденного человеком, и напоминание о том, чего мы можем лишиться, если не найдем верного решения глобальных проблем, которые угрожают самому факту существования человеческой цивилизации?
Часть третья
Планета Земля
11. Азбука природы
В каждом глотке воздуха может оказаться атом, который выдохнула Мэрилин Монро
Если бы всей сумме накопленных научных знаний грозило полное уничтожение в результате катаклизма и только одну короткую и емкую по информативности фразу можно было бы передать потомкам, какое предложение написал бы я? Все состоит из атомов.
Примерно в 440 году до н. э. греческий философ Демокрит нагнулся и поднял из-под ног обломок скалы или ветку (а может быть, это был осколок глиняной посуды) и задался вопросом: если я сломаю эту вещь на две части, а потом еще на две, как долго это деление сможет продолжаться? Можно ли этот процесс продлевать до бесконечности? Демокрит однозначно ответил на этот вопрос: у него не укладывалось в мозгу, что материю можно дробить до бесконечности. Он рассуждал так: рано или поздно мы дойдем до мельчайшей частички вещества, которую уже не сможем разрезать пополам. Поскольку по-гречески слово «неделимый» звучит как ἄτομος (átomos), Демокрит назвал такие неделимые частицы вещества атомами.
Но атомы Демокрита на самом деле оказались больше неделимых частиц материи. Еще одним постулатом Демокрита было его предположение о том, что атомы бывают нескольких типов.
По-разному комбинируя эти разные типы атомов, можно получить розу, стул или новорожденного младенца. «Лишь в общем мнении существует сладкое, горькое, горячее и холодное, и лишь условно можно считать, что существует цвет. В действительности же существуют только атомы и пустота», – писал Демокрит.
Эта идея оказалась чрезвычайно плодотворной. Из нее вытекает, что все разнообразие существующих вокруг нас вещей – всего лишь иллюзия. Под внешней оболочкой мира скрывается простота. Многообразие возникает, если начать тасовать горстку основных строительных кирпичиков, и делать это можно бесконечным числом способов. Все зависит от комбинаций. Атомы – это всего лишь детали конструктора LEGO.
Идея Демокрита о том, что природа на своем самом фундаментальном уровне проста, фактически есть символ веры, который и движет современной наукой. Почему мир должен быть прост в своей основе? На этот вопрос нет ответа. Но, чтобы узнать, каков пудинг на вкус, нужно его отведать. И за последние несколько столетий ученые значительно продвинулись в своих поисках все более простых и фундаментальных законов физики, лежащих в основе строения мира.
Демокрит понимал, что атомы должны быть очень маленькими – ведь их не видно невооруженным глазом. Например, чтобы заполнить атомами одну только точку (знак препинания) в конце этого предложения, понадобится примерно 10 миллионов атомов. К началу двадцатого столетия уже появились многочисленные косвенные свидетельства того, что атомы действительно существуют. В частности, давление газа в сосуде удается объяснить, если предположить, что мириады крошечных частиц бьются о стенки этого сосуда подобно тому, как капельки дождя колотят по железной крыше. Но до последнего времени увидеть атом никому не удавалось[49].
В 1980 году Генрих Рорер и Герд Бинниг, работавшие в исследовательском центре компании IBM в Цюрихе, построили сканирующий туннельный микроскоп (СТМ). Подобно тому, как слепой человек может создать в уме изображение чьего-то лица, проведя по нему пальцем, СТМ строит картину микроскопического атомарного рельефа, передвигая по нему крошечный стилус и записывая все движения вверх и вниз. В компьютерных изображениях, созданных благодаря этой информации, атомы выглядят как крошечные футбольные мячики или как апельсины, уложенные в коробки… Фактически очень похоже на то, как представлял их себе Демокрит более двух тысяч лет назад.
46
«The Apollo Astronaut Who Was Allergic to the Moon», Lucas Reilly (Mental Floss, 6 February 2017: http://mentalfloss.com/article/91628/ apollo-astronaut-who-was-allergic-moon).
47
«The Footprints at Laetoli», Neville Agnew and Martha Demas (http:// www.getty.edu/conservation/publications_resources/newsletters/10_1/ laetoli.html).
49
Теперь мы понимаем, что атомы состоят из еще более мелких компонент – электронов, протонов и нейтронов. Предполагается, что электроны на составные части не раскладываются, а чтобы создать протоны и нейтроны, требуются кварки. Тем не менее атомы по-прежнему можно рассматривать как основные строительные брикетики природы (по аналогии с составными элементами конструктора LEGO).