Карл Саббаг - Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

• Название: Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки
• Автор: Карл Саббаг
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Научпоп
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-91678-144-1

Есть детские вопросы, на которые не каждый взрослый ответит: почему ночью небо темное? почему мы не проваливаемся сквозь пол? кто изобрел колесо? почему зеркало меняет местами только лево и право, а не верх и низ? Карл Саббаг подробно разбирает эти и многие другие загадки (да-да, загадки, причем Большой Науки!), и не просто разбирает, а легко, доходчиво, с хорошим юмором рассказывает об окружающих нас чудесах физики, химии, биологии, психологии и даже космологии. Вот еще вопросы: как работает Гугл? можно ли увидеть нейтрино? что такое пятый вкус, о котором никто не знает, кроме японцев? обижаются ли на нас собаки? кто был автором первого в истории мультфильма? Интересно? При чтении этой книги будет еще интереснее! Потому что именно с такой целью она и писалась: напомнить нам, что мир вокруг таинствен и удивителен.

Карл Саббаг (р. 1942) — британец палестинского происхождения, писатель, журналист, телевизионный продюсер. Автор многих научно-популярных книг, документальных фильмов и научно-популярных телесериалов.

---

Самые первые телефоны, появившиеся в продаже в 1877 году, состояли из деревянного ящичка с отверстием, в которое была вставлена мембрана. Она вибрировала под действием электрического тока, возбужденного голосом абонента, который находился на другом конце провода. Чтобы услышать этот голос, нужно было прижать ухо к отверстию, а для ответа требовалось повернуть голову и говорить в то же отверстие. Причем чтобы пользоваться этим новым изобретением, от говорящего требовался не просто громкий, а оглушительный голос. Как писал в те времена один очевидец: «Владельцы телефонов держали в руках аппарат как бомбу с часовым механизмом… и кричали в отверстие на пределе возможностей легких, так что в шести или даже в десяти кварталах (если ветер дул в правильном направлении) их было слышно и без всякого телефона».

Поначалу телефоны продавались парами, чтобы соединить две определенных точки — например, чей-то рабочий кабинет с домом. Но вскоре стало очевидно, что новое изобретение принесет больше пользы, а также больше прибыли производителям, если удастся соединить аппараты в общую многопользовательскую систему, — тогда любой владелец аппарата мог бы поговорить с любым своим собратом. Однако этим примитивным, хотя и эффективным устройствам не хватало одного важного качества, без которого сейчас невозможно представить ни одну телефонную сеть, — у них отсутствовал механизм оповещения о том, что вам звонят.

Если вы подходите к телефону и на другом конце провода кто-то есть, то вы можете с ним поговорить — в ином случае устройство бесполезно. Поначалу владельцы телефонов пытались исправить этот недочет, постукивая по мембране карандашом. Но хрупкий материал не выдерживал такого обращения, и мембрану часто приходилось менять. Или, как вариант, можно было очень громко кричать в телефон в надежде, что человек, с которым вы хотите поговорить, окажется поблизости от аппарата и услышит исходящие от него слабые попискивания.

Так продолжалось до тех пор, пока уже не изобретатель телефона Александр Грэм Белл, а его помощник Томас Огастус Уотсон придумал встраивать в аппарат колокольчик, который начинал звенеть, если кто-то пытался выйти на связь. Это было заметное усовершенствование, если бы не один недостаток — нельзя было сделать личный звонок. Пользователи одной из первых телефонных сетей в Торонто, чтобы дозвониться кому-то, сначала должны были поговорить с оператором, а тот в свою очередь начинал обзванивать все телефоны, входившие в сеть. Владелец каждого из аппаратов вынужден был подойти к телефону, чтобы узнать, не ему ли адресован этот звонок, а если нет — правила вежливости предписывали отойти от аппарата, хотя на деле никто не мог помешать любопытному телефоновладельцу постоять рядом и послушать чей-то интересный разговор.

Итак, когда какой-нибудь абонент желал с кем-либо поговорить, начинали звонить все телефоны города. Вот что писал об этом Томас Диксон Локвуд[69], автор книги «Практическая информация для телефонистов» (1882): «Непрерывный звон колокольчиков, каким бы мелодичным он ни был сам по себе, пусть даже сладкозвучным, как “Корневильские колокола” [популярная в те времена оперетта], стал напоминать монотонное дребезжание, утомлявшее уши, истосковавшиеся по тишине и покою». Наконец было найдено решение, позволявшее оператору направлять звонки конкретным абонентам, хотя по-прежнему оставалась масса абонентов со «спаренными линиями», то есть тех, кто делили линию с другими владельцами телефонов.

Теперь нужно было придумать устройство, которое позволяло бы людям направлять свои звонки самостоятельно, а не через оператора. Такое устройство появилось, поскольку его изобретатель, владелец похоронного бюро Алмон Браун Строуджер (1839–1902), не доверял местной телефонистке и не хотел, чтобы звонки проходили через нее. Она была женой его конкурента, и Строуджер подозревал, что звонки скорбящих родственников, адресованные ему, эта телефонистка перенаправляет своему супругу.

Его изобретение получило название «искатель Строуджера». Теперь абонент, желая дозвониться, должен был «выступать» кнопкой цифры набираемого номера, по-еле чего контактный рычаг подъемного-вращательного искателя на телефонной станции передвигался на одну из ста позиций — этого было достаточно, поскольку абонентов в зоне действия телефонной станции насчитывалось немного.

Строуджер разбогател, а в 1902 году в его похоронном бюро раздался телефонный звонок. Номер «выступала» жена изобретателя: Строуджер умер и семье требовались ритуальные услуги.

Сколько в Чикаго фортепианных настройщиков?

Такой вопрос любил задавать в ходе лекций своим чикагским студентам знаменитый физик Энрико Ферми (1901–1954), дабы продемонстрировать, что люди могут ответить на вопрос, не имея для этого достаточной компетенции и знаний, а просто высказав догадку, базирующуюся на обычных допущениях.

Он доказал, что целый ряд научных вопросов может быть решен при наличии небольшого количества элементарных знаний (а на деле — путем догадки), если руководствоваться одним простым правилом. Взяв в качестве примера вопрос о настройщиках, Ферми показывал, как можно использовать самые приблизительные предположения о численности населения, о доле в нем людей, владеющих пианино и роялями, а также о том, как часто нужно настраивать инструменты, чтобы найти приблизительный ответ. Затем он убеждал студентов, что тем же способом можно приблизиться к верным ответам на самые разные научные вопросы, например: какова масса Земли? какие люди ходят быстрее: высокие или низкие? какая часть съеденной пищи требуется для физического труда и какая — для поддержания жизни в организме? какова общая масса всех учеников в вашей школе или коллег в вашем офисе? сколько клеток в человеческом организме? Подобные вопросы получили общее название «вопросы Ферми» и часто используются в педагогике.

Итак, зададимся вопросом, который не требует сведений ни о Чикаго, ни о клавишных музыкальных инструментах: сколько лет жизни в среднем теряет курильщик? Возможно, вы проворчите: «Ну вот, вместо Чикаго и инструментов от меня теперь потребуются знания о раке, продолжительности жизни и прочих подобных вещах». Но ведь мы повседневно впитываем самую разную информацию из прессы, благодаря чему можем строить достаточно обоснованные научные предположения.

Допустим, вас силой заставляют ответить на этот вопрос, приставив к затылку пистолет или загоняя под ногти иголки. Каким образом вы попытаетесь спасти свою жизнь или пальцы?

Должно быть, вы знаете, что курение убивает не само по себе, а повышая вероятность рака и сердечно-сосудистых заболеваний, а эти заболевания обычно развиваются после пятидесяти. Вы знаете также, что большинство людей проживает не более восьмидесяти лет. Так что ответ должен находиться где-то в промежутке от 0 до 30. Он равнялся бы нулю, если бы эта вредная привычка не укоротила бы ни одну жизнь, и тридцати, если бы каждый курильщик умирал в день своего пятидесятилетия. Очевидно, что нулю ответ не равняется, иначе не было бы самой проблемы и мы не задавались бы этим вопросом. Так что корректнее будет сказать, что минимальный ответ — 1 год, а максимальный — 30 лет.

Итак, у вас есть то, что математики называют верхней и нижней границами (см. главу «А все началось с обеда…»), — 30 и 1. А теперь в игру вступает то самое простое правило, о котором я упоминал выше: вам нужно вычислить среднее геометрическое между верхней и нижней границами. Для этого следует умножить верхнюю и нижнюю границы друг на друга и извлечь из произведения квадратный корень: 1 × 30 = 30, а квадратный корень из 30 будет порядка 5,5.

Использовав эти нехитрые фрагментарные знания — или, проще говоря, догадки, — мы получили некий ответ: 5,5. На самом деле правильный ответ — 6,5, так что мы были не так уж далеки от истины.

Есть еще один совет, который может пригодиться, когда имеешь дело с вопросами Ферми. Число π можно округлить до 3, в сутках может быть 25 часов, каждый взрослый весит около 65 килограммов, шар с диаметром D имеет примерно тот же объем, что и куб со стороной D, и так далее. Подобные округления и приближения могут оказаться довольно полезными, а иногда результаты прикидок даже взаимно компенсируются.

Получить ответ, настолько близкий к правильному, как 5,5 к 6,5, — это не просто счастливое совпадение. Используя подобную методику, можно получить число, которое ученые называют правильным порядком величины. Это означает, что ваш ответ будет отличаться от правильного не более чем на порядок. На первый взгляд не слишком многообещающий итог, и в обычной жизни от таких результатов действительно мало толку. Вам хочется знать размеры своей зарплаты, пенсии, свой вес и прогноз лечения гораздо точнее, но в науке порой хоть какой-нибудь ответ лучше, чем совсем никакого.