Карл Саган - Миллиарды и миллиарды: Размышления о жизни и смерти на рубеже тысячелетий

• Название: Миллиарды и миллиарды: Размышления о жизни и смерти на рубеже тысячелетий
• Автор: Карл Саган
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2017
• ISBN: 978-5-9614-4746-0

Это последняя книга известного ученого и популяризатора науки Карла Сагана. В свойственной ему доходчивой и наглядной манере Саган показывает, как знания в области естественных наук и математики применяются в нашей повседневной жизни, а также рассматривает важнейшие проблемы, связанные с окружающей средой и будущим человечества. Сфера его интересов широка и разнообразна: он легко переходит от вопроса изобретения шахмат к возможности жизни на Марсе, от истоков нашего пристрастия к футболу к взаимоотношениям между США и Россией, от глобального потепления к дебатам о праве женщины на аборт. В последнем эссе, которое автор писал, борясь со смертельным недугом, представлены его откровения относительно любви к семье и личного отношения к смерти и Богу.

---

Кстати говоря…

Идея деления атомного ядра впервые пришла в голову венгерскому физику-эмигранту Лео Сциларду в Лондоне в сентябре 1933 г. Его занимал вопрос о том, дано ли человеку высвободить колоссальную энергию, заключенную в ядре атома. Что произойдет, если направить нейтрон в ядро? (Из-за отсутствия электрического заряда нейтрон не будет отталкиваться положительно заряженными протонами и столкнется с ядром.) Пока ученый ждал зеленого сигнала светофора на перекрестке Саутгемптон-роу, его осенило, что может существовать некое вещество, какой-то химический элемент, атом которого при соударении с одним нейтроном испускает два! Каждый из этих двух нейтронов может выбить еще по паре нейтронов из других атомов… И перед мысленным взором Сциларда предстала картина цепной ядерной реакции – лавинообразный процесс экспоненциального размножения нейтронов и распада атомных ядер. Тем вечером в маленьком номере отеля Strand Palace он рассчитал, что лишь несколько килограммов вещества, если бы удалось вызывать в нем управляемую цепную реакцию, могли бы целый год снабжать энергией небольшой город… Или мгновенно уничтожить этот город, если бы вся эта энергия выделилась одномоментно. Впоследствии Сцилард эмигрировал в США и начал методично перебирать химические элементы в поисках такого, атомы которого при бомбардировке нейтронами излучают больше нейтронов, чем с ними сталкивается. Уран показался ему многообещающим. Сцилард убедил Альберта Эйнштейна написать ставшее знаменитым письмо президенту Рузвельту с призывом как можно скорее создать в США атомную бомбу. Сцилард возглавил первый успешный эксперимент по делению урановых ядер, поставленный в Чикаго в 1942 г., который и стал первым шагом на пути к созданию ядерного оружия, и всю оставшуюся жизнь пытался раскрыть человечеству глаза на опасность чудовищной силы, которую сам же выпустил на свободу. Так Лео Сцилард открыл для себя мощь экспоненциального роста.

* * *

У каждого из нас двое родителей, четверо бабушек-дедушек, восемь прародителей, 16 прапрародителей и т. д. С каждым переходом на поколение назад число предков по прямой линии удваивается. Аналогии с легендой о персидских шахматах очевидны. Допустим, поколения сменяются каждые 25 лет. Тогда 64 поколения укладываются в 64 × 25 = 1600 лет (столько лет назад Древний Рим приблизился к своему краху). Выходит, каждый из ныне живущих должен был иметь в 400 г. н. э. около 18,5 квинтиллиона предков (см. врезку)? Причем без учета родственников по боковым линиям. Но это намного больше всего населения Земли, тогдашнего и нынешнего, намного больше суммарного числа когда-либо живших людей. Где же ошибка? В предпосылке, что все наши прямые предки – разные люди. Разумеется, это не так. К одному и тому же предку восходит множество линий наследования. С каждым мы соединены многими пересекающимися родственными связями. По мере продвижения вглубь времен число пересечений становится огромным.

Это относится ко всему человечеству. Достаточно углубившись в прошлое, можно найти общего предка любых двух людей на Земле. Всякий раз, как избирается новый президент США, кто-нибудь – как правило, в Англии – непременно находит его родственные связи с британской королевой. Считается, что это объединяет носителей английского языка. У двух представителей одного народа или этноса или уроженцев достаточно изолированного региона, имеющих документированную генеалогию, найти общего предка не проблема. Но даже если следы его теряются в дали времен, он обязательно есть. Все мы родичи – абсолютно все, живущие на Земле.

РАСЧЕТ ВОЗНАГРАЖДЕНИЯ, КОТОРОЕ ШАХ ДОЛЖЕН БЫЛ ВЫПЛАТИТЬ ВИЗИРЮ

Давайте подсчитаем, сколько же зерен пшеницы нужно было поместить на шахматную доску из персидской легенды. Не пугайтесь, это не сложно!

Следующий изящный ход позволит нам получить практически точный результат.

Показатель степени говорит, сколько раз мы умножили число 2 само на себя. 22 = 4, 24 = 16, 210 = 1024 и т. д. Пусть S – общее количество зерен на доске, от одного зернышка на первой клетке до 263 на 64-й. Тогда, очевидно:

S = 1 + 2 + 22 + 23 +… + 262 + 263.

Просто умножив на два обе части уравнения, приведем его к виду:

2S = 2 + 22 + 23 + 24 +… + 263 + 264.

Вычтем первое уравнение из второго:

2S – S = S = 264 – 1.

Это и есть ответ.

Чтобы представить размер этого числа, перейдем к обычной десятичной записи. 210 – это примерно 1000, или 103 (с разницей в 2,4 %). Таким образом, 220 = 2(10 × 2) = (210)2 = примерно (103)2 = 106, что есть 10, взятые шесть раз, т. е. миллион. Аналогично, 260 = (210)6 = примерно (103)6 = 1018. Тогда 264 = 24 × 260 = около 16 × 1018, или 16 с восемнадцатью нулями – 16 квинтиллионов зерен. Точный расчет дает 18,6 квинтиллиона.

* * *

Еще один яркий пример геометрической прогрессии связан с понятием так называемого периода полураспада. Радиоактивный «материнский» элемент, допустим, плутоний, распадается в дочерний элемент, обычно менее опасный. Это не моментальный процесс, он протекает во времени по определенному закону. Через известный промежуток – период полураспада – распадется половина атомов. Оставшиеся продолжат делиться, по прошествии еще одного такого же временного интервала половина их также распадется и т. д. Например, при периоде полураспада, равном году, половина имеющегося количества атомов распадется через год, половина оставшейся половины, или четверть исходного количества, – через два года, одна восьмая от начального числа – через три года, одна тысячная – через 10 лет и т. д. У каждого элемента свой период полураспада. Этот показатель приходится учитывать при решении проблемы хранения отработавшего топлива АЭС или при расчете радиоактивного заражения местности в ходе ядерной войны. Это пример экспоненциального уменьшения, противоположный представленному в персидской легенде экспоненциальному росту.

Радиоактивный распад лежит в основе основного метода археологической датировки. Если измерить содержание в образце двух радиоактивных материалов – материнского и дочернего, являющегося результатом его распада, – то можно оценить возраст образца. Благодаря этому методу мы узнали, что так называемая Туринская плащаница не погребальные пелены Христа, а поддельная реликвия XIV в. (когда она была обнародована церковными иерархами), что гоминиды устраивали стоянки с кострами миллионы лет назад, что самым древним ископаемым останкам живого существа, найденным на Земле, по меньшей мере 3,5 млрд лет, а самой Земле 4,6 млрд лет. Разумеется, космос еще на миллиарды лет старше. Если вы понимаете, что такое геометрическая прогрессия, многие тайны Вселенной открываются перед вами.

Зная лишь качественные характеристики какого-то явления, вы не двинетесь далее самого общего представления о нем. Количественная характеристика – определенный числовой параметр, отличающий его от бесчисленного множества других феноменов, – первый шаг к подлинному познанию. Вы начинаете постигать красоту этого явления, скрытые в нем возможности и закономерности. Боязнь цифр равносильна добровольному отказу от гражданских прав, поскольку вы сами себя лишаете одного из самых действенных инструментов постижения и изменения мира.

Глава 3 Диванные охотники

Охотничий инстинкт возник на… очень раннем этапе эволюции человека. Инстинкты охотника и воина имеют множество проявлений… Именно потому, что кровожадность является крайне примитивным элементом нашей природы, ее так трудно искоренить, особенно в случаях, когда предвкушается удовольствие от битвы или охоты.

– Уильям Джеймс. Психология. Глава XXIV (1890 г.)

Это выше нас! Каждую осень в воскресенье и понедельник по вечерам мы бросаем все дела и смотрим, как 22 фигурки на экране бегают друг за другом, падают, толкаются и пинают овальный предмет, сшитый из звериной шкуры. Каждый новый поворот в игре ввергает как бегающих игроков, так и сидящих зрителей то в экстаз, то в отчаяние. По всей Америке люди (почти исключительно мужчины), прилипнув к экранам, в один голос вопят от восторга или бормочут проклятия. Со стороны это выглядит глупо. Но стоит заразиться этой болезнью, и она вас уже не отпустит – знаю по собственному опыту.

Спортсмены бегают, прыгают, наносят удары, обходят друг друга, кидают, отбивают и отбирают мяч. Наблюдая за людьми, проделывающими все это с таким совершенством, испытываешь трепет. Они борются и валят друг друга с ног. Все их силы и стремления направлены на то, чтобы схватить или отбить быстро движущийся коричневый или белый предмет. В одних играх они стремятся забить этим предметом так называемый «гол», в других убегают и возвращаются на «базу». Командная работа – залог успеха, и нас восхищает умение действовать вместе как единое целое.