Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы - от кухни до космоса

Чайник служит контейнером для воды, придавая ее молекулам при нагреве (на огне или с помощью электричества) дополнительную энергию в форме колебаний на микроскопическом уровне. В результате они соударяются друг с другом на гораздо более высоких скоростях. Затем мы переносим эти «разгорячившиеся» молекулы воды в керамическую кружку. К сожалению, мы не можем видеть всех деталей всплеска молока при его добавлении в чашку с горячим чаем, хотя он происходит прямо у нас на глазах, потому что человек не в состоянии обрабатывать соответствующие сигналы с необходимой скоростью. Вы уже не можете видеть дно чашки, так как ранее частично прозрачная жидкость теперь стала непроницаема, поскольку свет отражается от миллионов крошечных капелек жира.

Проводя те или иные манипуляции с окружающим миром, мы даже не замечаем, что твердо стоим на полу благодаря действию силы земного притяжения, ведь в течение многотысячелетней эволюции наши тела привыкли к ее действию и научились успешно с ней справляться. Если бы сила земного притяжения была гораздо большей, то нам, наверное, понадобились бы более мощные ноги, а передвигаться на «своих двоих» стало бы куда труднее. Если бы сила земного притяжения была намного меньшей, то люди, вероятно, были бы выше, чем сейчас, но жизнь протекала бы медленнее, так как все падало бы значительно дольше. Когда мы поднимаем одну ногу, чтобы сделать шаг, мы полагаемся на действие силы тяжести, которая заставит нас падать вперед. Мы совершаем поворот вокруг стопы, опирающейся на землю, и к тому моменту, когда останавливаем свое падение вперед, поставив стопу шагающей ноги на землю, все наше тело сдвинется на один шаг вперед. Если бы не сила земного притяжения, мы не могли бы ходить. В процессе эволюции наши тела адаптировались к ее действию. Размеры и форма человеческого тела идеально приспособлены для ходьбы. Когда мы берем в руку чашку воды и направляемся к двери, мы пользуемся нашими телами как перевернутым маятником, попеременно ставя вперед то одну, то другую ногу и совершая на каждом шаге поворот вокруг опорной стопы и бедра. Ритм нашей ходьбы, определяемый качанием этого перевернутого маятника, влияет на воду в чашке, заставляя ее раскачиваться в том же темпе.

При ходьбе мы используем жидкость в нашей черепной коробке, которая помогает нам сохранять равновесие. Она раскачивается глубоко в крошечной полости внутреннего уха: продолжает раскачиваться, когда мы останавливаемся, и с некоторым запозданием начинает раскачиваться, после того как возобновляем ходьбу. Рецепторы, расположенные на стенках этой полости, передают соответствующую информацию в гигантскую нейронную сеть мозга, помогая нашему организму принимать решения о том, какие мышцы тела задействовать в каждый очередной момент времени.

Итак, мы добрались до двери, толкнули ее свободной рукой и вышли из дому.

Выйдя из дому, мы можем посмотреть сквозь невидимую атмосферу и увидеть окружающий мир. Наша планета – это система, состоящая из пяти взаимосвязанных компонентов: горных пород, атмосферы, океанов, льда и живой природы. Каждому из них присущи собственный ритм и динамика, но невероятное разнообразие, наблюдаемое на Земле, – это результат бесконечного движения, соединяющего все эти компоненты друг с другом. Одни и те же силы приводят их в движение, а сходства между ними можно обнаружить в самых неожиданных местах. Пока мы всматриваемся в окружающий мир сквозь невидимые молекулы воздуха, рядом с нами осуществляются интереснейшие процессы, о которых мы даже не задумываемся. Например, непрерывные взаимные перемещения воздушных масс. Воздух, нагретый зданием, из которого мы только что вышли, устремляется вверх, поскольку его плотность меньше, чем у окружающего воздуха. Высота столбов воздуха, поднимающегося от теплой земли, может достигать двух-трех километров, причем его поднятие на высоту одного километра, а также преодоление каждого очередного километра может занимать около пяти минут. В это же время холодный, более плотный воздух опускается под действием силы земного притяжения. Эти конвекционные потоки охватывают всю территорию, открывающуюся перед нами. Воздух никогда не пребывает в состоянии полного покоя.

Если силой своего воображения проникнуть в глубь Мирового океана, мы обнаружим там картину, аналогичную только что наблюдаемой в воздухе. Холодные и соленые воды Северной Атлантики устремляются вниз, по направлению к центру Земли, точно так же как это происходит с холодным и более плотным воздухом. Достигая океанского дна, воды растекаются в стороны и движутся так до тех пор, пока не прогреются или не смешаются с менее соленой водой и не устремятся снова вверх, к поверхности океана. В небе полный цикл поднятия и опускания воздуха занимает несколько часов. В океане полный цикл опускания и поднятия водных масс может занимать до четырех тысяч лет, причем за это время вода успевает обогнуть половину Земного шара.