Простые вопросы. Книга, похожая на энциклопедию - Владимир Антонец

Самое мелкое существо на Земле — микоплазма — имеет массу 10–13 г, а самое крупное — голубой кит — весит около 100 т (108 г). Разница составляет 21 порядок. Это поистине космическая величина. Она, собственно, и предопределяет богатство форм жизни.

Так наука отвечает на вопрос о связи между размерами животного, устройством, работой его организма и способами выживания в окружающей среде. Примерно так и называется одна из классических книг крупнейшего американского физиолога норвежского происхождения Кнута Шмидта-Нильсена «Размеры животных: почему они так важны?».

Житейский же вопрос о том, почему слоны большие, мы задаем потому, что слоны больше нас. Но и мы, оказывается, довольно крупные млекопитающие. И наш размер, так же как и размер слонов, соответствует найденной нами нише выживания.

Зачем собакам нужен хозяин?

Убеждение, что собакам нужен хозяин, основано на часто (но не всегда!) наблюдаемой привязанности и преданности собак, а также на том, что сам человек воспринимает себя как хозяина. Но хозяин — это чисто человеческая, социально-психологическая категория, и она не может быть автоматически перенесена на собак, поскольку социально-психологическая жизнь собак сильно отличается от человеческой. Точный ответ на этот вопрос дают науки, называемые зоопсихологией и этологией.

Основоположником зоопсихологии стал знаменитый русский дрессировщик Владимир Дуров. Он создал совершенно новый метод дрессировки, основанный на развитии способностей и склонностей животного к различным действиям. Для этого Дуров изучал психологию разных животных и способы их поощрения. Потом из этих действий конструировал сценки, которые зрители интерпретировали в своих привычных понятиях и обычно смеялись или умилялись. Со временем Дуров начал читать лекции по зоопсихологии.

Этологию же, науку о поведении животных, создал австрийский ученый Конрад Лоренц, лауреат Нобелевской премии 1973 года. Основы этологии Лоренц заложил в работах, выполненных незадолго до Второй мировой войны. Он продолжал работать над ними и во время службы в армии, и даже в советском плену. Там ему приходилось писать гвоздем, смоченным в растворе марганцовки, на бумаге от цементных мешков. Но самое поразительное, что эти записи ему (в такое-то время!) позволили вывезти из Советского Союза.

Вот как Лоренц объясняет все многообразие собачьих характеров, основанных на двух разных источниках преданности. В истории было два периода одомашнивания собак. Древние домашние собаки восходят к шакальим. Их приручение привело к тому, что зависимость щенка от матери, характерная для детства, стала распространяться на всю собачью жизнь. Собака из шакальих воспринимает своего хозяина как родителя.

Второй, более поздний период одомашнивания связан с продвижением человека на север. В это время его уже сопровождают зависимые от него домашние собаки. За счет скрещивания в их жилы попадает кровь волчьих. Это многое меняет.

В детстве их преданность имеет ту же природу, что и у шакальих, — зависимость от родителя. Когда наступает взросление, эта зависимость проходит, и вот уже время вписаться в стаю. Волки, в отличие от шакалов, не едят падаль, они охотники и вне стаи выжить не могут. Поэтому волк должен либо стать вожаком, либо подчиниться и стать беззаветно преданным вожаку и безоговорочно поддерживать членов стаи, соблюдая, однако, иерархию. Собака с преобладанием волчьей крови воспринимает хозяина либо как вожака (если он сумеет занять такую позицию в переходном возрасте собаки), либо как члена стаи с иерархией выше или ниже собачьей.

Когда мы решаем завести собаку, должны задуматься, какую роль нам предстоит играть. Сможем ли быть заботливым, терпеливым родителем? Сможем ли стать вожаком? Справимся ли с этой ролью? Какое место в иерархии достанется нашим близким?

Таким образом, точный ответ на вопрос, зачем собаке нужен хозяин, таков: ей нужен либо заботливый родитель, либо вожак. В этом случае и человек сможет чувствовать себя хозяином собаки. Если же ему достанется лишь статус члена стаи, то почувствовать себя хозяином вряд ли получится.

Почему спички горят?

Вообще-то, горят не только спички. Мы знаем, что горят и толстые поленья, и тоненькие нитки. Но нитка легко гаснет. Правда, и толстое полено легко гаснет, но причины этому совсем разные.

Дело в том, что горение — это химическая реакция соединения вещества (в данном случае — органического) с кислородом. И чтобы реакция началась, нужно, чтобы горючее вещество было подогрето до определенной температуры. Например, бумага загорается при температуре примерно 260℃. Если мы поджигаем ниточку, она легко гаснет, потому что дуновение ветра уносит тепло и соседний участок не успевает нагреться до температуры воспламенения. Из-за этого реакция горения прекращается. И толстое полено не горит потому, что собственного тепла не хватает для его прогрева, так как отношение площади его поверхности к объему недостаточно велико. И лишь в определенном диапазоне размеров и свойств горючего вещества пламя может непрерывно поддерживаться и распространяться вокруг горючего стержня.

Спички были изобретены во Франции в 1805 году. Главной проблемой оказалось подобрать удобную химическую реакцию, при которой выделяется достаточно тепла для воспламенения деревянной палочки. Поначалу головку спички, сделанную из бертолетовой соли и сахара с камедью, предлагалось макать в пузырек с концентрированным раствором серной кислоты. Это было неудобно и опасно. Потом в 1827 году английский аптекарь Джон Уолкер придумал серные спички, которые зажигались о наждачную бумагу, а в 1866 году появились безопасные «шведские» спички, использующие красный фосфор.

О пропорциях деревянной палочки никто особенно не задумывался. А между тем процесс горения не так прост. Если мы повернем спичку так, чтобы пламя было внизу, оно будет продвигаться быстрее, чем на спичке пламенем вверх. Это связано с тем, что кислород по-разному поступает в зону горения.

Теоретическое исследование процессов горения сделал академик Яков Зельдович во время работы над атомной бомбой. Он был выдающимся и многосторонним ученым, хотя и не имел официального высшего образования. За работы по атомной тематике он получил три звезды Героя Социалистического Труда.

Примерно в то же время английские биофизики Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли, отслужившие всю войну в армии, работали над изучением распространения нервного импульса в гигантском аксоне кальмара. Они получили очень похожие уравнения. Это открытие в 1963 году было удостоено Нобелевской премии.

С физической точки зрения процессы горения и распространения нервного импульса оказались очень близкими: нервный электрический импульс распространяется по нервному волокну, как огонек по спичке или бикфордову шнуру. Но главное чудо оказалось в том, что работа ансамблей нервных клеток в мозгу также подчиняется похожим, хотя и несколько более сложным уравнениям. Оказалось, что процессы, определяющие переработку информации в мозгу, имеют много общего с процессами горения.

Мы задумались о такой простой вещи, как горение спички. Чтобы спичка горела, необходимо соблюдать определенные пропорции между ее диаметром, концентрацией кислорода в окружающей среде, теплотворностью горючего материала и общей теплопроводностью воздуха и материала спички. Но оказалось, что эти сведения важны и для понимания процессов переработки информации в нервной системе и мозге. Так уж удивительно устроен мир, и такая вот неожиданная вещь — наука.

Почему спутники не падают на Землю?

Ответ на этот вопрос дают еще в школе. При этом одновременно обычно еще и объясняют, как возникает невесомость. Все это настолько не соответствует интуиции, основанной на опыте земной жизни, что плохо укладывается в голове. И поэтому, когда школьные знания выветриваются (есть даже такой педагогический термин — «остаточные знания»), люди опять недоумевают, почему же спутники не падают на Землю и внутри космического корабля во время полета возникает невесомость.

Между прочим, если мы сможем ответить на эти вопросы, то одновременно проясним для себя, почему Луна не падает на Землю, а Земля, в свою очередь, не падает на Солнце, хотя сила притяжения Солнца, действующая на Землю, огромна — примерно 3,6 млрд млрд тонн. Кстати, человека массой 75 кг Солнце притягивает с силой около 50 г.

Движение тел с очень высокой точностью подчиняется законам Ньютона. Согласно этим законам два взаимодействующих тела, на которые не влияют никакие внешние силы, могут находиться в покое друг относительно друга, только если силы их взаимодействия уравновешиваются. Нам удается неподвижно стоять на земной поверхности, потому что сила земного притяжения в точности компенсируется силой давления поверхности Земли на поверхность нашего тела. При этом Земля и наше тело деформируются, благодаря чему мы и ощущаем тяжесть. Если, например, мы станем поднимать какой-то груз, то ощутим его тяжесть через напряжение мышц и деформацию тела, посредством которого груз опирается на землю.