Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки - Карл Саббаг

Итак, пока аналогия с человеком работает — ну хотя бы отчасти. Однако бактерии обладают одним качеством, которого у людей нет, и именно оно позволяет защитному механизму распространиться как можно быстрее и охватить как можно большее количество особей. Бактерии могут передавать свои способности собратьям в рамках одного и того же поколения, не дожидаясь, пока появится потомство, получившее эти способности от рождения. К примеру, бактерии могут передавать соседним бактериям индивидуальные гены при простом физическом контакте. А еще они могут оставлять кусочки ДНК в окружающем пространстве, чтобы другие бактерии их подобрали. И наконец, вирусы, связанные с определенными бактериями, могут переносить защитные гены, присущие одной бактерии, и «заражать» ими другие бактерии.

Снова обратимся к аналогии с людьми: это как если бы люди, не обладающие иммунитетом к пулям, смогли бы мгновенно приобрести его, поцеловав того, у кого такой иммунитет есть, или вдохнув его с воздухом, или «заразившись» молекулами ДНК, некогда принадлежавшими устойчивым к пулям людям, а теперь плавающими в окружающем пространстве.

Может показаться, что эти удивительные способности бактерий были приведены в действие трудами ученых-медиков, но на деле имеется более простое объяснение. Судя по всему, бактерии всегда умели вырабатывать подобные способы защиты, поскольку некоторые микроорганизмы ради выживания производят свои собственные антибиотики и соответственно должны быть устойчивы к их действию.

Рост устойчивости бактерий к антибиотикам неизбежен и неостановим. Каждый год американские врачи выписывают пациентам до 100 миллионов рецептов на антибиотики, причем часто при заболеваниях типа гриппа, вызываемых вирусами, которые нечувствительны к антибиотикам. Тем не менее другие бактерии в организме больного гриппом в процессе лечения вырабатывают иммунитет к антибиотикам, а значит, позже, когда этот человек подхватит бактериальную инфекцию, антибиотики окажутся бесполезны. Даже такое простое действие, как слишком раннее прекращение приема антибиотиков, может привести к размножению выживших бактерий с их новообретенной защитой, что в дальнейшем осложнит лечение подобных заболеваний.

Всякая всячина

Корабль, который чинит сам себя

Во времена Второй мировой войны самым крупным судном, бороздившим морские просторы, был «Куин Мэри» (Queen Магу), его длина составляла 310,7 метра, а водоизмещение — 81237 тонн. В те времена требовались большие авианосцы — чем больше, тем лучше, — позволяющие взлетать и садиться самым разным самолетам, так что, когда английский инженер, журналист и разведчик Джеффри Пайк (1893–1948) объявил о своих планах дешевого и быстрого строительства корабля, который был бы в два раза длиннее и в три раза шире «Куин Мэри», адмирал флота Луис Маунтбеттен (если полностью, то Луис Френсис Альберт Виктор Николас Маунтбеттен, 1-й граф Маунтбеттен Бирманский, 1900–1979) живо заинтересовался проектом и захотел его выслушать.

Пайк оказался эксцентричным мужчиной в потрепанной одежде, который в 1920-е годы сколотил состояние на торговле металлами, а потом все потерял и переключился на изобретательство. В 1939 году он снарядил команду гольфистов в тур по нацистской Германии — якобы для участия в соревнованиях; на самом же деле цель была иной: Пайк хотел выяснить, что думают простые немцы о нацистах, — он надеялся, что Гитлер будет шокирован, узнав, какие чувства на самом деле испытывает его народ. В августе 1939 года гольфисты зачехлили клюшки, рассовали по карманам мячи и вернулись домой с весьма интересной информацией, но было уже слишком поздно, и предотвратить войну не удалось.

Подготовленные Пайком чертежи авианосца подразумевали использование материала, изобретенного его другом — биохимиком Максом Фердинандом Перуцем (1914–2002), позже получившим Нобелевскую премию (1962) за другие изыскания. Пайк скромно назвал новый материал пайкеритом, может быть, потому, что это благозвучнее, чем перуцерит. Пайкерит был довольно прост, он представлял собой смесь 86 % льда и 14 % древесных опилок. Пайк продемонстрировал, что добавление древесной массы превращает лед в «суперлед», который противостоит пулям и ударным нагрузкам, к тому же он может быть с легкостью нарезан на блоки разной формы.

Дальнейшая история гласит, что граф Маунтбеттен настиг тогдашнего премьер-министра Уинстона Черчилля прямо в ванной комнате, где время от времени проводились важные военные совещания, и бросил кусочек пайкерита в ванну, чтобы продемонстрировать его прочность.

Несмотря на всю странность материала (и его изобретателя), Маунтбеттен официально утвердил проект по разработке и испытаниям нового материала с конечной целью использовать его для строительства огромных кораблей с заманчивой способностью к самопочинке после торпедных атак — для этого планировалось использовать находящиеся на борту холодильники и морскую воду. Пайк даже предлагал при помощи этого оборудования разбрызгивать сверхохлажденную воду на вражеские корабли, чтобы их люки сковало льдом, а команда замерзла до смерти.

В течение года или чуть дольше проект продолжал развиваться: испытания шли в сверхсекретной лаборатории в Лондоне, а также на корабле-прототипе на озере Патриция в Альберте, Канада. Однако в ходе войны технологии вооружения двигались вперед так быстро, что вскоре огромные левиафаны наподобие авианосцев из пайкерита (так и не построенных) стали не нужны: увеличилась дальность полетов авиации, немецкий подводный флот был разгромлен и ходили слухи о появлении принципиального нового оружия, атомной бомбы, которая должна была положить конец войне.

Пережив после войны вспышку изобретательской активности, давшую миру энергосберегающий способ тяги товарных поездов — их должны были тащить за собой мужчины на велосипедах, — Пайк впал в уныние. Всё происходящее в мире, отвергающем его блестящие идеи, не внушало ему надежд, и в 1948 году изобретатель покончил с жизнью.

Кнуты, фолы и крекеры

Если бы вас попросили составить список «самых превратно понимаемых и неправильно трактуемых предметов в нашей культуре», вряд ли вы поставили бы на одно из первых мест кнуты. Более того, если вы наткнетесь на статью о кнутах, где автор пишет, что он «в долгу у Э. Конуэя и П. Креля[57] и благодарит их за предоставленные фотографии кнутов», то еще, пожалуй, решите, что читаете не серьезную научную публикацию, а порнографический журнал «Кнуты и порка». А ведь на деле обе приведенные выше цитаты содержались в докладе, опубликованном в авторитетном научном журнале «Physical Review Letters»[58].

Дело в том, что один математик из университета Аризоны решил изучить, как щелкает кнут. Еще в начале XX века ученые высказали предположение, что щелкающий звук раздается, когда кончик кнута — он называется фол — преодолевает звуковой барьер. Проведенная впоследствии высокоскоростная фотосъемка показала, что фол испытывает ускорение в 50 000 g. Человек при подобном ускорении чувствовал бы себя так, будто весит 3000 тонн.

Ален Горьели[59] подозревал, что щелчок кнута действительно сродни сверхзвуковому хлопку, но хотел детально разобраться, как возникает подобный эффект. От существовавших на тот момент объяснений не было никакой пользы. Один ученый утверждал, что сужение кнута к концу вызывает ускорение волны, возникающее, когда человек резко опускает рукоять, а чрезвычайно тонкая, почти с волос толщиной оконечность фола (именуемая крекером), мол, настолько легка, что движется со скоростью звука. Другой возражал, что это не может являться причиной, поскольку его расчеты с использованием такой величины, как импульс силы, показали: кончик кнута должен двигаться с той же скоростью, с какой был приведен в движение сам кнут. Другие ученые, взяв за основу расчетов иную величину, момент импульса (представим себе клюшку для гольфа, чье движение от момента замаха до удара ускоряется), получили совсем иные результаты.

«Цель [этой статьи], — писали Горьели и его соавтор Тайлер Макмиллен, — заново проанализировать динамику кнута и согласовать все эти, на первый взгляд противоречащие друг другу аспекты: связь между сверхзвуковым хлопком и скоростью кончика кнута, эффект сужения к концу, граничные условия, роль энергии, импульс силы и момент импульса».

Эта статья, испещренная математическими формулами, гуляет по таким темам, как классический критерий Куранта-Фридрихса-Леви — необходимое условие устойчивости численного решения некоторых дифференциальных уравнений, движение ускоряющейся гибкой границы в сверхзвуковом потоке и скорость распространения звука в коже.

(Здесь необходимо небольшое отступление — одной единой скорости звука не существует. Она изменяется в зависимости от среды, в которой распространяются звуковые волны. Так, в воздухе звук распространяется со скоростью 330 метров секунду, а в коже медленнее — со скоростью 220 метров в секунду. Кроме того, ученые недавно установили, что скорость звука в лунных породах намного ниже, чем в земных, и подозрительно близка к скорости звука в сыре.)