Текст книги "Изобретения Дедала"

Автор книги: Дэвид Джоунс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 22 страниц)

Скрытые письмена

Дедал рассматривает загрязнение окружающей среды как бесценное национальное достояние. Он вспоминает, что историкам удается разобрать надписи на старинных пергаментах, сделанные одна поверх другой, и пытается разработать аналогичную методику анализа слоев копоти на стенах домов, свалок промышленных отходов, наслоений на дне старых каналов. Всякий производственный процесс сопряжен с выбросом определенных веществ, которые затем оседают в окрестностях. Поэтому тщательный химический анализ наслоений должен выявить, каким топливом пользовались и как его сжигали, какие применялись химические реактивы, смазочные материалы и т. д. Всякая приостановка производства, всякое изменение производственного процесса будут отражены в бесчисленных слоях, отложившихся на заброшенных фабричных корпусах или на стенах старинной ратуши. Современные микроскопические и микроаналитические методы позволят археологу прочитать эту драматическую летопись – если, конечно, ее прежде не уничтожат недальновидные блюстители чистоты. Дедал призывает бережно относиться к копоти на стенах старых заводов и железнодорожных тоннелей, к кучам шлака на заводских дворах: это кладези сведений об истории промышленного развития страны.

В частности, этот принцип можно использовать при изучении истории кулинарного искусства. Аромат, исходящий от кушаний, конденсируется на стенах в виде тонкого и душистого слоя жира. С течением времени на стенах кухонь и обеденных залов в безупречной последовательности накапливаются химические составляющие бесчисленных завтраков, обедов и ужинов. Быть может, их удастся даже подразделить по смене блюд при каждом застолье – от закусок до коньяка и сигар. Поскольку вкус каждого блюда определяется именно летучими веществами, в этих слоях содержится точная рецептура каждого блюда. Таким образом, тщательный химический анализ веществ, отложившихся на не чищенном сто лет потолке кухни французского отеля, может рассказать нам многое о вкусах знаменитых гурманов и творчестве легендарных поваров и даже позволит восстановить рецепты забытых блюд[34]34
  Дедал не упоминает об очень интересных работах по анализу состава льда в Антарктиде, который позволил определить время широкого применения фреона, ДДТ и других веществ. – Прим. ред.


[Закрыть].

New Scientist, May 7, 1970

Комментарий Дедала

Красивым примером хронологической последовательности загрязнений являются «воскресные камни» – отложения на трубах, по которым откачивали воду из старых угольных шахт. В воде постоянно содержалась белая известковая взвесь; во время рабочей смены в воду попадала также угольная пыль. Поэтому на срезе отложения, снятого со стенки трубы, рабочие смены отмечены отчетливыми черными линиями. В воскресенье шахта не работала, и этот день отмечен более широкой белой полосой.

«Воскресный камень» находится в музее города Ньюкасл-апон-Тайн. Шестидневная рабочая неделя в шахте из которой он извлечен, отмечена на срезе шестью полосами угольной пыли. Широкие белые полоски соответствуют воскресеньям, когда шахта не работает. Вторая серия полос внизу содержит только пять линий должно быть, в эту суббота местная футбольная команда играла на своем поле!

Хотя предложенный мной метод историографического исследования еще не был использован во всей его полноте, одно из моих предположений оказалось пророческим. Идею о том, что история промышленного развития страны может быть прочитана по отложениям на дне старинных каналов, с успехом развили Э. Гольдберг и его коллеги (Geochemical Journal, 10, 1977, p. 165; New Scientist, March 31, 1977, p. 757). Эти ученые решили исследовать ров вокруг императорского дворца в Токио. Подобраться к обители божественного смертного не так-то просто, но после долгой бюрократической волокиты Гольдбергу удалось получить керн со дна рва. Химический анализ слоев позволил восстановить историю загрязнений воздуха в Токио. Например, изменение содержания свинца и кадмия в слоях отражает увеличение интенсивности автомобильного движения, минимум содержания цинка и меди в период примерно 1955 г. может соответствовать переходу от послевоенной разрухи к мирному процветанию; высокое содержание углерода указывает на широкое использование каменного и древесного угля в качестве топлива. Итак, владельцы дворцов и замков, не мутите воду во рвах! Быть может, здесь еще пишутся ваши фамильные мемуары!

Усиление запахов

В помощь нашим органам чувств сконструированы различные приборы, например телескопы, микрофоны и другие устройства, однако до сих пор никто не изобрел усилитель запахов. Стремясь восполнить этот досадный пробел, Дедал предлагает новую конструкцию – «Меганос» фирмы КОШМАР. Это несложное устройство напоминает хобот и подсоединяется к носу человека. Засасываемый вентилятором окружающий воздух подается струей на бесконечную ленту, охлаждаемую до температуры жидкого воздуха, и все летучие вещества конденсируются на ней. Движущаяся лента проходит мимо нагревателя, где летучие вещества вновь испаряются и попадают в трубку, через которую подается воздух для дыхания. Поскольку объем воздуха, из которого сконденсированы пахучие вещества, в тысячи раз больше объема воздуха, поступающего для дыхания, концентрация этих веществ в воздухе, попадающем в нос человека, в тысячи раз выше, чем в окружающем воздухе. Столь огромное усиление (его можно еще повысить, увеличив число каскадов) откроет для человека совершенно новый мир запахов[35]35
  «Усилитель запахов» усиливает только те запахи, которые обусловлены летучими веществами. Однако он не способен усилить аэрозольную компоненту запаха, которая иногда бывает значительной (см. [23]). – Прим. ред.


[Закрыть]. Войдя в комнату, мы сразу по характерным для каждого индивидуума запахам узнаем, кто в ней находится, кто здесь был раньше и как долго. Тотчас можно будет определить, кто забыл закрыть кран и что притащила кошка с улицы в дом. Даже слабый запах перегретой электропроводки или течь в газовых трубах удастся быстро заметить и предотвратить несчастье.

Сложнее, однако, определить местонахождение источника запаха. Дедал предлагает использовать для этой цели двухканальный «Меганос», подключаемый раздельно к правой и левой ноздре. Это позволит создать доселе не известный эффект «стереозапаха», который поможет нам мгновенно определить источник самых слабых ароматов. Нет сомнения, что такое соединение собачьей остроты нюха с человеческим разумом создадут серьезную угрозу для преступников, которые не могут не оставить улик в виде запахов на месте преступления. Но, с другой стороны, и запах полиции будет слышен издалека…

New Scientist, September 21, 1972

Усилитель запахов «Меганос» фирмы КОШМАР.

Макроприставка к «Меганосу».

Еще раз о зрении в инфракрасном диапазоне

Глаз человека способен различать цвета от красного до фиолетового. Однако видимые цвета радуги занимают лишь узкий участок в оптическом спектре. Большая часть оптического спектра лежит за пределами возможностей человеческого зрения – в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Дедал вспоминает историю об ученом-спектроскописте, который при аварии потерял хрусталик глаза. Прописанные ему очки обладали прозрачностью в ближней УФ-области, и профессор получил возможность видеть в УФ-свете. Например, он мог на глаз настраивать УФ-спектрометры, что принесло ему широкую известность среди коллег. Этот рассказ навел Дедала на мысль, что сетчатка глаза способна воспринимать широкий спектр ИК– и УФ-излучений и мешает ей только непрозрачность для этого излучения остальной части глаза. В этой связи Дедал вспоминает слуховую иллюзию «искусственного баса». Дешевые проигрыватели с маленькими динамиками не могут воспроизводить низкие частоты, поэтому их изготовители намеренно вводят в усилитель интермодуляционные искажения. Человеческое ухо в силу нелинейности своего восприятия слышит биения между высшими гармониками как «искусственный бас», который на самом деле не воспроизводится громкоговорителем. Соответственно Дедал предлагает проделать аналогичный фокус с глазом. Современная лазерная техника вполне позволяет получить луч света, цвет которого периодически меняется, скажем, от желтого до оранжевого с частотой, соответствующей частоте света в ИК-диапазоне, – другими словами, промодулировать видимый свет сигналом с частотой ИК-диапазона. Такой луч беспрепятственно дойдет до сетчатки; обладая нелинейной чувствительностью, сетчатка продетектирует его и выделит ИК-сигнал. Таким образом будет получен совершенно новый цвет – пределы чувственных восприятий человека будут значительно расширены.

Дедал не в состоянии вообразить (да и разве это можно выразить словами!), как будет выглядеть инфракрасный цвет. Нет сомнения, однако, что самые привычные объекты предстанут перед нами в совершенно «новом свете». Живопись, реклама, декоративное искусство засверкают новыми, доселе неведомыми красками.

New Scientist, May 29, 1969

Комментарий Дедала

Эта заметка вызвала поток писем в журнал, в которых читатели высказывали свое мнение относительно того, могут ли дешевые проигрыватели создавать иллюзию «искусственного баса» и если могут, то делается ли это за счет интермодуляционных искажений или за счет генерации новых гармоник; намеренно ли создаются искажения в усилителе или изготовители просто умело пользуются недостатками дешевой аппаратуры и т. п. Задним числом я сообразил, что лазерный луч следовало бы модулировать не по частоте, а по амплитуде: для детектирования АМ-сигнала от детектора требуется лишь амплитудная нелинейность, в то время как для детектирования ЧМ-сигнала детектор должен иметь характеристику, нелинейную как по амплитуде, так и по частоте. Однако ухо человека с успехом детектирует также и частотно-модулированные звуковые колебания: ухо, как и глаз, обладает нелинейностью обоих типов. На самом деле, все органы чувств имеют логарифмическую характеристику чувствительности, что позволяет им работать в огромном диапазоне интенсивностей (законы Фехнера, Вебера).

История о человеке, который, потеряв хрусталик глаза, получил способность видеть УФ-свет, была позднее подтверждена в письме в журнал Science (204, 1979, р. 454). Его авторы Д. Давенпорт и Дж. Фоли из Калифорнийского университета в городе Санта-Барбара пишут: «Люди, которым грозит необходимость удаления хрусталика из-за катаракты, часто относятся к своему будущему с тревогой. Этим людям, и в особенности нашим коллегам по профессии, мы хотим сказать: «Не огорчайтесь! Ваши возможности познания мира так расширятся, что вы не можете этого даже представить».

Неожиданным благоприятным последствием операции по удалению хрусталика является также усиление яркости и чистоты наблюдаемых цветов. Особенно подчеркиваются синие тона; доходят до сетчатки и УФ-лучи. УФ-излучение сетчатка поглощает непосредственно (оно воспринимается как фиолетовый цвет), под его воздействием она также флюоресцирует в видимом спектре, создавая ощущение зеленовато-синего цвета. Используя очки или лупу, на сетчатке глаза, лишенного хрусталика, можно получать резкие изображения предметов с различной степенью увеличения. Профессор Давенпорт (он познал все это на собственном опыте) был, вероятно, одним из немногих посетителей выставки сокровищ Тутанхамона, которым приходилось снимать контактные линзы, чтобы лучше разглядеть экспонаты.

Позднее я коснулся этой проблемы еще раз, предложив способ наблюдать окружающий мир в инфракрасном свете без использования модулированного освещения. Преобразователи инфракрасного изображения в видимое недавно были с успехом использованы в астрономии (см. обзор Дж. Фалька в журнале Laser Focus, 15(10), 1979, p. 72), но по-видимому, они найдут и более впечатляющие применения.

Дедал размышляет над тем фактом, что удаление хрусталика нередко приводит к значительному улучшению цветового зрения по сравнению с нормальным и даже позволяет видеть УФ-свет. Это означает, что сетчатка глаза обладает чувствительностью в очень широком спектральном диапазоне, и только хрусталик не пропускает ИК– и УФ-излучення. В поисках способа сделать глаз прозрачным для ИК-излучения Дедал вспоминает о принципе лазерного гетеродинирования, с успехом примененного недавно в астрономических исследованиях. Инфракрасное излучение астрономического объекта проходит через кристалл ниобата лития или тиоарсенида серебра, который одновременно облучается лазером, работающим в видимом диапазоне. Названные кристаллы обладают нелинейными оптическими свойствами, поэтому в них происходит модуляция одного луча другим, и выходной сигнал представляет собой видимый свет, промодулированный частотой ИК-излучення от астрономического источника. Это позволяет использовать для ИК-излучения обычные методы регистрации, применяемые для видимого света, а также получать заметное усиление сигнала.

Воодушевленные такими результатами, специалисты фирмы КОШМАР пытаются создать специальные очки на основе кристаллов ниобата лития. Чтобы излучение лазера не попадало в глаз, потребуются тщательная фильтрация его и строгое согласование фаз излучения. Однако эти сложности вполне оправданны: в результате ИК-излучение, модулирующее несущий сигнал видимого диапазона, сможет пройти через глаз и достигнуть сетчатки. Там сигнал будет продетектирован благодаря общей нелинейности характеристики зрительной чувствительности, и инфракрасное излучение станет видимым: самые обычные объекты предстанут в совершенно новых, немыслимых красках. Дело в том, что немногие химические соединения имеют видимую окраску; однако почти все вещества обладают специфическими спектральными характеристиками в ИК-диапазоне. Поэтому обладатель новых «инфраочков» получит способность различать химический состав по тонким оттенкам «инфрацвета». Соль, сахар, мел, мука будут иметь отчетливо различимую окраску; крепость джина и водки можно будет определить на глаз, так что разбавлять или подделывать продукты станет просто невозможно.

New Scientist, April 9, 1981

Вибротрамвай

Большинство транспортных средств нуждаются в амортизирующих подвесках, обеспечивающих плавность движения. Исключение составляют аппараты на воздушной подушке (АВП), но за мягкость хода им приходится расплачиваться необходимостью непрерывно перекачивать огромный объем воздуха. Поэтому Дедал пытается сконструировать новый вид транспорта, занимающий промежуточное положение между колесным транспортом и АВП. Машина Дедала (прототипом которой послужил вибро транспортер) имеет вместо колес особые полозья, или «башмаки», установленные по всей длине аппарата и совершающие быстрые вертикальные колебания, так что транспортное средство перемещается вперед как бы быстрыми короткими прыжками. Если башмаки будут достаточно упругими (например, сделанными из той замечательной резины, которая используется для изготовления детских мячиков), то потери энергии окажутся небольшими и мощность, затрачиваемая на передвижение, будет невелика.

Скорости нового транспорта, который можно рассматривать как логическое развитие принципа детской «палки-скакалки», не будут ограничены разрывающими шины центробежными силами; поступательное движение его обеспечивается за счет горизонтального перемещения полозьев в момент их касания поверхности дороги. Аналогичный принцип можно применить и для изменения направления движения, хотя наиболее эффективным будет, видимо, рельсовый вариант. Для торможения достаточно просто выключить вибраторы. Нагрузка на поверхность дороги не превысит обычную. Если выбрать частоту вибраций порядка нескольких сотен герц, то при каждом прыжке транспорт сможет преодолевать расстояние всего в несколько сантиметров; вначале Дедал рассчитывал, что такая частота вибраций окажется незаметной для пассажиров. Затем, однако, он сообразил, что из-за постоянной вибрации пассажиры не смогут удерживаться на сиденьях или стоять на полу – им придется беспомощно скользить, как на льду. Поэтому кузов вибровагона придется устанавливать на специальных амортизаторах, гасящих вибрации.

New Scientist, November 10, 1966

Из записной книжки Дедала

Допустим, что в опытном образце нашего транспортного средства вибрации будут осуществляться с частотой 50 Гц – обычной частотой промышленного переменного тока. (Быть может, эта частота несколько маловата, но зато она позволит нам использовать для испытаний какой-нибудь списанный трамвай). Тогда при каждом прыжке движения вверх и вниз займут по 0,01 с. За 0,01 с падающий предмет проходит путь h = 1/2gt² = 1/2 × 10 × 0,01² = 5 × 10^-4 м = 0,5 мм.

Это означает, что амплитуда колебаний вибраторов может быть совсем небольшой. Однако при такой амплитуде башмаки не смогут преодолевать неровности пути, превышающие 0,5 мм, поэтому для подобного транспорта больше всего подходит рельсовая колея. При каждом толчке вибраторы должны сообщать транспортному средству вертикальную скорость, равную

Если наш аппарат имеет массу 1 т (10³ кг) и совершает 50 прыжков в секунду, то расход мощности составит Р = 0,5mv²f = 0,5 × 10³ × 0,1² × 50 = 250 Вт. Это небольшая мощность, особенно если учесть, что значительная часть энергии будет экономиться благодаря упругой подвеске. Очевидно, что затраты энергии на удержание такого транспортного средства во «взвешенном» состоянии ничтожны по сравнению с затратами на его поступательное движение, причем их можно еще снизить, увеличив частоту вибраций.

Скорость. Для движения со скоростью 47 км/ч (13 м/с) при 50 прыжках в секунду за каждый прыжок необходимо покрывать расстояние в 13/50 = 0,26 м = 26 см. Считая, что вибраторы находятся в контакте с поверхностью в течение 10% продолжительности прыжка, находим, что горизонтальное перемещение вибратора должно составлять 2,6 см. Быть может, следует применить два типа вибраторов: вибраторы с малой амплитудой будут удерживать аппарат во «взвешенном» состоянии, а вибраторы с большой амплитудой – приводить его в движение. Можно также применить вибраторы одного типа, предусмотрев возможность изменения их угла наклона.

Млеко забвения

Дедал размышляет над тем удивительным фактом, что память человека хранит все события его жизни. Гипнотизер может вызвать воспоминания о давно забытых детских переживаниях. Это значит, что мозг, подобно отъявленному бюрократу, собирает в своем «архиве» абсолютно все – просто на всякий случай. Проводя аналогию с ЭВМ, можно заключить, что незанятый объем памяти постоянно уменьшается. С возрастом информация начинает откладываться там, где должна производиться ее обработка, поэтому сила воображения и способность мыслить постепенно ослабевают. Когда же память заполняется до предела, считает Дедал, человек умирает. Старики, которые помнят события далекого прошлого, но забывают, что было вчера, явно пытаются отдалить свой конец, отказываясь запоминать новую информацию.

Дедал вспоминает, что основу механизма памяти, как и всех прочих функций человеческого мозга, составляют так называемые синапсы – области контактов нейронов друг с другом и с клетками исполнительных органов. Сигнал, передаваемый от клетки к клетке, имеет химическую природу. По команде нейрона соответствующее нервное окончание выделяет особое химическое вещество-передатчик, которое вызывает генерацию нервного импульса в другой клетке. Новые нервные импульсы, распространяясь по нервным волокнам, вызывают в свою очередь возбуждение все новых нервных клеток. Механизм действия транквилизаторов обычно состоит в том, что молекулы этих веществ блокируют действие веществ-передатчиков; некоторые такие лекарства оказывают нежелательное побочное действие на память. Предлагаемое Дедалом средство против старческого маразма – «млеко забвения» – содержит молекулы, которые по своему действию напоминают молекулы транквилизаторов, но обладают гораздо более высокой активностью и не просто временно блокируют специфические рецепторные участки, а полностью выводят из строя рецепторы, чувствительные к определенному веществу-передатчику. Это вызывает полное стирание отдельных участков памяти, и блокированный синапс может действовать снова, используя новое вещество-передатчик. (В мозге имеется много различных веществ-передатчиков, и каждый синапс, по-видимому, может использовать любое из них.) Жизненно важная информация многократно дублируется и в различных видах хранится в разных отделах мозга. Поэтому «млеко забвения» не уничтожит основных знаний, приобретенных человеком, хотя и будет производить сразу после приема ошеломляющее действие. Забудется только всевозможная чепуха, бесполезно загружающая нашу память. Так что человек до самого последнего мгновения своей жнзни будет, как говорится, оставаться в здравом уме и полной памяти.

New Scientist, May 10, 1979

Из записной книжки Дедала

Предположим, что мозг, как большинство ЭВМ, запоминает как программы, так и информацию в одном и том же виде и в одном и том же блоке. В таком случае чем больший объем занимает информация, тем меньше места остается для программирования и обработки. Очевидно, что рано или поздно наступает момент, когда мозг перестает справляться с накопленной информацией.

Следствия из теории Дедала

а. Избыток новых впечатлений в старческом возрасте может быть губительным. Старики нередко умирают, когда в их жизни происходит крутой перелом: смерть супруга, выход на пенсию, помещение в дом престарелых и т. п. Быть может, забывчивость и старческое слабоумие играют в таких случаях роль защитных факторов.

б. Согласно одной любопытной гипотезе, во сне происходит кодирование и упорядочение полученной за день информации таким образом, чтобы она занимала возможно меньший объем памяти. Люди, лишенные сна, становятся раздражительными и рассеянными – нельзя ли здесь провести аналогию со старческим маразмом? Интересно, что скажут по этому поводу психологи.

в. Весь лечебный эффект терапии электрошоком (ТЭШ) может заключаться в том, что эта процедура приводит к потере памяти. Удар электрического тока «отбивает» целые участки памяти и освобождает место для обработки информации. Известно, что важная информация продублирована в различных участках мозга (достаточно вспомнить опыты, в которых крысы, обученные ориентироваться в лабиринте, не теряли этой способности, когда у них удаляли тот или иной отдельный участок мозга). А всякий вздор, вроде меню прошлогодних завтраков, хранится, по-видимому, в каком-то одном месте. Поэтому электрошок освобождает память в основном от ненужных мелочей, хотя иногда он приводит к поражению одновременно всех участков мозга, содержащих какую-то важную информацию; в таком случае у пациента наблюдаются провалы в памяти.

Можно ли придумать лучшее средство для «очистки» памяти, чем электрошок? По всей видимости, нейрофизиологи считают, что память кодируется в синапсах, где аксон передающей клетки прилегает к телу приемного нейрона. Информация кодируется как вероятность того, что импульс от передающей клетки приведет в конечном счете к возбуждению приемной клетки. Синапс можно привести в состояние готовности к повторной записи информации, если заблокировать действие конкретного вещества-передатчика, используемого в данном синапсе для передачи возбуждения, – тогда синапс воспользуется другим веществом-передатчиком. Больше всего для такого блокирования подошла бы молекула, подобная молекуле-передатчику, которая способна занимать соответствующие рецепторы и блокировать их. Так мы могли бы избирательно выводить из строя определенное вещество-передатчик, а не весь мозг, как при электрошоке.

Случайная мысль. Считается, что действие транквилизаторов основано на блокировании действия определенных веществ-передатчиков. Поскольку транквилизаторы подавляют эмоции, не нарушая при этом процессов восприятия или мышления, можно предположить, что мозг кодирует различные категории информации (заботы, факты, убеждения и т. п.) с помощью различных веществ-передатчиков. Если это действительно так и если за хранение тривиальной информации несет ответственность какое-то одно вещество, можно было бы совершенно избирательно стирать малоценную информацию, блокируя действие именно этого вещества-передатчика. Мысль, конечно, чересчур смелая, но замечательная!