Текст книги "Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки"

Автор книги: Карл Саббаг

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 18 страниц)

Чтобы удостовериться, что новые методы лечения, основанные на медицинских теориях, срабатывают так, как и было рассчитано, ученые проводили также и другие испытания, включая операции на колене и на позвоночнике.

Естественно, возникает вопрос: если после «фиктивных» операций людям становится лучше, то почему бы не ввести их в медицинский обиход, точно так же, как некоторые врачи дают пациентам сахарные таблетки, если есть хоть малейший шанс, что это принесет облегчение? Однако для таких нововведений нужна новая эра честности и правды в отношениях «доктор – пациент». Врач, знающий, что он предлагает пациенту плацебо, но старающийся это скрыть красивыми речами: «Сейчас я дам вам эту странную на вид и яркую таблеточку под названием “Увебинфуледиум”, и вы сразу почувствуете себя лучше», – обычно и без того вызывает у пациента подозрения. А ведь если речь идет не просто о фальшивой таблетке, а о целой операции, обман будет куда серьезнее – и дороже.

Подставляя ноги рентгеновским лучам

Когда я прихожу к зубному врачу, чтобы сделать снимок, на меня надевают свинцовый фартук, а врач и ее ассистентка, направляя на мой зуб небольшую дозу рентгеновского излучения, сами отходят подальше. В наши дни любой врач прекрасно знает, что радиация опасна и даже небольшая доза облучения повышает риск возникновения рака.

Помню, как в детстве я ходил вместе с мамой за новыми ботинками и разглядывал рентгеновский аппарат, который в те времена стоял в торговом зале любого уважающего себя обувного магазина. Я ставил ступни на мощный источник рентгеновского излучения, отделенный только тоненьким листом алюминия, а потом приближал глаз к окуляру и рассматривал ногти и кости в ногах прямо сквозь примеряемые ботинки. Там также были предусмотрены дополнительные окуляры для продавца и мамы, так что мы все могли насладиться зрелищем и убедиться, что мне не суждено стать калекой из-за плохо подобранной обуви. Зато я имел все шансы стать калекой из-за радиации, вызывающей самые разные заболевания, ведь дозы облучения там были куда выше, чем дозволено нынешними нормами для столь пустяковых целей. На деле эти аппараты были не более чем аттракционом, повышающим продажи, – на дворе была эпоха атомной энергии, сулившей бесплатное электричество и полеты в космос на ракетах с ядерными двигателями, поэтому все связанное с наукой априорно считалось благом.

Реклама активно пропагандировала эти аппараты, адресуя их прежде всего родителям – вот таким, например, образом:

Их ноги прослужат им всю жизнь

Берегите здоровье их ног, правильно подбирая обувь. Чтобы помочь убедиться, что обувь подходит, ведущие обувные магазины используют рентгеновский аппарат «ADRIAN». Будь то ветеран продаж с двадцатилетним опытом примерок или вчерашний школьник, который устроился на работу две недели назад, рентгеновский аппарат «ADRIAN» поможет любому подобрать для вашего ребенка идеально сидящую пару обуви.

Дама-рентгенолог, недавно написавшая работу, посвященную этим аппаратам, пришла в ужас, узнав, какое количество радиации они испускали в пространство:

«Излучение не просто проходило через ноги к рентгеноскопическому экрану, оно проникало выше, в голову, щитовидную железу и глаза покупателя. Не сказать, чтобы конструкция аппаратов была удачной. Даже части тела, не подвергавшиеся облучению напрямую, могли получить ощутимую дозу рассеянной радиации».

Рентгенолог привела диаграмму, демонстрирующую, что граница излучения проходила чуть ли не в метре от аппарата, и подытожила: «Если хотите почувствовать себя неуютно, посмотрите на диаграмму и представьте, какая доза облучения накопилась бы в ваших половых железах, если бы вы просто стояли рядом».

Ведь в рентгеновских лучах «купались» не только дети. Продавцы, по восемь часов в день находившиеся в непосредственной близости от аппаратов, должны были получать куда большие дозы, особенно когда они засовывали руки прямо в поток излучения, чтобы поправить обувь во время примерки. А ведь были еще и другие покупатели, сидевшие на соседних стульях и ожидавшие своей очереди. В инструкции по установке аппарата говорилось: «Рекомендуем располагать машину максимально близко к центру зала, чтобы до нее одинаково легко было добраться из любой точки. Разумеется, она должна быть расположена лицевой стороной к дамскому и детскому отделам, поскольку именно на них приходится львиная доля продаж».

В 1950-х годы, после взрывов атомных бомб в ходе Второй мировой войны и выбросов радиации при ядерных испытаниях, наконец заговорили о вреде радиации, и в некоторых штатах Америки использование этих аппаратов запретили, а к 1963 году они и вовсе канули в прошлое.

Но до этого аппараты использовались повсеместно, а заболевания, приписываемые радиации, могут быть вызваны также массой других факторов, поэтому невозможно определить наверняка, насколько вредоносна эта техника была в действительности (за исключением единственного задокументированного случая, когда одна фотомодель получила настолько серьезные лучевые ожоги, что ей пришлось ампутировать ногу). Но менее серьезные последствия облучения, скорее всего, проявились гораздо позже и затерялись среди общего числа онкологических заболеваний, отмеченных на протяжении последующих лет. В 2002 и 2007 годах медики зафиксировали случаи очень необычной разновидности рака стопы, который они приписывают воздействию рентгеновского облучения в обувном магазине полувековой давности.

Стволовая болезнь

«Стволовые клетки» – один из тех модных терминов, которые постоянно мелькают в заголовках статей о новостях науки, а между тем никто толком не знает, что это словосочетание обозначает. С одной стороны, стволовые клетки вроде как дают надежду на избавление от всех известных болезней, а с другой, они уже стали для политиков одной из самых щекотливых тем, поскольку подразумевают использование тканей человеческих зародышей, а значит, затрагивают вопросы морали и этики.

Если оставить в стороне их терапевтическую или этическую значимость, стволовые клетки подразумевают необычайно замысловатое решение проблемы, которая не давала ученым покоя уже много лет. Каждая жизнь начинается с одной-единственной оплодотворенной клетки, которая впоследствии развивается в функционирующий организм с сотнями различных типов клеток – и все это за счет клеточного деления. Из той первоначальной клетки образуются две новых, из двух клеток получаются четыре, и так далее, до тех пор пока мы не получим полноценную человеческую особь, способную есть и переваривать пищу, двигаться и расти, мыслить и размножаться.

Клетки печени в сформировавшемся организме весьма существенно отличаются от мозговых клеток, а клетки желудка – от клеток крови, но все они происходят от одного и того же типа клеток, известных как стволовые – имеется в виду ствол воображаемого «растения», на котором они все растут. Ядро стволовой клетки содержит всю информацию, необходимую для формирования клеток любого типа, которые впоследствии понадобятся организму. Это похоже на библиотеку, где много разных залов, а в каждом зале куча стеллажей. В одном зале хранятся практические пособия, описывающие, как сформировать мышцы и управлять ими; в другом содержатся схемы нервных клеток и информация, как создавать и передавать электрические импульсы; в третьем находятся все инструкции, нужные для того, чтобы образовать целый реестр клеток, связанных с кровеносной системой, включая клетки, отвечающие за иммунитет, и красные кровяные тельца.

На ранних стадиях развития эмбриона стволовые клетки просто самовоспроизводятся и множатся. Одна «библиотека» порождает другую, с точно таким же набором стеллажей и пособий. Но на определенном этапе стволовые клетки начинают воспроизводить более специализированные клетки, которые объединяются в блоки идентичных клеточных структур и дают начало телу с узнаваемой формой и функциями.

Когда стволовая клетка превращается в другой тип – это как если бы кто-то пришел в библиотеку и запер все двери, ведущие во все залы, кроме одного – например, с инструкциями по изготовлению клеток печени. С этого момента библиотека самовоспроизводится все так же, с запертыми дверями, и это продолжается в течение всей жизни организма. Хотя библиотека по-прежнему содержит инструкции, относящиеся ко всем типам клеток, потомки этой клетки будут иметь доступ лишь к весьма ограниченному количеству полок – тех, где хранится информация по изготовлению клеток печени.

Такой механизм может показаться неудобным и громоздким. Почему бы просто не избавиться от генов, отвечающих за все остальные функции, чтобы будущие клетки печени обладали только той информацией, которая необходима им для работы? Во-первых, потому, что клетки на разных стадиях своего существования выполняют разные задачи, поэтому они должны обладать способностью время от времени открывать некоторые запертые залы и консультироваться с хранящимися там пособиями – особенно на тех стадиях, когда организм претерпевает изменения: переход от младенчества к детству, от детства к юности, от юности к зрелости и так далее. Во-вторых, оказывается, даже специализированным клеткам в процессе жизнедеятельности может понадобиться доступ к другой информации.

А может быть, дело еще и в том, что проще разработать и запустить один стандартный механизм деления клеток, копирующий все от и до, но приложить к нему другие механизмы, которые позже помогут определить, какие гены надо активировать.

Ученые надеются использовать феномен стволовых клеток для лечения заболеваний двумя способами.

Первый путь такой. Можно взять здоровые зародышевые стволовые клетки с их способностью образовывать клетки любого типа и придумать, как имплантировать их людям, в чьих телах имеются дефектные клетки, вызывающие хронические заболевания, например болезнь Паркинсона. Эта болезнь связана с наличием в мозгу некоего типа дефектных нервных клеток. Если стволовая клетка сможет превратиться в здоровую копию клетки того же типа, то болезнь можно победить. Нужно только добиться, чтобы стволовые клетки открыли те «залы», где хранятся пособия, описывающие необходимый тип мозговых клеток, – в этом случае, когда их пересадят, они обеспечат поставку недостающего ингредиента, необходимого для исцеления пациента.

Есть также другой тип стволовых клеток, имеющийся у взрослых. В нем заперты некоторые, но не все «залы», поэтому клетка знает, как произвести на свет новые клетки взамен тех, что износились или уничтожены в результате травмы; среди доступных вариантов – клетки сердца, кровеносных сосудов, костей и хрящей. Поскольку этот тип клеток тоже содержит в памяти инструкции по изготовлению всех остальных типов клеток, ученые надеются со временем научиться перепрограммировать их, чтобы отпереть закрытые «залы» и воспроизводить и другие типы клеток.

В заключение хотелось бы отметить, что каждаяклетка на самом деле снабжена инструкциями по изготовлению любой другой клетки, но, в отличие от стволовых клеток, пока не найдено ни единого способа отпереть эти инструкции. Как если бы замки на дверях залов проржавели насмерть или залиты суперклеем. Однако наверняка придет день, когда даже это препятствие будет преодолено, и тогда стволовые клетки выполнят свою задачу и положат начало целому ряду операций с клетками, в результате которых можно будет взять абсолютно любую клетку и превратить ее в любую другую.

Сопротивление бесполезно

Новые достижения в медицине – это не всегда размеренные шаги на пути к некоему конечному состоянию безупречного здоровья. Некоторые изобретения – например, талидомид [56]56
  Снотворное. При приеме во время беременности вызывает врожденные уродства плода. (Прим. перев.).


[Закрыть]или лечение недоношенных младенцев кислородом – не только решают проблемы, но и создают новые. Одно из главных медицинских достижений XX столетия привело к едва ли не крупнейшему провалу в медицине XXI века, и все из-за «сообразительности» бактерий, которые идут на шаг впереди даже самых сообразительных ученых-медиков.

Открытие антибиотиков изменило существовавшие прежде методы борьбы с инфекциями. Два типа бактерий, повинных в значительной части всех человеческих инфекционных заболеваний: стафилококки и стрептококки, – были практически в одночасье взяты под контроль благодаря изобретению и началу производства пенициллина, а вскоре и других антибиотиков. В конце 1940-х и в течение 1950-х годов были изобретены сульфаниламиды, стрептомицин, левомицетин, тетрациклин – названия этих лекарств, созданных для уничтожения целого ряда болезнетворных организмов, более или менее знакомы любому современному человеку.

Но уже на первых порах ученые начали замечать, что некоторые штаммы бактерий, которые вроде были обречены на гибель новыми препаратами, не только выжили, но еще и процветают. Вскоре после того, как антибиотики вошли в медицинский обиход, стало казаться, что болезнетворные микроорганизмы способны выработать защиту против любого лекарства, которое было создано специально, чтобы их уничтожить.

Что бы вы сказали, если бы появление огнестрельного оружия всего за одно поколение привело к формированию у людей иммунитета к смерти от выстрела? Но ведь именно это и происходит с некоторыми бактериями. По мере разработки все новых лекарств, направленных против устойчивых штаммов, бактерии создают все новые способы защиты. Началось настоящее соревнование между бактериями и учеными, и к концу XX века бактерии стали одерживать верх.

На данный момент около 70 % бактерий, вызывающих инфекции среди пациентов больниц, устойчивы как минимум к одному из широко распространенных антибиотиков. Едва ли не самая неприятная и проблемная бактерия – это разновидность стафилококка, которая успешно противостоит нескольким разным антибиотикам. Она называется «метициллин-устойчивый золотистый стафилококк» и способна распространяться по помещениям больницы, заражая особо восприимчивых и уязвимых пациентов.

Но что означает слово «устойчивость» по отношению к бактериям и как она возникает?

Способы, найденные бактериями, чтобы успешно противостоять усилиям производителей лекарств, обязаны своим возникновением изобретательности эволюции. Поскольку бактерии размножаются очень быстро, то и эволюционный процесс у них протекает в ускоренной форме. В лабораторных условиях бактерия типа стафилококка может делиться и производить на свет очередное поколение каждые два часа, тогда как для появления нового поколения людей требуется около тридцати лет. Если миллионы этих бактерий столкнутся с новым лекарством и хотя бы у одной из них при делении клетки возникнет мутация, дающая устойчивость к этому препарату, то остальные бактерии погибнут, а потомки этой продолжат жить и процветать, и вскоре данный тип станет доминирующим, а то и единственным оставшимся штаммом. На этом этапе лекарство становится бесполезным.

Но опять же, что такое в данном случае «устойчивость»? Что происходит при мутации?

Есть как минимум три способа защиты, к которым могут прибегнуть только что мутировавшие бактерии. Давайте вернемся к аналогии с людьми, обладающими «иммунитетом к пулям».

Если бы у людей развилась устойчивость к огнестрельному оружию, сходная с устойчивостью бактерий к антибиотикам, это могло бы произойти как минимум тремя путями. Во-первых, у нас могли бы появиться некоторые биологические приспособления, блуждающие прямо под кожей, которые перехватывали бы пулю при соприкосновении ее с телом и дробили бы ее на множество безвредных кусочков. Во-вторых, похожий механизм мог бы быстро развернуть пулю и отослать ее в обратном направлении – она просто отскочила бы от тела. В-третьих, мы могли бы обзавестись кожей нового, пуленепробиваемого типа. Эти три способа аналогичны тому, как бактерии справляются с антибиотиками, прежде чем те успеют причинить им вред.

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]57
  Эндрю Джон Конуэй – автор книги о кнутах, которая так и называется: «Книга кнута» (The Bullwhip Book, 2000). Петер Крель – немецкий физик, автор многих научных статей об ударных волнах и монографии «История ударных волн, взрывов и столкновений» (2008). ( Прим. ред.).


[Закрыть]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]58
  Physical Review Letters («Письма в физическое обозрение») – один из самых престижных журналов в области физики. Публикуется Американским физическим обществом с 1958 года. (Прим. ред.).


[Закрыть].

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]59
  Доктор Ален Горьели больше не работает в университете Аризоны. Он был приглашен в Оксфордский университет и занял пост директора Оксфордского центра объединенной прикладной математики в качестве профессора математического моделирования. ( Прим. ред.).


[Закрыть]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.)

Статья ученых из Аризоны, судя по всему, дает окончательный ответ на вопрос, что происходит при щелчке кнута. Пока другие ученые подсчитывали, что крекер кнута якобы движется в воздухе со скоростью звука и порождает сверхзвуковой хлопок, Горьели доказал: самая быстрая часть кнута – это петля, образующаяся при резком движении руки, которая держит кнут; она движется со скоростью, вдвое превышающей скорость звука. Физический процесс формирования петли напоминает движения хвостика сперматозоида, направляющегося к яйцеклетке, хотя никто никогда не измерял мизерные сверхзвуковые хлопки, сопровождающие это перемещение.

Есть старая загадка: «Какая часть машины движется в два раза быстрее самой машины?» Ответ: «Верхние части колес». Нижняя часть колеса хоть на миг да оказывается неподвижной (допустим, машина в данный момент не скользит), ось движется вперед со скоростью, скажем, 60 километров в час, в таком случае верхняя часть колеса должна двигаться со скоростью 120 километров в час. Точно так же, когда петля кнута движется от рукояти до кончика, ее верх развивает вдвое большую скорость. А поскольку кончик кнута сужен, петля по мере движения от более широкой к более узкой части ускоряется, причем ее скорость может в 30 раз превышать изначальную.

Как это часто происходит в науке, найденный ответ порождает новый вопрос. А что, если хлопок мокрого полотенца – тоже результат превышения скорости звука? В 1993 году группа школьников из Северной Каролины сделала высокоскоростные снимки краешка хлопающего полотенца и доказала, что, когда возникает хлопок, полотенце действительно движется быстрее звука. Оставим в стороне тот вариант, что это, скорее всего, был просто удобный повод похлестать друг друга полотенцами; в любом случае впоследствии возникло подозрение, что предмет, которым «хлопали» школьники, вряд ли был простым полотенцем, – похоже, его соорудили после того, как первая попытка преодолеть звуковой барьер при помощи полотенца провалилась. В докладе, который подготовили школьники, упоминается, что они «изготовили новое, более длинное полотенце из куска хлопковой простыни». Очень похоже на то, что горе-исследователи просто подтасовали результаты. Возможно, доктору Горьели пора в очередной раз прийти на помощь науке. Уж он-то точно рассчитает скорость распространения звука в полотенцах.

Пожалуй, самая неожиданная идея, возникшая при изучении сверхзвуковых хлопков, касается одного из видов динозавров – апатозавров (больше известно их устаревшее название – бронтозавры), которые, возможно, щелкали хвостом как кнутом, чтобы произвести сверхзвуковой хлопок и тем самым передать сигнал другим динозаврам. Длина тела апатозавтра составляла около 30 метров, и половина этой длины приходилась на хвост. Тот, кому доводилось видеть в музее скелет крупного динозавра с сохранившимся хвостом, наверняка замечал, что позвонки к концу хвоста делаются все меньше и меньше, прямо как кнут. Смоделировав ситуацию на компьютере, ученые пришли к выводу, что волна, проходящая по такому хвосту, могла достигать скорости 2000 километров в час, а этого достаточно, чтобы устроить сверхзвуковой хлопок, по громкости не уступающий выстрелу корабельной пушки. Это предположение подтверждается самим видом позвонков на кончике хвоста – той его части, которая движется быстрее всего и испытывает наибольшую нагрузку. Позвонки как будто сплавились в единое целое – вероятно, в результате регулярно повторяющихся нагрузок при преодолении звукового барьера. Эта теория содержит вдобавок еще одно интересное предположение: самцы динозавров могли использовать сверхзвуковой хлопок для привлечения партнерши. Примерно у половины найденных на сегодняшний день скелетов апатозавров хвостовые позвонки были сросшимися. А благодаря недавно найденным в Вайоминге двум скелетам – самца и самки – выяснилось, что такой анатомической особенностью обладал только самец.

В чем разница между гипотезой и теорией?

Если вы выстроите костяшки домино в ряд слева направо, а потом толкнете самую левую костяшку, она упадет на следующую, уронив ее, движение передастся третьей, и так далее, пока волна не прокатится по всему ряду и не упадет самая правая костяшка. Наиболее очевидное объяснение этого процесса таково: толкнув первую костяшку, вы смещаете центр ее тяжести вниз, а при падении ее на вторую костяшку давление от соприкосновения выводит из равновесия и вторую костяшку, и так далее. Любой наблюдающий за этим феноменом где-то на уровне интуиции поймет, почему все это происходит.

А теперь представьте себе два ряда костяшек домино, выставленных таким же образом по обе стороны короткого картонного «тоннеля». Допустим, вы толкаете левую костяшку, а затем смотрите, как движение по цепочке передается к началу тоннеля. Затем, после нескольких щелчков, донесшихся изнутри тоннеля, вы видите, что правый ряд костяшек валится в столь же организованном порядке. Как бы вы объяснили увиденное? Все шансы за то, что вы даже не усомнитесь: мол, картонный тоннель просто установили в центральной части того же непрерывного ряда домино, что и раньше, накрыв им часть костяшек, поэтому они падают точно так же, как и в прошлый раз.

А теперь представьте себе, что перед вами стол с длинным картонным тоннелем и в поле зрения ни одной костяшки. Слева в тоннель вкатывается красный мячик, а спустя секунду или две из правого конца тоннеля появляется синий мяч. На этот раз в поисках объяснения вы переберете уже больше возможных вариантов. Вам даже может прийти в голову (особенно теперь, когда вы все еще думаете про домино), что красный мячик толкает первую костяшку скрытого в недрах тоннеля ряда и весь ряд падает, пока последняя костяшка не вытолкнет синий мячик из другого конца. Но вы можете также предположить, что красный мячик просто врезается в синий где-то посередине тоннеля и подталкивает его к другому концу (хотя почему тогда он сам не выкатывается наружу вслед за синим?). Или может, красный мячик врезается в белую лабораторную крысу, выдрессированную подталкивать синий мячик к выходу из тоннеля. Или возможно, красный мячик – это и не мячик вовсе, а некая разновидность хамелеона со способностями ежа – он умеет сворачиваться в шар и менять цвет. Или, может быть…