Текст книги "Журнал «Вокруг Света» №3 за 2001 год"

Автор книги: Вокруг Света Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 6 страниц)

Медпрактикум: Наука подражать

Чем глубже человек проникает в уникальные «изобретения» животного мира, тем очевиднее становится необходимость использования их в практической деятельности. Свершения Homo sapiens впечатляют, но вряд ли стоит забывать о том, что Природа хитрее и мудрее нас. Науку, занимающуюся изучением строения живых организмов для создания новых приборов и механизмов, называют бионикой (от греческого bios – жизнь). Этот термин впервые прозвучал в 1960 году для обозначения нового научного направления, возникшего на стыке биологии и инженерного искусства.

Люди давно заметили, что животные, птицы и даже насекомые очень чутко реагируют на изменения погоды. «Биосиноптики» наделены от природы уникальными сверхчувствительными «приборами», которые способны улавливать едва заметные изменения в атмосфере. Если собака начинает рыть землю – это к дождю. Кукушки в июне возвещают о том, что в лес пришло лето. Низкий полет ласточек пророчит грозу. А рыбаки знают, что если у берега скопились медузы, можно смело отправляться на промысел – море будет спокойным. И таких примет множество.

Главная задача бионики не только в том, чтобы найти среди животных и растений «предсказателей», важнее понять принцип действия их внутренних механизмов и воссоздать его в электронных схемах. Над раскрытием этих тайн природы вместе с биониками ломают головы биологи, экологи, сейсмологи, геофизики и инженеры.

Удивительно, сколь сложной навигационной системой наделены некоторые рыбы и птицы, которым приходится преодолевать тысячи километров во время миграций. Изучение этого феномена способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. Не случайно бионика вызывает пристальный интерес у военных. Большинство исследований в этой области финансируется управлениями ВВС и ВМС.

Благодаря изучению гидродинамических особенностей китов и рыб, удалось создать особую обшивку торпед, которая при той же мощности двигателя обеспечивает повышение скорости на 20 – 25%.

В 1969 году в Северодвинске была построена знаменитая подводная лодка «К-162», или, как прозвали ее американцы, «Серебряный кит». Эта атомарина установила непревзойденный до сих пор мировой рекорд скорости под водой. Благодаря тому что конструкция ее носовой части повторяла форму головы кита, субмарина разгонялась в толще воды почти до 80,4 км/ч.

Сейчас ведутся разработки нового типа оружия, способного вводить войска противника в шоковое состояние с помощью ультразвука. Этот принцип воздействия был позаимствован у тигров. Рев хищника содержит ультранизкие частоты, которые хотя и не воспринимаются человеком как звук, оказывают на него паралитическое воздействие.

Многие животные всегда опережали людей в смысле «технического оснащения». Лишь относительно недавно человек нашел способ подолгу находиться под водой при помощи водолазного колокола. А простой водяной паук за много тысяч лет до этого научился жить под покровом воды. Он несет на брюшке и ногах некое подобие акваланга – пузырьки воздуха, которые позволяют ему дышать на дне водоема. Он сплетает себе под водой домик из паутины, наподобие перевернутого бокала, наполняя его принесенным с поверхности воздухом.

Кто бы мог подумать, что изобретению инкубатора мы обязаны курам? Правда, не нашим пеструшкам, а австралийским глазчатым, или, как их еще называют, сорным. Эти птицы строят для выведения своего потомства поистине исполинские сооружения, достигающие порой пяти метров в высоту и около десяти в диаметре. Куры откладывают яйца в заранее выкопанную яму, а затем заботу о потомстве полностью берет на себя самец. Он насыпает огромный холм из земли и пожухшей травы. В густом тропическом лесу не хватает солнца, и только тепло, выделяемое при гниении листвы, обеспечивает в «инкубаторе» нужную температуру. Но мало построить, нужно еще и точно регулировать температуру в гнездовой куче, которая всегда должна быть равна 35°. Для этого каждое утро самец раскапывает курган и погружает в почву раскрытый клюв, словно термометр, а после этого точно знает, добавить или снять лишний слой теплотворного перегноя.

Так что не будем заносчивыми, считая, что достижениями цивилизации мы обязаны только самим себе. Ведь нет ничего такого, что человек изобрел бы сам – с чистого листа, без подсказки матери-природы.

Ксения Черкашина

Летучие мыши всегда пользовались собственным радаром. Поэтому задолго до того как нечто подобное было изобретено, люди наделили это ночное животное мистическим ореолом. «Так ловко парить в темноте и безошибочно находить путь в свои убежища этим „бестиям“, конечно же, помогали злые духи» – так рассуждал в XVIII веке итальянский ученый Спалланцани. Ослепленная им крылатая мышь продолжала свободно летать по комнате, при этом ловко уклоняясь от всех препятствий.

Но с открытием эхолокации летучие мыши потеряли свою таинственность. Современные ученые-бионики провели более гуманные опыты. Сначала летучим мышам залепили крохотными кусочками воска глаза. Однако это не помешало им ориентироваться в пространстве. А вот когда им залепили еще и уши, животные стали беспомощно натыкаться на стены. Как выяснилось, летучие мыши нащупывают препятствия отраженными звуковыми импульсами. К тому же их ноздри и рот также составляют части локационного аппарата. С помощью тончайших приборов удалось засечь пучки ультразвуковых импульсов, которые непрерывно (около 30 сигналов в минуту) издает мышь, распознавая, что и на каком расстоянии находится. Но при излучении звукового импульса необходимо попеременно отключать принимающее устройство, включая его только для приема отраженного эха. Иначе будут фиксироваться оба сигнала и получится неразбериха. В ушах летучей мыши был обнаружен крохотный мускул, который сокращается при излучении сигнала, перекрывая слуховой канал. Послан импульс, и мускул расслабляется, ухо готово к восприятию эха.

Ученые из США разработали механизм слежения за искусственными спутниками Земли, копирующий устройство и принцип действия глаза лягушки. Более того, им удалось создать сверхчувствительный электронный прибор для распознавания запахов различных газов,

в котором использовался живой орган обоняния обыкновенной мухи. Позже этим изобретением воспользовался Пентагон, оснастив подобными газоанализаторами самолеты, предназначенные для поиска в океане дизельных подводных лодок. Самолеты-ищейки брали след по рассеянному в воздухе шлейфу выхлопных газов от лодочных дизелей и шли по нему до самой точки погружения.

Секрет уникального в своем роде водометного движителя бионики позаимствовали у осьминогов и каракатиц. Эти морские животные передвигаются задом наперед, набирая в себя воду, а затем с силой выталкивают ее, создавая таким образом реактивную струю. Подобный способ передвижения обеспечивает не только высокую скорость,

но и почти бесшумный ход. Именно поэтому российские инженеры-конструкторы создали экспериментальный образец подводной лодки, оснащенной бесшумным и скоростным водометным движителем.

Pro et contra: Совсем одни?

Существуют ли во Вселенной иные цивилизации?

Если да, то много ли их? Эти вопросы всегда завораживали человечество. Сейчас наконец появляется надежда определенно ответить на них. Недавние исследования позволили ученым сделать вывод, подтверждающий, что планеты, пригодные для обитания, есть и за пределами нашей Солнечной системы.

За последние пять лет обнаружено более тридцати похожих на Солнце звезд, имеющих планеты, по массе примерно равные Юпитеру. И хотя до сих пор в свитах таких звезд не открыто ни одной подобной Земле, астрономы вполне уверены, что число ее «близнецов» тоже велико.

Зарождение и развитие жизни невозможно без планет. Наличие их у дальних светил вроде бы убедительно подкрепляет ту точку зрения, что жизнь наполняет Вселенную. Это мнение опирается и на успехи в понимании того, как возникло и с какой скоростью развивалось все живое на Земле.

Древнейшее подтверждение существования жизни на нашей планете (а возможно, и во Вселенной) – ископаемые бактерии. Об их находке в австралийской горной породе, возраст которой 3,5 миллиарда лет, объявил в 1993 году Уильям Шопф из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес). Бактерии представляли собой достаточно развитые организмы – факт, свидетельствующий о долгой эволюции.

Самой же Земле всего 4,6 миллиарда лет. Выходит, жизнь на ней по геологическим меркам появилась очень быстро. Напрашивается вывод, что для природы этот шаг оказался относительно простым. Нобелевский лауреат биохимик Кристиан де Дюв высказал смелую мысль: «Жизнь почти обязана возникнуть... как только физические условия становятся подобны тем, что существовали на нашей планете около четырех миллиардов лет назад». Другими словами, есть основания верить, что наша Галактика «кишит» живыми существами.

Следует ли из этого, что велико и число технологических цивилизаций?

Как утверждают некоторые ученые, стоит возникнуть примитивной жизни, естественный отбор неизбежно заставит ее совершенствоваться, двигаясь к знаниям и технологиям. В верности такого мнения усомнился физик-ядерщик Энрико Ферми. В 1950 году он сформулировал резонный вопрос: если внеземные цивилизации – нечто вполне ординарное, то где же они, не должно ли быть очевидно само их присутствие? Это логическое построение получило известность как Парадокс Ферми.

У проблемы обнаружения цивилизаций два аспекта: способны ли нынешние средства поиска уловить радиосигналы, посылаемые из глубин космоса, и достаточно ли доказательств того, что инопланетяне когда-либо посещали Землю.

О чем молчит космос?

В 1960 году американские исследователи из Национальной радиоастрономической обсерватории в Грин Бэнк, Западная Вирджиния, принимали сигналы с двух ближайших звезд. С тех пор проведено много сложных экспериментов и исследований, но никаких проявлений внеземного разума зафиксировать не удалось.

Спора нет, целенаправленное прощупывание Вселенной только началось и отсутствие успехов не может служить основанием для окончательного приговора: внеземных цивилизаций не существует. Парадокс Ферми становится очевидней, если попытаться осмыслить вероятное количество галактических цивилизаций, как существующих, так и существовавших. Один из ведущих экспертов в этой области, Пол Горовиц из Гарвардского университета, предположил, что в пределах 1000 световых лет от Солнца, в пространстве, где находится примерно миллион подобных ему звезд, есть по крайней мере одна радиопередающая цивилизация. Если это так, то всю нашу Галактику «населяет» около тысячи цивилизаций.

Цифра внушительная. Предположим, продолжительность существования таких цивилизаций не была очень длительной. Тогда получается, что огромное их число зародилось и исчезло за время жизни нашей Галактики.

Считается, что среднее количество существующих цивилизаций в каждый момент времени равно произведению скорости их образования на среднюю продолжительность их жизни. Скорость образования можно приблизительно определить, разделив общее количество всех когда-либо существовавших цивилизаций на возраст нашей Галактики (примерно 12 миллиардов лет). Допустим, цивилизации формируются с постоянной скоростью и живут в среднем по тысяче лет. В таком случае существование тысячи цивилизаций в настоящий момент означает наличие примерно 12 миллиардов технически развитых цивилизаций. Неправдоподобно много! И оттого Парадокс Ферми становится очевидным. Разве возможно, чтобы миллиарды цивилизаций (или хотя бы одна-единственная из них!) не оставили никаких свидетельств своего существования?

Ждать ли космических колонистов?

Большинство ученых исходит из того, что нет никаких безусловных доказательств посещения нашей планеты представителями иных цивилизаций. И что бы ни думали об НЛО люди, можно констатировать: Земля пока не захвачена инопланетянами.

Есть четыре способа примирить факт отсутствия следов внеземного разума с распространенным мнением о том, что высокоразвитые цивилизации будто бы обычное явление во Вселенной. Во-первых, возможно, что для их представителей межзвездные перелеты неосуществимы. Если это так, то инопланетяне никогда не попадут на Землю. Во-вторых, не исключено, что внеземные цивилизации активно исследуют Галактику, но пока просто не добрались до нас. В-третьих, возможно, они осознанно отказались от межзвездных перелетов. И, наконец, в-четвертых, проявляя активность в окрестностях Земли, от контактов с нами они пока воздерживаются.

Первое объяснение не выдерживает никакой критики. Ни один из известных законов физики не противоречит возможности межзвездных перелетов. Сейчас, на заре космической эры, инженеры знают, что можно достичь скорости, равной 10 – 20 % световой, и добраться до ближайших звезд за десятилетия.

По той же причине представляется сомнительным и второе объяснение. Любая цивилизация, обладающая ракетными технологиями, способна колонизировать нашу Галактику в очень короткий по космическим меркам срок. Представим себе, как пошло бы освоение ею ближайших планетных систем. Обосновавшись на одной планете, колонисты продвигались бы все дальше и дальше. Число колоний возрастало бы в геометрической прогрессии.

Предположим, что расстояние между колониями равняется десяти световым годам, скорость кораблей – десяти процентам от скорости света, а период между основанием колонии и отправлением из нее новых переселенцев составляет четыреста лет. В этом случае волна колонизации должна распространяться со скоростью 0,02 светового года в год (такая единица измерения скорости не покажется необычной, если помнить, что световой год – мера расстояния, путь, который проходит свет за год. – Прим. ред.). Радиус нашей Галактики – сто тысяч световых лет. На полную ее колонизацию потребовалось бы не больше пяти миллионов лет. Это всего 0,05 % от возраста Галактики. В сравнении со многими астрономическими и биологическими процессами – небольшой отрезок времени. Самый неопределенный фактор – время, необходимое на обустройство колонии, то есть до очередного «скачка». Разумный верхний предел может составлять около пяти тысяч лет – столько, сколько потребовалось человечеству на путь от первых городов до космических ракет. Если остановиться на этой цифре, то полное освоение Галактики заняло бы пятьдесят миллионов лет и самая высоко технически развитая цивилизация, способная и желающая занять нашу Галактику, сделала бы это. В принципе такое могло случиться уже миллиарды лет назад, когда населенная только микроорганизмами Земля была беззащитна перед вторжением извне. Но никакие факты (ни физической, ни химической, ни биологической природы) не подтверждают того, что вторжение на Землю когда-либо происходило.

Любая попытка разрешить Парадокс Ферми должна основываться на возможности различных вариантов поведения других цивилизаций. Положим, они способны уничтожить сами себя, отказаться от идеи колонизации Галактики, блюсти суровые запреты на контакты с примитивными формами жизни. Многие люди, в том числе и ученые, убежденные в существовании инопланетян, пытаются опровергнуть Парадокс Ферми, апеллируя к приведенным соображениям. Однако они сталкиваются с фундаментальной проблемой – предложенные объяснения правдоподобны, только если число внеземных цивилизаций невелико. Существуй в Галактике миллионы или миллиарды технологических цивилизаций, маловероятно, чтобы все они кончили самоуничтожением, обрекли себя на оседлость или приняли одни и те же правила в отношении менее развитых форм жизни. Достаточно, чтобы посланцы одной цивилизации начали осуществлять программу захвата Галактики.

Единственная такая цивилизация, о которой мы что-то знаем, – наша. Она пока еще не уничтожила себя, склонна к экспансии, не особо щепетильна в том, что касается контактов с другими живыми существами.

Разрешим ли парадокс?

Вне зависимости от того, насколько миролюбиво, оседло или необщительно большинство внеземных цивилизаций, у них есть мотивы для межзвездной миграции. По крайней мере один: звезды не вечны. Сотни миллионов солнц, после того как на них исчез водород, превратились в красных гигантов и белых карликов. Представим себе, что вокруг этих звезд существовала разумная жизнь. Что с нею стало? Неужели все цивилизации смирились со своей неизбежной гибелью?

Очевидно, что технологические цивилизации довольно редкое явление во Вселенной. Одна из возможных причин этого – химический состав Галактики.

Жизнь на Земле и за ее пределами зависит от элементов тяжелее водорода и гелия – главным образом от углерода, азота и кислорода. Возникая в результате ядерной реакции в звездах, они постепенно накапливаются в космической среде, где рождаются новые звезды и планеты. Некогда концентрация этих элементов была ниже (а то и слишком низкой), что делало невозможным зарождение живых организмов. В отличие от других звезд в нашей части Галактики Солнце оказалось значительно богаче этими элементами, чем следовало ожидать, принимая в расчет его возраст. Не исключено, что Солнечная система получила неожиданное преимущество в плане зарождения и развития жизни.

Но этот аргумент не так неоспорим, как кажется поначалу. Ученым неизвестна пороговая масса тяжелых элементов, необходимая для жизни. Если достаточно хотя бы десятой доли имеющегося на Солнце (что выглядит правдоподобно), то жизнь могла возникнуть вокруг куда более старых звезд. Возьмем, к примеру, схожую с Солнцем звезду 47 Большой Медведицы – одну из тех, около которых были обнаружены планеты, близкие по массе к Юпитеру. Тяжелых элементов в ее составе так же много, как и у Солнца, но возраст ее – семь миллиардов лет. Жизнь, которая могла возникнуть в ее планетной системе, опережала бы нашу на 2,4 миллиарда лет. Миллионы таких старых «химически богатых» звезд наполняют нашу Галактику, как бы теснясь у ее центра. Выходит, химическая эволюция Галактики почти наверняка не объясняет Парадокса Ферми.

Более приемлемое объяснение подсказывает история живого на Земле. Жизнь существует на нашей планете едва ли не с момента ее возникновения. Однако многоклеточные организмы появились здесь всего около 700 миллионов лет назад, а до того (свыше трех миллиардов лет!) Землю населяли лишь одноклеточные. Такой временной интервал означает, насколько мала вероятность эволюции чего-либо более сложного, чем отдельная клетка. Поэтому переход к многоклеточным формам мог произойти лишь на малой части из существующих миллионов планет, освоенных одноклеточными организмами.

Можно возразить, что долгий период существования одних только бактерий был прелюдией к появлению на Земле животных. Похоже, столь длительное время понадобилось (и понадобится на необитаемых планетах), чтобы в результате фотосинтеза бактерии произвели достаточно кислорода для появления более сложных форм жизни. Но даже если многоклеточные организмы обитают на всех планетах, где есть жизнь, вовсе не следует, что они положат начало появлению разумных существ, тем более технологических цивилизаций.

Наглядная иллюстрация роли случайностей – судьба динозавров. Они преобладали на нашей планете 140 миллионов лет, но вряд ли когда-нибудь создали бы технологическую цивилизацию. Не исчезни они по случайной причине, жизнь на Земле могла бы эволюционировать совершенно по-другому.

Долго ли предстоит искать внеземные цивилизации?

До тех пор, пока мы получим их сигналы или, вероятнее всего, сможем четко ограничить число тех из них, что ускользнули от нашего внимания. Многообещающим представляется детальное исследование Марса с целью установить, существовала ли когда-либо на нем жизнь, а если нет, то почему. Надо ускорить разработку радиотелескопов, способных различать планеты размером с Землю вокруг близлежащих звезд, выявлять признаки жизни с помощью спектрального анализа их атмосферы. Необходимо создать технологии отбора проб в межзвездном пространстве.

Только систематические, последовательные исследования помогут понять, каково наше место во Вселенной.

Алекандр Светлов

Ярмарка идей: Хай-тек от кутюрье

Одежда и аксессуары становятся умными.

Они учатся чувствовать и реагировать на потребности человека. Дизайнеры трудятся над разработкой ткани, способной не только улавливать различные функции организма, но и подавать сигналы о сбоях в его работе. Появляются ювелирные украшения, которые могут отправлять электронные сообщения и оценивать эмоциональное состояние их обладателей.

Сейчас одежда может воспроизводить музыку, поддерживать связь со знакомыми в реально существующем времени и даже предупреждать своего владельца о грозящем ему инфаркте. И все это – при помощи носимых устройств, снабженных компьютерным обеспечением. Носимые устройства, бесспорно, должны быть столь же удобными, как сама одежда, безопасными, как наручные часы, и гораздо более функциональными, чем обычный настольный компьютер. Сегодня «носимые» пока еще питаются от батареек, но специалисты уже разрабатывают способы получения энергии посредством естественного движения человеческого тела, например ходьбы. Подобные прототипы могут работать от пьезоэлектрических устройств, сходных с обычной пьезозажигалкой. Уже существует обувь, способная производить небольшое количество энергии, хотя ее еще недостаточно для полного обеспечения питанием носимого компьютера и других устройств, но, видимо, в ближайшие годы эта проблема будет решена. Ну а пока «носимые» – это часть революции, вызванной слиянием моды и высоких технологий. И хотя сегодня разработано уже четвертое поколение подобных компьютеров, широкого распространения они все еще не получили. Связано это, вероятно, с тем, что такие устройства пока еще недостаточно совершенны и довольно дорогостоящи.

Однако специалисты абсолютно убеждены, что в самом ближайшем будущем люди, выбирая ювелирные изделия, будут едва ли не в первую очередь интересоваться их компьютерными возможностями, и, покупая нижнее белье, обязательно спросят, встроен ли в него монитор с фиксатором сердечной деятельности. Вероятно, большинство из вас смотрели популярный американо-канадский сериал «Никита», где главные герои с помощью всевозможных хитроумных устройств, встроенных в очки и одежду, обнаруживают и обезвреживают противника. И пусть, с обывательской точки зрения, все эти приспособления кажутся фантастическими, в реальной жизни многие из них уже давно используются спецслужбами различных стран мира.

В позапрошлом году известный парижский кутюрье Оливье Лапидус продемонстрировал коллекцию одежды. В числе других модных новинок выделялись пиджаки, в рукава которых были вшиты мягкие мобильные телефоны. Электронная начинка телефона разрабатывалась компанией Nokia, экран – Sony, а клавиатура – британской фирмой Electrotextals. Интересно, что эта клавиатура изготовлена из новой ткани, называемой Elektex и сочетающей в себе сплетение обычных нитей и высокопроводящих материалов, что обеспечивает ткани сенсорные возможности.

Причем мода хай-тек на этом не остановилась. В другой своей коллекции Лапидус представил одежду, способную воспроизводить музыку через динамики, встроенные в пуговицы изделия. Правда, небольшой размер динамиков и недостаточно мощные усилители не позволяют пока «включать» музыку на полную громкость.

Одной из интереснейших западных разработок стала ткань, в которую включены микроскопические капсулы с парфюмерным запахом. Тепло, излучаемое телом владельца вещицы, сшитой из этой ткани, медленно испаряет аромат через запахопроницаемые стенки ткани, заменяя тем самым привычные всем духи.

Французская компания Rhovalas пошла еще дальше, разработав материал, обладающий антибактериальными свойствами. Еще одна французская компания придумала ткань, пропитанную специальным веществом – перметрином, уничтожающим микроорганизмы, содержащиеся в домашней пыли и вызывающие тяжелейшие аллергические заболевания, в том числе астму. Видимо, в самое ближайшее время одежда, сделанная из «умных» тканей, сможет играть значительную роль в области здравоохранения.

Хотя уже сегодня американскими учеными закончена первая фаза разработки так называемой «умной» рубашки, или, вернее будет сказать, футболки, содержащей россыпь сенсоров, способных отслеживать такие параметры организма, как сердцебиение, температура и частота дыхания. Это изобретение может обеспечить круглосуточное наблюдение за тяжелобольными пациентами, поднимая тревогу немедленно, как только какие-то жизненно важные параметры выходят за пределы допустимого.

«Умная» рубашка может также дистанционно передавать информацию о состоянии солдат на поле боя, более того, специально разработанный проект, оснащенный микролазерами, позволяет обнаружить конкретные места ранения, что, в свою очередь, даст возможность медицинским подразделениям направлять к раненому врачей, полностью информированных о характере повреждений. Спектр использования «умной» одежды в военных целях может быть крайне многообразным. Американский Центр армейских солдатских систем штата Массачусетс активно испытывает форму, выполненную из ткани, обработанной специальным составом, впитывающим токсичные химические вещества и предотвращающим нервно-паралитическое воздействие на организм. Американцы также разработали специальный шлем, оснащенный дисплеем, находящимся на уровне глаз солдата. Дисплей соединяется с встроенной на винтовке камерой, что позволяет стрелять из-за угла, не подвергаясь риску.

Впрочем, военные не одиноки в своей заинтересованности в подобной одежде. Хай-тек ткани вскоре могут стать повсеместно модной одеждой, а сама она научится менять цвета, подобно калейдоскопу, в зависимости от вашего желания. И пусть мода изменчива, но в один прекрасный день компьютер станет ее постоянным спутником.

Подготовил Николай Крашенинников