Капеллан дьявола: размышления о надежде, лжи, науке и любви
Шрифт:
Каждая рыба в этой стае — один атом углерода. Представьте себе, что они висят в пространстве, в точности сохраняя постоянные углы и расстояния между собой посредством сил, которых мы не видим, но в которых ученые вполне разбираются. Но если это рыбья стая, то такая, что (будь это настоящие рыбы) она заполнила бы весь Тихий океан. Глядя на любой алмаз ощутимых размеров, вы смотрите на шеренги атомов, число которых вдоль любой прямой линии составляет сотни миллионов.
Атомы углерода могут образовывать и другие кристаллические решетки. Если вернуться к аналогии с солдатами, они могут принять другую традицию парадного строя. Графит (из которого состоит грифель простого карандаша) — это тоже углерод, но он, конечно, совсем не похож на алмаз. В графите атомы образуют пластины из шестиугольников, наподобие проволочной сетки. Каждая пластина нежестко связана с двумя другими, расположенными
Взяв плоскую пластину графита, состоящую из шестиугольников, вы можете представить себе, что если среди этих шестиугольников вставить немного пятиугольников, то пластина превратится в изогнутую поверхность. Если в определенном порядке разместить ровно 12 пятиугольников среди 20 шестиугольников, поверхность замкнется в сферу. Геометры называют такую фигуру усеченным икосаэдром. Именно такой узор образуют швы на футбольном мяче. Поэтому футбольный мяч — это модель структуры из атомов углерода, которая теоретически может возникнуть спонтанно.
Mirabile dictu [49] — именно такая структура была недавно открыта. Команду ученых, которая это сделала, в том числе сэра Гарольда Крото из Университета Сассекса, в 1996 году наградили Нобелевской премией по химии. Эта изящная сфера, так называемый бакминстерфуллерен, состоит из 6о атомов углерода, связанных в 20 шестиугольников с вставками из 12 пятиугольников. Она была названа в честь прозорливого американского архитектора Бакминстера Фуллера (с которым мне посчастливилось познакомиться, когда он был уже очень стар [50] ). Такие сферы также любовно называют баки-болами. Они могут сочетаться друг с другом, образуя крупные кристаллы. Как и пластины графита, бакиболы могут служить хорошей смазкой, по-видимому благодаря своей сферической форме: предположительно они работают как крошечные шарикоподшипники.
49
Удивительное дело {лат. “удивительно сказать”) — Прим. пер.
50
По программе он должен был прочитать нам небольшую лекцию, но говорил без бумажки, и в итоге мы три часа слушали его как зачарованные.
Со времени открытия бакиболов химики осознали, что это лишь особые представители большого семейства веществ, включающего углеродные нанотрубки и другие фуллерены. Теоретически атомы углерода могут образовывать целую сокровищницу завораживающих кристаллических структур — еще одно проявление уникального свойства углерода, которое делает его основным элементом жизни.
Не все атомы обладают талантом углерода соединяться с себе подобными. Другие кристаллы содержат разных “солдат”, стоящих поочередно в каком-либо аккуратном порядке. В кристаллах кварца это кремний и кислород вместо углерода, а в поваренной соли — электрически заряженные атомы натрия и хлора. Кристаллы обычно ломаются вдоль линий, которые выдают скрытый порядок строя их атомов. Поэтому кристаллы соли квадратные, столбы Дороги гигантов [51] похожи на пчелиные соты, а кристаллы алмаза похожи на... в общем, на алмазы.
51
Дорога гигантов (Тропа великана, англ. Giant's Causeway) — местность на побережье Северной Ирландии, покрытая десятками тысяч базальтовых колонн, преимущественно шестиугольных в сечении. — Прим. пер.
Все кристаллы образуются путем “самосборки” в соответствии с локально действующими правилами. Входящие в их состав “солдаты”, свободно плавающие в водном растворе, спонтанно присоединяются к растущему кристаллу, заделывая “дырки” на его поверхности, к которым они идеально
Пойдите в любой музей и посмотрите на коллекцию минералов. Можно даже пойти в магазин эзотерических товаров и посмотреть на кристаллы в витрине, а заодно на все принадлежности невразумительных и безвкусных мошеннических трюков. Кристаллы не будут реагировать на ваши попытки “запрограммировать” их для медитации или “посвятить” их, думая о чем-либо с теплотой и нежностью. Они не излечат вас ни от чего, не наполнят вашу комнату “внутренним спокойствием” или “психической энергией”. Но многие из них очень красивы, и, конечно, они становятся для нас еще красивее, когда мы понимаем, что их форма, углы их граней, цвета радуги, которыми они блестят, все имеют точное объяснение, глубоко запрятанное в устройстве их кристаллической решетки.
Кристаллы не вибрируют ни от какой мистической энергии. Но они действительно вибрируют — в строгом и гораздо более интересном смысле. Некоторые кристаллы обладают электрическим зарядом, который меняется, если их физически деформировать. Этот пьезоэлектрический эффект, открытый в 1880 году братьями Кюри (мужем Марии Кюри и его братом), используется в игле проигрывателя для грампластинок (где “деформация” производится канавкой на вращающейся пластинке) и в некоторых микрофонах (где деформация производится распространяющимися по воздуху звуковыми волнами). Пьезоэффект работает и в обратном направлении. Некоторые кристаллы, если поместить их в электрическое поле, начинают ритмично деформироваться. Период этих колебаний часто строго постоянен. Такие кристаллы играют в кварцевых часах роль маятника.
Позвольте мне напоследок рассказать вам о кристаллах еще кое-что, быть может самое интересное. Сравнивая атомы с солдатами, мы представляем себе, будто каждый из них стоит в метре или в двух от соседних. Но на самом деле почти все пространство
внутри кристалла заполнено пустотой. Диаметр моей головы — восемнадцать дюймов. Если бы она была атомом на пропорционально увеличенном кристаллическом параде, мои ближайшие соседи стояли бы на расстоянии более километра от меня. Неудивительно, что крошечные частицы (еще меньше электронов), которые называют нейтрино, проходят сквозь Землю и выходят с обратной стороны, не замечая преград.
Но если твердые предметы в основном состоят из пустоты, то почему они не выглядят для нас как пустота? Почему алмаз на ощупь твердый и жесткий, а не рассыпчатый и дырявый? Ответ на этот вопрос связан с нашей эволюцией. Наши органы чувств, как и все части нашего тела, сформированы естественным отбором за бессчетное число поколений. Вы, возможно, думаете, что наши органы чувств были сформированы так, чтобы давать нам “истинную” картину мира, как он есть “на самом деле”. Но вернее будет полагать, что они были сформированы так, чтобы давать нам полезную картину мира, чтобы помогать выжить. Наши органы чувств занимаются в некотором роде тем, что помогают нашему мозгу строить полезную модель окружающего мира, и именно в этой модели мы и живем. Это своего рода “виртуальная реальность”, моделирующая реальный мир. Нейтрино могут пролетать скалу насквозь, а мы не можем. Если мы попытаемся, то больно ударимся. Поэтому, строя свою модель скалы, наш мозг представляет ее твердой и жесткой. Наши органы чувств как будто говорят нам: “Сквозь такие предметы пройти нельзя”. Вот что значит “твердый”. Вот почему мы воспринимаем их как “твердые”.
Точно так же оказывается, что мы с трудом понимаем многое из того, что открывает в нашей Вселенной наука. Теория относительности Эйнштейна, квантовый принцип неопределенности, черные дыры, Большой взрыв, расширение Вселенной, безгранично медленный ход геологического времени — все это трудно постичь. Не удивительно, что некоторых наука пугает. Но наука может даже объяснить, почему эти вещи сложно понять и почему нас пугает эта задача. Мы обезьяны-выскочки, и наш мозг был рассчитан лишь на то, чтобы понимать приземленные вещи, связанные с выживанием в африканской саванне каменного века.