Легко ли плыть в сиропе. Откуда берутся странные научные открытия - читать онлайн книгу. Автор: Генрих Эрлих, Сергей Комаров cтр.№ 16

В своей знаменитой статье «Каково быть летучей мышью?» (What is like to be a bat?), опубликованной в 1973 году, философ Томас Нагель утверждал, что нам никогда не узнать, каково быть другим существом. Чувства и сознание – субъективный опыт, поэтому их не в состоянии разделить или вообразить кто-то другой. Нагель выбрал для примера летучую мышь, потому что у нее, как у млекопитающего, много общих чувств с нами, и в то же время она обладает эхолокацией, отсутствующей у нас, следовательно, мы не в силах понять, каково быть ею.

Каково это – быть киви? Блуждать в густом подлеске почти в полной темноте, практически без зрения, зато с обонянием и осязанием, значительно превосходящими человеческие? Ричард Оуэн исследовал киви в 1830 году, и при виде ее крошечных глазок и огромной обонятельной области мозга предположил – почти не имея сведений о поведении этой птицы, – что она полагается скорее на обоняние, чем на зрение. Гипотезы Оуэна, мастерски увязавшего строение с функциями, были элегантным образом подтверждены сто лет спустя, когда поведенческие тесты выявили, что киви обнаруживают добычу под землей с лазерной точностью. Киви чуют запах дождевых червей сквозь 15-сантиметровый слой почвы!" ^[34]

При таком положении дел неудивительно, что окончательная разгадка тайны статуи принца еще ждет своих исследователей, способных перешагнуть междисциплинарные барьеры и посмотреть широко открытыми глазами на мир во всем его многообразии.

Каждый из нас хоть раз в жизни ронял бутерброд на пол и на собственном опыте убедился, что таки да – бутерброд всегда падает маслом вниз. Многие усматривают в этом проявление закона Мерфи: «Если что-то может пойти не так, то это непременно случится». А сам закон приписывают имманентной зловредности Природы – так она мстит нам, людям, за многовековые издевательства над ней.

Закон Мерфи, конечно, правильный, это подтверждает вся история человечества, но механизмы его проявления непонятны. Прямо скажем, они отдают мистикой, а мистику ученые ненавидят больше всего на свете. Поэтому закону бутерброда – точнее говоря, попыткам его опровержения – посвящено огромное количество исследований.

Экспериментальной проверкой закона бутерброда занимаются любопытствующие обыватели у себя на кухне, школьники посвящают ему свои проекты, иногда в лаборатории переоборудуют студии крупных телекомпаний типа Би-би-си. И все экспериментаторы увлеченно роняют бутерброды на пол, скрупулезно подсчитывая число падений маслом вверх и маслом вниз. Практически все приходят к тому, что вероятность обоих событий одинакова, 50/50, как при подбрасывании монетки. Таким образом, закон бутерброда имеет не физические, а психологические основания. Люди запоминают только неприятный исход, когда же бутерброд падает маслом вверх, они автоматически поднимают его и съедают, руководствуясь эмпирическим правилом пяти секунд: "То, что лежало на полу меньше пяти секунд, не считается упавшим".

Впрочем, сторонники закона бутерброда с легкостью отметают эти инсинуации. По их мнению, результаты эксперимента служат дополнительным подтверждением закона Мерфи: Природа, глядя на потуги горе-экспериментаторов, нарочно выдает ложный результат, чтобы лишний раз посмеяться над ними. Не ускользают от внимания сторонников закона и методические ошибки при постановке эксперимента: бессмысленно ронять бутерброд на кафельный пол кухни или лаборатории, эксперимент надо проводить в гостиной, устланной ковром, причем дорогим. Чем дороже ковер, тем с большей вероятностью бутерброд упадет маслом вниз. Это надежно установленный экспериментальный факт, добавляют они.

Еще один подход к решению проблемы – сугубо теоретический. Физики анализируют динамику падения бутерброда, включая такие варианты, как падение маслом вверх, упругое отражение от пола, переворот в воздухе на 180° и повторное падение, уже маслом вниз. Существенно, что в качестве модели используют бутерброд в западном стиле: никакой колбасы сверху, слой же масла настолько тонок, что выдает свое присутствие только бóльшим блеском намазанной маслом стороны. Показано, что слой масла вносит вклад в изменение момента инерции бутерброда, а также в асимметрию аэродинамических характеристик двух сторон бутерброда, однако все эти факторы несущественно влияют на вероятность падения маслом вверх или маслом вниз, которая остается примерно 50/50.

Все перевернула статья британского физика-теоретика Роберта Мэтьюса "Падающий тост, закон Мерфи и фундаментальные константы" ^[35]. Изюминкой работы стало то, что Мэтьюс рассмотрел падение тоста без масла, то есть изначально исключил любую асимметрию, которую привносит в объект слой масла, а также неопределенности, связанные с распределением масла в поверхностном слое тоста. Переводя на физический язык, Мэтьюс описал поведение жесткой, изотропной прямоугольной пластины с массой m, падающей с устойчивой горизонтальной плоскости, находящейся на высоте h. Для инициации падения пластину (тост) медленно сдвигают к краю плоскости (стола), когда центр тяжести пластины выдвигается за край плоскости, пластина заваливается вниз и падает на пол. Для простоты описания Мэтьюс исключил вторичные эффекты типа упругого отражения от пола – как упало, так и упало.

Анализ уравнений движения показал: при таком падении пластина вращается вокруг своей оси, что полностью соответствует нашему житейскому опыту. При высоте падения в 90–150 см пластина успевает осуществить оборот на 180°, то есть бутерброд, который, естественно, лежит на столе маслом вверх, при падении с неизбежностью переворачивается маслом вниз. Результат падения сильно зависит от скорости движения пластины по плоскости перед падением. Если эта скорость достаточно высока, то пластина отрывается от стола, как прыгун с трамплина, и планирует вниз, практически не переворачиваясь. То есть все зависит от начальных условий – от высоты стола и скорости движения по плоскости.

Возможно, это объясняет обескураживающие результаты экспериментальной проверки закона бутерброда. Все дело в методике! Если подбрасывать бутерброд как монетку или просто выпускать его из рук, то падение маслом вверх или маслом вниз становится равновероятным. Но ведь в реальности дело обстоит обычно не так. Бутерброд медленно соскальзывает со стола после чьего-то неловкого движения или с блюда зазевавшегося официанта, и вот тут-то он, скорее всего, упадет маслом вниз.

Через несколько лет после выхода статьи Мэтьюс проверил свои теоретические построения в трех сериях прямых экспериментов, которые выполнили тысячи британских школьников в различных регионах Великобритании. Школьники все делали правильно, как доктор Мэтьюс прописал: медленно сдвигали бутерброды к краю стола и наблюдали за их падением. В итоге 62 % попыток закончилось падением бутерброда маслом вниз, 38 % – маслом вверх. Разница в полтора раза – при такой большой статистике это значимый результат. Тут есть о чем задуматься. Но вернемся к основополагающей статье. Для того чтобы бутерброд упал маслом вниз, высота падения должна составлять 0,9–1,5 м. Эти величины коррелируют с ростом человека, который определяет комфортную высоту обеденного стола или высоту, на которой находится блюдо с бутербродами в руках официанта. Но почему рост человека именно такой, какой он есть? Почему для подавляющего большинства людей он укладывается в интервал 1,5–2 м? И может ли человек быть ростом со слона или, бери выше, с жирафа?