Терри Пратчетт – Наука плоского мира IV: Судный день (страница 40)
Закон Ома тесно связан с историями о распределении электрической энергии. Описывая эти проблемы вместе с их решениями, мы можем продемонстрировать, как закон, «предоставленный самому себе», но действующий в ином контексте, может принципиально поменять ситуацию. Теперь мы можем перейти от точки зрения Фейнмана о том, что закон определяет как контекст, так и сущность природного явления к более прогрессивным взглядам.
Распределение электроэнергии между домашними хозяйствами осложняется сопротивлением кабелей, из-за которого значительная ее часть рассеивается линиями электропередачи в виде тепла. Из закона Ома следует, что, увеличив напряжение и понизив силу тока, мы сможем передать точно такое же количество энергии с меньшими потерями. Однако в дома потребителей будет поступать высоковольтное электричество, и любой несчастный случай обернется трагедией.
Хитрость в том, чтобы использовать переменный ток, колеблющийся с частотой 50–60 раз в секунду. Напряжение переменного тока можно изменить с помощью трансформатора, поэтому для передачи энергии можно использовать высокое напряжение, а перед подачей в дома снижать его до менее смертоносного уровня. Теперь мы могли бы использовать постоянный ток и преобразовать его напряжение с помощью современной электроники, но во времена создания системы энергораспределения этот вариант был недоступен. К настоящему моменту мы вложили столько средств в систему переменного тока, что отказаться от них пусть даже и в пользу более удачной идеи будет непросто. Описанный трюк обходит проблему сопротивления, а, следовательно, и потерю энергии, связанную с законом Ома. Даже сейчас потери в протяженных линиях электропередачи могут доходить до одной трети, но это все же намного лучше, чем 70 %-ные потери в системах низковольтного постоянного тока 1920-х. Меняя параметры, переходя к переменному току низкой силы и высокого напряжения, мы можем в какой-то степени изменить правила игры.
Слишком многие физики, по-видимому, придерживаются образа мышления, в соответствии с которым физика составляют всю окружающую нас действительность просто потому, что имеет дело с фундаментальной структурой материи. В книге «Характер физических законов» Фейнман пишет:
Одни и те же разновидности атомов можно обнаружить как в живых, так и в неживых существах (sic); лягушки состоят из того же «теста», что и камни, разница лишь в их структуре. А значит, наши задачи упрощаются; у нас нет ничего, кроме атомов, одинаковых и вездесущих.
В той же книге он отмечает:
Самое выдающееся допущение, которое оказало наибольшее влияние на развитие биологии, пожалуй, состоит в том, что все, что делают животные, делают и атомы, а явления, наблюдаемые в биологическим мире, являются результатом физических и химических процессов, и ничего «из ряда вон».
Мы, как и Фейнман, не верим в существование чего-то «из ряда вон», некой elan vital («жизненной силы»), поддерживающей жизнь. Нет, все намного проще. Хотя на заре жизни способности организмов были весьма ограниченны и, по словам Фейнмана, просто «делали то же, что и атомы», они эволюционировали и приобретали новые качества, как, например, клеточное деление. Они научились передавать свои особенности по наследству, обзавелись глазами и нервной системой, необходимой для их использования. Они превзошли физико-химические системы точно так же, как мы превзошли закон всемирного тяготения. Организмы изобретают новые трюки и находят применение новым контекстам. Птицы, к примеру, могут летать, оставаясь тяжелее воздуха.
Мы не хотим сказать, что поведение птиц противоречит «фундаментальным» законам физики, которые относятся к составляющей их материи. Такое суждение было бы очень похоже на ошибку Декарта, который постулировал раздельную природу разума и материи. В действительности полет никоим образом не противоречит физическим законам. В противном случае птицы бы не смогли летать. Так же, как и аэробусы. Мы хотим сказать, что такие явления, как полет, не являются естественными следствиями фундаментальных законов. Молекулы летать не могут, но птицам состоящим их молекул это под силу. Молекула может летать, став частью птицы. Контекст заметно меняет дело. Чтобы поднять организмы на новый уровень, избавив их от древних недостатков и наделив новыми преимуществами, жизнь обзавелась разнообразными сложными системами, каждая из которых возникла в результате естественного отбора.
Тесто, из которого сделаны лягушки, немного отличается от теста, из которого сделаны камни. Возможно, их атомы почти одинаковы, однако разница в структуре, говоря словами Фейнмана, полностью меняет то поведение, которое мы ожидаем от лягушки. Точно так же отличается и атомные структуры, из которых состоит человек, пингвин или пакет со стиральным порошком. Чтобы понять, как устроены птицы, лягушки или стиральный порошок, недостаточно знать об атомах или субатомных частицах, который входят в их состав. Важна структура, которую образуют эти атомы. На самом деле составляющая материя может быть довольно разной, но если их структура отражает сходные функции, то в итоге получатся по существу те же самые птицы, лягушки и стиральные порошки.
Магия заключена не в тесте, а в его структуре.
Атомы, вовлеченные в различные структуры, обладают различными свойствами: атом, находящийся в куске камня, скорее всего, является одним из миллионов, составляющих кристаллическую решетку и по сути составляет ее неотъемлемую часть. В живом существе атом, как правило, является частью довольно сложной системы, которая постоянно меняет своих атомно-молекулярных партнеров. Ко всему прочему, такая изменчивая система нетипична для спонтанного поведения материи, действующей в соответствии с фундаментальными законами, несмотря на то, что сама система этим законам не противоречит. Это результат отбора на протяжении многих поколений, а значит, такая система действует, то есть что-то делает. И то, что она делает, хотя и не является чем-то «из ряда вон» в смысле Фейнмана, тем не менее, вносит определенный вклад в жизнь своего организма. Она даже может быть частью вируса, разрушающего организм, но несмотря на это, она составляет часть всех тех процессов, которые в совокупности называются жизнью.
Жизнь сумела выйти за пределы простых законов природы, положивших ей начало, и теперь представляет собой целый сложный мир, который отличается от собственных истоков как минимум настолько же, насколько современный самолет отличается от кремниевого топора. Именно такую эволюцию замечательно иллюстрирует эпизод в начале фильма «Космическая одиссея 2001», когда человекообразная обезьяна подбрасывает бедренную кость, и та превращается в космическую станцию. Впрочем, на фоне жизни, превзошедшей собственную первопричину, эта метаморфоза выглядит всего лишь незначительной переменой.
Взглянем на это с другой стороны. В материальном мире, мире физики и химии, существует множество непрекращающихся процессов от невообразимых физических явлений, происходящих в центре звезды, до замерзания и оттаивания этана и метана на спутнике Сатурна Титане. Звезды взрываются, и сформированные внутри них элементы разбрасываются по космическому пространству, а затем из этих смесей по законам физики и химии сгущаются планеты. Затем скажем, глубоко на дне моря вблизи океанических разломов, источающих вещества в сильно измельченном виде некая аномальная химия дает начало наследственной системе. Ей может оказаться совокупность химических процессов, которые в определенном смысле проявляют наследственные свойства, или РНК, или предшественник метаболической системы. Но в любом случае это начало истории, повествования, которое смогло выйти за рамки законов и готовится их превзойти. Ведьмы и космические корабли это ее будущее.
В начале своего пути жизнь ничем не примечательна. Ее течение более или менее подчиняется физико-химическим правилам, или законам. Но затем начинается борьба за пространство, за конкретные химические соединения, или за мембраны, представляющие собой жировые пленки на поверхности глины. Системы, которые функционируют лучше других, выходят за рамки законов и становятся крошечной историей типа «A справляется с работой чуть лучше B или C, значит в будущем A станет больше» И вот, спустя миллион лет в океанах полно A, но не осталось ни следа C. К тому моменту у A появились подвиды A1, A2, A3. А где-то в глубине рыскает подходящее для повествования слово Q, который склонен включать A3 в собственную систему. Через какое-то время мы получим QA3XYZ, и вот, система приступила к работе.
Все это, без сомнения, происходило в соответствии с законами; однако конкуренция, выбор чего-то одного в пользу чего-нибудь другого, тоже внесла свою лепту. Возвращайтесь через миллион лет, или, быть может, шесть недель, и увидите бактериальную клетку, которая доросла до новой истории.
Законы способствуют этим изменениям, но не направляют их. Они всего лишь играют роль исторического процесса, в ходе которого живая материя преодолевает законы, двигаясь во всевозможных направлениях. Через 3 тысячи миллионов лет вы найдете мешанину из обитателей Берджесских сланцев. А спустя еще 580 миллионов лет вы встретите физика, считающего, что все это совершенно неважно. И тем не менее, действие преодолевает закон: сюжет движется вперед, благодаря космическим кораблям и ведьмам.