Могут ли ученые и писатели-фантасты помочь создателям часов?
Охотно описывая межгалактические сражения, писатели-фантасты редко задумываются над вопросом, как устроены обычные предметы быта в других мирах. Часы же особенно обделены вниманием. Много ли описаний хронометров можно найти у Кларка, Лемма или у Хайнлайна? Время считают все, но совершенно непонятно — каким образом.
Писателей и кинорежиссеров можно понять. Глубокоуважаемый мною Борис Стругацкий как-то сказал: «Писать надо либо о том, что знаешь в совершенстве, либо о том, что не знает никто». Вот и придумывают звездолеты, бластеры и нуль-транспортировку, в подробностях описывая принципы их работы: может такое быть или нет, никто не докажет. А часы не трогают, дабы не попасть впросак: среди читателей могут и профессионалы оказаться...
Вторая причина в том, что фантазия писателя все равно недотягивает до фантазии часовых дизайнеров. Последние, жалуясь на все повидавших и ничему не удивляющихся клиентов, готовы раздуть наручные часы до 10 сантиметров в диаметре или использовать в качестве материала копролит. По сравнению с ними Питер Джексон и Бондарчук — малые дети. В фильме «Обитаемый остров» парень из XXII века носит серийные Seiko, а инопланетные часы выглядят убого. Как, впрочем, и чужие автомобили, они — просто ухудшенная копия земных.
Давайте исправим несправедливость и пофантазируем на тему, «каких же часов могут быть достойны другие миры». Но для начала сделаем несколько важных допущений. Первое: на Земле действуют законы природы, общие для Вселенной. То есть время в других мирах течет так же непрерывно и со стабильной скоростью. Часы в космосе, где проявляет себя теория относительности, мы пока не рассматриваем. Второе допущение: часовое дело другого мира развивалось независимо от земного.
Все остальное определяется фантазией автора и требованием о непротиворечивости мира. Часы могут понадобиться и гуманоидам, и ракообразным с десятью конечностями, и цивилизации птиц, и разумным минералам. Посмотрим, сможем ли мы предложить им «то, чего на белом свете вообще не может быть».
ЗАДЕРЖКИ И СПРЯМЛЕНИЯ
Самое простое, конечно, не изобретать хронограф заново, а представить себе, что наука и техника в ином мире развивалась в сходном с нашим направлении. То есть, рано или поздно, там появляются гномоны и клепсидры, потом изобретаются шестеренки, к которым прилаживают маятник и стрелки... В конце концов, развитие электроники неминуемо приводит к появлению кварцевых часов, следом — часов атомных. Одно открытие влечет за собой другое, войны и мореплавание подталкивают прогресс. Главное, чтобы существовала городская цивилизация, ведь миру, где нет городов, для определения времени достаточно наблюдать движение светил.
Естественно, на пути прогресса возможны и задержки, и спрямления. Представим себе, что инопланетный Гюйгенс не изобретает вовремя баланс. Ничего фатального: открытие все равно совершат на несколько десятилетий позже. В результате позже появляются и карманные часы. Так как маятниковые часы идут верно, лишь в тот момент, когда маятник в покое расположен перпендикулярно поверхности планеты, а клиент требует и точности, и мобильности, на некоторое время получают распространение, к примеру, миниатюрные маятниковые часы, заключенные в герметичный корпус-капсулу, который плавает в прозрачной банке с водой. Балласт в основании корпуса постоянно тянет часы в правильное положение, а водяная подушка смягчает удары и сотрясения. Также в этом мире могли получить распространение каретные часы типа «ванька-встанька».
Таким образом, даже постулировав схожесть путей развития науки и техники в разных мирах, автор оставляет себе простор для фантазии. Главное, хорошо изучить матчасть.
ЧАСЫ НА ГРЯДКАХ
Случаи, когда чужая цивилизация разительно отличается от земной, еще более интересны. Как быть с часами там, где маятник и вовсе не мог возникнуть?
У Гарри Гаррисона описана раса разумных ящеров — ийлан, живущих в очень самобытном мире. Потомки динозавров не умели обрабатывать камни и металлы. Зато, потратив на развитие десятки миллионов лет, они научились выращивать из зерен целые города и выводить животных со свойствами арбалета, микроскопа или бритвы. Гаррисона не упоминает часы, но логично предположить, что они, как и вся остальная техника ийлан, тоже живые.
Кажется, проведя этот мысленный эксперимент, мы совершили целое открытие. Налетай, торопись! Вот она, новая страница в часовом деле! Увы: живые часы — это вовсе не новость. Петухов в качестве будильника человек использует уже несколько тысяч лет. Но не только петух, каждый организм наделен своим собственным хронометром, который соответствует циклам смены дня и ночи, приливов и отливов, лета и зимы. Благодаря биологическим часам человек активен днем и легко засыпает в ночное время даже тогда, когда полностью изолирован от внешнего мира.
Растения тоже «знают свое время». Собрав цветы нескольких видов, люди научились высаживать цветочные часы. Минус ароматного прибора только в том, что он барахлит в пасмурную погоду, не работает в дождь и замерзает зимой.
Цивилизация «огородников» рано или поздно решила бы проблемы с точностью и прихотливостью. Их часы — растение на подоконнике, время же определяется, например, по степени наклона ствола или по количеству распустившихся цветков. Если нужно умилить публику, часами можно «назначить» какого-нибудь ритмично моргающего пушистого зверька. Необходимо напугать? Пусть в питательном растворе бьется человеческое сердце. Нервные волокна в миокарде способны периодически выдавать импульсы независимо от мозга...
АКВАРИУМНЫЕ ЧАСЫ
В жизни биологической цивилизации может наступить момент, когда точности растений будет уже не хватать. Можно ли найти в природе замену кварцевому хронографу? На Земле такую находку совершили более 60 лет назад.
Кембриджский исследователь Ганс Вернер Лиссманн (коего мы никогда не назовем «британским ученым») изучал тонкие механизмы ползания и плавания змей, пиявок, рыб. Более всего биолога поразила нильская рыбка гимнарх, которая умудрялась находить препятствия при движении хвостом вперед. Глаза у гимнарха расположены на голове и видеть пространство позади хвоста никак не могли. Какое-то отношение к делу мог иметь электрический орган, расположенный в хвосте.
Часы на основе рыбы гимнарх достаточно точны, но потребляют четырех пескарей в день
Проверяя очередную теорию, Лисманн опустил в аквариум два электрода и уловил чрезвычайно стабильные колебания частотой около 300 герц и амплитудой около 30 мВ в метре от рыбы. Гимнарх оказался живым генератором частоты! Электромагнитные колебания помогают этому жителю мутной воды «видеть» препятствия хвостом. А преподаватель лицея Андре Флориан использовал рыбку вместо кварцевого кристалла в часах. Электрическая схема суммировала сигналы от опущенных в аквариум электродов, и стрелки ровно отмеряли отпущенные животному 12—15 лет жизни. Каждый день часы пожирали четырех пескарей. Кроме того, прихотливый механизм два раза в месяц нуждался в замене воды.
Можно посетовать: «Эх, если бы чудесную рыбку нашли на сто лет раньше! Какую чудную смесь аквариумистики с хайтеком являла бы собой швейцарская промышленность!» Увы, никакой механизм не выдержит 300 колебаний в секунду. Использовать гимнарха в качестве часов удалось лишь при наличии современной электроники, в 90-х годах прошлого столетия. Придется лишь обнадежить фантастов тем, что в иных мирах могут встречаться другие рыбы или могут быть выведены организмы, которые преобразуют токи высокой частоты и дают новую пищу для ума писателей.
ЗЕЛЕНЕНЬКИЕ НЕЧЕЛОВЕЧКИ
Случай с рыбой показывает, что для создания часов важно, прежде всего, наличие циклических колебаний, а сам источник ритма может иметь сколь угодно экзотическую форму. Так зачем нам существо, которому нужно доставать пескарей и менять воду в большом аквариуме? Не проще ли обратиться к самым маленьким и вездесущим представителям живой природы — бактериям? Использовать их жизненные циклы?
Ведущий российский научный новостной сайт membrana.ru пишет: «Калифорнийские биологи создали генетические часы, используя бактерию Escherichia coli, также известную как кишечная палочка». Работа исследователей опубликована в журнале Nature. В пресс-релизе, доступном на сайте Калифорнийского университета, авторы работы сообщают, что часы являются очень точными, и кроме того их можно «запрограммировать» на требуемый период времени.
Созданная учеными система работает следующим образом: через определенные промежутки времени бактерии синтезируют белок, флуоресцирующий зеленым светом. В основе системы лежит цепочка событий от добавления в среду с бактериями определенных веществ до синтеза белка.
Часы сами регулируют точность своего хода, реагируя на недостаток или избыток синтезируемого белка. Но изменяя температуру среды и интенсивность «кормления» бактерий часы можно успешно настраивать. И если сейчас бактериальные часы дают одну вспышку раз в 50 минут, то в будущем ученые планируют заставить живую систему колебаться с более высокой частотой.
Пока перспективное изобретение не успело проделать свой путь из лаборатории до человеческого запястья, фантасту самое время написать: «Когда вуглускр еще продолжал говорить, пожилой шушпанчик поднял четвертое щупальце. Один небольшой участок эпителия имел бледно-голубоватый оттенок, а другой постепенно менял свой цвет от оранжевого к желтому. Голубой желтого по планетному времени», — утвердительно произнес инопланетянин. — «Соблюдайте регламент!» Настенные часы, ежесекундные переливы которых просто гипнотизировали человека, подтверждали факт грубого нарушения...»
ЧАСЫ ДЛЯ РАЗУМНЫХ МИНЕРАЛОВ
Каждый из упомянутых нами прежде типов часов имел непосредственное отношение к той или иной точной науке. Солнечные часы «дружат» с астрономией и географией, механические и кварцевые придумали физики и механики; петух, рыба гимнарх и бактерии — предмет интересов биологов. Кажется, мы до сих пор не касались только химии. Посмотрим, что можно позаимствовать для фантастических миров среди баночек с реактивами.
Первые химические часы — свеча или ароматная палочка, сгорающая за определенный промежуток времени, — появились задолго до первого маятника. Проблема лишь в том, что реакция горения необратима. Маятник, совершив колебание, возвращается в исходную точку и продолжает работу. Сгоревший парафин, напротив, уже никогда не соберется вокруг фитиля. Поэтому открытие циклических реакций стало одним из важнейших событий в современной химической науке.
В 1834 году Розеншельд заметил, что колба с небольшим количеством вещества на основе фосфора «вспыхивала» каждую седьмую секунду. Почему — неизвестно. Исследования продолжались более века. Только в 1950-х советским химикам Борису Белоусову и Анатолию Жаботинскому удалось не только продемонстрировать химические автоколебания, но и предложить их теоретическую модель. Обнаружилось, что в результате взаимодействия лимонной кислоты и бромата калия в кислотной среде в присутствии катализатора — ионов церия Ce3+ — цвет раствора периодически менялся от бесцветного (Ce3+) к желтому (Ce4+), и обратно.
Человеку, в химии несведущему, понять суть происходящего в реторте поможет пример из экологии. В неком озере живут щуки и караси. Караси питаются водорослями. Щуки едят карасей и размножаются до тех пор, пока не съедают почти всю рыбу. Рано или поздно карась становится настолько редок, а щук оказывается так много, что хищники начинают голодать и дохнуть. Наступает ситуация, когда поедать карасей практически некому: караси безудержно размножаются и заполоняют собой весь пруд. Проходит время, прежде чем в озере восстановится численность щук, и они снова сведут популяцию карасей к минимуму. В химическом маятнике роль карасей играет вещество-восстановитель, роль щук — окислитель, а роль водорослей — постоянная подпитка энергией или третьим веществом, без которых пульсация вскоре затухает.
Химические часы, основанные на циклических реакциях, это и реальная альтернатива часам механическим, и один из немногих способов измерить время для существ, которые вообще не являются живыми по человеческим понятиям. Например, для упомянутой братьями Стругацкими и Роджером Желязны цивилизации разумных минералов. Поэтому, войдя в летающую тарелку и выпив колбу с неизвестной окрашенной жидкостью, не спешите искать закуску. Возможно, вы только что уничтожили коллекционный инопланетный хронометр!
Циклическую реакцию можно воспроизвести дома или в простейшей лаборатории. Для этого понадобится:
- 4 г пищевой лимонной кислоты
- два кремня для зажигалок (содержат соединения церия III и IV)
-12 мл раствора серной кислоты в консистенции 1:2
-1,7 г бромата калия
- вода
-три пробирки
В первой пробирке растворите два кремня от зажигалок в серной кислоте. Во второй пробирке смешайте лимонную кислоту с 10 мл горячей воды и с броматом калия. Следует подогревать смесь до тех пор, пока вещества не растворятся полностью. Затем быстро слейте вместе и перемешайте стеклянной палочкой приготовленные растворы. Если опыт проделан правильно, спустя 20 секунд светло-желтая окраска сменится на темно-коричневую, но спустя еще 20 секунд пробирка вновь станет желтой.
Мы инициировали окислительно-восстановительный процесс, в котором роль окислителя выполняет бромноватая кислота, а восстановителя — лимонная:
KBrO3 + H2SO4 = KHSO4 + HBrO3 9HBrO3 + 2C6H8O7 = 9HBrO + 8H2O + 12CO2 9HBrO + C6H8O7 = 9HBr + 4H2O + 6CO2
Изменение цвета раствора происходит под действием катализаторов — соединений церия и марганца, которые, в свою очередь, также меняют степень окисления, но до определенной концентрации иона, после чего происходит обратный процесс.
Автор: Антон ЧУБУКОВ
При перепечатке активная ссылка обязательна
Теги: 4-2010
Могут ли ученые и писатели-фантасты помочь создателям часов?