Всё о науке за 60 минут - Марти Джопсон

Марти Джопсон

Всё о науке за 60 минут

First published in Great Britain in 2015 by Michael O'Mara Books Limited

Illustrations © Emma McGowan 2015

Copyright © Marty Jopson 2015

© Банкрашков А. В., пер. с англ., 2021

© ООО «Издательство ACT», 2021

* * *

Джульетте, Поппи и Джорджу, которые страдают от ненасытного любопытства

Предисловие

Буквально повсюду нас окружают интереснейшие проявления науки. Но мы этого, как правило, не замечаем. Наука скрыта от нас на самом видном месте – в привычных явлениях повседневной жизни, которые мы принимаем как должное.

И все же, если остановиться на мгновение и копнуть глубже, можно почувствовать эту волнующую сладость научного познания. Например, подумайте о каком-нибудь остром блюде – что на самом деле вызывает ощущение жжения, когда мы едим его? Действие уже давно известной составляющей перца чили – капсаицина – было изучено на молекулярном уровне, но это лишь начало нашей пикантной истории. Есть также вещества, придающие пряный вкус: пиперин, гингерол, аллилизотиоцианат. Давно открыт и гидрокси-α-саншул, с которым связывают чувство онемения языка и вяжущий вкус. Молекулы этих веществ сильно отличаются по структуре, но каждая из них воздействует на наши рецепторы, вызывая неприятные ощущения.

Даже самые привычные устройства, которыми мы пользуемся ежедневно и на которые уже почти не обращаем внимания, могут оказаться невероятно увлекательными. Когда вы в последний раз задумывались над тем, что происходит внутри кварцевых часов? Так знайте: эта электрическая система обратной связи, используемая для генерации колебаний внутри кварцевого кристалла, дьявольски сложна, а кварц присутствует не только в часах, но и в каждом мобильном телефоне, компьютере и планшете. Есть он и в инфракрасных датчиках движения, которые являются частью сигнализаций, молчаливо наблюдающих за всеми нами, когда мы их даже не замечаем. То, что делает их такими блестящими охранниками, скрыто глубоко внутри. Хитрая схема из двух крошечных кристаллов позволяет датчику не только видеть ту часть спектра, которую мы увидеть не можем, но и реагировать на движущиеся источники инфракрасного излучения лишь определенного размера.

Увы, слишком часто, преодолевая барьер первоначального понимания, мы внезапно оказываемся на сугубо научной территории, где окончательный ответ заключается в том, что мы по-прежнему не знаем ответа. От возможности добычи драгоценной платины из «хвостов» (отходов технологических процессов при добыче других металлов) до постижения того, почему мотылек летит на свет, – в нашей повседневной жизни наука может проявляться в самых разных ее аспектах, но мы не понимаем еще слишком многого.

Однако так ли важно глубокое понимание этой «повседневной» науки? На первый взгляд – нет. И правда, зачем нам знать, как работает тостер или почему пребывание под деревом в жаркий день так восхитительно охлаждает тело? Ведь все эти вещи будут иметь место и без нашей осведомленности. И все же знание принципов помогает нам влиять на то, что происходит вокруг нас.

Прежде всего, во все более технологически управляемом мире понимание тех или иных явлений ведет к принятию более обоснованных решений. И порой это жизненно важные решения. Например, какой предмет нужно засунуть в тостер, чтобы протолкнуть застрявший кусок хлеба. Зная, что через голые нихромовые провода в тостере проходит ток, вы воспользуетесь деревянной ложкой или китайской палочкой для еды, но никак не металлическим ножом. Понимая принцип работы тостера, можно также сделать его более полезным и функциональным. То же самое и с деревом: оценка охлаждающего эффекта его листвы позволяет нам делать выбор в пользу увеличения зеленых насаждений в городах и поселках.

Речь идет о применении науки не только с целью коллекционирования лайфхаков в любой сфере вплоть до городского планирования. Существует и более абстрактная, но при этом более фундаментальная причина, по которой «повседневная» наука так важна: она делает нашу жизнь более захватывающей. Знание контекста любого явления и умение объяснить его заставляет воспринимать это явление совершенно иначе. Никто не будет отрицать, что это верно для шедевров изобразительного искусства и литературы. Но это верно и для науки. Стоит понять, почему кожа на пальцах покрывается морщинками в горячей ванне, и вы никогда больше не сможете смотреть на свои пальцы с прежним отношением. А значит, купаться вам станет гораздо интереснее.

В этой книге я расскажу о ряде удивительных и интригующих научных фактах, с которыми мы сталкиваемся постоянно. Но мое изложение совсем не похоже на то, что свойственно научным трудам. Так что вам не придется лететь к границам нашей Вселенной почти со скоростью света или сталкиваться с субатомными частицами. Все, что нужно сделать, это оглядеться вокруг и погрузиться в тонкости науки, которая присутствует в вашей жизни каждый день.

01 Наука о питье и пище

Самая сладкая вещь

Сахар, сочная клубника, теплый пирог только что из духовки и мой любимый мед прямо из сот… Большинству из нас так нравится сладкое, что потребность искать его, похоже, прочно запрограммирована в нашем мозге. Однако наша способность ощущать сладкий вкус удивительно неспецифична, и ее легко обмануть с помощью множества химических веществ, мало похожих на сахар. Более того, когда дело доходит до количественного измерения сладости, обычный сахар, или сахароза, оказывается совсем не сладким.

Самое сладкое из числа открытых химических веществ называют «лугдунам». По уровню сладости оно примерно в 250–300 тысяч раз слаще, чем сахароза. Однако химиков озадачивает то, что лугдунам не имеет никакого структурного сходства с другими сахарами. Это создает определенную проблему для научного понимания, поскольку, как правило, принцип работы наших рецепторов заключается в том, что они распознают молекулу лишь частично. То есть определяют схему расположения полудюжины (или около того) атомов. При этом расположение остальных атомов в молекуле не имеет значения, если эти полдюжины находятся в нужных местах. Это известно как модель «ключ – замок»: пока у химического вещества есть нужный ключ, он будет открывать замок рецептора. Но у сахарозы и лугдунама, похоже, нет ничего общего. Соответственно, вычислить ключ последнего пока не удается.

Под термином «сахара» скрывается целая группа химических веществ, в структуре которых имеются цепочки атомов углерода и иногда кислорода разной длины. Часто эти цепочки соединены в кольца. Простейшие сахара (например, глюкоза) могут иметь только одно такое кольцо или не иметь их совсем, как фруктоза. Две цепочки простых сахаров (моносахаридов) могут стыковаться, образуя такие соединения,