Энергия жизни. От искры до фотосинтеза - Айзек Азимов

Айзек Азимов

ЭНЕРГИЯ ЖИЗНИ

От искры до фотосинтеза

Часть первая.

ЭНЕРГИЯ

Глава 1.

УСИЛИЯ, КОТОРЫЕ МЫ СОВЕРШАЕМ

Человек всегда чувствовал разницу между собой и всеми остальными объектами окружающего мира. Практически в любой культуре человек считает себя венцом творения. Возможно, не столь значимым, как боги, демоны, ангелы и прочие сверхъестественные существа, но уж точно более главным, чем все, что можно увидеть своими глазами и пощупать своими руками.

Однако пропасть между человеком и всем остальным неоднородна. Одни предметы отличаются от человека больше, другие — меньше. Многие существа, как и человек, являются «живыми» и тем самым находятся гораздо ближе к нам, чем те, кому не посчастливилось обладать этим свойством.

С нашей, безусловно предвзятой, точки зрения, разделение на живое и неживое — самое принципиальное и важное разделение предметов Вселенной, которое только можно вообразить. А отличить одно от другого с обычной точки зрения (чем проще, тем лучше!) не составляет никакого труда. Камень посреди поля — конечно, неживой. А ящерка, пробежавшая по камню, — конечно, живая.

Как же мы их так легко различили? Ну, камень лежит неподвижно, и что бы с ним ни происходило — он никак не отреагирует. А ящерица быстро двигается и реагирует на все происходящее: на солнце, на голод, на опасность; она прячется в тени, отправляется на поиски пищи, ныряет в укрытие.

В общем, ящерицы, а также всякие воробьи и сурки легко причисляются к классу живых существ, потому что, в отличие от камней, они двигаются и действуют самостоятельно. Но как нам в таком случае провести границу между камешком и устрицей, между песчинкой и крошечным семечком? Уверены ли мы, что первые — неживые, а вторые — живые?

Да, уверены. Устрица, какой бы неподвижной она ни казалась на первый взгляд, может открывать створки своей раковины, втягивать воду, отфильтровывать из нее частички пищи, выбрасывать отходы. А семечку, хотя оно-то уж полностью недвижимо, достаточно лишь предоставить подходящие условия — почву, воду, соответствующую температуру, — и оно тут же примется за дело. Во все стороны из него потянутся ростки и корешки, и вскоре на свет появится растение. По сравнению с песчинкой семечко проявляет настоящие чудеса активности.

Но для того чтобы не просто терпеливо переносить все изменения в окружающей среде, а реагировать на каждое из них соответствующим образом, требуются усилия. «Совершение усилий» — достаточно тонкий момент, и я еще вернусь к нему более подробно, но пока давайте воспримем его в самом простом, «бытовом» понимании.

Так, нет никаких сомнений, что бег, лазанье, поднятие тяжестей — все это требует усилий. Мы тратим силы, даже если просто лежим на диване, — ведь мы раздвигаем грудную клетку с каждым вдохом и прогоняем пять литров крови по кровеносным сосудам с каждым ударом сердца. Наши почки и печень, как и другие органы, постоянно участвуют в деятельности, которая хотя и не является осознанной, но тоже нуждается в затратах энергии.

Даже самые малоподвижные растения совершают действия, которые необходимо признать усилиями, — цветы распускаются, ростки тянутся к свету, а корни — к воде.

Ни один камень, ни один неживой предмет не совершает усилий в том смысле, которое мы вкладываем в это слово, говоря о живых существах, даже самых простейших. Так что житейский опыт в итоге подталкивает нас к тому, чтобы признать главным признаком различения живого и неживого именно способность совершать усилия. Соответственно потеря этой способности и есть то, что мы именуем смертью.

Тогда для того, чтобы понять природу самой жизни, а главное, механизм работы совершенно особенного живого существа — человеческого организма, мы должны разобраться в том, что же вкладывается в понятие «совершения усилий». Именно этому вопросу и посвящена книга, которую вы держите в руках.

Если уж мы приняли умение совершать усилия за основное свойство живых существ, то следует задаться вопросом о том, чем же с этой точки зрения человек отличается от всех остальных.

Первое, что приходит в голову, — это то, что человек, как самое разумное из всех живых существ, организует свои усилия наиболее обдуманным и предусмотрительным образом. Человек может посадить зерна и бережно ухаживать за ними в течение многих месяцев, хотя никакого видимого эффекта его усилия вначале приносить не будут. Однако в конечном итоге эти усилия снабдят его достаточным количеством еды, чтобы пережить зиму, тогда как другим животным придется мигрировать, погружаться в спячку или переходить на голодный паек.

Эти ценнейшие усилия люди описывают разными словами: «работа», «труд», «дело», «занятие»… Физики выбрали для описания усилий, прилагаемых для получения результата, самое общеупотребительное слово — «работа».

Это был не совсем удачный выбор, потому что в естественном языке слово «работа» с психологической точки зрения далеко не нейтрально. Игра в теннис требует гораздо больших затрат усилий, чем раскладывание картотечных карточек в алфавитном порядке, но тем не менее последнее мы называем «работой», а первое — «развлечением», «игрой», «физкультурой», чем угодно, только не «работой». Опять же, человек может долго тужиться, пытаясь поднять тяжелый предмет, так и не поднять его в результате и рассказывать потом, как он «уработался».

В общем, ученым пришлось придумывать термину «работа» строгое математическое определение, которое было бы независимым от субъективной точки зрения. В частности, по этому математическому определению, как бы ни пыжился и ни потел человек, пытаясь поднять тяжелый груз, — если груз не поднят, то никакой работы с ним и не совершено.

Тот факт, что смысл слова «работа» в бытовом и в строго научном значении различен, многих новичков основательно сбивает с толку. Кажется, лучше было бы, если бы ученые взяли для использования какое-нибудь другое слово или придумали новое. Но — так уж сложилось. Позже я объясню подробнее, какое именно определение работы выдвинули физики, но пока нам достаточно будет и интуитивного понимания того, что работа — это результат приложения усилия.

Ученые посчитали нужным отметить отдельно и способности того или иного предмета совершать работу. Для определения этой способности было использовано слово «энергия». Оно происходит от греческого «энергос», что означает «деятельный». По строению своему греческое слово состоит из «эн» — «в, внутри» и «эргон» — «работа», то есть «энергию», таким образом, можно рассматривать как нечто, «внутри чего содержится работа». У энергии тоже есть точное математическое определение, но пока что нам, опять же, хватит и интуитивного понимания этого термина.

Энергия — это нечто, необходимое живому существу для осуществления усилий; но не только. Неживой предмет усилия совершать не способен, но обладать энергией — может. Нависший на краю скалы камень не способен совершить усилие для того, чтобы рухнуть вниз, но если его подтолкнет человек (или, скажем, ветер), то он может разрушить стоящий у подножия скалы дом. Это уже работа, а раз камень совершил работу, значит, он обладал энергией.

Таким образом, можно сказать, что ящерица и камень из примера, которым я начал эту книгу, различаются тем, что ящерица может переводить энергию, которой обладает, в работу по собственному усмотрению, а камень, какой бы энергией он ни обладал, не может перевести ее в работу без посторонней помощи.

Но давайте вернемся теперь, обогатив свой словарь такими понятиями, как «работа» и «энергия», к различию между человеком и другими формами жизни. Теперь мы можем отметить, что человек способен тратить энергию и производить работу ради отдаленного результата в некоем будущем.

Но является ли это уникальным отличительным свойством человека? Ведь и бобры строят плотины, и белки запасают орехи, и пауки плетут свои сети не для немедленного получения результата.

С нашей точки зрения, это совершенно разные вещи. Ни в одном из этих случаев, ни в одном из прочих примеров сложной деятельности животных и речи не идет ни о чем подобном человеческой предусмотрительности. Разница между действиями человека и животных столь очевидна, что человек автоматически заслуживает выделения в отдельный класс.

Но, повторюсь, так дело обстоит лишь с нашей точки зрения. Не является ли эта «очевидность» лишь проявлением предвзятости мышления и самооценки? Если некий инопланетянин возьмется изучать живой мир на Земле, увидит ли он какую-нибудь существенную разницу между пауком, ткущим паутину, и человеком, забрасывающим в море невод?

Было бы любопытно (и очень лестно) найти такое различие между нами и всеми прочими существами, которое было бы физическим, конкретным и явно понятным даже самому отстраненному внеземному наблюдателю. Мы уже сделали первый шаг, попытавшись провести различие между собой и другими живыми существами по способу использования энергии. Попытаемся развить эту тему.