Чем мир держится?

Крутильные весы Кэвендиша стали прародителем приборов, измеряющих уже не само гравитационное поле Земли в разных точках нашей планеты, а именно изменение поля при переходе от одной точки к другой. Называют такие приборы вариометрами. Первый вариометр создал венгерский физик Этвеш (тот самый, что первым с высокой точностью измерил на крутильных весах эквивалентность тяжелой и инертной масс).

Перед нами опять-таки коромысло с двумя грузами на концах, причем если на один груз действует не совсем та сила, что на другой, оно повернется вокруг оси подвеса. Насколько повернется — уже можно измерить. Хороший вариометр реагирует даже на наблюдателя, стоящего около него, то есть регистрирует неоднородность поля, возникшую от присутствия человека. Если снова вспомнить о слабости гравитации, о том, как невелика сила тяготения, создаваемая массой в шестьдесят — сто килограммов, остается только поразиться такому результату. А между тем речь ведь идет просто о «хорошем вариометре», а не о неком уникальном и сверхточном.

Этвеш же первым и применил вариометр для того, что можно назвать геологической разведкой. Впрочем, он не искал полезные ископаемые, а пытался исследовать геологические структуры.

Сегодня гравиметрическую разведку геологи используют вместе с другими физическими методами поиска. Уголь и нефть, железная, хромовая, медная руды выдают себя точным гравиметрам и вариометрам. Глубину льда в Антарктиде и Гренландии определяли гравиметрическим методом — ведь легкий лед лежит на гораздо более плотных материковых породах.

Н. П. и А. Н. Грушинские обращают особое внимание на то, что гравиметрия идет впереди других видов геологической разведки на море, как и на суше. Правда, уточнение результатов приходится часто проводить другими методами, но ведь нельзя же требовать, чтобы тот, кто идет впереди, сам же и расширял проложенную им тропу.

Наконец, в роли гравиметра выступают искусственные спутники Земли. На их траектории отражается распределение масс в теле Земли. До сих пор спутники давали в основном сведения широкого характера, с их помощью уточняли фигуру Земли, находили занимающие относительно большие территории аномалии силы тяжести. Той особой «конкретности», какую дают наземные гравиметры, спутники обеспечить не могли. На их движении сказывается слишком много привходящих обстоятельств. Но сейчас, когда уже летали первые спутники, защищенные от таких искажений, когда готовятся к запуску десятки новых свободных от сноса спутников, положение коренным образом меняется. Издали и в мелких деталях гравитационного поля Земли можно будет разобраться лучше, чем вблизи.

А что же маятник? Он еще послужит. И, строго говоря, искусственный спутник Земли — тоже ведь в определенном смысле маятник. Равномерное круговое движение спутника и колебания маятника описываются одними и теми же уравнениями. Логическое сближение маятника и спутника — отнюдь не просто сравнение, аналогия. Сходство здесь весьма глубокое: и космический гравиметр, и. маятниковый наземный гравиметр работают по одному принципу.

На весах жизни

Все живое делят обычно на два грандиозных разряда, отделяя растения от животных. Но можно предложить еще один способ деления — по тому, чувствует ли живое существо свою массу. И тогда весь мир сразу окажется разорван на тех, кто растет и живет в воде, и тех, кому принадлежит суша. К промежуточной группе можно отнести, пожалуй, амфибий, тюленей, некоторых насекомых и морских черепах, водяных змей, крокодилов, выдр… Перечислять долго, но принцип выбора понятен. Пингвина, скажем, тоже стоит причислить к этой категории, потому что он добывает пищу под водой. А вот большинство птиц — создания с «постоянным весом». Это, говоря языком техники, аппараты тяжелее воздуха.

Все, что живет на суше, постоянно ощущает свою массу. Водные животные тут оказываются в несравненно более выгодном положении. Вон кит. Позвоночное, теплокровное животное. Самое огромное живое существо, которое когда-либо обитало на нашей планете. И никто не удивляется, что хотя кит млекопитающее, но гигантом стал в море. Самый крупный из современных сухопутных животных, слон, уступает ему по массе в десяток-другой раз.

Удельный вес человека почти равен удельному весу воды. Готовя человека к полетам в космос, ученые имитируют состояние невесомости, погружая подопытного (в акваланге) в бак с водой, в котором заранее растворено ровно столько солей, сколько нужно, чтобы ее удельный вес точно совпал с удельным весом человеческого тела Конечно, это не победа над гравитацией в точном смысле слова… Однако массы своей человек в воде, как и кит в воде, не ощущает. Кит — представитель водной жизни, человек — сухопутной. Киту — легче.

На сравнении жителей суши и жителей моря довольно легко увидеть некоторые весьма весомые преимущества водной среды. Прежде всего энергетические. На суше приходится бороться с собственной массой. В воде за тебя работает закон Архимеда. Недаром до сих пор при всех достижениях автомобилистов и железнодорожников, не говоря уже об авиации, самыми дешевыми остаются водные перевозки грузов. И паровой двигатель был поставлен сначала на корабль, а уже потом на повозку, поскольку тут требовалось потратить меньше энергии на единицу расстояния. И все из-за закона Архимеда, а закон Архимеда, как известно, действует постольку, поскольку на воду действует земное притяжение.

Жизнь на Земле, как полагают биологи (во всяком случае огромное их большинство), возникла в океане и лишь потом перебралась и на сушу, сумев приспособиться к новым условиям, среди которых немаловажное значение имел вес. Но снова и снова виды живых существ, сформировавшиеся на суше, возвращались в воду. Однако за это приходится расплачиваться. Оказавшийся на отмели во время отлива кит не всегда может дождаться прилива. Он буквально оказывается полураздавленным собственной массой. Его мышцы еле-еле способны раздвинуть ребра, освобождая место расширяющимся при каждом вдохе легким. Не только мышцы, скелет, кровь, все жизненно важные системы китообразных приспособились за время долгой эволюции в водной среде к практическому отсутствию веса.

Экспедиция знаменитого исследователя морских глубин Кусто как-то наткнулась на застрявшего на мели китенка. Его понадобилось для лечения и перевозки поднять на борт. Но «поднять кита из воды — дело мудреное. Даже новорожденный китенок может сломаться от собственного веса без равномерной опоры». Пришлось сделать что-то вроде гамака и подвести под туловище животного. Именно исследование существ, живущих в воде, стало ключом к пониманию роли земного притяжения для жизни. Судя по всему, выходящим на сушу морским животным пришлось когда-то перестроить свой организм для «борьбы» с собственной массой не в меньшей, даже в гораздо большей степени, чем для перехода на новую, легочную форму дыхания. Последнее коснулось прежде всего перестройки дыхательного аппарата и до некоторой степени механизма кровообращения, первое — всего организма. Профессор П. А. Коржуев пишет в книге «Эволюция, гравитация, невесомость»: «Эволюция наземных животных представляет в основном эволюцию приспособлений, направленных на преодоление сил гравитации».

И эту мысль профессора Коржуева отнюдь нельзя назвать тривиальной, хотя может показаться, что данный факт очевиден. Как ни странно, сравнительно немногие мыслители обращали внимание на эту сторону эволюции.

Константин Эдуардович Циолковский специально рассмотрел еще в 1882 году проблему соотношения размеров обитаемой планеты и размеров ее обитателей. Он писал: «Будь иная сила тяжести на нашей планете, и размер наиболее совершенных людей, как, впрочем, и всех других существ, изменился бы».

Англичанин Крукс в 1897 году констатировал, что форма животных определена силой земного тяготения, исключения относятся только к водным животным. Стоит, впрочем, добавить, что если не о заданности размеров живых существ тяготением, то о верхнем пределе, который поставила тяжесть этим размерам, очень убедительно говорил еще Галилей: «…природа не может произвести деревьев несоразмерной величины, так как ветви их, отягощенные собственным чрезвычайным весом, в конце концом сломались бы. Равным образом невозможно представить себе костяка человека, лошади или другого существа слишком большой величины, который бы держался и соответствовал своему назначению, достигнуть чрезвычайной величины животные могли бы только в том случае, если бы вещество их костей было значительно прочнее и крепче, нежели обычные, или же если бы кости их изменились, соразмерно увеличившись в толщину, отчего животные по строению н виду производили бы впечатление чрезвычайной толщины. Это, возможно, уже было подмечено тем проницательнейшим поэтом, который, описывая великана, говорит: нельзя было сказать, насколько он был высок, так все в нем было непомерно толсто».