Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

По иронии судьбы, убивая одни растения, пепел служит удобрением для других, которые благодаря ему расширяют свой ареал обитания. Сходного эффекта добиваются садоводы, удобряя овощи золой или костной мукой. На больших высотах пепел стимулирует рост мхов и дерна, которые ныне покрывают камни и почву, ранее вовсе лишенные растительности.

Один ученый назвал пепел пиршеством для отдельных видов растений и объявил, что на некой горе в Шотландии, за которой он наблюдал в ходе исследований, прах одного-единственного покойника за шестнадцать лет вызвал заметные и устойчивые изменения в жизни растений.

Действие факторов риска, угрожающих окружающей среде, а именно глобального потепления, загрязнения природы и тому подобного, представляется нам столь значительным и широкомасштабным, что трудно даже вообразить, будто заметную роль в нынешнем плачевном состоянии природы мог сыграть всего один-единственный человек. Тем не менее ответственность за два нововведения, оказавших едва ли не самое губительное воздействие на окружающую среду, лежит на одном человеке, американском изобретателе, который придумал добавлять в бензин соединение свинца и ввел в обиход хладагент фреон.

Томас Миджли-младший предложил добавлять в бензин свинец, чтобы избавиться от «стука» в двигателе, — прежде топливо сгорало в двигателе внутреннего сгорания слишком быстро, что вызывало шум и повреждение мотора. Даже во времена внедрения этого изобретения было общеизвестно, что свинец ядовит, поэтому производители схитрили, назвав добавку «этил» (вместо полного наименования «тетраэтилсвинец»). За несколько лет работы над добавкой Миджли и сам пострадал от своего изобретения: у него обнаружились симптомы отравления свинцом. Однако Миджли это не остановило. Несмотря на собственный печальный опыт и смерть десяти рабочих на заводе-изготовителе (в то время как у других рабочих появились галлюцинации и симптомы психического расстройства), Миджли пытался успокоить общественность, плеская добавку себе на руки и вдыхая ее испарения из мензурки. При этом он заявлял, что может проделывать подобные экзерсисы ежедневно и без всякого вреда для здоровья, однако не похоже, чтобы это вошло у него в привычку.

Следующей медвежьей услугой, оказанной Миджли человечеству, стало изобретение хлорфторуглеродов (ХФУ) — соединений хлора, фтора и углерода — в качестве альтернативы существовавшим тогда охлаждающим жидкостям, крайне токсичным при утечках. Фреон, также известный под названием «дихлордифторметан», поначалу казался поистине чудесным соединением. Это было бесцветное, лишенное запаха, неогнеопасное, некорродирующее и на первый взгляд совершенно безвредное летучее вещество, которое спокойненько циркулировало себе в охлаждающей системе холодильника, переходя из жидкости в газ и обратно и сохраняя свежесть продуктов.

Прошло всего несколько лет, и фреон стал стандартным хладагентом, использовавшимся в большинстве домашних холодильников. Как и в случае с более вредоносными своими изобретениями, Миджли лично продемонстрировал публике низкую токсичность и исключительно благую сущность фреона, вдохнув полные легкие этого газа и выдохнув его на горящую свечу, отчего пламя сразу потухло.

Оба главных изобретения Миджли принесли производившим и распространявшим их фирмам целые состояния и на несколько десятилетий заняли лидирующие позиции на рынке. Однако настал час, когда сперва тетраэтилсвинец, а потом фреон и сходные с ним хладагенты были признаны соединениями, оказывающими катастрофическое воздействие на окружающую среду. Свинец, поступавший в атмосферу с автомобильными выхлопами, попадал в кровь и вызывал у детей неврологические заболевания; а химические реагенты из отслуживших свой срок холодильников внесли существенный вклад в образование дыры в озоновом слое Земли.

Но к тому времени, когда человечество осознало вред, нанесенный изобретениями Миджли, их автор давно уже умер. Можно сказать, что под конец жизни его настигло справедливое возмездие — причиной смерти изобретателя стало его же собственное детище. В 1940 году Миджли заболел полиомиелитом и оказался прикован к постели. Он придумал специальное приспособление, которое позволяло ему вставать, но, как всегда, Миджли не разглядел таящейся в нем опасности. 2 ноября 1944 года он запутался в тросах своего устройства и был ими задушен.

Плюс и минус

Одним из основоположников современной вычислительной техники стал британский математик Алан Тьюринг. А прославился он отчасти благодаря так называемой «машине Тьюринга», которая существовала исключительно умозрительно — в воображении ученого и его научных трудах. Тем не менее нынешние компьютеры работают во многом на базе гениальных догадок Тьюринга и небольшой группки его единомышленников, чьи главные открытия пришлись на 1930-е годы.

Тьюринг пытался найти ответ на вопрос, поставленный в 1928 году немецким математиком Давидом Гильбертом: возможно ли найти алгоритм, позволяющий в любой математической системе определять, верно ли в этой системе то или иное утверждение или нет. В итоге Тьюринг доказал, что существуют системы — и одна из них арифметика, — в которых невозможно, пользуясь единым методом, определить истинность утверждения.

В научной работе, посвященной этой проблеме, Тьюринг придумал воображаемую машину — это был отличный образец того, что ученые именуют «мысленным экспериментом». Машина состояла из бесконечной ленты, разделенной на ячейки, и головки, которая, действуя по принципу головки магнитофона, могла записывать в ячейки символы и стирать их.

В своей работе Тьюринг описывает изменения в ячейках, производимые так называемым компьютером, или вычислителем (в те времена слово «компьютер» означало человека, а не предмет):

«Вычисление обычно осуществляется путем записи неких символов на бумаге. Представим себе, что эта бумага поделена на клеточки, как тетрадка по арифметике… Поведение компьютера в любой момент времени определяется символами, которые он воспринимает, и его состоянием в данный конкретный момент» [18].

Простейший репертуар символов состоит из 0 и 1, и к этому репертуару прилагается таблица инструкций. Такая таблица может включать в себя, например, следующие правила:

Если головка находится над ячейкой, содержащей 0, то 0 стирается и на его место записывается 1, после чего лента сдвигается вправо.

Если головка находится над ячейкой с символом 1, то 1 стирается и на ее место записывается 1 (снова), после чего лента сдвигается влево.

Если головка находится над ячейкой с символом 0, то 0 стирается и на его место записывается 1, после чего лента сдвигается влево.

Если головка находится над ячейкой с символом 1, то 1 стирается и на ее место записывается 1 (снова), после чего лента сдвигается вправо.

Если головка находится над ячейкой с символом 1, то 1 стирается и на ее место записывается 1 (снова), после чего лента остается на месте.

Эти инструкции (всего лишь часть полной таблицы правил) можно коротко выразить так:

(0,1, П), (1,1, Л), (0,1, Л), (1,1, П) и (1,1, Н)

Таблица инструкций используется снова и снова, пока машина от некоего начального состояния (определенного набора символов) не перейдет к конечному состоянию. При должном применении правил начальное состояние ленты — скажем, двоичное отображение числа 27 — может прийти к конечному состоянию — 729, — нужно только воспользоваться набором инструкций для умножения чисел на самих себя.

Умозрительно изобретя «машину Тьюринга», которая способна решить некую одну задачу с помощью набора инструкций, предназначенного именно для этой задачи, ученый продемонстрировал, что можно изобрести «универсальную машину Тьюринга», способную имитировать все остальные «машины Тьюринга». Набор правил для такой машины эквивалентен программному обеспечению современных компьютеров, которое позволяет использовать их самыми различными способами.