Шрифт:
Закладка:
Заметим, что здесь имеет значение количество вытесненной воды – или, в нашем примере, объем куба. Вот почему стальное судно будет плавать, а стальной брусок, внутри которого нет воздуха, утонет: судно вытесняет объем воды, равный объему и корпуса судна, и воздуха внутри него, а воздух весит значительно меньше воды.
Когда живой организм, простейший или многоклеточный, находится в океане, его всегда поддерживает архимедова сила, так как физические тела всегда вытесняют определенное количество воды. Однако когда жизнь выходит на сушу, все меняется: живые существа, оставшись без поддержки архимедовой силы, вынуждены искать способы борьбы против гравитации.
Мы можем получить некоторое представление о том, как это происходит, если поглядим, как происходил выход живых существ на сушу на Земле. О точных датировках этого события все еще идут ожесточенные споры. Генетический анализ свидетельствует, что зеленые водоросли образовывали налет на прибрежных камнях еще 610 миллионов лет назад. Были найдены окаменелости, содержащие споры (присутствие которых указывает на расцвет земной растительности) возрастом примерно 450 миллионов лет. При этом нам известно, что у растений (а позже и у животных) развивались навыки, позволявшие им справляться с отсутствием архимедовой силы. Мы полагаем, что в соответствии с выбором того или иного способа этой борьбы организмы можно разделить на два противоположных типа, которые мы можем условно назвать «панцирь против скелета» или, для тех, кому больше по вкусу архитектурные аналогии, «романская церковь против современного небоскреба».
Дело здесь вот в чем: каждое живое существо на суше должно иметь оболочку, отделяющую его от окружающей среды, и одновременно с этим каким‐то образом сопротивляться действию силы тяжести. Вопрос только в том, будет ли решать эти две задачи один и тот же элемент организма или разные.
Экзоскелет лангуста (и других животных, например, насекомых) и стены романской церкви решают обе задачи одновременно: отделяют внутреннее от внешнего и поддерживают вес тела. Скелет же человека, как и стальной каркас современного небоскреба, только поддерживают вес, а функцию оболочки оставляют другим составным частям целого. Нас, людей, отделяет от внешней среды кожа – но она никак не влияет на нашу борьбу с гравитацией. То же самое можно сказать о так часто встречающемся сплошном остеклении фасада современных небоскребов. Мы считаем, что живые существа на Громадине вполне могли бы, как и на Земле, использовать оба варианта: правда, скелеты тамошних существ, скорее всего, будут более крепкими, чем на Земле, а шкура обладателей скелетов, вероятно, будет толще нашей – чтобы не рваться под собственным весом.
Чтобы представить себе, как на Громадине могли бы развиваться живые организмы, отправимся в XVII век и обратимся к работам Галилео Галилея. Это кажется невероятным, но последняя написанная им книга, «Рассуждения и математические демонстрации, относящиеся к двум новым наукам» (1638), внезапно даст нам довольно много информации, применимой при изучении возможности жизни на сверхземлях. «Две новых науки», о которых говорится в заглавии, – это примерно то, что мы сейчас называем материаловедением и баллистикой, и интересовать нас будет в основном первая.
Одна из задач, которые Галилей рассматривает в своей книге, встала перед ним в ходе его многолетнего сотрудничества с Венецианским Арсеналом – чем‐то вроде Пентагона тех времен. Ее можно сформулировать следующим образом. Когда инженеры Арсенала пытались построить большой корабль, они обычно брали проект очень хорошо проявившего себя в эксплуатации малого корабля и просто удваивали все его размеры. Но к их удивлению, такой отмасштабированный корабль обычно оказывался не слишком удачным по своим характеристикам. Объяснение причин этого несоответствия и было, по сути, содержанием одной из открытых Галилеем «новых наук». Полученные им результаты играют решающую роль в исследовании особенностей гипотетического развития живых организмов на такой сверхземле, как наша Громадина.
Чтобы разобраться в тезисах Галилея, мы начнем с того, что нарисуем состоящий из какого‐нибудь материала куб с ребром в 1 метр. Нижняя грань этого кубического блока будет удерживать на себе его вес. Теперь увеличим нашу конструкцию вдвое, составляя ее из таких же метровых блоков, – и получим куб из восьми блоков, ребро которого будет иметь длину 2 м. Вес, действующий на нижнюю грань исходного блока, будет вдвое больше, чем раньше, – на нее давит вес самого блока и вес блока, поставленного на него сверху. Снова удвоим все размеры конструкции: теперь наш куб будет состоять из 64 метровых блоков, длина его ребра составит 4 м, а на нижнюю грань исходного метрового блока будет действовать вес четырех таких блоков. Продолжим увеличивать размеры нашей груды блоков в высоту – и вес, приходящийся на нижнюю грань исходного блока, будет прирастать пропорционально.
В конце концов мы достигнем точки, в которой прочность материала исходного блока уже не позволит ему поддерживать суммарный вес всех верхних блоков, и исходный блок попросту разрушится. Из этого мы можем заключить, что существует некоторая максимальная высота, которой наша кубическая конструкция может достичь, не разрушаясь. Той же логикой, кстати говоря, объясняется и отсутствие на Земле гор выше Эвереста (около 9 км). Нагромождение на высокую гору добавочного материала привело бы к тому, что скальные породы в ее основании начали бы трескаться и крошиться и рост горы прекратился бы. Заметим, что по этой же причине самые высокие горы на Громадине были бы примерно вдвое ниже Эвереста – высотой около 4 км. (Читатели с математическим складом ума уже поняли: доказательство Галилея основывается на том, что объем, а значит, и масса конструкции пропорциональны кубу ее линейных размеров, а площадь поддерживающего ее основания – их квадрату.)
Из всего вышесказанного следует, в частности, что, если мы хотим получить структуру или организм больших размеров, мы не можем просто взять и увеличить его по всем линейным измерениям. Нам придется вносить изменения и в форму нашей конструкции. Например, в случае складирования блоков мы могли бы добавить больше новых элементов, если бы нижняя грань конструкции была прямоугольной, а не квадратной. Чем более высокую гору из блоков мы хотим сложить, тем шире должно быть ее основание.
Мы видим, как этот принцип реализуется в строении тел земных животных. Сравним, например, форму тела муравья, чей крошечный вес вполне способны поддерживать тоненькие ножки, и слона, огромная масса которого должна опираться на толстые, больше похожие на колонны, ноги с широкими ступнями. На Громадине, мощной гравитации которой должна противодействовать столь же мощная опора на почву, следует ожидать, что живые существа
