Видимый свет, наоборот, плохо поглощается большинством материалов. Например, воздух практически проницаем для него. Это одна из причин, почему мы видим именно в этом диапазоне: излучение видимой части спектра проходит сквозь атмосферу и достигает нас. Гамма-зрение бесполезно в атмосфере, где все в этом диапазоне выглядело бы совершенно черным. Естественный отбор не ошибается.
Вторая причина: именно в диапазоне видимого излучения Солнце отдает основную часть своей энергии. Очень горячие звезды излучают преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне, очень холодные – в инфракрасном. Солнце – по космическим меркам средняя звезда – излучает главным образом видимый свет, причем сильнее всего в области волн желтого цвета. И наш глаз демонстрирует поразительную точность настройки: именно к этой части спектра он наиболее чувствителен.
Может ли случиться так, что обитатели других планет видят совершенно в других диапазонах? На мой взгляд, едва ли. Практически все присутствующие в космосе в заметном количестве газы прозрачны для видимого света и полупрозрачны для близких к нему частот. Звезды, кроме самых холодных, отдают значительную, если не преобладающую, часть своей энергии на частотах видимой части спектра. Проницаемость материи и свечение звезд в одном и том же узком диапазоне частот только кажется случайным совпадением. Это соответствие наблюдается не только в Солнечной системе, но и повсюду во Вселенной и является следствием фундаментальных законов излучения, квантовой механики и ядерной физики. Могут быть и исключения, но я полагаю, что обитатели иных миров, если они вообще существуют, видят практически в том же диапазоне частот, что и мы[10].
Растения поглощают красный и синий свет и отражают зеленый, поэтому представляются нам зелеными. Все зависит от того, свет какой части спектра и в каком количестве отражает данный «цвет». То, что поглощает синий свет и отражает красный, кажется нам красным; то, что поглощает красный свет и отражает синий, кажется синим. Предмет, который воспринимается нами как белый, практически одинаково отражает свет всех цветов. Это относится и ко всему серому и черному. Разница между черным и белым не в цвете, а в количестве отраженного света. Все относительно.
Наверное, самый яркий природный материал – свежевыпавший снег. Но и он отражает лишь около 75 % падающего на него солнечного света. Обиходный черный материал, например черный бархат, отражает считаные проценты света. «Противоположны как черное и белое» – это логическая ошибка. В сущности, черное и белое есть одно и то же, различие между ними не в цвете, а в относительном количестве отраженного света.
Большинство «белых» людей далеко не так белы, как свежевыпавший снег, или хотя бы белый холодильник, а большинство «черных» светлее черного бархата. Это относительные, неточные, обманчивые характеристики. Люди сильно отличаются отражательной способностью – показателем того, какой процент светового потока отражает кожа. Пигментацию кожи обеспечивают главным образом молекулы органического соединения под названием меланин, которое организм вырабатывает из тирозина – аминокислоты, входящей в состав белков всех живых организмов. Альбиносы имеют врожденное заболевание, вследствие которого меланин не вырабатывается. Их кожа и волосы имеют молочно-белый оттенок, радужки глаз розовые. Животные-альбиносы в природе редки, поскольку их кожа не обеспечивает достаточной защиты от солнечного излучения и у них отсутствует защитная окраска. Долго альбиносы не живут.
Подавляющее большинство жителей США коричневые. Свет, лучше всего отражаемый нашей кожей, несколько смещен в красную область видимого спектра. Людей с активной выработкой меланина так же бессмысленно определять «цветными», как людей, в коже которых меланина мало, – «обесцвеченными».
Заметные различия в цвете кожи наблюдаются только в видимом диапазоне и близких к нему частотах. Уроженцы Северной Европы и Центральной Африки одинаково черны в ультрафиолетовом и инфракрасном излучении, поскольку практически все органические молекулы, не только меланин, поглощают его. Такая аномалия, как белая кожа, в принципе возможна исключительно в видимом спектре, для которого проницаемы многие молекулы. В большей части спектра все люди черные[11].
Солнечный свет представляет собой смешение волн с частотами, соответствующими всем цветам радуги. Желтого света в нем несколько больше, чем красного или синего, и это одна из причин того, что Солнце кажется нам желтым. Предположим, волны всех этих цветов попадают на лепесток розы. Почему он выглядит красным? Потому что все остальные цвета, кроме красного, преимущественно поглощаются им. Когда световой поток падает на розу, волны беспорядочно рассеиваются под поверхностью лепестков. Как в примере с ванной, при каждом соударении волна ослабляется, но всякий раз волны синего и желтого света поглощаются сильнее красных. В итоге после множества внутренних отражений обратно в воздух излучается больше красного света, и мы созерцаем прекрасную алую розу. С голубыми или фиолетовыми цветами происходит то же самое, с той разницей, что их лепестки поглощают преимущественно красный и желтый свет, а отражают синий и фиолетовый.
За поглощение света в лепестках таких цветов, как розы и фиалки – настолько ярко окрашенных, что являются тезками соответствующих оттенков, – отвечает особый органический пигмент, антоцианин. Примечательно, что типичный антоцианин имеет красный цвет в кислой среде, синий – в щелочной и фиолетовый – в воде. Таким образом, розы красны, потому что содержат антоцианин и имеют легкую кислую реакцию, фиалки фиолетовы благодаря антоцианину и легкой щелочной реакции. (Я пытался обыграть этот факт в каламбурах, но не преуспел.)
Синие тона даются Природе трудно. Редкость синих скал или песков на Земле и других планетах говорит сама за себя. Синие пигменты с необходимостью имеют весьма сложное строение: антоцианин состоит из двух десятков расположенных определенным образом атомов, каждый тяжелее атома водорода.
Живые существа пользуются цветом очень изобретательно. Растения поглощают солнечный свет и путем фотосинтеза добывают пропитание буквально из воздуха и воды. Птенцы яркой окраской глоток указывают родителям, куда совать пищу. Бывает окраска, привлекающая особей противоположного пола и насекомых-опылителей, бывает маскировочная или отпугивающая. Есть у цвета и чисто эстетическая функция, во всяком случае для человека. Но все это возможно исключительно в силу физических особенностей звезд, химического состава воздуха и изящной сообразности процесса эволюции, обеспечившего нам совершенную гармонию с физической средой.
Когда мы изучаем иные миры, состав атмосферы или рельеф других планет – пытаемся понять, почему атмосферная дымка спутника Сатурна Титана коричневая, а похожая на дынную корку поверхность Тритона, спутника Нептуна, розовая, – то опираемся на свойства световых волн, по сути, мало отличающихся от концентрических кругов на воде в ванне. Все видимые нами цвета, будь то на Земле или за ее пределами, определяются длиной волны преимущественно отраженного света. Так что образ Солнца, ласкающего все сущее в пределах достижения своих лучей, представление о солнечном свете как о взоре божества не только поэтическая метафора. Тем не менее капля воды, падающая в ванну, гораздо лучше и точнее объясняет физику света.
Глава 5Четыре вселенские загадки
Когда вверху не названо небо,
А суша внизу была безымянна…
Тростниковых загонов тогда еще не было,
Тростниковых зарослей видно не было,
Когда из богов никого еще не было,
Ничто не названо, судьбой не отмечено,
Тогда в недрах зародились боги…
Каждая цивилизация создает миф о сотворении мира, пытаясь осмыслить происхождение Вселенной и всего, что в ней есть. По большей части эти мифы не более чем вымысел. Есть такой миф и у нас с вами. Он, однако, опирается на точные научные данные.
Итак…
Мы живем в расширяющейся Вселенной, размеры и древность которой выходят за пределы обычного человеческого воображения. В ней находятся галактики, разлетающиеся все дальше друг от друга вследствие Большого взрыва – грандиозного первоначального импульса. По мнению некоторых ученых, наша Вселенная – лишь одна из великого, а возможно, и бесконечного множества отдельных вселенных. Одни растут и развиваются, чтобы затем схлопнуться и погибнуть. Другие расширяются вечно. Третьи находятся в динамическом равновесии и многократно, если не бесконечно, проходят цикл расширения и сжатия. Нашей Вселенной около 15[14] млрд лет, во всяком случае таков ее возраст в ее нынешнем «воплощении», возникшем в результате Большого взрыва.
В других вселенных могут существовать иные формы материи и действовать свои физические законы. Где-то жизнь невозможна из-за отсутствия светил и планет или даже химических элементов тяжелее водорода и гелия. Вероятно, есть и такие вселенные, рядом со сложностью и изобилием которых меркнет наша собственная. Даже если иные вселенные действительно существуют, нам вряд ли удастся проникнуть в их секреты, тем более увидеть их своими глазами. Впрочем, и в нашем с вами доме есть над чем подумать.
Во Вселенной, где мы обитаем, несколько сотен миллиардов галактик, одну из которых мы называем Млечным Путем – «нашей» Галактикой, хотя не имеем ни малейших оснований претендовать на власть над ней. Млечный Путь – это газ, пыль и около 400 млрд звезд. Одна из них, на периферии спирального рукава Галактики, и есть наше Солнце – неяркая, небольшая, прямо скажем, заурядная звездочка. В пути продолжительностью 250 млн лет