Кинофантастика - Леук Ролан (читаемые книги читать онлайн бесплатно .txt, .fb2) 📗
Но допустим, что миниатюризация сработала, и попробуем представить последствия этого для нашего героя. Хэнк Пим объясняет подвиги Человека-муравья его миниатюрными размерами и сравнивает их с возможностями муравья, способного, как он говорит, поднять вес в пятьдесят раз тяжелее его самого[6].
Отметим, что этот довод уже использовали создатели Супермена — Джерри Сигел и Джо Шустер — для объяснения силы Железного человека. В двух комиксах под названием «Научное объяснение удивительной силы Кларка Кента (он же Супермен)» они сравнивают его доблести с возможностями насекомых: «Кент прилетел с планеты, телосложение обитателей которой на много миллионов лет опережает наше. Взрослые криптонианцы обладают титанической силой. Невероятно? Нет! На нашей планете тоже есть сверхмогучие существа. Скромный муравьишка может тащить груз в сто раз тяжелее его самого. Кузнечик прыгает — в человеческом масштабе — на десятки метров». В обоих случаях мы сталкиваемся с экстраполяцией некоего свойства — силы — из одного масштаба в другой. Как обстоит дело в действительности?
Сила, развиваемая конечностями, пропорциональна их сечению и растет только в двух измерениях, поэтому она пропорциональна квадрату размера туловища. Напротив, масса тела пропорциональна его объему, который увеличивается в трех измерениях; масса, следовательно, пропорциональна размеру туловища в кубе. Таким образом, физическая сила пропорциональна силе массы тела в степени 2/3. Это означает, что, хотя самые тяжелые из нас и сильны, но все же не настолько, как можно подумать: тот, кто в 8 раз тяжелее, только в 4 раза сильнее. Конечно, два человека с одинаковой массой могут добиваться совершенно различных физических показателей. Применим наше соотношение, чтобы вывести возможности муравья из возможностей человека. Человек весит в среднем 75 кг и обычно не может поднять вес, превышающий его собственный. А муравей, весящий всего 10 мг (в 7 500 ООО раз меньше человека), как следует из нашего уравнения, может поднять вес только в 38 300 раз (7 500 0002/3 = 38 300) меньший, чем человек, то есть немного менее 2 г. Это примерно в сто раз больше веса самого муравья. Закон соотношения между силой и массой позволяет думать, что Человек-муравей способен на такие же потрясающие усилия пропорционально своему размеру[7] и что Супермен — это вам не супермуравей. Человек-муравей выигрывает у Супермена со счетом 1:0! Но супергерой вряд ли сравнится подвигами с муравьями: их экзоскелет состоит из очень стойкого каркаса из хитина и карбоната кальция и превосходит прочностью скелет героя, состоящий из фосфата кальция. Такой скелет может и разрушиться от непомерных грузов…
Как бы не замерзнуть
Эта игра площади и объема имеет и другое последствие: изменение теплообмена у супергероя. Теплокровные животные теряют энергию, будучи теплее среды, в которой находятся. Эти потери происходят по всей поверхности тела и пропорциональны его площади. Поэтому Скотт Лэнг теряет примерно в 100 х 100 раз больше энергии, чем Человек-муравей, ввиду того что в 100 раз выше его ростом. С другой стороны, энергия, необходимая для поддержания внутренней температуры, вырабатывается посредством метаболизма, происходящего в теле, объем которого у Скотта в 100 х 100 х 100 раз больше, чем у Человека-муравья. Таким образом, Скотт вырабатывает в миллион раз больше энергии, чем Человек-муравей, а теряет ее только в 10 000 раз быстрее. В конечном итоге соотношение между поверхностной потерей энергии и ее выработкой в объеме тела у Скотта в 100 раз ниже, чем у его миниатюрного альтер эго.
Иначе говоря, у мелких существ неблагоприятное соотношение между площадью и объемом. Этим объясняется необходимость всегда держать грудных детей укрытыми, даже если для взрослого температура в помещении вполне комфортная, как и то, что при недостаточно нагретой воде в бассейне ребенок простужается быстрее взрослого. Мелкие теплокровные животные (например, этрусская землеройка Suncus etruscus) вынуждены компенсировать повышенную потерю энергии повышенным относительно массы тела потреблением пищи. Землеройка ежедневно съедает вдвое больше своей массы, тогда как слон — только 5 % (тоже, между прочим, целых 200–300 кг!). Масса землеройки — несколько граммов, и это, без сомнения, нижний предел массы для теплокровного животного. При дальнейшем снижении массы было бы трудно поддерживать постоянную внутреннюю температуру. Если взять Человека-муравья, то, чтобы он тратил время не только на еду, создателю его костюма следовало бы подумать о более эффективной термоизоляции, чем показано в фильме!
Вода не течет?
Обсудим удивительную сцену в фильме, когда Человек-муравей поит своего скакуна, муравья Энтони. Он держит каплю воды, утратившую текучесть и не оставляющую на его ладонях никаких следов. В нашем масштабе невозможно без какой-либо емкости манипулировать объемом воды, эквивалентным ведру. Почему же в фильме дело обстоит иначе?
Между прочим, это вполне реалистично и доступно пониманию, если прибегнуть к логике, используемой физиками для объяснения явлений на поверхности жидкости. Все происходит так, как если бы всю поверхность жидкости охватывала тонкая растяжимая пленка. Это явление проистекает из того факта, что молекулы на поверхности не так окружены другими такими же молекулами, как внутри объема. Поэтому поверхностные молекулы меньше связаны с жидкостью, что соответствует общему росту энергии системы. Для взаимодействия между жидкостью и воздухом требуется энергия, пропорциональная росту площади взаимодействия. Жидкость спонтанно принимает форму, при которой минимизируется ее энергия. Это поверхностное натяжение принуждает жидкость при отсутствии внешних сил минимизировать площадь. С этой точки зрения оптимальной является сферическая форма: при постоянном объеме она имеет наименьшее пространство. Такую форму приобретает виски капитана Хэддока, пребывающего в невесомости в альбоме «Мы ходили по Луне»[8]. Ту же форму приобретают капли росы очень малого веса. В нашем масштабе результаты поверхностного натяжения практически незаметны, так как тяготение диктует свои законы: когда количество жидкости становится слишком велико, ее вес значительно превосходит поверхностное натяжение и она оседает. Поэтому вода в стакане, в луже, в озере имеет горизонтальную поверхность.
В фильме количество воды в распоряжении Человека-муравья, кажущееся значительным в сравнении с его ростом, на самом деле очень мало. В этом случае поверхностное натяжение жидкости превосходит ее вес и позволяет ей сохранять слитность, благодаря чему герой может обращаться с ней без сосуда, как если бы она была залита в гибкую пленку. Отметим, что в таких условиях весьма затруднительно купание, для которого пришлось бы проткнуть ограничивающую жидкость «эластичную мембрану». Человеку-муравью нелегко принять ванну!
Как поддерживать связь?
В завершение главы поговорим немного о взаимодействии Человека-муравья с настоящими муравьями. В оригинальном комиксе он обращается к ним напрямую. Если можно усомниться в том, что насекомые способны понимать человеческую речь, то позволительно спросить также, услышат ли люди своего уменьшенного собрата.
Мы издаем звуки за счет вибрации голосовых связок, усиливаемой эхо-камерами горла и черепа. Легко убедиться, что самые короткие струны фортепьяно производят самые высокие звуки. Говоря конкретно, вдвое более короткая струна производит вдвое более высокий, с удвоенной частотой, звук в октаве. Поэтому примерно в 100 раз уменьшенный Человек-муравей должен иметь в 100 раз более короткие голосовые связки и в 100 раз более высокий голос — грубо говоря, выше на семь октав. Частота мужского голоса обычно составляет от 200 до 300 герц. Из этого следует, что Человек-муравей издает звуки с частотой порядка 20–30 тыс. герц — в ультразвуковом диапазоне, не воспринимаемом человеческим ухом.
