Główna Burza w szklance wody. Fizyka w życiu codziennym

Burza w szklance wody. Fizyka w życiu codziennym

0 / 0
Jak bardzo podobała Ci się ta książka?
Jaka jest jakość pobranego pliku?
Pobierz książkę, aby ocenić jej jakość
Jaka jest jakość pobranych plików?
Fizyk wyjaśnia codzienne zjawiska przyrodnicze, zarówno te przyziemne, jak i kosmiczne.
Spójrz na najjaśniejsze gwiazdy rozbłyskujące na czystym niebie, a będziesz miał wrażenie, że wszechświat jest niezmierzony i niedostępny, pełen tajemnic, poza zasięgiem ludzkiego rozumowania. Ale czy wiesz, że klucz do rozwikłania tajemnic kosmosu, znajduje się tak blisko, jak… najbliższy toster?
W książce „Burza w szklance wody” Helen Czerski dostarcza nam narzędzia pozwalające zmienić sposób patrzenia na otaczającą nas rzeczywistość, zestawiając zwykłe przedmioty i zdarzenia, takie jak strzelający popcorn, plamy z kawy i magnesy na lodówkę z dużymi zjawiskami, jak zmiany klimatyczne, kryzys energetyczny lub rozwój technologii medycznych. W tej wciągającej książce znajdziemy odpowiedzi na różne pytania: jak podróżuje woda z korzeni sekwoi do jej korony? W jaki sposób kaczki utrzymują w dobrej kondycji swoje stopy podczas chodzenia po lodzie? Dlaczego mleko po dodaniu do herbaty przypomina sztormowe chmury?
Helen Czerski z wdziękiem dzieli się szeroką wiedzą, pozwalając czytelnikowi w przyjemny sposób oderwać się od szarej codzienności. Już nigdy nie spojrzysz ponownie na toster w ten sam sposób.
Rok:
2017
Język:
polish
Plik:
7Z, 3,28 MB
Ściągnij (7z, 3,28 MB)

Możesz być zainteresowany Powered by Rec2Me

 

Najbardziej popularne frazy

 
0 comments
 

To post a review, please sign in or sign up
Możesz zostawić recenzję książki i podzielić się swoimi doświadczeniami. Inni czytelnicy będą zainteresowani Twoją opinią na temat przeczytanych książek. Niezależnie od tego, czy książka ci się podoba, czy nie, jeśli powiesz im szczerze i szczegółowo, ludzie będą mogli znaleźć dla siebie nowe książki, które ich zainteresują.
1

Dictionar de sociologie

Rok:
1998
Język:
romanian
Plik:
PDF, 13,26 MB
0 / 0
Helen Czerski (2017) - Burza w szklance wody. Fizyka w życiu codziennym/Helen Czerski (2017) - Burza w szklance wody. Fizyka w życiu codziennym.epub

    
      [image: Okładka]
    


  


    
      [image: Strona tytułowa]
    


  


Spis treści


  
    Okładka
  


  
    Strona tytułowa
  


  
    Strona redakcyjna
  


  
    Wstęp
  


  
    Rakiety i prażona kukurydza
  


  
    Co podrzucisz, musi spaść
  


  
    Małe jest piękne
  


  
    W swoim czasie
  


  
    Zanurzeni w falach
  


  
    Dlaczego kaczkom nie marzną stopy?
  


  
    Sputnik, spirale i łyżeczki
  


  
    Gdy przeciwieństwa się przyciągają
  


  
    W szerszej perspektywie
  


  
    Bibliografia
  


  
    Podziękowania
  


  
    Przypisy końcowe
  

  


Tytuł oryginału



THE STORM IN A TEACUP



 



 



Redakcja: Marta Wójtowicz



Projekt okładki: Pola & Daniel Rusiłowicz JCR Solutions



Korekta i opracowanie indeksu: Ewa Jastrun



Redaktor prowadzący: Anna Brzezińska



 



 



Copyright © 2016 by Helen Czerski



All rights reserved.



Copyright © for the Polish edition by
Wydawnictwo Czarna Owca, 2017



Copyright © for the Polish translation by
Jeremi K. Ochab, 2017



 



 



Wydanie I



 




 



ISBN 978-83-8015-767-5



 



 




  [image: ]




 



Wydawnictwo Czarna Owca Sp. z o.o.


ul. Alzacka 15a, 03-972 Warszawa


www.czarnaowca.pl


Redakcja: tel. 22 616 29 20; e-mail: redakcja@czarnaowca.pl 


Dział handlowy: tel. 22 616 29 36; e-mail: handel@czarnaowca.pl


Księgarnia i sklep internetowy: tel. 22 616 12 72; e-mail: sklep@czarnaowca.pl



 



Konwersję do wersji elektronicznej wykonano w systemie Zecer.

  


 



 



 



 



 



Moim rodzicom,


Janowi i Susan

  


 



 



 



 



 



Kiedy byłam na studiach, spędziłam trochę czasu na powtórce z fizyki w domu mojej babci. Bunia, pochodząca z północy pragmatyczka, była pod
wielkim wrażeniem, kiedy powiedziałam jej, że uczę się o budowie atomu.



– Aha – zaczęła – a co dzięki tej wiedzy można zrobić?



To b; ardzo dobre pytanie.

  


Wstęp



Żyjemy na krawędzi – stoimy w rozkroku pomiędzy planetą Ziemią a resztą
wszechświata. W pogodną noc każdy może podziwiać nieprzebrane zastępy
jasnych gwiazd, tych swojskich i stałych punktów orientacyjnych, które w żadnym innym zakątku kosmosu tak nie wyglądają. Wszystkie ludzkie
cywilizacje spoglądały na gwiazdy, ale żadna ich nie dotknęła. Nasz dom,
Ziemia, jest ich przeciwieństwem: nieuporządkowany, zmienny, pełen
nowych atrakcji i rzeczy, których codziennie dotykamy i które ulepszamy.
Jeśli chce się wiedzieć, jak działa wszechświat, tu należy szukać
odpowiedzi. Świat fizyczny pełen jest zdumiewającej różnorodności
biorącej się z jednakowych zasad i jednakowych atomów, które jednak,
składane na różne sposoby, dają bogactwo rezultatów. Ta różnorodność nie
jest jednak losowa – nasz świat pełen jest wzorów.



Kiedy wlejesz mleko do herbaty i energicznie zamieszasz, zobaczysz wir,
spiralę dwóch płynów okrążających się, prawie że się nie dotykających.
Istnieje ledwie kilka sekund, zanim oba płyny całkowicie się zmieszają.
To jednak wystarczająco długo, żeby ją zobaczyć; jest krótkim
przypomnieniem, że mieszanie się płynów nie polega na ich
natychmiastowym połączeniu się – jest to poprzedzone powstaniem
pięknych, wirujących kształtów. Ten sam kształt można dojrzeć i w innych
miejscach – z tego samego powodu. Gdy spojrzy się na Ziemię z kosmosu,
często można zobaczyć bardzo podobne wiry z chmur, tworzące się tam,
gdzie ciepłe i zimne powietrze tańczy wokół siebie, zamiast od razu się
wymieszać. W Wielkiej Brytanii takie wiry regularnie przetaczają się z zachodu przez Atlantyk, powodując naszą sławetną, zmienną pogodę. Tworzą
się na granicy między zimnym powietrzem polarnym z północy a ciepłym
powietrzem tropikalnym z południa. Te masy powietrza ścigają się po
okręgach, które wyraźnie widać na zdjęciach satelitarnych. Wiry takie są
znane jako depresje tropikalne lub cyklony – gdy ramiona ich spiral nas
mijają, doświadczamy nagłych zmian między wietrzną, deszczową i słoneczną pogodą.



Może się wydawać, że wirująca burza niewiele ma wspólnego z mieszaniem
herbaty, lecz podobieństwo ich form jest więcej niż przypadkowe. To
wskazówka, że mamy do czynienia z czymś bardziej podstawowym. Za
obydwoma zjawiskami kryje się metodyczna podwalina powstawania
wszystkich takich form – odkryta, zbadana i ściśle sprawdzona w eksperymentach przeprowadzanych przez pokolenia. Tym procesem odkrywania
jest nauka: to ciągłe udoskonalanie, sprawdzanie naszego pojmowania, a przy tym dogrzebywanie się do kolejnych rzeczy, które trzeba pojąć.



Niekiedy ten sam wzorzec łatwo dostrzec w nowych miejscach. Czasem
jednak jest on ukryty nieco głębiej, ale kiedy w końcu się wyłania,
satysfakcja jest większa. Na przykład niekoniecznie spodziewasz się, że
rowerzyści mogą mieć coś wspólnego ze skorpionami. Jedni i drudzy
jednak, aby przeżyć, używają, choć odwrotnie, tej samej naukowej
sztuczki.



Bezksiężycowa noc na północnoamerykańskiej pustyni jest zimna i cicha.
Znalezienie tam czegokolwiek graniczy z niemożliwością, gdyż na ziemię
pada jedynie słabe światło gwiazd. Aby znaleźć tam pewien szczególny
skarb, trzeba zaopatrzyć się w specjalną latarkę i wyruszyć w ciemność.
Latarka ta musi dawać światło niewidzialne dla naszego gatunku, tak
zwane czarne – światło ultrafioletowe. Nie da się stwierdzić, gdzie
konkretnie jest skierowany wędrujący po ziemi strumień tego światła,
ponieważ nie możemy go zobaczyć. Aż tu nagle widać błysk i ciemność
pustyni przebija zaskoczona, czmychająca plama w jasnym, upiornym,
zielononiebieskim kolorze. To skorpion.



W taki właśnie sposób szukają skorpionów ich miłośnicy. Szkielet
zewnętrzny tych czarnych pajęczaków zawiera pigmenty, które pochłaniają
niewidzialny dla nas ultrafiolet, a oddają światło widzialne. To
niezwykle pomysłowy mechanizm, choć jeśli ktoś boi się skorpionów, może
być ciut powściągliwy w jej docenieniu. Ta sztuczka świetlna nosi nazwę
fluorescencji. Zielononiebieską poświatę skorpionów uznaje się za
adaptację pomagającą im znaleźć o zmierzchu najlepszą kryjówkę. Światło
ultrafioletowe jest obecne cały czas, ale tuż po tym, gdy słońce
schowało się za horyzont, większość światła widzialnego znika i zostaje
tylko ultrafiolet. Jeśli więc skorpion jest na otwartym terenie, świeci
i jest łatwy do zauważenia, bo niewiele jest wtedy wokół niebieskiego
bądź zielonego światła. Jeśli jest on choćby nieznacznie odsłonięty,
potrafi wykryć swój blask i stąd wie, że musi się skryć jeszcze lepiej.
To zgrabny i skuteczny system sygnalizacyjny – a przynajmniej taki był,
dopóki nie pojawili się ludzie z ultrafioletowymi lampami.



Na szczęście dla arachnofobów nie trzeba chodzić nocą po zamieszkanych
przez skorpiony pustyniach, aby zobaczyć, na czym polega fluorescencja –
często wystarczy do tego nudny miejski poranek. Wróćmy do dbających o bezpieczeństwo rowerzystów: ich kamizelki odblaskowe robią wrażenie
dziwnie jasnych na tle otoczenia. Wygląda to tak, jakby się jarzyli, a to dlatego, że… tak właśnie jest. W pochmurne dni światło widzialne jest
zatrzymywane, ale ciągle przedostaje się sporo ultrafioletu. Barwniki w kamizelkach odblaskowych pochłaniają go, a odsyłają światło widzialne.
To dokładnie ta sama sztuczka, którą robią skorpiony, ale jej cel jest
przeciwny. Rowerzyści chcą świecić; kiedy emitują dodatkowe światło,
łatwiej ich zobaczyć, a przez to są bezpieczniejsi. Ten rodzaj
fluorescencji ludzie dostają gratis – skoro nie dostrzegamy światła
ultrafioletowego, nic nie tracimy, gdy zamienia się ono w coś, co możemy
wykorzystać.



Fascynujące jest to, że w ogóle tak się dzieje, ale prawdziwą radość
sprawia mi, że taki okruch fizyki nie jest wyłącznie ciekawostką – to
narzędzie, które można ze sobą nosić. Może się przydać wszędzie. W tym
wypadku ten sam okruch fizyki pomaga przeżyć zarówno skorpionom, jak i rowerzystom. To również on sprawia, że tonik świeci w świetle
ultrafioletowym, ponieważ zawarta w nim chinina jest fluorescencyjna. Na
tym samym polegają czary-mary rozjaśniaczy w proszkach do prania i markerów. Następnym razem, gdy zobaczysz zakreślony akapit, pamiętaj, że
tusz markera także działa jak wykrywacz ultrafioletu; mimo że nie możesz
zobaczyć tego światła bezpośrednio, blask wskazuje, że ono tam jest.



Studiowałam fizykę, ponieważ wyjaśniała rzeczy, które mnie interesowały.
Pozwalała mi rozglądać się i dostrzegać mechanizmy, dzięki którym działa
nasz codzienny świat. Ale najlepsze jest to, że umożliwiła mi
rozpracowanie niektórych z nich samodzielnie. Chociaż teraz jestem już
fizykiem z zawodu, rozgryzienie wielu tych rzeczy nie wymagało
laboratoriów, skomplikowanych programów komputerowych ani kosztownych
eksperymentów. Najwięcej satysfakcji dawały odkrycia związane z przypadkowymi rzeczami, którymi się bawiłam, gdy wcale nie miałam
zajmować się pracą naukową. Znajomość pewnych podstawowych zagadnień
fizyki zamienia świat w pudełko zabawek.



Niejednokrotnie ludzie patrzą z góry na wiedzę naukową, z którą mają do
czynienia w kuchni, w ogrodzie czy na ulicach miast. Uznają ją za
zajęcie dla dzieci, błahą rozrywkę potrzebną młodzieży, ale bezużyteczną
dla dorosłych. Bo przecież można kupić książkę o tym, jak działa
wszechświat, i to właśnie uważa się za temat godny dorosłego. Takie
podejście rozmija się jednak z bardzo istotnym faktem: ta sama fizyka ma
zastosowanie wszędzie. Z działania zwykłego tostera można się dowiedzieć
o pewnych najbardziej fundamentalnych prawach fizyki, a jego zaletą jest
to, że pewnie masz go w domu i sam możesz sprawdzić, jak działa. Fizyka
jest nadzwyczajna właśnie dlatego, że jej reguły są uniwersalne –
istnieją zarówno w kuchni, jak i w najdalszych zakątkach wszechświata.
Zaletą przyglądania się najpierw tosterowi jest to, że nawet jeśli nigdy
nie będzie cię nękać pytanie o temperaturę wszechświata, to przynajmniej
będziesz wiedzieć, dlaczego tost jest gorący. A kiedy już zaznajomisz
się z taką regułą, to rozpoznasz ją w wielu innych miejscach – niektóre
z nich okażą się największymi osiągnięciami ludzkości. Rozumienie nauki
dotyczącej spraw codziennych jest prostą drogą do zdobycia ogólnej
wiedzy o świecie, której każdy członek społeczeństwa potrzebuje, aby w tymże społeczeństwie w pełni uczestniczyć.



Czy kiedykolwiek musiałeś odróżnić surowe jajko od ugotowanego bez
rozbijania skorupek? Jest na to prosty sposób. Należy położyć jajko na
twardej, gładkiej powierzchni i zakręcić nim. Po kilku sekundach trzeba
krótko dotknąć palcem skorupki – tak, by jajko przestało się obracać.
Może ono po prostu leżeć tak w bezruchu. Ale po sekundzie czy dwóch może
też powoli zacząć się znów obracać. Surowe i gotowane jajka z zewnątrz
wyglądają tak samo, ale różnią się w środku i to je zdradza. Jeśli
dotknąłeś jajka na twardo, zatrzymałeś cały, sztywny przedmiot; ale
dotykając jajka surowego, zatrzymałeś jedynie skorupkę. Płyn w jej
środku wcale nie przestał wirować, przez co po około sekundzie zaczęła
się znów obracać, ciągnięta przez swoje wnętrze. Jeśli mi nie wierzysz,
pójdź po jajko i sam spróbuj. Jedna z zasad fizyki mówi, że obiekty
utrzymują ten sam rodzaj ruchu, póki się ich nie pchnie lub nie
pociągnie. W tym wypadku całkowita wartość obrotu białka jaja zostaje
taka sama, bo nie miała powodu się zmienić. Nazywa się to zachowaniem
momentu pędu – i działa nie tylko w jajkach.



Teleskop Kosmiczny Hubble’a, oko śmigające po orbicie wokół naszej
planety od 1990 roku, zrobił wiele tysięcy spektakularnych zdjęć
kosmosu. Przysłał fotografie Marsa, pierścieni Uranu, najstarszych
gwiazd w Drodze Mlecznej, noszącej cudowną nazwę Galaktyki Sombrero i gigantycznej Mgławicy Kraba. Lecz unosząc się swobodnie w przestrzeni, w jaki sposób utrzymać pozycję, spoglądając na tak maleńkie punkciki
światła? Skąd wiadomo, w którą dokładnie stronę jest się zwróconym?
Teleskop Hubble’a ma sześć żyroskopów – kół, z których każde wykonuje 19
200 obrotów na sekundę. Zachowanie momentu pędu oznacza, że koła te będą
utrzymywać takie tempo obrotu, ponieważ nic ich nie spowalnia. Oś obrotu
zaś pozostanie zorientowana w dokładnie tę samą stronę, ponieważ nie ma
powodu się ruszać. Żyroskopy dają teleskopowi kierunek odniesienia, by
jego elementy optyczne były wycelowane w odległy obiekt tak długo, jak
to potrzebne. Zasadę fizyczną zastosowaną, by nakierować jeden z najbardziej zaawansowanych cudów techniki, jakie stworzyła nasza
cywilizacja, można zademonstrować w kuchni za pomocą jajka.



Właśnie dlatego uwielbiam fizykę. Wszystko, czego się nauczysz, przyda
się gdzieś indziej, ale to jedna wielka przygoda, bo nigdy nie wiadomo,
gdzie dane odkrycie zaprowadzi cię następnym razem. Z naszej wiedzy
wynika, że prawa fizyki, które obserwujemy tu, na Ziemi, działają
wszędzie we wszechświecie. Wiele z tych prawideł jest dostępnych
każdemu. Można je sprawdzić samodzielnie. Z tego, czego można dowiedzieć
się dzięki jajku, wykluwa się zasada, która działa wszędzie. Gdy
wychodzisz z domu uzbrojony w takie pisklę, świat wygląda inaczej.



W przeszłości informacja była większym skarbem niż obecnie. Na każdy jej
samorodek trzeba było ciężko zapracować, był cenny. Dziś żyjemy na
brzegu oceanu wiedzy, na którym powstają fale tsunami zagrażające
zdrowym zmysłom. Skoro do tej pory jakoś żyłeś, to po co szukać więcej
wiedzy, a zatem i większych komplikacji? Teleskop Kosmiczny Hubble’a jest niczego sobie, ale jeśli raz na jakiś czas nie zerknie w dół, żeby
pomóc nam znaleźć klucze, kiedy akurat śpieszymy się na spotkanie, to co
za różnica?



Jako ludzie jesteśmy ciekawi świata i zaspokajanie tej ciekawości
sprawia nam dużą przyjemność. Ten proces daje jeszcze więcej
satysfakcji, jeśli dochodzimy do czegoś samemu lub jeżeli odkryć
dokonujemy razem z innymi. Zasady fizyki, które poznajemy przez zabawę,
stosują się również w nowych technikach medycznych, w meteorologii,
telefonach komórkowych, samoczyszczących się ubraniach i reaktorach
termojądrowych. Współczesne życie wymaga ciągłego podejmowania złożonych
decyzji: czy warto płacić więcej za świetlówkę kompaktową? Czy
bezpiecznie jest spać z telefonem przy łóżku? Czy mam ufać prognozom
pogody? Czy to ważne, czy moje okulary przeciwsłoneczne mają filtry
polaryzacyjne? Same podstawowe zasady często nie dadzą konkretnych
odpowiedzi, ale zapewnią kontekst potrzebny, by zadać dobre pytania. A jeśli będziemy przyzwyczajeni do samodzielnego poszukiwania rozwiązań,
nie będziemy się czuć bezradni, gdy za pierwszym podejściem nie
otrzymamy oczywistej odpowiedzi. Będziemy wiedzieć, że poświęcając
jeszcze chwilę na zastanowienie, jesteśmy w stanie coś wyjaśnić.
Krytyczne myślenie jest nieodzowne w próbie zrozumienia świata,
zwłaszcza przy wszystkich reklamodawcach i politykach głośno mówiących
nam, że to oni wiedzą najlepiej. Musimy umieć przyglądać się faktom i wypracowywać swoje zdanie na ich temat. Stawką jest coś więcej niż nasze
codzienne życie. Jesteśmy odpowiedzialni za naszą cywilizację.
Głosujemy, wybieramy, co kupować i jak żyć, i wraz z resztą ludzkości
idziemy wspólną drogą. Nikt nie jest w stanie zrozumieć każdego
szczegółu tak złożonego świata, ale podstawowe zasady są niezwykle
cennym narzędziem, które warto mieć pod ręką.



Biorąc to wszystko pod uwagę, myślę, że zabawa fizyką otaczającego nas
świata to nie „czysta rozrywka”, mimo że jestem wielką fanką bawienia
się dla samej zabawy. Nauka to nie tylko gromadzenie faktów; to logiczny
proces dochodzenia do rozwiązań. Zadaniem nauki jest, by każdy mógł
spojrzeć na dane i dojść do racjonalnego wniosku. Na początku wnioski te
mogą się różnić, lecz potem zbiera się więcej danych pomagających
rozstrzygnąć pomiędzy jednym opisem świata a innym, aż w końcu wnioski
stają się zbieżne. To odgradza nauki ścisłe od innych dziedzin –
hipoteza naukowa musi dawać konkretne, sprawdzalne przewidywania. To
znaczy, że jeśli masz pomysł, jak coś może działać, następnym krokiem
jest obmyślenie, jakie są następstwa tego pomysłu. W szczególności
należy usilnie szukać następstw, które da się sprawdzić, a zwłaszcza
takich, co do których można stwierdzić, że są błędne. Jeśli twoja
hipoteza przejdzie każdy test, na jaki można wpaść, ostrożnie zgadzamy
się, że prawdopodobnie jest to dobry model tego, jak działa świat. Nauka
ciągle stara się pokazać, że się myli, bo to najszybsza ścieżka, żeby
zobaczyć, o co rzeczywiście chodzi.



Nie trzeba być wykształconym naukowcem, żeby eksperymentować ze światem.
Kiedy zna się podstawowe zasady fizyki, już jest się na dobrej drodze,
żeby samodzielnie dojść do wielu rzeczy. Czasami nawet nie musi to być
proces uporządkowany – elementy układanki niemal same znajdują swoje
miejsce.



Jedna z moich ulubionych wypraw w nieznane zaczęła się od rozczarowania:
robiłam dżem z borówek amerykańskich, a on wyszedł różowy. Wściekle
różowy jak fuksja. Stało się to kilka lat temu, kiedy mieszkałam na
Rhode Island i właśnie dogrywałam ostatnie sprawy przed przeprowadzką z powrotem do Wielkiej Brytanii. Większość rzeczy już zrobiłam, ale było
jeszcze jedno przedsięwzięcie, które stanowczo musiałam zdążyć zrobić
przed wyjazdem. Zawsze uwielbiałam borówki – były nieco egzotyczne,
pyszne, a przy tym pięknie i przedziwnie niebieskie. W większości
miejsc, w których mieszkałam, występują w irytująco niewielkich
ilościach, ale na Rhode Island jest ich w bród. Zamierzałam zmienić
część letniego borówkowego łupu w niebieski dżem, który mogłabym zabrać
do Wielkiej Brytanii. I tak oto spędziłam jeden z ostatnich tamtejszych
poranków na zrywaniu i przebieraniu borówek.



Z pewnością najważniejsze i najbardziej ekscytujące w dżemie borówkowym
jest to, że jest niebieski. Tak w każdym razie myślałam. Ale natura
miała inny plan. O rondlu bulgoczącego dżemu można było powiedzieć wiele
rzeczy, ale na pewno nie to, że jego zawartość była niebieska.
Napełniłam nią słoiki i naprawdę smakowała cudownie. Ale rozczarowanie i niezrozumienie ciągnęło się za mną i moim różowym dżemem przez ocean aż
do domu.



Sześć miesięcy później znajomy poprosił mnie, żebym pomogła mu w rozwiązaniu historycznej zagadki. Przygotowywał akurat program
telewizyjny o wiedźmach – jak mówił, istniały zapiski o zielarkach
gotujących w wodzie płatki werbeny i nakładających wywar ludziom na
skórę, aby rozpoznać, czy rzucono na nich urok. Zastanawiał się, czy
mierzyły jakieś systematyczne zjawisko, nawet jeśli nie to, które
zamierzały. Trochę poszperałam i odkryłam, że tak właśnie mogło być.



Fioletowe kwiaty werbeny, a obok nich czerwona kapusta, pomarańcza
malinowa i wiele innych czerwonych i fioletowych roślin zawiera związki
chemiczne zwane antocyjanami – barwniki, które nadają im te jaskrawe
kolory. Występują w kilku odmianach, przez co kolor nieco się różni, ale
wszystkie mają podobną budowę cząsteczkową. Na tym jednak nie koniec.
Ich kolor zależy również od kwasowości płynu, w którym taka cząsteczka
się znajduje – czyli od tak zwanego pH. Kiedy zmieni się środowisko na
ciut kwaśniejsze lub ciut bardziej zasadowe, kształt molekuł nieznacznie
się zmienia, a wraz z nim ich kolor. Są to wskaźniki, czyli
wyprodukowane przez naturę papierki lakmusowe.



Można się nimi świetnie bawić w kuchni. Żeby wyciągnąć z rośliny
pigment, trzeba ją ugotować; ugotuj więc trochę czerwonej kapusty i zachowaj wodę (która teraz będzie fioletowa). Jeśli dodasz trochę octu,
stanie się czerwona. Od roztworu proszku do prania (który jest silną
zasadą) stanie się żółta lub zielona. Można wytworzyć tak całą tęczę
tylko z tego, co mamy w kuchni. Wiem, bo sama to zrobiłam. Uwielbiam to
odkrycie, ponieważ antocyjany są wszędzie, dostępne dla każdego. Nie
trzeba żadnego zestawu małego chemika!



Więc może tamte zielarki używały kwiatów werbeny do sprawdzania pH, a nie, czy został na kogoś rzucony urok. Odczyn pH skóry ulega naturalnym
zmianom, a nałożenie na nią mikstury z werbeny mogło skutkować różnymi
kolorami u różnych ludzi. Kiedy cała byłam spocona od długiego biegu,
byłam w stanie zmienić kolor kapuścianej wody z fioletowego na
niebieski, ale kiedy nie wykonywałam żadnych ćwiczeń, kolor się nie
zmieniał. Zielarki prawdopodobnie zauważały, że ludzie w różny sposób
zmieniali kolor barwników werbeny, i dorobiły do tego własną
interpretację. Nigdy już się nie dowiemy, jak było naprawdę, ale wydaje
mi się to rozsądną hipotezą.



Dość o historii. Wtedy właśnie przypomniałam sobie o borówkach i dżemie.
Borówki są niebieskie, ponieważ zawierają antocyjany. Dżem ma tylko
cztery składniki: owoce, cukier, wodę i sok z cytryny. Sok ten pomaga
zawartej w owocach naturalnej pektynie w zestalaniu dżemu. A dzieje się
tak, gdyż… jest to kwas. Mój dżem stał się różowy, ponieważ rondel
gotowanych borówek działał jak jeden wielki papierek lakmusowy. Musiał
być różowy, żeby dobrze stężeć. Ekscytacja związana z rozwiązaniem tej
zagadki niemal zrekompensowała rozczarowanie spowodowane tym, że nie
udało mi się zrobić niebieskiego dżemu. Niemal. Ale odkrycie, że z jednego owocu można otrzymać całą tęczę kolorów, jest warte tej ofiary.



W tej książce chodzi o powiązanie tych małych rzeczy, które widzimy
każdego dnia, z wielkim światem, w którym żyjemy. Chodzi o igraszki ze
światem fizycznym, które pokazują, jak zabawa prażoną kukurydzą, plamami
kawy czy magnesami na lodówkę może rzucić światło na ekspedycje Scotta,
na testy medyczne i rozwiązania dotyczące zapotrzebowania energetycznego
w przyszłości. Nauka to nie „oni” – nauka to my i każdy z nas może
przeżyć tę przygodę na swój sposób. Każdy rozdział zaczyna się od rzeczy
małej, ze świata codziennego, od czegoś, co zapewne często widujemy, ale
nad czym być może nigdy się nie zastanawialiśmy. W kolejnych rozdziałach
zobaczymy, jak te same struktury tłumaczą niektóre z najważniejszych
osiągnięć nauki i techniki naszych czasów. Każde takie miniposzukiwanie
jest cenne samo w sobie, ale prawdziwą nagrodę przynosi dopiero
poskładanie kawałków układanki w całość.



Z wiedzy o tym, jak działa świat, wynika też inna korzyść, ale akurat o niej naukowcy nie mówią wystarczająco często. Zobaczenie, co wprawia
świat w ruch, zmienia perspektywę. Świat jest mozaiką fizycznych układów
i kiedy już zna się podstawy, zaczyna się dostrzegać, jak one się ze
sobą łączą. Mam nadzieję, że w miarę czytania tej książki nauka,
wykluwająca się w drodze przez kolejne rozdziały, przerodzi się w inny
sposób widzenia świata. W ostatnim rozdziale analizuję to, jak różne
wzorce zazębiają się, tworząc trzy układy podtrzymujące życie: ludzkie
ciało, naszą planetę i cywilizację. Ale nie musisz się ze mną zgadzać.
Istotą nauki jest samodzielne eksperymentowanie z regułami, rozważanie
wszystkich dostępnych dowodów i w końcu dochodzenie do własnych
wniosków.



Szklanka to dopiero początek.

  


1



Rakiety i prażona kukurydza



Prawa gazów



Wybuchy w kuchni są na ogół źle widziane. Ale raz na jakiś czas mały
wybuszek może zrobić coś pysznego. Wysuszone ziarno kukurydzy zawiera
wiele przyjemnych, składników odżywczych – węglowodany, białka, żelazo i potas – ale są bardzo gęsto upakowane, a dostępu do nich broni twarda
łupina. Ich potencjał jest nęcący, ale żeby stały się jadalne, trzeba je
radykalnie przebudować. Wybuch to po prostu bilet wstępu, a tak się
dobrze składa, że ziarno niesie w sobie nasienie samozniszczenia.
Ostatniego wieczora potrzebowałam się wystrzelać w kuchni i zrobiłam
popcorn. Zawsze napawa to otuchą, kiedy okazuje się, że za twardą,
nieprzyjazną skorupą może kryć się delikatniejsze wnętrze – tylko
dlaczego w tym wypadku, zamiast rozerwać się na kawałki, z wnętrza
tworzy się gąbczasty obłoczek?



Kiedy już rozgrzałam olej na patelni, dorzuciłam łyżkę ziaren,
przykryłam pokrywką i zostawiłam, żeby wstawić wodę na herbatę. Na
zewnątrz szalała potężna burza, w szyby waliły ciężkie krople deszczu.
Kukurydza leżała w oleju i delikatnie syczała. Z mojej perspektywy
wydawało się, że nic się nie dzieje, ale na patelni spektakl już się
zaczął. Każde ziarno kukurydzy zawiera zarodek, z którego wyrasta nowa
roślina, oraz bielmo, które służy jej za pokarm. Bielmo składa się ze
skrobi upakowanej w granulki i zawiera około 14% wody. Gdy ziarna
prażyły się w gorącym oleju, woda zaczęła zamieniać się w parę. Gorące
cząsteczki poruszają się szybciej, więc w miarę podgrzewania się ziaren
śmigało po nich coraz więcej cząsteczek pary wodnej. Ewolucyjnym
zadaniem łuski ziarna kukurydzy jest wytrzymać atak z zewnątrz, ale
teraz musiała ona stłumić wewnętrzny bunt – działała przez to jak
miniszybkowar. Molekuły wody w postaci pary były uwięzione, a brak
możliwości ucieczki sprawiał, że ich ciśnienie wzrastało. Cząsteczki
gazu bezustannie wpadały na siebie nawzajem i na otaczające je ściany, a gdy ich liczba i prędkość rosła, coraz mocniej od wewnątrz uderzały w łupinę.



Szybkowary działają dzięki temu, że gorąca para bardzo skutecznie
wszystko gotuje, i nie inaczej dzieje się wewnątrz prażącej się
kukurydzy. Kiedy rozglądałam się za torebkami herbaty, skrobiowe
granulki gotowały się na ściśniętą galaretowatą mamałygę, podczas gdy
ciśnienie ciągle rosło. Łuska kukurydzy potrafi wytrzymać duży nacisk,
ale tylko do czasu. Gdy temperatura w środku zbliża się do 180°C, a ciśnienie wzrasta do niemal dziesięciokrotności zwykłego ciśnienia
otaczającego nas powietrza, mamałyga jest o krok od zwycięstwa.



Kiedy lekko potrząsnęłam patelnią, usłyszałam w niej pierwsze głuche
puknięcie. Po kilku sekundach brzmiało to już tak, jakby w środku
strzelał miniaturowy karabin maszynowy – widziałam, jak uderzana od
spodu pokrywka podskakuje. Z każdym kolejnym puknięciem spod jej
krawędzi wydostawał się całkiem okazały kłąb pary. Zostawiłam to tak na
chwilę, żeby zalać sobie herbatę, i w ciągu tych zaledwie paru sekund
grad wystrzałów przesunął pokrywkę i uwolnił uciekający kukurydziany
obłoczek.



W chwili katastrofy zasady się zmieniają. Do tej pory stała ilość pary
wodnej była zamknięta, przez co ciśnienie, jakie wywierała ona na
wnętrze łupiny, wzrastało wraz z temperaturą. Lecz gdy twarda łuska w końcu ustąpiła, wnętrze zostało wystawione na panujące w pozostałej
części patelni ciśnienie atmosferyczne i nic nie ograniczało już jego
objętości. Skrobiowa mamałyga wciąż pełna jest gorących, zderzających
się cząsteczek, ale od zewnątrz nic już nie wywiera nacisku. Rozszerza
się więc ona wybuchowo, aż ciśnienie w środku zrówna się z tym na
zewnątrz. Zwarta biała paćka rozpręża się w puszystą, białą gąbkę i wywraca na lewą stronę całe ziarno; temperatura spada, co powoduje
również stwardnienie. Przemiana została zakończona.



Wysypawszy prażoną kukurydzę z patelni, odkryłam jeszcze kilku
niedobitków – ciemne, opalone ziarna, które nie wybuchły, smutno
grzechotały na dnie patelni. Jeśli łuska jest uszkodzona, para wodna
ucieka w czasie podgrzewania, więc ciśnienie nie rośnie. Powodem, dla
którego kukurydza strzela, a inne zboża nie, jest to, że u innych
rodzajów łupina jest porowata. Jeśli ziarno jest zbyt suche – być może
dlatego, że zostało zebrane nie wtedy, kiedy trzeba – nie ma w nim dość
wody i ciśnienie nie wzrasta na tyle, aby rozsadzić łuskę. Bez
gwałtowności wybuchu niejadalne ziarno takim już pozostaje.



Podeszłam do okna z miską idealnie przygotowanego popcornu i herbatą i stałam wpatrzona w nawałnicę. Zniszczenie nie zawsze musi być czymś
złym.



* * *



Piękno tkwi w prostocie. Ale jeszcze przyjemniej widzieć, jak piękno
krystalizuje się ze złożoności. Prawa mówiące o zachowaniach gazów są
dla mnie jak te iluzje optyczne, w których wydaje ci się, że widzisz
jakąś rzecz, ale gdy mrugniesz, już widzisz coś zupełnie innego.



Żyjemy w świecie zbudowanym z atomów. Każda z tych maleńkich kropek
materii ubrana jest w charakterystyczny wzór ujemnie naładowanych
elektronów, opiekunów ciężkich, naładowanych dodatnio jąder w środku.
Chemia opowiada o tym, jak ci opiekunowie dzielą obowiązki pomiędzy
wiele atomów, jak zmieniają szyki, zawsze jednak podporządkowując się
ścisłym regułom kwantowego świata, utrzymując uwięzione w ten sposób
jądra w większych układach zwanych cząsteczkami. W powietrzu, którym
oddycham, pisząc te słowa, są pary atomów tlenu (każda taka para to
jedna cząsteczka tlenu), poruszające się z prędkością 1450 kilometrów na
godzinę, uderzające w pary atomów azotu latających z prędkością 320
kilometrów na godzinę i może też w końcu odbijające się od cząsteczek
wody pędzących 1600 kilometrów na godzinę. Jest to przerażająco
skomplikowany nieporządek – różne atomy, różne cząsteczki, różne
prędkości – w każdym centymetrze sześciennym powietrza jest około 30 000
000 000 000 000 000 (3 × 1019) pojedynczych
molekuł, z których każda zderza się z czymś miliard razy na sekundę.
Myślisz pewnie, że rozsądnym wyjściem byłoby rzucić to wszystko, póki
się da, i zamiast tego zająć się neurochirurgią, ekonometrią albo
hakowaniem superkomputerów. W każdym razie czymś prostszym. Mogło więc
tak być, że badacze, którzy dokonali pionierskich odkryć w dziedzinie
zachowania gazów, nie mieli o tych strasznościach bladego pojęcia.
Niewiedza bywa jednak pożyteczna. Pojęcie atomów nie było właściwie
częścią wiedzy naukowej aż do początków XIX wieku, a niezbity dowód na
ich istnienie pojawił się dopiero około 1905 roku. W roku 1662 jedyne,
czym dysponowali Robert Boyle i jego asystent Robert Hooke, to szklane
naczynia laboratoryjne, rtęć, odrobina zamkniętego powietrza i właśnie
tyle niewiedzy, ile było trzeba. Odkryli oni, że kiedy ciśnienie
wywierane na powietrze rosło, jego objętość malała. Jest to prawo
Boyle’a–Mariotte’a, mówiące, że ciśnienie gazu jest odwrotnie
proporcjonalne do jego objętości. Sto lat później Jacques Charles
stwierdził, że objętość gazu jest wprost proporcjonalna do jego
temperatury. Kiedy dwukrotnie zwiększy się temperaturę, dwukrotnie
zwiększa się objętość. To niemal niewiarygodne. Jakim sposobem takie
atomowe kotłowisko może tak konsekwentnie prowadzić do czegoś tak
prostego?



* * *



Ostatni wdech, jedno nieśpieszne machnięcie pękatym ogonem i olbrzym
zostawia atmosferę w tyle. Wszystko, co temu kaszalotowi będzie
potrzebne do życia przez najbliższe 45 minut, zmagazynowane jest w jego
ciele – czas wyruszyć na łowy. Zdobyczą ma być kałamarnica olbrzymia,
gumowaty potwór uzbrojony w macki, groźne przyssawki i przerażający
dziób. Żeby znaleźć ofiarę, wieloryb musi odważyć się zejść głęboko w prawdziwą ciemność oceanu, do miejsc nietkniętych promieniami słońca. Z reguły nurkuje do 500–1000 metrów, ale odnotowany rekord to mniej więcej
dwa kilometry. Zwierzę sonduje czerń oceanu sonarem precyzyjnie
określającym kierunek dochodzących dźwięków, wyczekując nikłego echa,
które wskaże, że w pobliżu może być obiad. Tymczasem kałamarnica
przemierza wodę, nic nie przeczuwając, nieświadoma zagrożenia, gdyż jest
głucha.



Najcenniejszym skarbem niesionym przez kaszalota w mroczną głębię jest
tlen – niezbędny do podtrzymania reakcji chemicznych odpowiedzialnych za
zasilanie mięśni, dzięki którym pływa, i jego procesy życiowe. Na
głębokości tlen w płucach dostarczany przez atmosferę w postaci gazu
staje się jednak brzemieniem – w zasadzie dzieje się tak od razu, gdy
tylko wieloryb zejdzie pod powierzchnię. Każdy kolejny metr przepłynięty
w dół to kolejny metr wody ściskający swoim ciężarem wieloryba.
Cząsteczki azotu i tlenu odbijają się od siebie i od ścian płuc, każdym
zderzeniem leciuteńko na nie napierając. Na powierzchni ciśnienia
wywierane na zwierzę do wewnątrz i na zewnątrz równoważą się. W miarę
schodzenia pod wodę olbrzym jest zgniatany przez dodatkowy ciężar wody
ponad nim i siła z zewnątrz przeważa nad siłą z wewnątrz. Ściany płuc
schodzą się więc do środka, aż naciski ponownie się zrównoważą. Stan
równowagi zostaje osiągnięty, ponieważ gdy płuca są zgniatane,
cząsteczki mają mniej miejsca i częściej zachodzą pomiędzy nimi
zderzenia. Oznacza to, że na każde miejsce płuc przypada więcej
uderzających w nie molekuł, wzrasta więc ciśnienie wewnątrz, aż
cząsteczki są znów w stanie mierzyć się z zewnętrznymi naciskami.
Głębokość dziesięciu metrów wody wystarcza, by wywrzeć dodatkowe
ciśnienie odpowiadające ciśnieniu atmosfery. Więc nawet gdyby wieloryb
był tak blisko powierzchni, że ciągle mógłby ją zobaczyć (gdyby tam
patrzył), jego płuca skurczyłyby się do połowy początkowej objętości.
Oznacza to, że następuje w nich dwa razy więcej zderzeń cząsteczek ze
ścianami, co równoważy podwojone ciśnienie zewnętrzne. Ale kałamarnica
może być kilometr pod powierzchnią, a tak głęboko ogromne ciśnienie wody
oznacza, że płuca powinny zapaść się do zaledwie 1% objętości, którą
miały u góry.



Koniec końców kaszalot słyszy odbicie jednego ze swoich głośnych
kliknięć. Teraz, ze ściśniętymi płucami i kierując się wyłącznie
sonarem, musi się przygotować na bitwę w ogarniających go ciemnościach.
Kałamarnica olbrzymia jest uzbrojona i nawet jeśli ostatecznie ulegnie,
wieloryb być może odpłynie potwornie poraniony. Ale skąd w ogóle, bez
tlenu z płuc, bierze on energię do walki?



Kłopot ze ściśniętymi płucami polega na tym, że przy jednej setnej
objętości, którą miały na powierzchni, ciśnienie znajdującego się w nich
gazu jest sto razy większe niż ciśnienie atmosferyczne. W pęcherzykach
płucnych, tych delikatnych częściach, w których tlen wymienia się z dwutlenkiem węgla z krwi, takie ciśnienie wtłoczyłoby do niej i rozpuściło w niej zarówno dodatkowy azot, jak i tlen. Byłaby to skrajna
wersja tego, co nurkowie nazywali niegdyś „krzywikiem”, czyli choroby
dekompresyjnej – we krwi powracającego na powierzchnię wieloryba
dodatkowy azot zabulgotałby, powodując przeróżne uszkodzenia.
Ewolucyjnym rozwiązaniem jest całkowite zamknięcie pęcherzyków w chwili,
gdy zwierzę zaczyna schodzić pod wodę. Nie ma innej możliwości. Kaszalot
ma jednak dostęp do zapasów energii, ponieważ potrafi składować we krwi
i w mięśniach nadzwyczajną ilość tlenu. Ma dwa razy więcej hemoglobiny
niż człowiek i około dziesięciu razy więcej mioglobiny (białka używanego
do magazynowania w mięśniach energii); te potężne zasoby uzupełnia na
powierzchni. Kaszaloty podczas tych głębokich nurkowań nigdy nie
oddychają płucami. To zbyt niebezpieczne. Pod wodą nie korzystają
również wyłącznie z ostatniego oddechu. Siłę do życia – i walki –
czerpią z nadwyżki zgromadzonej w mięśniach, z tych tajnych rezerw
odnawianych, gdy przebywają na powierzchni.



Nikt nigdy nie był świadkiem walki pomiędzy kaszalotem a kałamarnicą
olbrzymią. Jednakże żołądki martwych wielorybów tego gatunku zawierają
dzioby kałamarnic – jedyną część ich ciała, której nie da się strawić.
Kaszaloty noszą więc w sobie ewidencję wygranych bitew. Gdy zwycięskie
na powrót wypływają ku blaskowi słońca, ich płuca stopniowo ponownie
rozdymają się i łączą z obiegiem krwi. W miarę zmniejszania się
ciśnienia objętość znów wrasta, aż w końcu wraca do punktu wyjścia.



To zastanawiające, że połączenie złożonego zachowania cząsteczek ze
statystyką (niekojarzoną zwykle z prostotą) daje w rzeczywistości
stosunkowo nieskomplikowany wynik. Faktycznie, istnieje pełno
cząsteczek, mnóstwo zderzeń i multum różnych prędkości, ale jedyne dwa
istotne czynniki to: zakres prędkości poruszania się molekuł i średnia
liczba ich zderzeń ze ścianami pojemnika. Liczba zderzeń oraz ich siła
(wynikająca z prędkości i masy cząsteczek) określają ciśnienie. Ten
sumaryczny nacisk przeciwstawiony naciskowi z zewnątrz określa objętość.
Temperatura zaś wywołuje ciut inny efekt.



* * *



„Komu przyszłoby teraz do głowy się niepokoić?”. Nasz nauczyciel, Adam,
ubrany jest w biały fartuch naciągnięty na radośnie baryłkowaty
brzuszek, właśnie taki, jakiego agencje castingowe wymagają do roli
pogodnego piekarza. Silny londyński, gwarowy akcent tylko dodaje mu
uroku. Wbija palec w smutny kawał ciasta rzucony przed sobą na stół, a ciasto lgnie do niego, jakby było żywe – takie zresztą oczywiście jest.
„To, czego trzeba dobremu chlebowi – oznajmia – to powietrze”. Stoję w szkole piekarniczej i uczę się robić focaccię, tradycyjny włoski chleb.
Jestem pewna, że ostatni raz założyłam fartuch, kiedy miałam dziesięć
lat. I mimo że wiele chlebów się już napiekłam, to nie widziałam jeszcze
tak pulchnego kawału ciasta, więc widzę, że już uczę się czegoś nowego.



Zgodnie z poleceniami Adama posłusznie zaczynamy robić własne ciasto od
zera. Każdy z nas miesza świeże drożdże z wodą, potem z mąką i solą i wyrabia wszystko energicznie jak masażysta, żeby porozwijać gluten –
białko, które nadaje pieczywu sprężystość. Cały czas, gdy rozciągamy i rozrywamy fizyczną strukturę ciasta, obecne w niej żywe drożdże zajęte
są fermentacją cukrów i wytwarzaniem dwutlenku węgla. To ciasto, tak jak
wszystkie, które kiedykolwiek wyrabiałam, nie ma w sobie ani krzty
powietrza – ma tylko mnóstwo bąbelków dwutlenku węgla. Produkty życia
toczącego się w tym lepkim, rozciągliwym bioreaktorze są uwięzione,
przez co on sam rośnie. Gdy pierwszy etap jest za nami, po przyjemnej
kąpieli w oliwie ciasto dalej zwiększa objętość, podczas gdy my czyścimy
z niego dłonie, stół i otoczenie w zaskakująco szerokich granicach. W każdej reakcji fermentacji drożdże produkują dwie cząsteczki dwutlenku
węgla. Dwutlenek węgla, czyli CO2 – dwa atomy
tlenu przyczepione do atomu węgla – jest małą i nielubiącą zachodzić w reakcje molekułą, która w temperaturze pokojowej ma dość energii, by
unosić się swobodnie jako gaz. Kiedy dotrze już do bąbelka z wieloma
innymi cząsteczkami CO2, przez godziny będzie
się z nimi zderzać, jak samochodziki w wesołym miasteczku. Za każdym
razem, gdy wpadnie na inną cząsteczkę, prawdopodobnie dojdzie do wymiany
energii, zupełnie jak przy uderzeniu białą bilą innej bili. Czasem
pierwsza prawie zupełnie zwalnia, a druga przejmuje całą tę energię i zostaje wybita z dużą szybkością; czasem energia rozdziela się pomiędzy
nie. Za każdym razem, gdy cząsteczka wlatuje w pełną glutenu ścianę
pęcherzyka, odbijając się, naciska na nią. Na tym etapie właśnie przez
to bąbelki rosną – gdy dostają do środka więcej cząsteczek, ich nacisk
na zewnątrz staje się coraz silniejszy. Rozdymają się więc, aż nacisk z drugiej strony, od atmosfery, zrówna się z parciem wywieranym przez
cząsteczki dwutlenku węgla. Czasem molekuły po zderzeniu ze ściankami
poruszają się szybko, a czasem wolno. Piekarzom, jak i fizykom, wszystko
jedno, które cząsteczki uderzają w które ściany i z jaką szybkością,
ponieważ jest to czysta statystyka. W temperaturze pokojowej przy
ciśnieniu atmosferycznym 29% z nich porusza się w zakresie 350–500
metrów na sekundę – i nie jest ważne, które konkretnie.



Adam klaszcze w dłonie, by zwrócić naszą uwagę i w teatralnym geście
iluzjonisty odsłania rosnące ciasto. A następnie robi coś dla mnie
nowego. Rozciąga pokryte oliwą ciasto i składa je wpół, po jednym razie
z każdej strony. Robi to, by złapać powietrze w zagięcia. W pierwszej
chwili cisnęło mi się na usta: „Przecież to oszustwo!”, bo zawsze
zakładałam, że całe „powietrze” w chlebie to dwutlenek węgla od drożdży.
Widziałam kiedyś w Japonii mistrza origami z entuzjazmem tłumaczącego
uczniom, jak poprawnie powinno się używać taśmy klejącej do zrobienia z papieru konia, i poczułam to samo niedorzeczne oburzenie jak w piekarni.
Ale skoro chcemy powietrza, to czemu go nie użyć? Po upieczeniu nikt się
nie zorientuje. Ulegam fachowej wiedzy i potulnie zagniatam własne
ciasto. Kilka godzin później – po ponownym odstawieniu do wyrośnięcia,
zagniataniu i wchłanianiu niewyobrażalnej dla mnie ilości oliwy – moja
rodząca się, napowietrzona bąbelkami focaccia nadaje się do pieca. Teraz
oba rodzaje „powietrza” miały swoje pięć minut.



Wewnątrz pieca energia cieplna wpływała do chleba. Ciśnienie w piecu
było takie samo jak na zewnątrz, ale temperatura chleba nagle podniosła
się z 20°C do 250°C. W skali bezwzględnej to wzrost z 293 do 523
kelwinów (K), czyli niemal podwojenie się temperatury1. Dla
gazów oznacza to przyspieszenie ruchów cząsteczek. Nieintuicyjne dla nas
jest to, że pojedyncze molekuły nie mają własnej temperatury. Gaz – rój
cząsteczek – może mieć temperaturę, ale pojedyncze należące do niego
cząsteczki już nie. Temperatura gazu to tylko sposób przedstawienia, jak
dużo energii ruchu mają średnio owe cząsteczki, ale każda z nich ciągle
przyspiesza, zwalnia i wymienia energię w zderzeniach z innymi. Każda po
prostu bawi się jak samochodzik z lunaparku mający akurat taką, a nie
inną energię. Im szybciej jeżdżą, tym mocniej wpadają na ściany
pęcherzyków, a więc tym większe wytwarzają ciśnienie. Gdy chleb został
włożony do pieca, cząsteczki gazu nagle otrzymały o wiele więcej energii
cieplnej i przyspieszyły. Średnia szybkość przesunęła się z 480 do 660
metrów na sekundę. Ściany bąbelków były więc rozpychane znacznie
mocniej, ale nacisk z zewnątrz się nie zmienił. Każdy z pęcherzyków
rozrósł się proporcjonalnie do temperatury, a napierając na ciasto od
środka, wymuszał jego puchnięcie. I teraz najlepsze… Pęcherzyki
powietrza (głównie azotu i tlenu) rozszerzały się dokładnie tak samo jak
pęcherzyki dwutlenku węgla. To ostatni element układanki. Okazuje się,
że nie jest ważny rodzaj cząsteczek. Gdy dwukrotnie zwiększy się
temperaturę, objętość też zwiększy się dwukrotnie (przy zachowaniu
stałego ciśnienia). Albo gdy utrzyma się stałą objętość, a dwukrotnie
zwiększy temperaturę, to dwukrotnie wzrośnie też ciśnienie. Dodatkowa
kwestia obecności różnych atomów jest nieistotna, bo dla dowolnej
mieszanki statystyka zadziała tak samo. Patrząc na upieczony chleb, nikt
nie będzie w stanie powiedzieć, które bąbelki były wypełnione CO2, a które powietrzem. Otaczający je
białkowo-węglowodanowy szkielet został upieczony i zastygł. Wielkość
bąbelków się ustaliła. Biała, puszysta focaccia została zabezpieczona.



Zachowanie gazów opisane jest przez tak zwane prawo gazu doskonałego, a ta doskonałość jest uzasadniona tym, że zasada działa. I to działa
zdumiewająco dobrze. Prawo to mówi, że przy stałej masie gazu jego
ciśnienie jest odwrotnie proporcjonalne do objętości (podwojenie
ciśnienia zmniejsza objętość o połowę), temperatura jest wprost
proporcjonalna do ciśnienia (podwojenie temperatury dwukrotnie zwiększa
ciśnienie) oraz objętość, przy stałym ciśnieniu, jest wprost
proporcjonalna do temperatury. Nieważne, co to za gaz, tylko ile jest
jego cząsteczek. To prawo gazu doskonałego napędza silniki spalinowe,
balony na ogrzane powietrze – i sprawia, że powstaje popcorn. Ma ono
zastosowanie nie tylko wtedy, gdy coś się ogrzewa, ale także wtedy, gdy
się schładza.



* * *



Dotarcie na biegun południowy było ogromnym dokonaniem w historii
ludzkości. Wielcy odkrywcy polarni – Amundsen, Scott, Shackleton i inni
– są postaciami legendarnymi, a książki o ich osiągnięciach i porażkach
są zarazem jednymi z najwspanialszych opowieści przygodowych wszech
czasów. I jakby nie wystarczyło to, że mierzyli się z niewyobrażalnym
zimnem, brakiem pożywienia, szalejącymi oceanami i niedostosowanymi do
warunków ubraniami, potężne prawo gazu doskonałego było całkiem
dosłownie przeciwko nim.



Środek Antarktydy to wysoki, suchy płaskowyż. Pokryty jest grubą warstwą
lodu, ale rzadko kiedy pada tam śnieg. Jasna, biała powierzchnia odbija
z powrotem w kosmos niemal wszystkie, słabe promienie słońca, a temperatura potrafi spaść poniżej −80°C. Jest tam cicho. Na poziomie
atomowym atmosfera jest tu ospała, ponieważ cząsteczki powietrza mają
niewielką energię (z powodu zimna) i poruszają się stosunkowo powoli.
Lód odbiera ciepło powietrzu opadającemu na płaskowyż. Zimne powietrze
staje się jeszcze zimniejsze. Przy stałym ciśnieniu zmniejsza swoją
objętość i gęstnieje. Cząsteczki znajdują się bliżej siebie i poruszają
się wolniej – nie dają rady wystarczająco silnie rozpychać się na
zewnątrz, by móc rywalizować z powietrzem dookoła, które naciska do
wewnątrz. Tak jak ląd opada z centrum kontynentu ku oceanowi, tak to
zimne, gęste powietrze ześlizguje się ze środka po powierzchni,
niepowstrzymane, jak wolny, powietrzny wodospad. Spływa w leje
rozległych dolin i nabiera w nich prędkości, w miarę jak schodzą na
zewnątrz, zawsze w stronę oceanu. Jest to wiatr katabatyczny Antarktydy
– jeśli wyruszysz na biegun południowy, będzie wiał ci w twarz przez
całą drogę. Trudno wyobrazić sobie, żeby natura mogła spłatać polarnikom
gorszego figla.



„Katabatyczny” to tylko określenie tego rodzaju wiatrów, które występują
w wielu, nie zawsze mroźnych, miejscach. Ich nieruchawe cząsteczki,
spływając w dół, lekko się jednak ogrzewają. A następstwa tego
ocieplenia bywają dramatyczne.



W 2007 roku mieszkałam w San Diego i pracowałam w Instytucie
Oceanografii Scrippsa. Ponieważ pochodzę z północy, nieco podejrzliwie
traktowałam nieustanną słoneczną pogodę, ale że każdego ranka pływałam
sobie w 50-metrowym basenie na otwartym powietrzu, właściwie nie mogłam
narzekać. Do tego zachody słońca były niesamowite. San Diego leży na
wybrzeżu, z widokiem na zachód na Pacyfik, więc wieczorny horyzont był
nieodwołalnie olśniewający.



Bardzo brakowało mi jednak zmienności pór roku. Zdawało się, że czas
stanął w miejscu, prawie jak we śnie. I wtedy przyszedł wiatr Santa Ana,
na początku ciepły, słoneczny i radosny, lecz z czasem gniewnie gorący i suchy. Santa Ana pojawia się każdej jesieni, gdy powietrze wylewa się z wysoko położonych pustyń i spływa przez brzegi Kalifornii ku oceanowi.
To także jest wiatr katabatyczny, taki sam jak na Antarktydzie. Ale
zanim dotrze nad brzeg oceanu, niesione przez niego powietrze staje się
znacznie gorętsze niż to na płaskowyżu. Pewnego pamiętnego dnia jechałam
na północ autostradą I-5, w stronę jednej z dużych dolin, którymi gorące
powietrze kieruje się do oceanu. Na dnie doliny rozpościerała się rzeka
niskich chmur. Samochód prowadził mój ówczesny chłopak. „Czujesz ten
dym?” – zapytałam go. Odpowiedział: „E, coś wymyślasz”. Ale następnego
ranka obudziłam się w dziwnym świecie. Na północ od San Diego szalały
pożary lasów, ogarniały kolejne doliny, a w powietrzu czuło się popiół.
W gorących i suchych warunkach ognisko wymknęło się spod kontroli, a wiatr pchał ogień w stronę wybrzeża. Ta rzeka chmur to był dym. Ludzie,
którzy poszli do pracy, albo zostali odesłani do domów, albo tłoczyli
się wokół radia, zastanawiając się, czy ich domy są bezpieczne.
Czekaliśmy. Horyzont zaćmiony był obłokami popiołu widocznymi aż z kosmosu, ale zachody słońca były niesamowite. Po trzech dniach dym
zaczął się podnosić. Moi znajomi stracili domy w płomieniach. Na
wszystkim zalegała warstwa pyłu, a władze zalecały przez tydzień
powstrzymać się od aktywności fizycznej na powietrzu.



W górze, na płaskowyżu, gorące pustynne powietrze schłodziło się,
zagęściło i ześlizgnęło po pochyłości, zupełnie jak wiatr, któremu na
Antarktydzie stawiał czoło Scott. Ale pożary wybuchły nie tylko dlatego,
że powietrze było suche, lecz także dlatego, że było gorące. Dlaczego
miałoby się ono rozgrzać od zjeżdżania z górki? Skąd bierze się ta
energia? Nadal działa tutaj prawo gazu doskonałego – powietrze miało
określoną masę i poruszało się tak szybko, że nie miało czasu wymienić
energii z otoczeniem. Gdy strumień gęstego powietrza spływał w dół,
atmosfera, która czekała u podnóża góry, naciskała na nie, bo tam na
dole ciśnienie było większe. Naciskanie na coś to sposób na przekazanie
temu czemuś energii. Wyobraź sobie pojedyncze cząsteczki powietrza
uderzające w powłokę balonu, który leci w ich stronę. Odskoczą z większą
energią, niż miały na początku, ponieważ odbijają się od ruchomej
powierzchni. Zatem objętość powietrza z wiatru Santa Ana zmalała, gdyż
zostało ono ściśnięte przez otaczającą atmosferę. To ściskanie dało
poruszającym się cząsteczkom dodatkową energię, przez co temperatura
wiatru wzrosła. Nazywa się to ogrzewaniem adiabatycznym. Co roku, gdy
przychodzi Santa Ana, każdy Kalifornijczyk jest wyjątkowo uważny, gdy ma
do czynienia z otwartym ogniem. Po kilku dniach takiego wiatru, kiedy
gorące, suche powietrze wykrada wilgoć z krajobrazu, pojedyncze iskry
łatwo mogą zamienić się w pożar lasu. Żar wcale nie pochodzi wyłącznie
od kalifornijskiego słońca, ale też z tej dodatkowej energii przekazanej
cząsteczkom gazu ściskanego przez gęstsze powietrze bliżej oceanu.
Wszystko, co zmienia średnią prędkość cząsteczek powietrza, zmienia
także temperaturę.



To samo, choć na odwrót, dzieje się w trakcie tryskania bitą śmietaną w sprayu. Wychodząc z puszki, zawarte w niej powietrze nagle się
rozszerza, rozpychając wszystko dookoła, a tym samym oddając energię, i schładza się. Wylot pojemnika jest z tego powodu zimny w dotyku –
przechodzący przezeń gaz traci energię, gdy dociera do nieściśniętej
atmosfery. W puszce pozostaje mniej energii, więc staje się chłodna.



Ciśnienie powietrza to tylko miara tego, jak mocno te wszystkie drobne
molekuły łomoczą o powierzchnię. Zwykle raczej tego nie zauważamy,
ponieważ uderzenia są takie same z każdej strony – gdy trzymam w powietrzu kartkę papieru, nie porusza się, bo nacisk na nią jest taki
sam z obu stron. Wszyscy jesteśmy cały czas popychani przez powietrze i w ogóle tego nie czujemy. Dlatego tyle czasu zajęło ludziom, zanim
doszli do tego, jak silny jest to nacisk – a gdy już poznali odpowiedź,
okazała się ona dość szokująca. Rozmiar odkrycia łatwo było docenić ze
względu na jego nadzwyczaj pamiętną demonstrację. Rzadko zdarza się,
żeby ważne doświadczenie naukowe zaplanowano jako widowisko teatralne, a temu akurat niczego nie brakowało: koni, suspensu, zdumiewającego
zakończenia oraz oglądającego go świętego cesarza rzymskiego.



Trudnością w dojściu do tego, jak duży nacisk na coś wywiera powietrze,
było to, że z drugiej strony tej rzeczy trzeba było wyciągnąć tak
naprawdę całe powietrze, zostawiając próżnię. W IV wieku p.n.e.
Arystoteles zawyrokował, że „natura nie znosi próżni”, i był to pogląd
aktualny jeszcze niemal tysiąc lat później. Stworzenie próżni wydawało
się wykluczone. Ale około 1650 roku Otto von Guericke wynalazł pierwszą
pompę próżniową. Zamiast napisać o tym raport techniczny, który uległby
zapomnieniu, postanowił pokazać odkrycie podczas widowiska2.
Prawdopodobnie pomógł tutaj fakt, że był znanym politykiem i dyplomatą w dobrej komitywie z władcami tamtych czasów.



Ósmego maja 1654 roku Ferdynand III, święty cesarz rzymski i władca
dużej części Europy, dołączył do swych dworzan pod Reichstagiem w Bawarii. Otto przyniósł pustą kulę o pięćdziesięciocentymetrowej
średnicy wykonaną z grubej miedzi. Podzielona była na dwie połowy
stykające się płaską, gładką powierzchnią. Obie połowy miały od zewnątrz
pierścienie, do których można było przywiązać liny ciągnące je w przeciwne strony. Von Guericke nasmarował płaskie powierzchnie
tłuszczem, ścisnął je ze sobą i użył swojej nowej pompy próżniowej, aby
usunąć ze środka kuli powietrze. Nic nie trzymało połów razem, ale po
wyssaniu powietrza zachowywały się, jakby zostały ze sobą sklejone. Otto
zorientował się, że dzięki pompie próżniowej może zobaczyć, jak silny
nacisk wywiera atmosfera. Miliardy maleńkich cząsteczek powietrza
uderzało w kulę od zewnątrz, przyciskając połówki do siebie. Ale nie
było już nic, co napierałoby od wewnątrz3. Żeby oderwać od
siebie dwie półkule, trzeba by ciągnąć je mocniej, niż pchało powietrze.



I tu przyszedł czas na konie. Do każdej z półkul uwiązano zaprzęg –
zwierzęta ciągnęły w przeciwnych kierunkach, jakby to było wielkie
przeciąganie liny. Podczas gdy cesarz wraz ze świtą się im
przypatrywali, konie zmagały się niewidzialnym powietrzem. Jedyne, co
trzymało tę kulę w jednym kawałku, to siła cząsteczek powietrza
uderzających w coś wielkości sporej piłki plażowej. Jednak nie dość było
siły trzydziestu koni, aby ją rozdzielić. Gdy przeciąganie liny zostało
zakończone, Otto otworzył zawór, żeby wpuścić do kuli powietrze, a jej
połówki zwyczajnie same od siebie odpadły. Było jasne, kto wygrał.
Ciśnienie powietrza było o wiele silniejsze, niż ktokolwiek
przypuszczał. Gdyby wyciągnąć z tej rozmiarów kuli całe powietrze i powiesić ją pionowo, nacisk gazu ku górze teoretycznie podtrzymałby 2000
kilogramów, czyli tyle, ile waży pokaźny, dojrzały nosorożec. Oznacza
to, że jeśli narysujesz na podłodze koło o średnicy 50 centymetrów,
nacisk powietrza na ten kawałek podłogi także równa się wadze
dwutonowego nosorożca. Te drobne, niewidzialne molekuły zderzają się z nami naprawdę bardzo mocno. Otto przeprowadzał ten pokaz wielokrotnie,
przed różnymi publicznościami, a same półkule zaczęto nazywać – od jego
rodzinnej miejscowości – półkulami magdeburskimi.



Doświadczenia Ottona stały się słynne częściowo dzięki temu, że pisali o nich inni. Jego pomysły po raz pierwszy trafiły do głównego nurtu nauki
przez wydaną w roku 1657 książkę Gaspara Schotta. Dopiero przeczytanie o pompie próżniowej von Guerickego pobudziło Roberta Boyle’a i Roberta
Hooke’a do przeprowadzenia eksperymentu dotyczącego ciśnienia gazów.



Możesz spróbować wykonać podobne doświadczenie samodzielnie, bez
potrzeby angażowania koni czy cesarzy. Znajdź kwadratowy kawałek
grubego, płaskiego kartonu, wystarczająco duży, żeby zakryć otwór
szklanki. Najlepiej zrobić ten eksperyment nad zlewem, tak na wszelki
wypadek. Napełnij szklankę wodą aż po sam brzeg i na wierzch połóż
kartonik. Przyciśnij go do krawędzi tak, by pomiędzy nim a powierzchnią
wody nie zostało powietrze. Potem obróć szklankę do góry nogami – i odsuń dłoń. Kartonik, podtrzymujący cały ciężar wody, zostanie na
miejscu. Trzyma się tam, ponieważ cząsteczki powietrza uderzają weń od
dołu i pchają go ku górze. Ten nacisk spokojnie wystarcza, żeby utrzymać
wodę.



Bombardowanie cząsteczkami powietrza przydaje się nie tylko do
utrzymywania rzeczy w miejscu. Można go też użyć, żeby coś poruszyć – i ludzie wcale nie byli pierwszymi, którzy to wykorzystali. Poznajmy
słonia, jednego z najbardziej imponujących na Ziemi specjalistów od
manipulowania rzeczami za pomocą powietrza.



Słoń afrykański to majestatyczny olbrzym zazwyczaj spokojnie
przechadzający się w pyłach suchej sawanny. Życie rodzinne tego gatunku
opiera się na grupach samic. Każdej grupie, gdy wędrują w poszukiwaniu
wody i pożywienia, przewodzi sędziwa monarchini, nestorka, która
podejmuje decyzje, zdając się na swoją pamięć krajobrazu. Te potężne
zwierzęta, żeby przeżyć, nie polegają jednak tylko na swojej masie.
Słonie mają może ciężkie, nieruchawe cielska, ale w zamian posiadają też
jedno z najdelikatniejszych i najczulszych narzędzi w królestwie
zwierząt – trąbę. Gdy członkowie stada są w ruchu, ciągle badają świat
tymi osobliwymi wyrostkami: dając sobie znaki, węsząc, jedząc czy
prychając.



Trąba słonia jest fascynująca z wielu powodów. To sieć splecionych ze
sobą mięśni zdolnych do zginania się, podnoszenia i chwytania
przedmiotów z niesłychaną zręcznością. Samo to byłoby wystarczająco
użyteczne, ale trąba jest jeszcze lepsza dzięki dwóm nozdrzom ciągnącym
się przez całą jej długość. Są to giętkie rury łączące posapujący
koniuszek z płucami słonia – i dopiero tu zaczyna się prawdziwa zabawa.



Gdy nasza najstarsza słonica zbliża się z rodzinnym stadem do wodopoju,
cząsteczki „nieruchomego” powietrza wokół nich zderzają się i rozpychają
tak, jak gdziekolwiek indziej, bombardując ich szarą, pomarszczoną
skórę, ziemię i powierzchnię wody. Nestorka jest nieco przed
pozostałymi, kołysze trąbą, z wolna wchodząc do sadzawki i tworząc na
wodzie zmarszczki przebiegające po jej odbiciu. Zanurza koniuszek trąby,
zamyka pysk, a ogromne mięśnie unoszą i rozszerzają jej klatkę
piersiową. Gdy płuca się rozdymają, cząsteczki powietrza wewnątrz
rozbiegają się, żeby zająć nową przestrzeń. Ale to znaczy, że tam, het,
u wylotu trąby, w nozdrzach w chłodną wodę uderza mniej cząsteczek
powietrza. Te, które tam się znajdują, są tak samo szybkie, ale mniej
jest samych zderzeń. W wyniku tego ciśnienie w płucach słonicy spada.
Teraz to atmosfera wygrywa w przepychance molekuł uderzających wodę w sadzawce z tymi, które są w ciele nestorki. Nacisk od środka nie daje
już rady przeciwstawić się naciskowi z zewnątrz. Woda to tylko coś, co
znalazło się w środku tej rywalizacji. Atmosfera wpycha więc wodę w trąbę słonicy, bo powietrze wewnątrz nie ma dość siły, by ją wypchnąć.
Kiedy już woda zajmie trochę tej dodatkowej przestrzeni, cząsteczki
powietrza w środku są tak ściśnięte, jak były na początku, więc woda nie
posuwa się dalej.



Słonie nie mogą pić przez swoje trąby – gdyby spróbowały, zakrztusiłyby
się, zupełnie tak jak ty, gdybyś spróbował pić przez nos. Gdy więc
nestorka ma już w trąbie może z osiem litrów wody, przestaje rozszerzać
klatkę piersiową. Zawija koniuszek trąby pod siebie do góry, po czym
kieruje go do pyska. Używa wtedy mięśni, żeby ściągnąć żebra i zmniejszyć objętość płuc. Kiedy tylko cząsteczki powietrza w środku są
mocniej ściśnięte, powierzchnia wody w połowie długości jej trąby jest
uderzana częściej. Front walki powietrza z zewnątrz i z wewnątrz zaczyna
przesuwać się w drugą stronę i woda zostaje w końcu wypchnięta z trąby
do pyska słonicy. Nestorka kontroluje objętość płuc, żeby zapanować nad
tym, jak mocno powietrze w jej wnętrzu naciska na zewnątrz. Jeśli
zamknie pysk, jedyne miejsce, w które coś się może przemieścić, to jej
trąba, a cokolwiek znajduje się u jej końca, zostanie wepchnięte albo
wypchnięte. Trąba i płuca słonia razem tworzą jedno narzędzie do
sterowania powietrzem w taki sposób, żeby to ono, a nie sam słoń,
dokonywało pchania.



To samo robimy my, wsysając przez słomkę napoje4. Gdy rozdymamy
płuca, powietrze wewnątrz nich staje się rzadsze. W słomce znajduje się
mniej cząsteczek powietrza naciskających na powierzchnię płynu.
Atmosfera napierająca na resztę napoju wciska go do słomki. Nazywamy to
ssaniem, ale wcale nie ciągniemy płynu. To atmosfera wpycha go w słomkę
i wykonuje robotę za nas. Nawet coś tak ciężkiego jak woda można
przesuwać, jeśli bombardowanie cząsteczek powietrza z jednej strony jest
silniejsze niż z drugiej.



Jednakże zasysanie powietrza trąbą lub słomką ma granice. Im większa
różnica ciśnień pomiędzy ich końcami, tym mocniejszy będzie nacisk. Ale
największa różnica, jaką da się osiągnąć w ssaniu, to ta między
ciśnieniem atmosferycznym a zerem. Nawet z doskonałą pompą próżniową w miejscu płuc nie dałoby się napić przez pionową słomkę dłuższą niż 10,2
metra, ponieważ nasza atmosfera nie jest w stanie wypchnąć wody wyżej.
Zatem żeby w pełni wykorzystać zdolność cząsteczek gazu do pchania
rzeczy, cząsteczki muszą pracować pod większym ciśnieniem. Atmosfera
naciska całkiem mocno, ale jeśli zmusi się inny gaz do tego, żeby był
gorętszy i podda się go większemu ciśnieniu, to będzie mógł pchać
mocniej. Spraw, żeby wystarczająco dużo molekuł gazu uderzało coś
wystarczająco często i z wystarczającą prędkością, a pchniesz naprzód
cywilizację.



Parowóz to żelazny smok, syczący, dyszący, mocarny potwór. Niecałe sto
lat temu smoki te były wszędzie, przenosiły wytwory przemysłu i potrzeby
społeczeństw przez całe kraje i poszerzały horyzonty swoich pasażerów.
Były nieciekawe, hałaśliwe i wytwarzały zanieczyszczenia, ale były
pięknymi dziełami inżynierii. Gdy stały się przestarzałe, smokom nie
pozwolono umrzeć – ludzie nie mogli się z nimi rozstać. Podtrzymują je
przy życiu ochotnicy, miłośnicy i ich bezdenne pokłady tkliwości. Sama
dorastałam na północy Anglii, więc moje dziecięce lata przesiąknięte
były historią rewolucji przemysłowej: przetwórniami, kanałami, fabrykami
i – bardziej niż czymkolwiek innym – parą. Teraz jednak mieszkam w Londynie, więc łatwo mi o tym zapomnieć. Ale wycieczka z moją siostrą
wzdłuż trasy kolei parowej Bluebell przywróciła wspomnienia.



Był mroźny zimowy dzień, wyśmienity na podróż z napędem parowym, na
której końcu czekały herbata i ciasteczka. Na stacji początkowej nie
zabawiłyśmy długo, ale gdy dojechałyśmy do Sheffield Park, po wyjściu z pociągu ogarnął nas nieprzerwany zgiełk. Lokomotyw nieustannie doglądały
chmary ciągle zmieniających się ludzi, malutkich n tle tych żelaznych
bestii. Łatwo było wskazać, kto zajmuje się parowozami – ci ludzie mieli
niebieskie kombinezony, czapki z daszkiem, radosne usposobienie,
ewentualnie brodę, a w przerwach od pilnowania lokomotyw stali o coś
oparci. Jak zwróciła uwagę moja siostra, zdaje się, że strasznie wielu z nich nazywało się Stefan. Piękno maszyny parowej polega na tym, że
zasada jej działania jest niesamowicie prosta, lecz jej siłę trzeba
pobudzać, poskramiać i pielęgnować. Lokomotywa parowa i jej ludzie
działają wespół.



Stojąc na ziemi i podnosząc wzrok na taki wielki, czarny parowóz, trudno
zrozumieć, że jego serce to zasadniczo piec na kołach podgrzewający
olbrzymi czajnik. Jeden ze Stefanów zaprosił nas do kabiny maszynisty.
Wdrapałyśmy się po drabinie tuż za silnikiem i znalazłyśmy się w pieczarze pełnej mosiężnych dźwigni, wskaźników i rur. Były tam też dwa
emaliowane kubki i kanapka wciśnięta za jedną z rur. Ale najlepsze w tej
kabinie było to, że mogłyśmy zajrzeć prosto do brzucha bestii. Ogromny
piec znajdujący się w sercu lokomotywy wypełniony był żarzącymi się
węglami, rozpalonymi do intensywnie żółtego koloru. Palacz podał mi
szuflę i powiedział, że trzeba dokarmić ogień, więc posłusznie nabrałam
węgla z tendera za mną i wrzuciłam go w rozżarzoną paszczę. Parowóz był
głodny. Na jednej 18-kilometrowej trasie spala 500 kilogramów węgla. Te
pół tony brył czarnego złota zostaje zamienione w gaz – dwutlenek węgla
i parę wodę – a spalanie uwalnia gigantyczne ilości energii, co znaczy,
że gazy te są niezwykle gorące. To początek przemiany energetycznej
napędzającej pociąg.



Gdy spojrzeć na parowóz, jego główną cechą jest długi bęben silnika
rozciągający się od kabiny maszynisty do komina. Właściwie nigdy się nie
zastanawiałam, co w znajduje się w środku, ale jest tam pełno rur.
Gorące gazy z komory paleniskowej przechodzą nimi przez kocioł silnika –
to właśnie ten czajnik. Większość miejsca wokół rur zajmuje woda, jakby
to była potężna wanna bulgoczącego, wrzącego płynu. Kiedy jest
podgrzewany tymi rurami, wytwarza parę, czyli gorące cząsteczki wody
śmigające z bardzo dużymi prędkościami u samej góry kotła. To właśnie w głównej mierze jest maszyna parowa: palenisko i czajnik, które produkują
wielkie obłoki gorącej pary wodnej. Ten smok nie zionie ogniem, lecz
miliardami ruchliwych cząsteczek fruwających z niebotyczną szybkością, a uwięzionych w jego wnętrzu. Temperatura tego gazu to około 180°C, a jego
ciśnienie u góry kotła jest dziesięciokrotnie większe niż atmosferyczne.
Molekuły ciężko walą w ściany silnika, ale będzie im wolno uciec dopiero
wtedy, gdy zostaną zaprzęgnięte do pracy.



Zgramoliłyśmy się z kabiny i podeszłyśmy od przodu. Wyniosła lokomotywa,
pół tony węgla, olbrzymi kocioł i ludzka praca zespołowa – wszystko
służyło temu, co tam zastałyśmy: dwa cylindry zawierające tłoki, każdy
po około 50 centymetrów średnicy i 70 centymetrów długości. To właśnie z przodu, pod górującym nad nimi smokiem, wykonywana jest prawdziwa
robota. Gorąca para pod wysokim ciśnieniem wpuszczana jest do jednego
cylindra na raz. Ciśnienie atmosferyczne po drugiej stronie tłoka to nic
w porównaniu z dziesięcioma atmosferami, którymi dyszy smok. Bijące w tłok molekuły posuwają go wzdłuż cylindra, aż w końcu zostają
wypuszczone na zewnątrz, wydając zadowolone sapnięcie. To właśnie się
dzieje, gdy słyszysz zbliżające się w twoją stronę swojskie „ciuch,
ciuch, ciuch” lokomotywy: para wodna, która już swoje zrobiła, jest
wypuszczana do atmosfery. Tłok napędza koła, a koła trzymają się szyn i ciągną wagony. Wiemy, że aby utrzymać parowozy w biegu, trzeba sporych
ilości węgla, ale prawie nikt nie wspomina o wodzie zużywanej podczas
każdej podróży. Te 500 kilogramów węgla, które wrzuca się do paleniska
na jednej trasie, zamienia 4500 litrów wody w gaz, który przesuwa tłoki
i ucieka do atmosfery za każdym „ciuchnięciem”5.



W końcu nadeszła pora, by opuścić lokomotywę i wrócić do jednego z wagonów, w którym miałyśmy spędzić drogę do domu. Podróż powrotną
odbierałam teraz inaczej. Kłęby pary przelatującej za oknami przyczyniły
się do naszej wyprawy. Ciągnący nas parowóz nie wydawał się już
natarczywie głośny, lecz względnie cichy i spokojny, zważywszy na to, co
się działo w jego wnętrzu. Cudownie byłoby, gdyby ktoś zbudował szklaną
lokomotywę parową, tak żeby każdy mógł zobaczyć działanie tego monstrum.



Rewolucyjność maszyn parowych na początku XIX wieku polegała wyłącznie
na tym, że nacisk cząsteczek gazu wykorzystano do czegoś pożytecznego.
Jedyne, czego trzeba, to powierzchnia, w którą z jednej strony molekuły
uderzają silniej niż z drugiej. Ten napór może też podnieść pokrywkę
garnka podczas gotowania albo posłużyć przy przewozie żywności, paliwa
czy ludzi – wszędzie wynika z tych samych zasad. Nie używamy już
parowozów, ale ciągle wykorzystujemy ten nacisk. Maszyna parowa to,
technicznie rzecz ujmując, „silnik spalinowy zewnętrznego spalania”,
ponieważ palenisko i kocioł są oddzielone. W silniku samochodowym
spalanie benzyny następuje w cylindrze, tuż przy tłoku, i ono właśnie
wytwarza gorący gaz, który go przesuwa. To już zalicza się do silników
wewnętrznego spalania. Zawsze gdy wsiadasz do samochodu lub autobusu,
wiozą cię naciskające cząsteczki gazu.



Nietrudno pobawić się działaniem ciśnienia i objętości: wystarczy
butelka z szeroką szyjką i ugotowane na twardo jajko bez skorupki.
Szyjka musi być tylko trochę węższa od jajka, żeby postawione na górze
nie wpadało do środka. Zapal kawałek papieru i wrzuć go do butelki,
niech się tam pali kilka sekund; zaraz potem połóż na końcu szyjki
jajko. Po chwili zobaczysz, jak jajko przeciska się w dół butelki. To
trochę dziwne i kłopotliwe, że nabiłeś jajo w butelkę i ono nie chce się
z niej teraz wydostać. Jest z tego kilka wyjść: jednym z nich jest
obrócić butelkę do góry dnem, tak by jajko znalazło się w szyjce, a potem włożyć butelkę pod kran z gorącą wodą. Po chwili jajko wyskoczy z impetem.



Cała zabawa polega na tym, że mamy stałą ilość gazu (w butelce) i sposób
na rozpoznanie, czy ciśnienie wewnątrz jest wyższe czy niższe od
atmosferycznego. Gdy jajo korkuje szyjkę, objętość gazu w środku jest
stała. Gdy zwiększy się temperaturę, zapalając na przykład papier,
ciśnienie wewnątrz wzrośnie, a powietrze ucieknie szczelinami wokół
jajka na szyjce butelki. Gdy temperatura na powrót spadnie, ciśnienie
zmniejszy się (ponieważ objętość jest stała) i jajko zostanie wepchnięte
do środka, gdyż nacisk z zewnątrz jest teraz większy niż od wewnątrz.
Można przesuwać jajko, wyłącznie ogrzewając i chłodząc powietrze w zbiorniku o stałej objętości.



Wysokie ciśnienie w maszynie parowej jest stabilne i da się je
kontrolować – jest idealne do pchania tłoków i obracania kół. Ale to nie
koniec. Po cóż marnować energię na kroki pośrednie pomiędzy gazem a kołami? Czemu gorące gazy pod wysokim ciśnieniem nie miałyby pchnąć
naprzód naszego pojazdu bezpośrednio? Tak od zawsze działały strzelby,
armaty i sztuczne ognie, chociaż na początku znane były ze swej
zawodności. Ale w pierwszych latach XX wieku technika i ambicja poszły
naprzód. Pojawiła się rakieta – najbardziej skrajna forma bezpośredniego
napędu, jaką kiedykolwiek wynaleziono.



Dopiero po pierwszej wojnie światowej technika osiągnęła w tej sferze
jako taki poziom niezawodności, ale już w latach 30. dało się wystrzelić
rakietę, która prawdopodobnie poleciałaby w dobrą stronę i zapewne
nikogo nie zabiła. Przynajmniej w większości wypadków. Wiele nowych
technologii wynalazcy doprowadzili do stanu używalności, zanim
ktokolwiek wiedział, co z nimi zrobić. I tak oto z żyznych pokładów
pełnej entuzjazmu ludzkiej pomysłowości wyłoniło się coś nowatorskiego,
brzmiącego nowocześnie i skazanego na całkowitą porażkę: poczta
rakietowa.



W Europie poczta rakietowa zaistniała naprawdę tylko z powodu jednego
człowieka – Gerharda Zuckera. W tamtych czasach przy rakietach
majstrowało kilku wynalazców, ale Zucker szedł na ich czele z upartą
zawziętością i niesłabnącym optymizmem pomimo ustawicznych niepowodzeń.
Rakiety były obsesją tego młodego Niemca, a ponieważ wojsko nie było
zainteresowane jego działalnością, uzasadnienia dla niej szukał w świecie cywilów. Poczta przesyłana rakietami brzmiała w jego uszach jak
coś, czego świat się dopomina – miała być szybka, zdolna przemierzyć
morze i aż iskrzyła innowacyjnością. Niemcy znosili jego wczesne
(nieudane) doświadczenia, aż w końcu stwierdzili, że mają ich już dość,
przez co Zucker wyjechał do Wielkiej Brytanii. Tam nawiązał kontakty i otrzymał wsparcie od społeczności filatelistów, którym spodobał się
pomysł atrakcyjnego, nowego rodzaju znaczka, który miałby iść w parze z atrakcyjnym, nowym rodzajem systemu doręczania poczty. Sprawy miały się
coraz lepiej. Po teście na małą skalę w Hampshire Zuckera wysłano w lipcu 1934 roku do Szkocji, żeby sprawdził przesyłanie poczty rakietą
pomiędzy dwoma wyspami: Scarp i Harris.



Rakieta Zuckera nie była szczególnie wyrafinowana. Jej korpus był dużym,
metalowym bębnem długości około metra. Wewnątrz znajdowała się wąska,
miedziana tuba zakończona dyszą i napełniona upakowanym prochem.
Przestrzeń pomiędzy tubą a zewnętrznym cylindrem wypełniały listy, zaś z przodu był spiczasty dziób ze sprężyną, zamocowaną przypuszczalnie po
to, by złagodzić lądowanie. Na schemacie całego układu Zucker całkiem
uroczo opisał cienką warstwę między materiałem wybuchowym a łatwopalnymi
listami jako „azbestowe opakowanie wokół ładunku mające zapobiec
uszkodzeniu poczty”. Rakietę położono bokiem na przymocowanej do kozła
pochylni skierowanej do góry. W chwili startu za pomocą baterii dokonany
został zapłon materiału wybuchowego, którego spalanie wytwarzało ogromne
ilości gorącego gazu będącego pod dużym ciśnieniem. Jego cząsteczki,
poruszające się teraz z dużymi prędkościami, odbijały się od wnętrza
rakiety, pchając ją w przód, ale brak było równoważnego nacisku z tyłu,
od zewnątrz – gaz uciekał więc dyszą do atmosfery. Ten brak równie
silnego parcia z drugiej strony był w stanie bardzo szybko rozpędzić
rakietę. Wybuchowe spalanie miało trwać kilka sekund, w sam raz, żeby
wypchnąć rakietę wysoko w powietrze i ponad kanałem rozdzielającym
wyspy. Zdaje się, że niezbyt przejmowano się tym, jak i gdzie rakieta
miała wylądować, ale był to właśnie jeden z powodów, dla których próbę
przeprowadzano w odległej części Szkocji otoczonej przez morze.



Zucker zebrał 1200 listów – ozdobionych specjalnym znaczkiem z napisem
„Western Isles Rocket Post”6 – które miały zostać wysłane w ramach
testu. Upakował ich w rakiecie tyle, ile się zmieściło, i ustawił
pochylnię, obserwowany przez zdezorientowany tłum miejscowych i jedną z pierwszych kamer telewizji BBC. Nadeszła chwila prawdy.



Kiedy wciśnięty został przycisk zapłonu, bateria zapaliła materiał
wybuchowy. Gwałtowne spalanie wytworzyło spodziewaną mieszaninę gorących
gazów w środku miedzianej tuby, a ruchliwe cząsteczki uderzały w wewnętrzne ściany rakiety, pchając ją z dużą prędkością po pochylni. Ale
po ledwie kilku sekundach słyszeć się dało głośny, głuchy huk i rakieta
zniknęła, skryta smugą dymu. Gdy kłęby zostały rozwiane, można było
zobaczyć setki opadających na ziemię listów. Azbest się sprawdził, ale
rakieta nie. Gorący gaz pod wysokim ciśnieniem trudno jest kontrolować –
pełne energii molekuły rozbiły obudowę. Zucker winą za to obarczył
kasetę z ładunkiem wybuchowym i zabrał się do zbierania listów oraz
przygotowywania drugiej próby.



Kilka dni później 793 listy ocalałe z pierwszej rakiety oraz 142 nowe
załadowano do drugiej. Tę odpalono z drugiej wyspy, Harris, w kierunku
Scarp. Jednak Zucker nie miał szczęścia. Druga rakieta również wybuchła
na wyrzutni, tym razem z jeszcze większym hukiem. Ocalałe listy znów
zebrano i przesłano adresatom tradycyjną pocztą, podpisawszy na brzegach
na pamiątkę. Odstąpiono od dalszych prób. Przez następne parę lat Zucker
uparcie kontynuował testy, zawsze przekonany, że następnym razem się
uda. Ale nigdy się nie udało7, a przynajmniej nie jeśli idzie o pocztę. Zucker parł naprzód w nieznane i jedynie z perspektywy
dziesięcioleci widać, że nie był to ani odpowiedni czas, ani miejsce,
ani pomysł. Gdyby wszystkie trzy były odpowiednie, okrzyknęlibyśmy go
geniuszem. Ale technika rakietowa w małej skali okazała się po prostu
zbyt zawodna i niewygodna, by dostarczać wiadomości lepiej i szybciej
niż transport samochodowy czy telegraf. W pewnym sensie Zucker miał
rację: użycie gorących gazów pod wysokim ciśnieniem jako napędu miało
kolosalny potencjał, który mógł zostać wykorzystany do przenoszenia
czegoś z punktu A do punktu B. Lecz to inni chwycili tę zasadę, znaleźli
dla niej odpowiednie zastosowanie i w końcu z sukcesem rozwiązali
praktyczne problemy. Rozwój technik rakietowych stał się domeną wojska –
przykładem mogą być użyte podczas drugiej wojny światowej niemieckie
pociski V1 i V2, które wskazały drogę rozwoju – i cywilnych programów
podboju kosmosu, które potem przejęły pałeczkę.



Dziś wszyscy dobrze znamy zdjęcia gigantycznych rakiet niosących ogromne
ładunki, ludzi i sprzęt do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej lub
wynoszących satelity na orbitę. Maszyny te mogą się wydawać straszliwie
nieposkromione, a współczesne układy kontrolne, zapewniające
bezpieczeństwo i niezawodność, są wielkim osiągnięciem człowieka. Ale
podstawowy mechanizm każdego Saturna V, każdego Sojuza, Ariane’y czy
Falcona 9, który kiedykolwiek wzbił się w powietrze, jest taki sam, jak
w prymitywnej rakiecie pocztowej Gerharda Zuckera. Jeśli tylko
wystarczająco szybko wytworzy się wystarczająco dużo gorącego gazu pod
wysokim ciśnieniem, będzie można wykorzystać potężne połączone siły
miliardów pojedynczych cząsteczek wpadających na różne rzeczy. Ciśnienie
podczas lotu pierwszego stopnia rakiety Sojuz jest około
sześćdziesięciokrotnie większe od ciśnienia atmosferycznego, zatem jest
ona pchana sześćdziesiąt razy mocniej, niżby normalnie była przez
powietrze. Sposób pchania jest jednak dokładnie taki sam – cząsteczki
zderzają się z czymś. Wielkie liczby takich wystarczająco prędkich i częstych zderzeń mogą wysłać człowieka na Księżyc. Nigdy nie lekceważ
rzeczy, które są zbyt małe, by je zobaczyć!



Cząsteczki gazów zawsze nam towarzyszą. Ziemia ma atmosferę, która nas
otacza, wpada na nas, popycha nas, ale też utrzymuje nas przy życiu.
Piękne jest w niej to, że nie jest statyczna – stale się przemieszcza i zmienia. Powietrze jest dla nas niewidzialne, ale gdyby takie nie było,
widzielibyśmy, jak jego przepastne masy ocieplają się i oziębiają,
rozszerzają i kurczą, są zawsze w ruchu. To, co robi nasza atmosfera,
podyktowane jest prawami gazów – których działanie widzieliśmy w tym
rozdziale – tak jak w wypadku dowolnego innego zbioru molekuł gazu.
Nawet gdy powietrze nie mieści się w płucach kaszalota ani w parowozie,
ciągle się rozpycha. Jednak skoro otoczone jest także powietrzem,
oznacza to, że ciągle przepycha się z samym sobą, dostosowując się do
warunków. Nie potrafimy dostrzec szczegółów, ale mamy nazwę na skutki
tych zjawisk: pogoda.



Najlepszym miejscem do podziwiania burzy jest rozległa, otwarta równina.
Dzień przed nią powietrze bywa spokojne, a błękitny przestwór w górze
wydaje się nie mieć końca. Niewidzialne cząsteczki powietrza tłoczą się
przy ziemi, za to wyżej rozbiegają się, nieustannie się przepychając,
przekomarzając, przystosowując i płynąc. Powietrze przenosi się z obszarów wysokiego ciśnienia ku obszarom niskiego ciśnienia, reagując na
ocieplanie i oziębianie się – zawsze jest w drodze. Jednakże te zmiany
zachodzą wolno i spokojnie, nic więc nie zdradza potężnych ilości
energii niesionej przez cząsteczki.



Świt w dzień burzy jest taki jak co dzień, ale niebo jest czystsze, więc
ziemia szybciej się nagrzewa. Cząsteczki powietrza zabierają część tej
energii i przyspieszają. Nim nastanie wczesne popołudnie, zacznie
przybliżać się rozległy, rozszerzający się mur obłoków, aż rozciągnie
się nad całym horyzontem. Energia jest w ruchu. Różnica ciśnień pcha
przez równinę taflę gazowej struktury. Zbliża się jednak katastrofa,
ponieważ ta gigantyczna konstrukcja jest niestabilna. Mimo że cząsteczki
powietrza napierają na siebie nawzajem, nie miały czasu przeorganizować
się w bardziej zrównoważony układ. A ponieważ przemieszczają się przy
tym ogromne pokłady energii, sytuacja ciągle się zmienia. Gorące,
ogrzane przez ziemię powietrze prze ku górze, na chmury, forsuje sobie
przez nie przejście i stawia wieże pnące się wysoko ponad mur.



Gdy nadciąga chmura burzowa, przestronny błękit ustępuje ciemnej,
niskiej pokrywie unoszącej się nad krajobrazem. Na ziemi jesteśmy
zatrzaśnięci przez odbywające się u góry starcie. Nie możemy zobaczyć
cząsteczek powietrza, widzimy jednak wzburzone, piętrzące się chmury. A to tylko skrawek gwałtownych procesów, w których miotają się i łomoczą
tabuny powietrza, gdyż zaburzenia równowagi ciśnień są tak wielkie, że
przemiany zachodzą błyskawicznie i z dużą siłą. W czasie wymiany energii
przez cząsteczki powietrza kropelki wody ochładzają się, rosną i zaczynają spadać w postaci pierwszych sporych kropli deszczu. Silne
wiatry przetaczają się koło nas, gdy molekuły gnają nawet na poziomie
gruntu.



Wielkie burzowe chmury przypominają nam, jak wiele energii znajduje się
w górze, pod nieboskłonem. Dostrzegamy oznaki tego rozpychania się i zderzania; wyglądają one porażająco – a to jedynie najdrobniejsze
przejawy prawdziwego rozpychania się i zderzania, jakie zachodzi na
poziomie molekularnym nad naszymi głowami. Cząsteczki powietrza mogą
pochłaniać energię słoneczną, oddawać energię oceanom, otrzymywać ją z kondensacji rodzących się chmur lub tracić, wypromieniowując ją z powrotem w kosmos – i bezustannie postępują przy tym zgodnie z prawem
gazu doskonałego. Nasza obracająca się planeta wraz z jej wyboistą,
wielokolorową powierzchnią dostosowuje się do tego prawa w sposób
bardziej złożony; podobnie chmury, drobniutkie pyły i poszczególne gazy.
Prognoza pogody to w rzeczywistości tylko sposób śledzenia przebiegu
bitew toczących się ponad naszymi głowami i wybieranie tych, które
najbardziej dotkną nas tu, na ziemi. Jednakże na podstawowym poziomie
to, co się dzieje na niebie, w trąbie słonia, w rakiecie czy parowozie,
jest takie samo. To wszystko to tylko działanie praw gazów. Ta sama
cząstka fizyki, która sprawia, że prażona kukurydza strzela, odpowiada
też za to, jak zmienia się pogoda.

  


2



Co podrzucisz, musi spaść



Grawitacja



Ciekawość jest u nas rodzinna. Ochoczo sprawdzamy wszystko, co nowe,
próbujemy nowych rzeczy i nikt nie robi z tego wielkiej sprawy. Nikt
więc szczególnie się nie zdziwił, kiedy podczas rodzinnego obiadu
zniknęłam w kuchni z pilną misją zdobycia butelki oranżady i garści
rodzynków. Był piękny, letni dzień, siedzieliśmy wszyscy na powietrzu, w ogrodzie mojej mamy: moja siostra, ciotka, Bunia i rodzice. Znalazłam
jedną z tych dwulitrowych plastikowych butelek taniego gazowanego
napoju, zdjęłam z niej etykietę i postawiłam na środku stołu. To nowe
szaleństwo obserwowane było z niemym zainteresowaniem. Skoro
przyciągnęłam uwagę wszystkich, zdjęłam nakrętkę i wsypałam całą garść
rodzynków do butelki. Nastąpił wybuch piany, a potem, gdy bąbelki
opadły, zobaczyliśmy tańczące rodzynki. Myślałam, że będzie nas to
zajmować minutę, może dwie, ale Bunia i Tata nie przestawali na nie
patrzeć. Butelka przekształciła się w rodzynkową „lampę lawową”.
Rodzynki ganiały od dna do samej góry i z powrotem, kręcąc się jak
szalone i wpadając na siebie po drodze.



Na stole wylądował wróbel, chcąc sprzątnąć trochę okruchów, i podejrzliwie łypnął na butelkę. Tata łypał podejrzliwie na nią z drugiej
strony, aż zapytał: „Czy to działa tylko z rodzynkami?”.



Odpowiedź brzmi „tak”, i to nie z byle powodu. Zanim otworzy się napój
gazowany, ciśnienie w jego wnętrzu jest znacząco wyższe niż ciśnienie
otaczającego nas powietrza. Gdy tylko odkręci się zakrętkę, ciśnienie
wewnątrz butelki spada. W wodzie jest sporo rozpuszczonego gazu
trzymanego tam przez wysokie ciśnienie, ale teraz nagle może on uciec.
Problem w tym, że potrzebuje drogi ucieczki. Zapoczątkowanie nowego
bąbelka jest bardzo trudne, więc cząsteczki gazu mogą się tylko
przyłączać do tych już istniejących. Rodzynki są właśnie tym, czego im
trzeba. Są one pokryte pomocnymi zmarszczkami o przekroju w kształcie
litery V, które nie zostaną całkowicie zalane oranżadą. Na dnie każdej
takiej zmarszczki jest więc protobąbelek, maleńka kieszonka gazu.
Właśnie dlatego do takiego eksperymentu potrzebne są rodzynki lub coś
innego, małego, pomarszczonego i tylko nieco gęstszego niż woda. Gaz
wlewa się z oranżady do tych protobąbelków, przez co rodzynki hodują na
sobie bąbelkowe kamizelki ratunkowe. Same w sobie rodzynki są gęstsze
niż woda, więc grawitacja ciągnie je na dno. Ale kiedy wyhodują sobie
kilka pęcherzyków, sumarycznie nie są tak już tak gęste i zaczynają
podróż ku górze. Kiedy się tam dostaną, bąbelki, które wyszły na
powierzchnię, pękają – widać wtedy, jak te pozostałe u spodu przewracają
rodzynek, dostają się na wierzch i też pękają. Gdy nie ma już kamizelki
ratunkowej, rodzynek staje się gęstszy od oranżady i znów idzie na dno.
Będzie się to powtarzać, dopóki cały nadmiarowy dwutlenek węgla nie
wydobędzie się z oranżady.



Po pół godzinie szaleńczy rodzynkowy taniec będący atrakcją przy
rodzinnym stole ograniczył się do sporadycznej, nieśpiesznej wycieczki
na powierzchnię, a oranżada przybrała odpychającą żółtawą barwę. Piękna
i żywiołowa kipiel przekształciła się w coś przypominającego wielką
butlę z próbką moczu i martwymi muchami na dnie.



Też spróbuj. To dobry sposób, żeby rozweselić smętnawą imprezę, jeśli
wśród przekąsek są gdzieś rodzynki lub żurawina. Kluczowe jest to, żeby
pęcherzyki i rodzynek połączyły się i poruszały jako jeden obiekt. Gdy
taki rodzynek nadyma się przenośnymi kieszeniami powietrza, niemal w ogóle nie staje się cięższy, za to jako całość zajmuje o wiele więcej
miejsca. Stosunek ilości materii do zabieranego przez nią miejsca to
gęstość, zatem połączenie „rodzynek plus bąbelek” jest mniej gęste niż
sam rodzynek. Grawitacja potrafi przyciągać tylko masę, więc rzeczy
mniej gęste odczuwają mniejsze przyciąganie do Ziemi. To dlatego
niektóre przedmioty się unoszą – w ten sposób porządkuje się hierarchia
grawitacyjna. Siła ciążenia ciągnie gęste płyny w dół i dowolny rzadszy
obiekt w takim płynie jest zdegradowany do pływania po powierzchni. O rzeczach rzadszych od płynu mówimy, że unoszą się dzięki sile wyporu.



Przestrzenie wypełniane powietrzem są bardzo przydatne w kontrolowaniu
względnej gęstości, a więc i wyporności. Znanym faktem jest, że jedną z cech konstrukcyjnych Titanica, które miały uczynić go niezatapialnym,
były wielkie wodoszczelne komory, zajmujące dolną część statku. Działały
jak bąbelki na rodzynek – kieszenie powietrzne sprawiały, że statek miał
większą wyporność, i utrzymywały go na powierzchni. Gdy Titanic wpadł w tarapaty, okazało się, że komory te nie są wodoszczelne. Po kolei
wypełniając się wodą, działały tak samo jak te ostatnie pęcherzyki
pękające na powierzchni. Podobnie jak rodzynki bez swoich kamizelek
ratunkowych Titanic musiał zatonąć w głębinach8.



Przyjmujemy do wiadomości, że coś unosi się lub tonie, ale rzadko
myślimy o prawdziwej przyczynie – sile ciążenia. W teatrze naszego życia
dominującą rolę odgrywa ta jedna, wszechobecna siła, zawsze jasno
pokazująca nam, w którą stronę jest „dół”. Jest niesłychanie przydatna –
na przykład utrzymuje porządek, trzymając wszystko na podłodze. No i to
najbardziej oczywista pojedyncza siła, którą można się bawić. Siły są
dziwne – nie da się ich zobaczyć i nieraz trudno stwierdzić, co
zamierzają. Ale grawitacja jest zawsze obecna, działa tak samo mocno
(przynajmniej na powierzchni Ziemi) i skierowana jest w tę samą stronę.
Jeśli chciałbyś poigrać z siłami, to siła ciążenia jest świetna na
początek. A od czego lepiej zacząć harce niż od spadania?



Skoki do wody z trampoliny i z wieży plasują się gdzieś między całkowitą
wolnością a kompletnym szaleństwem. W chwili wyskoku stajesz się
zupełnie wolny od poczucia ciążenia. Ono co prawda nie znika, raczej
całkowicie mu się oddajesz, tak że nie ma już nic, od czego można by się
odpychać. Można obracać się zupełnie jak teoretyczne „ciało swobodnie
spadające”, jakby unosiło się w przestrzeni kosmicznej, i jest to
niezwykle wyzwalające uczucie. Nie ma jednak nic za darmo – problem
wraca jakąś sekundę później, kiedy zbliżasz się do powierzchni wody. Są
na niego dwa sposoby. Albo można zrobić sobie w wodzie dłońmi lub
stopami mały tunel, a resztę ciała ułożyć w taki sposób, żeby wślizgnęło
się weń i zminimalizowało plaśnięcie, albo można pozwolić rękom, nogom i brzuchowi lub plecom, żeby każde z osobna uderzyło w powierzchnię,
tworząc wielkie pluśnięcie. Ten drugi sposób boli.



Gdy miałam dwadzieścia parę lat, byłam skoczkiem trampolinowym i przez
kilka lat trenerem, ale nie znosiłam skakania z wieży. Trampoliny to te
sprężyste deski, jeden lub trzy metry nad basenem. To trochę jak
ćwiczenia na batucie, tyle że lądowanie jest miększe. Wieże natomiast to
te platformy na wysokości pięciu, siedmiu i pół oraz dziesięciu metrów.
Basen, na którym ja trenowałam, miał tylko pięciometrową wieżę, ale i tak robiłam, co mogłam, żeby jej uniknąć.



Z wysokości pięciu metrów wydaje się, że do wody jest daleka droga. Żeby
móc zobaczyć powierzchnię, nawet gdy jest całkowicie nieruchoma, od
spodu puszczano wąski strumień bąbelków. Najbardziej podstawowy skok do
wody, na rozgrzewkę, to skok w przód – ni mniej, ni więcej. Stojąc na
końcu platformy, należy pochylić się wprzód na kształt litery L, z ramionami wyciągniętymi nad głową i, poza zgięciem w biodrach, mając
wyprostowane ciało. Z takiej pozycji sprawy wyglądają nieco mniej
przerażająco, ponieważ głowa jest bliżej wody, choć niewiele. Później
należy wspiąć się na palce i dać się pociągnąć. Nagle stajesz się wolny.
Jesteście tylko ty i planeta o masie sześciu milionów miliardów
miliardów kilogramów, połączeni tym czymś zwanym grawitacją, co według
praw rządzących wszechświatem oznacza, że się przyciągacie.



Grawitacja, jak każda siła, zmienia prędkość – przyspiesza cię. Jest to
następstwo słynnej drugiej zasady dynamiki Newtona9, która
stwierdza, że działająca na ciebie siła wypadkowa zmieni twoją prędkość.
Kiedy skaczesz z platformy, na początku jesteś nieruchomy, więc powoli
zaczynasz się poruszać. Co ciekawe, przyspieszenie mierzy się w jednostkach zmiany prędkości na sekundę. Z początku dopiero zaczynasz
się ruszać, więc mija względnie dużo czasu (0,45 sekundy), zanim
przebędziesz pierwszy metr. Ale drugi metr spada się już o wiele
szybciej, więc mniej jest po drodze czasu na przyspieszanie. Po jednym
metrze osiągasz prędkość 4,2 metra na sekundę, ale po dwóch jest to już
6,2 metra na sekundę.



Większość czasu podczas skoku spędza się więc w najgorszym miejscu,
wysoko nad wodą. Przy pięciometrowej wieży przez pierwszą połowę czasu w powietrzu pokonuje się ledwie 1,22 metra. Potem wszystko dzieje się
bardzo szybko. Spadanie całych pięciu metrów zajmuje sekundę, a pod
koniec skoku prędkość wynosi 9,9 metra na sekundę. Wtedy człowiek się
prostuje, dosięga wody i ma nadzieję, że obejdzie się bez plaśnięcia.



Jakiego byśmy nie odwiedzali basenu, gdy tylko nadchodziły zawody,
pozostali członkowie grupy skwapliwie korzystali z okazji, by startować
z wyższych wież. Ja nie. Z mojego punktu widzenia więcej czasu w powietrzu oznacza więcej czasu, żeby coś poszło nie tak. Ale było to nie
do końca logiczne, bo poruszasz się wówczas tak szybko, że spadanie
kolejnego kawałka odległości niewiele już cię przyspiesza. Żeby spaść z pięciu metrów, trzeba jednej sekundy, a z dziesięciu metrów – jedynie
1,4 sekundy. Czyli leci się tylko 40% szybciej, mimo że dolatuje się dwa
razy dalej. Wiedziałam o tym. Ale będąc skoczkiem przez pięć lat, ani
razu nie skoczyłam z ponadpięciometrowej platformy. Nie boję się
wysokości. Boję się tylko zderzenia. Im dłużej siła ciążenia mnie
rozpędza, tym mniej przyjemny może być etap zwalniania. Nawet
upuszczenie telefonu bywa upomnieniem, że pozwolenie grawitacji na
przejęcie steru nie zawsze jest dobrym pomysłem. Dodatkowy dystans przy
spadaniu zawsze daje możliwość nabrania dodatkowej szybkości… no, chyba
że nie daje.



Na Ziemi istnieje ograniczenie tego, co może z tobą zrobić ciążenie. A to dlatego, że jesteś przyspieszany przez wywieraną sumaryczną siłę,
którą nazywamy siłą wypadkową. W miarę przyspieszania trzeba w danym
odcinku czasu spychać z drogi więcej powietrza, a ono również napiera na
ciebie, przez co w praktyce zmniejsza przyciąganie ziemskie, bo pcha w przeciwnym kierunku. W pewnym momencie te dwie siły się równoważą i dalej przemieszczasz się już z graniczną prędkością, nie mogąc bardziej
przyspieszyć. Siła zwrotnego nacisku powietrza na liście, balony i spadochrony jest całkiem duża w porównaniu z cherlawym przyciąganiem
grawitacyjnym, przez co do równowagi sił dochodzi w ich wypadku przy w miarę niewielkiej szybkości. Jednakże dla człowieka ta graniczna wartość
blisko ziemi wynosi około 200 km/h. Niestety dla spadających ludzi opór
powietrza jest raczej nieistotny, dopóki nie osiągnie się bardzo dużych
prędkości. I z pewnością jest on niewystarczający, żebym miała się
poczuć spokojnie, skacząc z dziesięciometrowej wieży – nawet dziś.



* * *



Moje badania naukowe ogólnie dotyczą fizyki powierzchni oceanów. Jestem
doświadczalniczką, więc część moich zadań obejmuje wypłynięcie na ocean
i pomiar tego, co dzieje się na chaotycznej, pięknej granicy pomiędzy
powietrzem a wodą. A to oznacza spędzanie tygodni pracy na statku
badawczym – pływającej funkcjonalnej, samobieżnej wiosce naukowej.
Kłopot ze statkami polega na tym, że żyje się na nich w warunkach
wadliwej grawitacji. „W dół” staje się pojęciem niepewnym. Przedmioty
mogą spadać z tą samą prędkością i w tym samym kierunku, jakby się
upuściło je na lądzie, ale wcale nie muszą. Kiedy twój wzrok padnie na
jakąś nieprzymocowaną rzecz na stole, łapiesz się na tym, że
podejrzliwie ją obserwujesz, bo nie ma gwarancji, że zostanie na
miejscu. Życie na morzu pełne jest elastycznych lin, sznurów i sznurków,
lepkich antypoślizgowych mat, szuflad z zamkami – wszystkiego, co pomaga
zachować porządek w miejscu, gdzie kapryśna siła przesuwa przedmioty w nieprzewidywalnych kierunkach jak naukowy poltergeist. Konkretny temat
mojej pracy badawczej to pęcherze powietrza powstające przy załamaniu
fal w czasie burz, dlatego spędziłam na morzu miesiące w dość paskudnych
warunkach. Tak naprawdę całkiem to lubię – człowiek bardzo szybko się
przystosowuje – ale jest to niezła lekcja tego, do jakiego stopnia
uważamy grawitację za coś oczywistego. Na jednym statku badawczym w Antarktyce główny steward zarządzał trzy razy w tygodniu niezrozumiale
entuzjastycznie przez nas przyjmowane treningi kondycyjne. Gromadziliśmy
się w ładowni – rozbrzmiewającej echem żelaznej przestrzeni głęboko w trzewiach statku – i przez godzinę posłusznie podskakiwaliśmy,
podnosiliśmy ciężary i truchtaliśmy. Był to zapewne najskuteczniejszy
trening kondycyjny, jaki kiedykolwiek przeszłam, bo nigdy się nie
wiedziało, jakiej sile trzeba będzie się oprzeć. Pierwsze trzy przysiady
mogły być śmiesznie łatwe, bo statek zakołysał się w dół, w praktyce
zmniejszając ciążenie. Już zaczynało się być zadowolonym z siebie, aż tu
przyszło zapłacić za to cenę, gdy statek sięgnął dna doliny fali. Wtedy
siła ciążenia była w rzeczywistości o połowę większa i nagle czuło się,
jakby mięśnie brzucha musiały walczyć z jakimiś gumowymi paskami
ciągnącymi do podłogi. Jeszcze cztery przysiady i grawitacja znów
znikała… Jakiekolwiek skakanie było jeszcze gorsze, ponieważ nigdy nie
było się pewnym, gdzie jest podłoga. A potem pod prysznicem spędzało się
czas, ganiając po kabinie za strumieniem wody, bo huśtanie statku
uniemożliwiało przewidzenie, w którą stronę poleci.



Oczywiście sama grawitacja była w jak najlepszym porządku. Wszystko na
statku było przyciągane ku środkowi Ziemi z taką samą siłą. Ale czując
siłę ciążenia, przeciwstawiasz się przyspieszeniu. Kiedy otoczenie samo
przyspiesza, jak ta rzucana przez naturę ogromna puszka, znajdujące się
w niej ciało nie potrafi odróżnić przyspieszenia ziemskiego od
jakiegokolwiek innego. Trzeba się więc mierzyć z „efektywną grawitacją”,
czyli czymś, czego doświadcza się sumarycznie, nie zastanawiając się,
skąd pochodzi. Dlatego właśnie to dziwne uczucie w windzie zdarza się
tylko na początku i końcu jazdy – kiedy winda przyspiesza do pełnej
prędkości lub gdy zwalnia (czyli ma ujemne przyspieszenie), by się
zatrzymać. Ciało ludzkie nie widzi różnicy między przyspieszeniem windy
a przyspieszeniem ziemskim10, dlatego doświadczamy zmniejszonej
lub zwiększonej „efektywnej grawitacji”. Przez ułamek sekundy możemy
poczuć, jak by się żyło na planecie z innym polem grawitacyjnym.



Na szczęście dla nas przez większość czasu jesteśmy wolni od tych
komplikacji. Siła ciążenia jest stała i skierowana do środka Ziemi.
„Dół” oznacza kierunek, w którym spadają przedmioty. Wiedzą to nawet
rośliny.



Moja mama jest zapaloną ogrodniczką, więc gdy dorastałam, wielokrotnie
miałam okazję wysiewać nasiona, wyrywać chwasty, marszczyć nos z obrzydzenia na widok ślimaków i przewracać kopce kompostu. Pamiętam, że
fascynowały mnie sadzonki, bo jasno rozróżniały dół i górę. Głęboko w ciemności gleby rozwiera się łupina nasienna i młode korzenie wypełzają
w dół, a rodzące się pędy odkrywają przeciwny kierunek. Można było
wyciągnąć młodą sadzonkę i zobaczyć, że nie wahała się ona ani nie
musiała niczego poszukiwać. Korzeń szedł prosto w dół, a pędy prosto w górę. Skąd ona to wiedziała? Gdy byłam już trochę starsza, znalazłam
odpowiedź, która okazała się zachwycająco prosta. Otóż w środku nasienia
są wyspecjalizowane komórki zwane statocytami, działające jak
miniaturowe szklane kule ze śnieżynkami. Są w nich specjalne ziarnka
skrobi gęstsze od reszty komórki, które opadają na jej dno. Sieci
białkowe potrafią wyczuć, gdzie one zalegają, dzięki czemu nasienie, a później roślina, wiedzą, którędy do góry. Następnym razem, gdy będziesz
sadzić pestkę, poobracaj ją, pomyśl o śnieżynkowej kuli wewnątrz niej i posadź roślinę, w którą stronę zechcesz, bo ona i tak rozwiąże tę
zagadkę.



Grawitacja to niesłychanie przydatne narzędzie. Piony murarskie i poziomnice są tanie i dokładne. „Dół” łatwo znaleźć. Ale jeśli wszystko
przyciąga się ze wszystkim, co z górą, którą widzę w oddali? Czy ona
mnie nie przyciąga? Co tak wyróżnia centrum planety?



Uwielbiam wybrzeża z wielu powodów (fale, bąbelki, zachody słońca i morskie bryzy), ale najbardziej z powodu tego wyzwalającego i błogiego
poczucia chłonięcia ogromnego przestworu mórz. Kiedy mieszkałam w Kalifornii, wynajmowałam z innymi malutki dom tuż przy plaży, tak
blisko, że nocami słyszeliśmy szum fal. W ogrodzie za domem rosło drzewo
pomarańczowe, a z werandy można było obserwować otoczenie. Ostatnią
rozkoszą pod koniec pracowitego dnia był spacer do końca drogi,
usadowienie się na wygładzonych przez czas skałach i spoglądanie na
Ocean Spokojny. Kiedy w Anglii robiłam takie rzeczy jako dziecko,
wypatrywałam tylko ryb, ptaków i dużych fal. Ale kiedy w San Diego
obserwowałam ocean, wyobrażałam sobie planetę. Pacyfik jest ogromny, na
równiku zabiera aż trzecią część obwodu Ziemi. Patrząc na zachód słońca,
byłam w stanie wyobrazić sobie gigantyczną, skalistą kulę, na której
żyłam: Alaskę i Arktykę daleko na prawo ode mnie, na północy, całą
długość Andów biegnących aż do Antarktyki na lewo, na południe ode mnie.
Przyprawiało mnie to niemal o zawroty głowy. Aż tu raz dotarło do mnie,
że bezpośrednio doświadczam wszystkich tych miejsc. Każde z nich ciągnie
mnie ku sobie, a ja ciągnę je. Każdy kawalątek masy przyciąga wszystkie
inne. Grawitacja jest nadzwyczajnie słaba – nawet małe dziecko potrafi
wytworzyć dość siły, żeby przeciwstawić się grawitacyjnemu przyciąganiu
całej planety. Wszystkie te maleńkie szarpnięcia ciągle jednak istnieją.
Ich niezliczona ilość sumuje się w jedną siłę – ciążenie, którego
doświadczamy.



Właśnie to sumowanie wykonał wielki naukowiec Isaac Newton,
przedstawiając prawo powszechnego ciążenia w Philosophiae Naturalis
Principia Mathematica – tych słynnych Principiach – w 1687 roku.
Korzystając z zasady, że siła ciążenia pomiędzy dwoma ciałami jest
odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości pomiędzy nimi, pokazał
on, że jeśli doda się przyciąganie każdego małego kawałeczka planety,
sporo tych szarpnięć na boki znosi się wzajemnie i w wyniku dostaje się
pojedynczą siłę skierowaną w dół, do środka planety i proporcjonalną do
jej masy i masy przyciąganego obiektu. Dwukrotnie odleglejsza góra
będzie cię ciągnąć czterokrotnie słabiej. Dalekie obiekty są więc mniej
ważne, ale ciągle się liczą. Siedząc i spoglądając na zachód słońca,
byłam przyciągana przez Alaskę na bok, ku północy i troszkę w dół, a przez Andy na bok, ku południu i również troszkę w dół. Przyciąganie ku
północy i południu wzajemnie się jednak znosiły, zostawiając tylko siłę
skierowaną w dół.



Zatem pomimo tego, że wszystkich nas ciągną ku sobie (właśnie teraz)
Himalaje, opera w Sydney, jądro wewnętrzne Ziemi i mnóstwo ślimaków
morskich, nie musimy znać szczegółów. To, co złożone, samo się
rozwikłuje i pozostawia nam proste narzędzie. Żeby przewidzieć, jak
mocno przyciąga mnie Ziemia, muszę tylko wiedzieć, jak daleko jestem od
jej środka, i znać jej całkowitą masę. Piękno teorii Newtona polegało na
tym, że była prosta, elegancka i działała.



Ciągle jednak jest prawdą, że siły są dziwaczne. Przy całej swej
błyskotliwości wytłumaczenie działania grawitacji podane przez Newtona
miało jedną poważną wadę: brakowało w nim mechanizmu. Prosto jest
stwierdzić, że Ziemia przyciąga jabłko11, ale co wykonuje to
ciągnięcie? Jakieś niewidzialne sznurki? Skrzaty? Nie zostało to
satysfakcjonująco wyjaśnione, dopóki Einstein nie opracował ogólnej
teorii względności, ale przez 230 lat pomiędzy newtonowski model
grawitacji został już zaakceptowany (i dalej się z niego powszechnie
korzysta), ponieważ niesamowicie dobrze działał.



Sił nie możemy zobaczyć, ale niemal w każdej kuchni znajdzie się
urządzenie do ich mierzenia. A to dlatego, że do gotowania (a już
zwłaszcza do pieczenia) trzeba czegoś ważnego, o czym żaden przepis z pięknie ilustrowanej książki kucharskiej nawet nie wspomina. To coś jest
niezbędne, ponieważ ilości są istotne: trzeba je mierzyć, i to
dokładnie. Ten pomijany, nieodzowny składnik, który na to pozwala, jest
prosty: to coś (cokolwiek) wielkości planety. Na szczęście dla
wszystkich amatorów ciastek Eccles12, ciast biszkoptowych i tortów czekoladowych na powierzchni jednej z takich rzeczy sobie
mieszkamy.



Mam całą księgę z napisanymi odręcznie przepisami, które gromadziłam,
odkąd miałam osiem czy dziewięć lat, i uwielbiam chwile, kiedy mogę
wrócić prosto do tych z dzieciństwa. Ciasto marchewkowe jest jednym z nich – nabazgrany na kartce poplamionej przez lata zaczyna się od
polecenia, by przyszykować 200 gramów mąki pszennej. Cukiernik robi
wówczas coś bardzo zmyślnego, co wszyscy uważamy za zupełnie oczywiste.
Wkłada do miski trochę mąki i bezpośrednio mierzy, jak mocno Ziemia ją
przyciąga. To właśnie robią wagi. Stawia się je na drodze pomiędzy
wielką planetą a maleńką miską i mierzy nacisk. Przyciąganie się
jakiegoś obiektu z Ziemią jest wprost proporcjonalne do mas ich obu.
Ponieważ masa Ziemi się nie zmienia, zależy ono wyłącznie od masy mąki
włożonej do miski. Wagi mierzą ciężar, to jest siłę pomiędzy mąką a planetą. Ale ciężar to po prostu masa mąki przemnożona przez wielkość
przyspieszenia ziemskiego, które w naszej kuchni jest stałą. Gdy więc
mierząc ciężar, zna się tę stałą, da się wyliczyć masę mąki w misce.
Potem potrzeba 100 gramów masła, więc trzeba włożyć go do miski tyle,
żeby siła nacisku była o połowę mniejsza niż poprzednio. To niesłychanie
użyteczna i prosta metoda, która zadziała każdemu na planecie. Ciężkie
obiekty są ciężkie tylko dlatego, że składają się z większej ilości
materii, więc Ziemia przyciąga je do siebie mocniej. Nic nie jest
ciężkie w przestrzeni kosmicznej, ponieważ tamtejsza siła ciążenia jest
zbyt słaba, żeby wyraźnie coś przyciągać, chyba że jest się bardzo
blisko jakiejś planety lub gwiazdy.



Ale tak naprawdę kuchenne wagi mówią nam, że grawitacja, ta wielka siła,
która spina naszą planetę, Układ Słoneczny i panuje nad naszą
cywilizacją, jest niewiarygodnie wątła. Ziemia ma masę 6 × 1024 kilogramów (sześć tysięcy miliardów miliardów
ton, jeśli wolisz takie jednostki), a miskę z mąką potrafi przyciągać
ledwie z siłą małego gumowego paska. I całe szczęście, bo inaczej życie
nie mogłoby istnieć – ale pozwala to również nabrać dystansu. Zawsze gdy
podnosimy jakiś przedmiot, przeciwstawiamy się oddziaływaniu
grawitacyjnemu całej planety. Układ Słoneczny jest ogromny, ponieważ
grawitacja jest słaba. W jednym ma ona dużą przewagę nad wszystkimi
pozostałymi oddziaływaniami podstawowymi – mianowicie w zasięgu. Chociaż
jest słaba i staje się jeszcze słabsza, im bardziej oddalimy się od
Ziemi, rozciąga się hen, daleko przez przestrzeń kosmiczną, spinając
inne planety, słońca i galaktyki. I mimo że pojedyncze przyciągania są
słabiutkie, to właśnie to mizerne pole sił nadaje kształt
wszechświatowi.



Nawet podniesienie kawałka ciasta marchewkowego wymaga jednak wysiłku.
Kiedy leży ono na stole, blat pcha je w górę dokładnie tak, żeby
zrównoważyć przyciąganie się ciasta z planetą. Żeby je podnieść, trzeba
włożyć właśnie tyle siły plus jeszcze troszeczkę, tyle, by wypadkowa
skierowana była ku górze. Naszym życiem nie kierują pojedyncze
działające siły, lecz to, co zostaje po rozliczeniu rachunku. A to wiele
upraszcza. Potężne siły można uczynić nieistotnymi, jeśli przeciwstawi
się im inne potężne siły. Najłatwiej zacząć o tym myśleć na przykładzie
ciał stałych, ponieważ gdy są przyciągane, utrzymują kształt. Na
przykład taki londyński Tower Bridge rzeczywiście jest stały.



Grawitacja bywa uciążliwa, bo czasem chcielibyśmy, żeby pewne rzeczy
zawisły w powietrzu. Żeby to zrobić, trzeba stawić opór ciążeniu w dół.
Bez tego wszystko skończy na podłodze. Ciecze płyną w dół, tak już po
prostu jest. Z ciałami stałymi rzeczy mają się inaczej. Jeden wynalazek
– oś – pozwala nam skutecznie zneutralizować grawitację przez to, że
przekształca absurdalnie ciężkie rzeczy w połowę huśtawki. Tajemnicza
druga połowa częstokroć jest zmyślnie ukryta – najlepszym tego
przykładem są dwie eleganckie wieże londyńskiego Tower Bridge. Zbudowane
na dwóch sztucznych wyspach, umiejscowionych co jedną trzecią szerokości
Tamizy, bronią wstępu do Londynu od strony morza i dźwigają drogę
łączącą miasto z północy na południe.



Chodnik