Загадка падающей кошки и фундаментальная физика

Школа авиационной медицины отсчитывала свое существование, в той или иной форме, с 1918 г., поскольку использование самолетов в Первой мировой войне вызвало настоятельную потребность разобраться в том, какие заболевания и проблемы со здоровьем могут угрожать пилотам. Формально Департамент космической медицины был создан в 1949 г. для исследования медицинских проблем, которые могли бы возникнуть в ходе космического путешествия. Термин «космическая медицина» первым пустил в оборот в 1947 г. Хубертус Штругхольд — еще один немецкий ученый, привезенный в Соединенные Штаты в результате операции «Скрепка». Именно Штругхольд и стал первым директором Департамента космической медицины.

Несмотря на то что сегодня долговременное пребывание в космосе считается нормальным, в конце 1940-х гг. ученые никак не могли предвидеть, какое действие окажет на физиологию человека даже короткая встреча с невесомостью^{3}. Сила тяжести всегда присутствует в нашей жизни, она вездесуща, и первые исследователи просто не могли знать, насколько функционирование нашей физиологии зависит от этой постоянной силы. Как с большой тревогой писал Хайнц Хабер в журнальной статье 1951 г.:

В большинстве дискуссий о космических путешествиях последствия для пассажиров от воздействия невесомости воспринимаются очень легко. В самом деле, невесомость порождает приятную картину: возможность свободно плавать в пространстве, не испытывая никаких напряжений, кажется приятной и даже полезной. Но плавание в невесомости не будет таким беззаботным, как кажется. Скорее всего, природа заставит нас заплатить за удовольствие.

На Земле не существует опыта, который сказал бы нам, на что будет похожа невесомость. Правда, первое мгновение свободного падения при прыжке в воду с трамплина приближается к свободному от силы тяжести состоянию, ассоциирующемуся с идеальным свободным падением, но продолжается оно всего лишь мгновение^{4}.

Какого рода негативные эффекты мог бы ожидать человек от состояния невесомости? Хайнц Хабер вместе с коллегой Отто Гауэром считали, что дыхательная и сердечно-сосудистая системы будут переносить невесомость относительно спокойно и без последствий. Однако их беспокоило, что те же проприоцептивные импульсы, которые обеспечивают нас важной информацией о состоянии и ориентации частей тела, при длительном воздействии невесомости могут просто отказать. Конфликт между информацией об ориентации, получаемой одновременно от зрительной и вестибулярной систем, теоретически мог привести к крайней дезориентации или к чему-то вроде непрекращающейся морской болезни. Проприоцепторы в мышцах также внушали ученым тревогу. Поскольку человеческое тело, по существу, «калибруется» для правильной работы при постоянной силе тяжести, утрата этой силы могла сбросить калибровочные настройки, сделав каждое движение космического путешественника многократно преувеличенным. Если бы эти гипотезы подтвердились, то наложили бы серьезные ограничения на человеческое будущее в космосе^{5}.

Космос, однако, не был единственным поводом для тревоги. С появлением в ходе Второй мировой войны реактивной авиации самолеты стали летать быстрее и выше, чем когда-либо прежде, поднимаясь на высоты, где сопротивление воздуха практически не играло роли в полете. Любой самолет, планирующий в таких условиях без работы двигателя, по существу будет находиться в свободном падении, а летчик — в состоянии невесомости. Так что земные заботы тоже волновали исследователей в области космической медицины.

Самой большой сложностью при изучении подобных эффектов было отсутствие на Земле сколько-нибудь продолжительного состояния невесомости. Как отмечал в свое время Хабер, прыжок с трамплина позволяет испытать истинную невесомость лишь на мгновение. То же можно сказать и о затяжном прыжке с парашютом: даже в прыжке с монгольфьера человек всего несколько секунд испытывает состояние, напоминающее истинную невесомость, прежде чем сопротивление воздуха дает ему новое ощущение «низа».