Видите ли, уже в первой главе я хочу довести до вас вот какую мысль: если хотите понять науку, нужно отвыкнуть искать простые ответы. Поначалу это кажется сложным, но я обещаю: научное мышление этот мир скучным не делает. Напротив, добавляет ему красок и в буквальном смысле наполняет чудесами. Давайте же пока что сойдемся на том, что мелатонин – это не гормон сна, а скорее «ночной гормон», переводящий на язык организма то, что видят глаза: за окном темнеет.

Пролить свет на предмет наших с Маттиасом споров может лишь долгосрочный опыт (в буквальном смысле – свет, попадающий на сетчатку глаз моего мужа). Проблема в том, что эксперименты с двумя участниками статистически недостоверны, поэтому пока нам остается только дискутировать.

Я иду на кухню приготовить себе кофе. Идеально, конечно, выпивать первую чашку не раньше, чем через час после подъема. Ведь организм уже получил порцию кортизола, действующего как пробуждающее средство, а кофеин может повысить его уровень. Прекрасно, скажете вы, тогда свой естественный утренний уровень кортизола я сдобрю еще и порцией кортизола кофейного! Увы или к счастью, но с нашим организмом так не сработает, поскольку он во всем любит сбалансированность. Следует учитывать, что со временем он привыкнет к взрывной кофейной дозе поутру и откорректирует предоставление утренней антистрессовой услуги. Поэтому лучше подождать спада эндогенного выброса кортизола – это произойдет примерно через час, – а потом уже пить кофе.

Но поскольку сейчас у меня ощущение, будто весь утренний заряд кортизола испарился за минуту, я все же прибегаю к кофе, чтобы противостоять накатившей на меня усталости.

Если вам сейчас не жарко, налейте себе чашку кофе, чая или другого горячего напитка на выбор, и можете потягивать его, читая следующие страницы. Ведь нет ничего лучше теплого напитка, если хотите увидеть мир, разложенный на молекулы. Когда я ставлю на стол чашку с дымящимся кофе, стол под ней вскоре тоже нагревается. А если немного подождать, кофе остынет. Вы когда-нибудь задавались вопросом, куда вообще уходит тепло?

Так мы вплотную подошли к одной из моих любимых тем: модели частиц. Казалось бы, звучит не очень интересно, но погодите – гарантирую, такой взгляд на вещи вас увлечет. Суть модели в том, что любое вещество во Вселенной состоит из частиц. Это могут быть атомы или молекулы. Не обязательно знать, что именно это за частицы. Несмотря на столь упрощенный подход, с помощью этой модели можно частично (ха-ха, вот вам и частицы) описать наш мир, причем сделать это на удивление хорошо. Начнем, например, с моей чашки кофе.

Итак, когда пью кофе, я пью его частицы. Или это могут быть частицы чая – все зависит от того, какой выбран напиток. Давайте представим себе эти частицы в виде крошечных невидимых шариков. В основном это молекулы воды, немного кофеина (кстати, в чае он тоже содержится) и еще несколько прочих, например ароматических. Все они находятся в постоянном движении. И это можно наблюдать, пусть даже сами молекулы разглядеть невозможно.

Каким образом? Очень просто: налейте в стакан воду из-под крана и добавьте туда две-три капли кофе (нагляднее было бы с чернилами, но сейчас мы о напитках). Даже если вы оставите стакан спокойно стоять на столе, это лишь вопрос времени, когда капля кофе растворится в воде даже без размешивания. Допустим, пока это не то наблюдение, которое могло бы ошеломить. Но только представьте себе, что же там на самом деле происходит! Там же такая сумасшедшая толкотня, просто дым коромыслом стоит, ну чисто безумная вечеринка! На эту невидимую тусовку частиц я и хочу вас пригласить, ведь именно здесь начинается химия.

Кстати, стакан, кофейная чашка, стол, пол, воздух и, разумеется, мы с вами – все это состоит из частиц. И все они тоже в движении! Ничего даже похожего на состояние покоя практически не существует. Именно в этот конкретный момент повсюду – в вашей чашке, под ногами и в теле – в разгаре безумная вечеринка, мы просто не можем ее видеть.

Тут вы можете резонно заметить: зачем представлять себе мир состоящим из крошечных частиц, если мы все равно их не видим (мало того что это просто круто, ну, по крайней мере, я так считаю). А вот зачем: представляя мир таковым, можно, например, проследить, как возникают разные агрегатные состояния. Состояние вещества – твердое, жидкое или газообразное – зависит от того, насколько подвижны составляющие его частицы.

Моя кофейная чашка твердая, потому что ее частицы способны двигаться лишь самую малость – молекулы или атомы твердого тела сохраняют свое положение неизменным благодаря сочетанию температуры и давления. Твердые тела могут иметь кристаллическое и аморфное строение. О химических соединениях мы еще поговорим подробнее, а пока давайте представим себе скопище молекул при помощи такого сравнения: вы на рок-концерте, стоите в толпе людей и едва можете пошевелиться. Но, конечно же, все- таки двигаетесь, насколько это возможно. Примерно то же самое происходит с частицами твердого вещества, например того, из которого сделана ваша кофейная чашка.

В чашке жидкое содержимое – кофе; его частицы уже подвижнее, даже если еще сильно между собой взаимодействуют. В примере с концертом жидкое состояние – это если бы вы находились перед сценой, где все дергаются и прыгают. Но самые необузданные молекулы – в газообразном веществе, например во вдыхаемом нами воздухе. Они двигаются без оглядки на соседей. Тут уж концертную площадку пришлось бы увеличивать во много раз, чтобы все зрители могли свободно бегать и кувыркаться, не мешая остальным делать то же самое.

Агрегатное состояние вещества зависит от сочетания температуры и давления. Самый простой и знакомый всем пример – вода. Если разогреть твердую воду, то есть лед, он растает в жидкость. При дальнейшем нагреве вода обратится в пар, вещество станет газообразным. А при попадании на прохладную поверхность, например на зеркало в ванной комнате, водяной пар конденсируется, то есть снова становится жидким. Если мы продолжим охлаждать воду, она когда-нибудь застынет в лед.

Вам же понятно, к чему я веду? К тому, что у меня припасено для вас нечто, что может вынести мозг: температура – это не что иное, как движение частиц. Чем горячее, тем быстрее; чем медленнее, тем холоднее. Круто же иметь молекулярное определение температуры, верно? Вы не находите, что это занятнее, чем температура на термометре?

Теперь в наблюдении за чашкой с поднимающимся паром можно увидеть гораздо больше смысла: кофе горячий, а значит, молекулы воды двигаются быстро и сталкиваются друг с другом. Те, что испаряются, весьма проворны: им требуется столько места, что, обуреваемые двигательным возбуждением, они покидают чашку и переходят в газообразное состояние.

А как же тепло передается от кофе чашке, а от нее – кухонному столу? Это происходит из-за столкновений между частицами и вследствие передачи кинетической энергии. Вот как это выглядит: мельтешащие в чашке частицы то и дело наталкиваются на стенки. В свою очередь частицы чашки, двигаясь все быстрее и все сильнее вибрируя, наталкиваются на частицы кухонного стола, раскачивая их. А поскольку тепло всегда передается по направлению к более прохладному месту, стол под чашкой нагревается.

Теперь мы понимаем, почему кофе когда-нибудь остывает – именно по той же причине, по которой с течением времени остановится приведенный в движение маятник.

При каждом столкновении частицы взаимно тормозят одна другую, и так до тех пор, пока все не обретут комнатную температуру – иными словами, «комнатную скорость».

Все частицы, как и вся Вселенная со всем своим содержимым, подпадают под действие первого закона термодинамики. Его можно соотнести с законом сохранения энергии, который гласит: она не исчезает бесследно и может быть только преобразована. Другими словами, энергия всегда постоянна. Если одна частица получила дополнительную энергию, это значит, что то же количество в каком-то другом месте убыло. Когда частица, столкнувшись с другой, передает ей свою энергию, эта другая частица ускоряется, а отдавшая энергию должна замедлиться. Иначе получалось бы, что энергия возникала бы из ничего, а так не бывает. Согласно законам термодинамики, уничтожить энергию тоже нельзя – вот почему физики и химики, бывает, негодуют, заслышав расхожую фразу о «растрачивании энергии». (Если среди ваших знакомых есть физики или химики, попробуйте при них употребить это выражение.)