Неліктен біз Жердің айналуын сезбейміз?

Адам денесі қозғалысты сезінудің таңғажайып қабілетіне ие — біз қайықтың тербелісін, автомобильдің жылдамдануын және еден тербелісін сезінеміз. Сонымен бірге аяғымыздың астындағы планета экватор бойынша сағатына шамамен 1 670 шақырым жылдамдықпен айналады — және біз мүлде ештеңе сезінбейміз. Бұл сыртқы қайшылық ежелгі дәуірде де адамдарды таңқалдырды және айналатын Жер идеясына қарсы басты дәлелдердің бірі болды — егер планета осынша жылдамдықпен қозғалса, неліктен біз дауылды сезінбейміз? Жауап механиканың іргелі принциптерін, қабылдау физиологиясын және жүйке жүйеміздің құрылысын ашады. Бұл «көрінбейтін» қозғалыстың себебін түсіну — сезімдердің өзіндік табиғатын түсінуге жақындасу дегенді білдіреді.

Инерция принципі және бірқалыпты қозғалыс

Бұл сұраққа бірінші және негізгі жауапты классикалық механика береді. Галилей қозғалысты түсінуді өзгерткен принципті тұжырымдады: бірқалыпты және түзу сызықты қозғалатын дене өз сезімдері бойынша тыныштықтағы денеден ешқандай ерекшеленбейді.

Дәл осы заң неліктен крейсерлік жылдамдықпен ұшатын ұшақтың жолаушысы қозғалысты сезінбейтінін түсіндіреді. Жылдамдық тұрақты болып, үдеулер болмаған кезде жүйке жүйесі ауысу туралы ешқандай сигнал алмайды. Сезім тек жылдамдық өзгергенде пайда болады — ұшу кезінде, қонуда немесе турбуленттікке тап болғанда.

Жердің айналуы осы принципке қатысты бірнеше негізгі сипаттамамен сипатталады:

• планета 24 сағатта бір толық айналым жасайды — бұл физикалық өлшемдер бойынша өте баяу айналу;
• айналудың бұрыштық жылдамдығы секундына шамамен 0,000729 радианды құрайды — мардымсыз аз шама;
• беттегі кез келген нүктенің қозғалыс бағытының өзгеруі соншалықты бірте-бірте болады, яғни үдеу іс жүзінде байқалмайды;
• планета бетіндегі барлық нәрсе — ауа, су, таулар, адамдар — онымен бірге бірыңғай тұтас ретінде айналады.

Соңғы мән ерекше маңызды: біз Жермен бірге қозғаламыз, оған қатысты емес. Дәл бізбен бет арасындағы салыстырмалы қозғалыстың болмауы жүйке жүйесін айналуды сезінуге арналған кез келген ынталандырудан айырады.

Ағзамыз дәл нені сезінеді

Планетаның айналуы неліктен байқалмай қалатынын түсіну үшін алдымен қозғалысты қабылдауға жауапты сезім мүшелерінің жалпы қалай жұмыс істейтінін түсіну қажет. Ағзамыз абсолютті жылдамдықты өлшемейді — ол тек оның өзгерістеріне ғана жауап береді.

Вестибулярлық жүйе ішкі құлақта орналасқан және тепе-теңдіктің басты мүшесі болып табылады. Ол өзара перпендикулярлы үш жазықтықта орналасқан үш жартылай шеңбер арналардан және екі қалташадан — утрикулюс пен саккулюстан тұрады. Басты бұрғанда немесе дене жағдайы өзгергенде арналардағы сұйықтық ығысып, мидың сигнал жіберетін шаш жасушаларын тітіркендіреді.

Қозғалысты қабылдау бірін-бірі толықтыратын бірнеше механизмді қамтиды.

1. Жартылай шеңбер арналар бұрыштық үдеулерге — яғни айналу жылдамдығының өзгеруіне — жауап береді. Дәл осі себептен айналып тоқтаған адам айналуды бірнеше секунд бойы сезіне береді — арналардағы сұйықтық инерция бойынша тоқтаудан кейін бірнеше секунд қозғала береді. Жер болса мүлде тұрақты бұрыштық жылдамдықпен ешқандай үдеусіз айналады, сондықтан жартылай шеңбер арналар ешқандай сигнал тіркемейді.
2. Отолитті мүшелер — утрикулюс пен саккулюс — сызықтық үдеулерге және дененің ауырлық күші векторына қатысты жағдайына жауап береді. Олар кальций карбонатының кристалдарын қамтиды, олар ауырлық күшінің әсерімен бас бағытына байланысты әртүрлі бағытта шаш жасушаларына қысым жасайды. Жердің айналуынан туындайтын центрден тепкіш күш бұл құрылымдардың жүктемесін байқарлықтай өзгерту үшін тым аз.
3. Проприоцепторлар — бұлшықеттер, сіңірлер мен буындардағы рецепторлар — дененің кеңістіктегі жағдайы мен жекелеген бұлшықет топтарының жүктемесі туралы сигнал береді. Планетаның айналуы бұлшықеттерге қарапайым ауырлық күшінен артық ешқандай жүктеме жасамайды, сондықтан проприоцепторлар да үнсіз қалады. Ағзамыздың тұрақты және бірқалыпты айналуды анықтауға арналған құралы жоқ.
4. Көру жүйесі қозғалысты қабылдауға орасан зор үлес қосады — дәл ол жиі миды алдап, физикалық жоқ жерде қозғалысты сезінуге мәжбүр етеді. Терезе сыртынан поезд қозғалғанда бізге перрон қозғалып жатқандай, ал біз тұрып тұрғандай болып көрінеді. Жерге қатысты алғанда біздің көздеріміз бізге қатысты тұрақты жағдайда — горизонт, бұлттар, жұлдыздар — бірдей қоршаған ортаны көреді, бұл тыныштық сезімін растайды.

Осылайша, адам ағзасы Жердің айналуын сезінбейді ғана емес — ол мүлде сезіне алмайды, өйткені барлық сезім мүшелері тұрақты күйлерді емес, өзгерістерді анықтау үшін дамыған.

Центрден тепкіш күш — айналудың жалғыз жанама ізі

Қатаң айтқанда, Жердің айналуы бізге шынымен физикалық әсер етеді — тек ол субъективті тұрғыдан байқамайтынымызша мардымсыз. Планетаның тәуліктік айналуынан туындайтын центрден тепкіш әсер шынымен бар және дәл өлшенуге болады.

Осы әсердің нақты физикалық көріністерін қарастырайық:

• экватордағы центрден тепкіш күш дене салмағын полюстермен салыстырғанда шамамен 0,34 пайызға азайтады;
• салмағы 80 килограмм адам экваторда полюсте болатынынан шамамен 270 грамға жеңілірек;
• Жер центрден тепкіш әсер салдарынан полюстерде сәл жайпақталып, экватордың айналасында шығыңқы болады — радиустар арасындағы айырмашылық шамамен 21 шақырымды құрайды;
• экватордағы отвес центрден тепкіш күш пен ауырлық күшінің қосындысы салдарынан нағыз тіктіктен мардымсыз бұрышқа ауытқиды.

Бұл әсерлердің барлығы нақты және дәл аспаптармен өлшенеді, алайда тікелей қабылдауға мүлде қолжетімсіз. Вестибулярлық жүйе мен проприоцепцияның сезімталдық шегі осынша әлсіз өзгерістерді анықтауға қажетті деңгейден бірнеше тәртіпке дөрекірек. Осылайша, Жердің айналуы физикалық із қалдырады, бірақ бұл із біздің қабылдау шегінен едәуір төмен.

Тарихи парадокс және ғылымның жеңісі

Жердің айналуын сезінбеу гелиоцентрлік жүйені қабылдаудың басты психологиялық кедергісі болды. Егер планета ғарышта орасан зор жылдамдықпен ұшып бара жатса, неліктен ұшқан құс ұшып кеткен жерінен артқа қалмайды? Неліктен лақтырылған тас батысқа ығыспай қолға қайта түседі?

Бұл сұрақтар Коперник жүйесіне жойқын дәлелдер болып көрінді және дәуірдің ең үздік ойшылдарының санасын алаңдатты. Оларға жауаптар бірте-бірте — бірнеше аса көрнекті ғалымдардың еңбектерінде тұжырымдалды.

1. Галилей XVII ғасырдың басында инерция принципін нақты тұжырымдап, құстың ұшып кеткенде планетаның айналу жылдамдығының көлденең құрауышын сақтайтынын түсіндірді. Дәл осі себептен ол сол жерден артқа қалмай, сол жердің үстінде қалады. Бұл принципті ол кеме туралы ойша тәжірибемен суреттеді — бірқалыпты жүзіп жатқан кеменің ішінде барлық физикалық құбылыстар қозғалмайтын жағамен дәл бірдей болады.
2. Ньютон сол ғасырдың аяғында инерция принципіне механиканың бірінші заңы нысанында қатаң математикалық форма берді. Оның еңбегі планета бетіндегі барлық нысандардың ешқандай арнайы ұстаусыз оның айналуын неліктен бөлісетінін түпкілікті түсіндірді. Жер бізді «тасымалдамайды» — біз онымен бірге қозғаламыз, өйткені оның бетіне қатысты жылдамдығымызды өзгертетін ешқандай күш жоқ.
3. Фуко 1851 жылы Пантеондағы атақты маятнигінің көмегімен Жердің айналуын алғаш рет көзге көрінетін түрде дәлелдеді. Ұзын маятниктің тербеліс жазықтығы жұлдыздарға қатысты бағдарын сақтайды, ал Жер оның астында баяу бұрылады. Планетаның тәуліктік айналуының бұл алғашқы тікелей эксперименттік дәлелін жай көзбен байқауға болады.
4. Кориолис әсері — планетаның айналуы салдарынан қозғалатын денелердің ауытқуы — желдердің, мұхит ағыстарының бағытына және тіпті зеңбіректен атылған снарядтардың ұшуына ықпал етеді. Солтүстік жарты шарда ауа массалары оңға, Оңтүстікте солға ауытқиды, бұл атмосфераның айналым сипатын анықтайды. Бұл әсер тұрмыстық масштабта байқалу үшін тым әлсіз, алайда метеорология мен навигация үшін принципті маңызды.

Осы ашулардың әрқайсысы байқалмайтын айналу парадоксын түсіндіруге жаңа деңгей қосты, және жиынтықта олар толық және қайшылықсыз сурет жасады.

Күнделікті өмірден аналогиялар

Абстрактілі физикалық принциптерді таныс мысалдар арқылы қабылдау жеңілірек. Адам қозғалыс объективті тұрғыдан бар болса да сезінілмейтін жағдайлармен жиі кездеседі — дәл осы аналогиялар планетаның айналуының көрінбеуін интуитивті түрде түсінуге көмектеседі.

Таныс тәжірибеден ең мәнерлі мысалдар мыналар:

• тік бойымен тұрақты жылдамдықпен жүрген поезд жолаушысы қозғалысты сезінбейді — ол тек жылдамдану немесе тежеу кезінде ғана өзін білдіреді;
• лифттегі адам кабина разгоны мен баяулауы кезінде ғана салмақтың өзгеруін сезінеді — олардың арасында сезімдер тыныштық күйімен бірдей;
• су бетінде қозғалмай жатып ағынмен ағып бара жатқан жүзгіш айналасында стационарлық бағдарлы нүктелер болмаса қозғалысты сезінбейді;
• бұлт ішіндегі ұшқыш аспапсыз бағдарын жоғалтып, не жылдамдықты, не крен бұрышын анықтай алмайды — дене бірқалыпты қозғалыс туралы ешқандай ақпарат бермейді.

Барлық осы жағдайларда бір ғана физикалық принцип жұмыс істейді: ағза тек күй өзгерісін тіркейді, ал күйдің өзін емес. Дәл осі себептен Жер әрқашан бірдей жылдамдықпен сілкіністер мен тоқтаулар болмай айналып, біздің сезімдеріміз үшін «көрінбейтін» болып қалады — тіпті ағынмен бірге ағып бара жатқан шепте өзеннің тыныш ағымы көрінбейтіндей.

Жердің айналуын сезінбеу — сезім мүшелерінің әлсіздігі емес, олардың ақылға қонымды мамандануы. Эволюция тұрақты фондық константаларды тіркеуге емес, өзгерістерді, қауіптер мен аномалияларды анықтауға реттелген қабылдау мүшелерін жасады. Бұл фактіні түсіну физика, биология және адамның эволюциялық тарихының қаншалықты тығыз байланысты екенін көруге мүмкіндік береді. Аяқ астындағы планета ешқашан тоқтамайды — және дәл оның өзгермес тұрақтылығы осы грандиозды қозғалысты оның бөлігі болып табылатындар үшін мүлде көрінбейтін ете түседі.