„To, co widzimy z powietrza, jest takie proste i piękne” – napisała Georgia O’Keeffe po swoim pierwszym locie samolotem. „Nie mogę oprzeć się wrażeniu, że zrobiłoby to coś wspaniałego dla rasy ludzkiej — uwolniłoby ją od małości i małostkowości, gdyby poleciało więcej ludzi”.

Piszę to na pokładzie samolotu. Ziemska małpa w mojej unoszącej się w powietrzu klatce z metalu i szkła. Zastanawiam się, kim byśmy byli w duszy gatunku, gdybyśmy mogli latać – naprawdę latać, tak jak robią to ptaki; gdybyśmy urodzili się nie tylko widząc „świat uproszczony, piękny i wyraźny we wzorach”, jak Gruzja z tego małego okrągłego okienka, ale także czując to. A jednak ty i ja nigdy nie poznamy otwartego nieba jako sposobu bycia – nigdy nie poznamy dotyku termiki ani smaku chmury burzowej, nigdy nie zobaczymy naszego nagiego cienia na górze ani nie przetniemy cirrusa skrzydłem. Cóż za okrutny kosmiczny los żyć na tej bladoniebieskiej kropce, nie wiedząc nawet o jej błękitu. A jednak nagradza nas świadomość zdolna do zdumienia – ten stan brzegowy na krawędzi zrozumienia, gdzie umysł dotyka tajemnicy.

To cud doprowadził nas do wynalezienia nauki – ten wzrost ciekawości napędzający każde odkrycie – aby nauka mogła odwdzięczyć się nam powiększonym zachwytem, ​​odkrywając wątek i osnowę natury – gobelin sił i zjawisk, subtelności i złożoności tkany na zaczarowanym krośnie rzeczywistości. Przyjrzeć się bliżej dowolnej pojedynczej nitce, w całym jej ukrytym cudzie, oznacza wyraźniej zobaczyć, jak cały gobelin trzyma się razem, wzmocnić to, jak my sami trzymamy się razem na łuku życia. Bo jako Rachel Carson tak pamiętnie napisałemnajwiększym darem, jaki możesz dać dziecku – lub wiecznemu dziecku w sobie – jest „poczucie zachwytu tak niezniszczalnego, że będzie trwać przez całe życie, jako niezawodne antidotum na nudę i rozczarowanie… jałowe zaabsorbowanie rzeczami sztucznymi, wyobcowanie ze źródeł naszej siły”.

Weźmy cud ptaka – ten żywy poemat o piórach i fizyce, o magii barometrycznej i pustych kościach, w którego głęboko innym mózgu ewolucja wymyśliła sny. To, że tak maleńkie stworzenie przeciwstawiło się przyciąganiu grawitacyjnemu całej planety, wydaje się niemożliwe, wręcz cudowne. A jednak pod tym sprzeciwem kryje się aktywne poddanie się tym samym niezmiennym prawom, które umożliwiają cały cud wszechświata.

W jednym z trzech tuzinów fascynujących esejów zebranych w Cudowny z materiału: zrozumienie cudów natury (biblioteka publiczna), poeta-fizyk i powieściopisarz Alana Lightmana rzuca światło na legalny cud lotu ptaków, od ewolucji po aerodynamikę, od cząsteczek po matematykę, zaczynając od podstawowego zadziwienia, w jaki sposób ptak wytwarza wystarczająco dużą siłę skierowaną w górę, aby przeciwstawić się przyciąganiu grawitacyjnemu działającemu na jego ciężar:

[The force] powstaje w wyniku wypadkowego ciśnienia powietrza skierowanego w górę, które z kolei jest wytwarzane przez ruch ptaka do przodu i kształt jego skrzydeł. Górna strona skrzydła ptaka jest zakrzywiona, podczas gdy dolna strona jest raczej płaska. Ta różnica w kształcie, w połączeniu z kątem i kilkoma mniejszymi regulacjami skrzydła, powoduje, że powietrze przepływa nad skrzydłem z większą prędkością niż nad dołem. Wyższa prędkość na górze zmniejsza ciśnienie powietrza nad skrzydłem w porównaniu do ciśnienia powietrza pod skrzydłem. Przy większym ciśnieniu pchającym w górę od dołu niż w dół z góry, skrzydło unosi się do góry.

Może wydawać się sprzeczne z intuicją, że większa prędkość powietrza nad skrzydłem powodowałaby niższe ciśnienie, ale nasza intuicja istot stworzeń często była kiepskim odzwierciedleniem rzeczywistości – eony zajęło nam dostrzeżenie, że płaska powierzchnia pod naszymi stopami jest kulą, że kula nie znajduje się w centrum wszechświata i że istnieje niewidzialna siła działająca na obiekty bez dotykania ich, aby zapewnić spójność wszechświata – siła, która znudzony dwudziestokilkulatek siedzący w sadzie jabłkowym swojej matki zwana grawitacją.

Alan wyjaśnia rzeczywistość chemii i fizyki, która umożliwia lot, gdy cząsteczki powietrza uderzają w spód skrzydła, unosząc ptaka w górę:

Powietrze składa się z małych cząsteczek, które naciskają na wszystko, w co uderzają, powodując ciśnienie. Cząsteczki powietrza nieustannie fruwają we wszystkich kierunkach. Jeśli nie zostanie dodana żadna energia, całkowita prędkość cząsteczek musi być stała, zgodnie z prawem zachowania energii. Ale prędkość ta składa się z dwóch części: prędkości poziomej, równoległej do skrzydła i prędkości pionowej, prostopadłej do skrzydła. Zwiększ prędkość poziomą cząsteczek powietrza nad skrzydłem, a prędkość pionowa tych cząsteczek musi się zmniejszyć. Mniejsza prędkość cząsteczek uderzających w skrzydło od góry oznacza mniejsze ciśnienie lub mniejszy nacisk. Cząsteczki na spodzie skrzydła, poruszając się wolniej w kierunku poziomym, ale szybciej w kierunku pionowym (przy większym ciśnieniu do góry), unoszą skrzydło do góry.

Siła nośna jest tym większa, im większa jest powierzchnia skrzydła i im większa jest prędkość powietrza wokół skrzydła. Mamy tu dogodny kompromis. Siłę nośną niezbędną do zrównoważenia ciężaru ptaka można uzyskać przy mniejszej powierzchni skrzydeł, jeśli zwierzę zwiększy prędkość do przodu i odwrotnie. Ptaki korzystają z tej opcji zgodnie ze swoimi indywidualnymi potrzebami. Czapla modrana przykład ma długie, smukłe nogi do brodzenia i musi lecieć powoli, aby nie połamać ich podczas lądowania. W rezultacie czaple mają stosunkowo dużą rozpiętość skrzydeł. Z drugiej strony bażanty manewrują w zaroślach i duże skrzydła są dla nich kłopotliwe. Aby utrzymać się w powietrzu dzięki stosunkowo krótkim i krótkim skrzydłom, bażanty muszą latać szybko.

Istnieją jednak granice tej silniowej rozmowy między powierzchnią a prędkością. Alan zastanawia się, dlaczego nie ma ptaków wielkości słoni:

W miarę zwiększania rozmiaru ptaka lub jakiejkolwiek rzeczy materialnej, jeśli drastycznie nie zmienisz jej kształtu, jego waga będzie rosła szybciej niż powierzchnia. Waga jest proporcjonalna do objętości, czyli długość razy długość razy długość, natomiast powierzchnia jest proporcjonalna do długości razy długość. Dwukrotnie większa długość, a waga ośmiokrotnie większa, a powierzchnia tylko czterokrotnie większa. Na przykład, jeśli masz sześcian o boku 1 cala, jego objętość wynosi 1 cal sześcienny, a jego całkowita powierzchnia wynosi 6 (boki) × 1 cal kwadratowy, czyli 6 cali kwadratowych. Jeśli podwoimy bok sześcianu do 2 cali, jego objętość wzrośnie do 8 cali sześciennych, czyli 800 procent (przy podobnym wzroście masy), a jego powierzchnia wzrośnie do 24 cali kwadratowych, czyli 400 procent. Ponieważ siła nośna jest proporcjonalna do powierzchni skrzydeł, podczas gdy przeciwna siła ciężaru jest proporcjonalna do objętości ptaka, w miarę zwiększania skali ptak w końcu osiągnie punkt, w którym powierzchnia skrzydeł ptaka nie będzie wystarczająca, aby utrzymać go w powietrzu. Chociaż ptaki eksperymentują z lotem od 100 milionów lat, najcięższy prawdziwy ptak latający, drop wielki, rzadko przekracza 42 funty. Większe ptaki szybujące, takie jak sępy, są unoszone przez wznoszące się kolumny gorącego powietrza i nie dźwigają całego ciężaru.

Jednak cała ta skomplikowana molekularna i matematyczna aerodynamika ruchu w górę nie wystarczy, aby umożliwić lot – ptaki muszą także poruszać się do przodu bez śmigieł. Przez długi czas sposób, w jaki to robią, pozostawał tajemnicą. (Tajemnica była jeszcze głębsza w przypadku pojedynczego lotu kolibra, balansując pomiędzy nauką a magią.) Dopiero narodziny nowoczesnego lotnictwa rzuciły na to światło. Na początku XIX wieku, obserwując szybowanie ptaków, pionier inżynier i badacz lotnictwa George Cayley jako pierwszy człowiek dostrzegł mechanikę lotu i zidentyfikował trzy siły działające na ciężar każdego latającego ciała: siłę nośną, opór i ciąg.

Alan szczegółowo opisuje fizykę oporu i ciągu, które pozwalają ptakom poruszać się do przodu:

Ptaki rzeczywiście mają śmigła w postaci specjalnie zaprojektowanych piór w zewnętrznych połówkach skrzydeł. Pióra te, zwane lotkami, zmieniają swój kształt i położenie podczas uderzenia skrzydeł. Ciąg do przodu uzyskuje się poprzez wypychanie powietrza do tyłu każdą klapą. W podobny sposób możemy poruszać się do przodu w basenie, energicznie poruszając ramionami do tyłu w kierunku wody.

Wszystko to pomaga wyjaśnić, dlaczego większe ptaki często latają w formacji V — każdy ptak korzysta z podnoszących na duchu kieszeni powietrznych wytwarzanych przez ptaka przed nim, oszczędzając od 20 do 30 procent kalorii potrzebnych do lotu w porównaniu z lotem w pojedynkę. Ponieważ ptak prowadzący przejmuje większość ciężaru aerodynamicznego i kalorycznego, chroniąc resztę przed wiatrem, stado na zmianę zajmuje pozycję wysuniętą do przodu.

Taka jest także fizyka każdej zdrowej społeczności, każdej zdrowej relacji – fizyka wrażliwości i zaufania. Ponieważ życie zawsze wywiera na każdą osobę różną presję, wewnętrzną lub zewnętrzną, w różnym czasie, wspólny rozwój nie polega na dźwiganiu zawsze jednakowego ciężaru, ale na łagodzeniu przypływów i odpływów wrażliwości drugiej osoby, ufając sobie nawzajem, że będą ich chronić w czasach wyczerpania, a następnie pełniąc tę ​​funkcję, gdy zostaną uzupełnione. Jedną z miar miłości może być chęć bycia liderem, który osłania ukochaną osobę w czasie jej zmagań i podnosi jej skrzydła swoją upartą obecnością.

Połącz ten fragment Cud z materiału — reszta zgłębia naukę stojącą za cudami, takimi jak świetliki i zaćmienia, kolibry i pierścienie Saturna — z sokół wędrowny jako sposób widzenia i stan byciaczarująca odmienność jak to jest być sowąi nauka o czym śnią ptaki.