Читаем 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА онлайн бесплатно

ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

InstabilityRules

The Ten Most Amazing Ideas of Modern Science

Charles Flowers

John Wiley amp; Sons, Inc.

Перевод с английского А. В. Хачояна

Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 2007

УДК 50

ББК 20

Флауэрс Ч.

Ф69 Десять заповедей нестабильности. Замечательные идеи XX века

Ч. Флауэрс, пер. с англ. А. В. Хачояна. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний -, 2007

197 с.: ил. /

ISBN 978-5-94774-231-2 (русск.)

ISBN 0-471-38042-3 (англ.)

.

Нашим учителям

А. Р. Касаванту, Л. Джонсон, Б. Альфреду,

учивших нас думать

«И все-таки она вертится…» (Eppur si muove…). Считается, что именно эти слова когда-то бормотал очень больной и очень старый человек в уродливом ярко-красном балахоне, напряженно поднимаясь с колен среди толпы разодетых неучей с торжественными и серьезными лицами. Старик был великим ученым. Его под угрозой казни только что заставили отречься от законов природы, которые он установил, изучая космос подзорной трубой, усовершенствованной им самим. Даже если этот рассказ не соответствует исторической правде, он заслуживает права на существование.

Инквизиция смогла вынудить Галилея, знаменитого физика и астронома из Пизы, отказаться от утверждения, что Земля вращается вокруг Солнца. Земля по-прежнему признавалась центром Вселенной, поскольку именно сюда водрузил ее Бог и оставил до скончания времен. Такова была ортодоксия – правильная, официальная точка зрения.

Для многих поколений ученых апокрифическая, но неотразимая реплика Галилея стала утверждением идеи гелиоцентрической модели Солнечной системы, в соответствии с которой Земля и пять известных в начале XVII века планет вращаются вокруг Солнца. Люди неожиданно осознали, что здравый смысл и органы чувств, которыми они руководствовались примерно 100 000 лет своей истории, являются очень ненадежными и даже обманчивыми слугами разума. Вдруг выяснилось, что ощущение незыблемости почвы под ногами является чистейшей иллюзией, так как движется именно Земля, а Солнце остается на месте. Другими словами, Солнце (или, если угодно, олицетворяющее его божество, подобное сияющему Фаэтону на своей колеснице или ацтекскому богу Кецалькоат-лю, бегущему над древним Тенотчитланом) в действительности всегда было неподвижно, а именно мы, люди, с огромной скоростью вращались вокруг него.

Однако знаменитая реплика великого старца имела и другой, более глубокий смысл, к которому мы неожиданно приходим после поразительных научных открытий XX века, когда выяснилось, что постоянное движение является наиболее существенным свойством не только Земли, но и всего окружающего мира. Основными характеристиками Вселенной оказались стремительное и непрерывное изменение, неточность и нестабильность, разнообразие вариантов развития. В мире нет ничего постоянного.

Первые три столетия, прошедшие после смерти Галилея, стали эпохой бурного взлета науки, достижения которой вновь и вновь доказывали ученым, что Вселенная всегда оказывается больше, сложнее и старше, чем кажется нам на основе непосредственного опыта и здравого смысла. Но Солнце продолжало оставаться в центре нашего мира неподвижным до начала XX века.

В предлагаемой книге рассказывается о том, как позднее людям пришлось осознать, что Солнце стремительно несется в пространстве не только вместе со всей галактикой Млечного Пути, но и с гигантским звездным скоплением, в которое эта галактика входит. Оказалось, что видимую нам часть мира можно сравнить лишь с песчинкой, которая вместе со всем остальным веществом Вселенной разлетается в пространстве после немыслимого взрыва, произошедшего 12-15 миллиардов лет назад.

Люди с изумлением узнали, что наша планета постоянно и непрерывно меняется: континенты скользят и дрейфуют по поверхности Земли, горы непрерывно растут, океаны расширяются, а вулканы готовятся к следующим извержениям. Постоянно меняются наши собственные тела и мысли, одновременно с незаметными мутациями и действиями генов, принимающих какие-то собственные решения относительно роста или гибели клеток наших организмов. Некоторые из этих решений могут привести к раковым заболеваниям или смертельным недугам.

Мы узнали, что в просторах космоса, на расстоянии сотен миллионов световых лет от нас целые галактики могут рождаться, развиваться, захватываться черными дырами или взрываться с огромной энергией, порождая множество новых объектов.

Считавшиеся когда-то неделимыми атомы оказались способными сталкиваться, сливаться, распадаться и непрерывно переходить из одних энергетических состояний в другие. Более того, внутри самих атомов, в этих крошечных вселенных обнаруживаются виртуальные частицы, выскакивающие из небытия или ускользающие в него столь быстро, что мы не способны их заметить, а можем лишь догадываться о таких процессах.

Все эти поразительные открытия XX века говорят нам о главном законе природы, согласно которому существование означает постоянное изменение.

Этот закон противоречит нашим интуитивным представлениям и, возможно, в глубине души… нам неприятно признавать его силу и значение. Действительно, что должен думать о себе человек, осознающий мимолетность и неустойчивость собственной личности? Каждое мгновенье мы изменяемся физически и духовно, так что мы неспособны даже сохранить улыбку на собственном лице или удержать в сознании меняющиеся мысли и переживания. Мир меняется слишком быстро, настоящее мгновенно становится прошлым. О каких заповедях можно говорить в постоянно изменяющемся мире? Что может означать в таком мире слово «истина»?

К возникшей в XX веке картине мира очень подходит знаменитое изречение древнегреческого мыслителя Гераклита («Всё течет и изменяется, и никто не может войти в одну и ту же реку дважды!»), которое почему-то любили цитировать художники-концептуалисты начала 70-х годов. Но заложенная в словах Гераклита идея в наши дни представляется еще более глубокой и важной, ибо наука выяснила, что ежесекундно в мире происходят важные события, в результате которых действительно существенно меняется всё: человек, река, вода, Солнце в небе и даже…вся Вселенная.

Я пишу эти строки в конце августа. Из окон оборудованного под жилье амбара в пригороде Нью-Йорка я вижу голубое небо, напоминающее о картинах Джотто, увядающий клен и одинокие осыпающиеся флоксы. Кругом царит тишина, очень редко нарушаемая доносящимся с залива шумом моторных лодок или моим постукиванием по клавишам компьютерной клавиатуры. Все остальные звуки мира сливаются в слабый монотонный шум, подобный ровному гудению раковины, поднесенной к уху. Кажется, что мир вокруг меня неподвижно замер, и я нахожусь в его центре. Но я понимаю, что это всего лишь иллюзия. В мире нет ни покоя, ни центра.

Все мы со школьных времен знаем, что в окружающем нас нечетком и расплывчатом мире отсутствуют прямые линии и строгие формы, но зато существуют некоторые ограничения, механизмы и закономерности, которые и выступают в качестве законов природы. Равномерное вращение небесной сферы позволяет оценивать течение времени и создавать календари или точно тикающие часы. В некоторых горных породах происходят процессы радиоактивного распада, столь же точно отсчитывающие миллионы лет геологических эпох. Огромные сверхплотные нейтронные звезды, пульсары излучают радиоволны с высокой точностью, подобно радиомаякам в «черных ящиках» авиалайнеров. Точность приходящих от них сигналов обеспечивается вращением пульсаров вокруг оси с частотой до нескольких сотен оборотов в секунду. Космические расстояния настолько велики, что их измеряют световыми годами, т. е. расстоянием, проходимым светом за один год, хотя эта скорость является фантастически высокой и составляет около 300 тысяч километров в секунду (в соответствии с известной шуткой, редакторы литературных или искусствоведческих журналов обычно автоматически исправляют эту цифру, зачеркивая «секунду» и вписывая «час»). Говоря о событии, происшедшем на расстоянии светового года, следует помнить, что оно не только удалено от нас почти на 10 триллионов километров, но и случилось за двенадцать месяцев до наблюдения, что, кстати, создает еще одну удобную и точную систему отсчета в пространстве-времени. Возможно, что точность таких природных процессов со временем нарушается, но ее вполне достаточно для пока мимолетного присутствия человечества во Вселенной.

Одним из наиболее заметных периодических объектов в астрономии являются так называемые цефеиды (желтые звезды-гиганты, обычно превосходящие наше Солнце по энергии излучения в тысячи или даже в сотни тысяч раз). Их яркость меняется с периодичностью от 3 до 50 дней, причем продолжительность цикла и может быть непосредственно связана со светимостью с расстоянием до Земли. В астрономические каталоги уже занесены тысячи цефеид и значения их абсолютной (усредненной по времени, например за 10-дневный цикл) яркости. Сравнивая среднюю и наблюдаемую величины яркости цефеиды, астрономы давно научились примерно оценивать расстояния до конкретных звезд этого типа, так что их можно сравнить с километровыми столбами в межзвездном пространстве.

Эти небесные объекты давно пользовались вниманием астрономов, но их роль особенно возросла после того, как в самом начале XX века Генриетта Сван Ливитт, молодая женщина-астроном из обсерватории Гарвардского колледжа (Кембридж, штат Массачусетс), сумела тщательно систематизировать и каталогизировать тысячи фотоснимков отдельных звезд и тем самым создать надежные ориентиры в космическом пространстве. Ее работу можно сравнить с постройкой маяков для морских судов или разработкой единой всемирной системы для летчиков-любителей, основанной на точном ориентировании с указанием координат. Кстати, работа по учету и регистрации цефеид продолжается и, например, запуск космического телескопа «Хаббл» позволил расширить их каталог и включить в него все цефеиды в радиусе до 56 миллионов световых лет от Земли.

В начале 20-х годов прошлого века усовершенствованные оптические телескопы позволили ученым значительно расширить свои познания о космосе вообще и о цефеидах в частности. Одной из самых заметных фигур в этом поколении астрономов стал несравненный, «великий и ужасный» Эдвин Хаббл. Он был действительно странным и противоречивым человеком: будучи уроженцем Среднего Запада США, Хабби любил говорить с подчеркнуто английским акцентом, хвастался шрамом, полученным якобы на дуэли, ходил с неизменной вересковой трубкой и… вообще, относился к породе людей, о которых приятно читать или узнавать, но с которыми очень трудно общаться в обыденной и научной жизни. Внешне Хаббл выглядел атлетом, вел себя подобно спорсмену-одиночке (ни о какой командной игре не могло быть и речи!) и был крайне амбициозен, но его честолюбие, к счастью, было связано только с изучением далеких звезд.

Когда в начале 20-х годов молодой Хаббл начал изучать звездное небо при помощи новейшего 100-дюймового телескопа в обсерватории Маунт Вильсон (Южная Калифорния), астрономы не знали очень многого, что сегодня известно даже школьникам, хотя техника астрономических измерений и общий уровень знаний в этой области за предыдущие двести лет неизмеримо возросли. К началу прошлого века ученые уже обнаружили сотни тысяч звезд и знали, что многие из них находятся на расстоянии сотен миллионов световых лет от Земли. Некоторые проблемы астрономии оказались во многом обусловленными именно стремительным развитием и крупными успехами. Собрав все высказывания и заявления выдающихся астрономов, можно легко составить доклад с хвастливым и наивным названием «Мы уже узнали о космосе все, что можно узнать!».

Этому не следует удивляться, поскольку каждой эпохе свойственно преувеличивать свои достижения и успехи. Кроме того, ради справедливости следует подчеркнуть, что астрономы нашего времени иногда едва успевали регистрировать новые результаты и не имели времени для систематизации и обдумывания массы полученных сведений. При оценке достижений астрономии следует вспомнить и исходный, весьма низкий уровень наших теоретических знаний в этой области. Сотни тысяч лет люди (независимо от того, насколько это их интересовало) могли видеть на небе невооруженным взглядом, даже в самые удобные для наблюдения безлунные ночи, всего лишь 8-9 тысяч звезд. Вплоть до времен Галилея эти звезды считались жестко прикрепленными к небесной сфере, равномерно вращавшейся вокруг Земли. Исключением среди небесных объектов выглядели лишь Солнце, Луна и пять видимых невооруженным глазом планет, которые вращались по собственным законам. Небесная сфера представлялась нашим предкам достаточно большой (поскольку внутри нее располагались орбиты Солнца и Луны), однако вся картина в целом выглядела достаточно комфортабельной и уютно замкнутой.

Эдвин Хаббл

В рассказе об астрономии нельзя не упомянуть бинокулярное зрение, характерное для человека (некоторые существа, например морская свинка или ящерица, этим похвастаться не могут). Каждый глаз человека имеет собственное поле зрения, что и дает нам возможность достаточно оценивать положение объектов в пространстве и воспринимать мир стереоскопически, объемно или, как сейчас модно говорить, создавать трехмерные, ЗD-изображения. Однако звезды располагаются слишком далеко, так что аппарат обычного человеческого бинокулярного зрения оказывается просто бессильным воспринимать или воссоздавать стереоскопическую информацию о столь удаленных объектах.

Однако ученые вспомнили, что Земля вращается вокруг Солнца по орбите с радиусом около 150 миллионов километров, и примерно 200 лет назад «сообразили», что бинокулярный прибор можно создать, регистрируя положение одних и тех же небесных объектов из двух точек в крайних положениях орбиты, т. е. с 6-месячным интервалом. Читатель может понять общую идею метода, вообразив некое космическое чудовище (Годзиллу с расстоянием между зрачками около 300 миллионов километров), которое пытается визуально оценить расстояние до звезды! Смещения конкретных звезд относительно общего «фона» неба получили название звездного параллакса.