Ирина Радунская - Кванты и музы
Именно мозг, а не органы чувств позволяют нам всё глубже проникать в микромир и макрокосмос. Ведь без приборов, порождённых мыслью учёных, инженеров и конструкторов, мы бессильны при обработке сотен тысяч фотографий, среди которых лишь на нескольких зафиксировано рождение неизвестной частицы или протекание загадочной реакции; без приборов мы не могли бы узнать что-либо о таинственных ядрах галактик и многое другое…
Нас уже не удивляет то, что новое в мире скрывается за пределами видимого и для его исследования необходимо создавать всё более сложные приборы.
Поразительно, что такое положение сложилось не только в глубинах атома, но и в современной астрономии, особенно в космологии, изучающей строение и развитие Вселенной.
В течение более двух тысячелетий астрономия основывалась на непосредственном наблюдении светил. Галилей, направив свою зрительную трубу в небо, обнаружил не только пятна на Солнце и спутники Юпитера, но и мириады звёзд, недоступных невооруженному глазу.
Увеличение размеров и точности телескопов позволило наблюдать всё более далёкие и всё менее яркие светила. Пришло время, и астрономы научились рассматривать даже объекты, совершенно не излучающие видимого света. Читатель вправе усомниться — телескоп не может зарегистрировать невидимую звезду! Речь не об этом. И даже не о наблюдении в недоступных глазу областях спектра, когда применяются специальные приборы, регистрирующие инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Речь идёт о косвенном наблюдении, если можно так выразиться.
Астрономы обнаружили очень маленькие периодические движения некоторых «неподвижных» звёзд. Какой они сделали вывод? Эти движения, по их мнению, свидетельствуют о том, что колеблющиеся звёзды обладают незримыми спутниками. При помощи спектрального анализа света загадочных звёзд и путём сложных расчётов удаётся получить много сведений об этих удалённых мирах. В одних случаях спутники оказались меньшими, чем видимая звезда, — это никого не удивило, их можно уподобить планетам (Позже открытие планет этим методом не подтвердилось. Наземные телескопы пока не могут измерять положения звёзд с такой точностью, чтобы по их периодическому смещению на небе обнаруживать присутствие рядом с ними планет. Но это оказалось возможным с помощью метода доплеровской спектроскопии, измеряющего периодическое движение звезды вдоль луча зрения наблюдателя. Начиная с 1995 г. этим методом у ближайших к Солнцу звёзд обнаружено около 200 планет. — Прим. В.Г. Сурдина).
В других — не только превосходят по массе видимую звезду, но остаются невидимыми! Ничего подобного астрономы раньше не знали и аналогий этому не находят. Обнаружение звёздных пар, в которых невидимая компонента превосходит видимую, поставило астрономов перед сложной задачей.
Эта задача осталась, по существу, нерешённой и по сей день. Но чтобы предугадать направление её возможного решения, оглянемся на путь, в конце которого остановился Ньютон, и попробуем ухватиться за кончик этой нити Ариадны. Может быть, она приведёт нас к пониманию секрета возникновения и невидимых, и видимых звёзд, и всего многообразия подлунного мира…
После того как была отвергнута догадка Аристарха о движении Земли и планет вокруг Солнца в угоду системы Птолемея, утвердившего неподвижную Землю в центре мироздания, прошли века.
Понадобилось мужество Коперника, чтобы восстать против мертвящей схоластики, освящённой клерикалами и поддерживаемой авторитетом священного писания. Мужество, подобное доблести сапёра, незримо и тихо подводящего грозную мину под крепость врага. Упорная работа в мрачном, грозящем обвалом штреке, рядом со страшной взрывчаткой требует не меньшей смелости, чем лихая атака.
Кеплер и Галилей, каждый по-своему, продолжили дело Коперника. Кеплер описал движение планет на языке математики. Галилей показал людям малое подобие Солнечной системы в виде спутников Юпитера.
Но людям недостаточно увидеть и даже описать видимое. Они хотят знать, почему происходит то, что наблюдают.
Ответить на вопрос «почему?» обычно много труднее, чем описать, «как» протекает то или иное явление. Труды армии учёных подготавливают фундамент для прорывов, которые под силу лишь гениям.
Загадка движений планет покорилась Ньютону. Для этого ему пришлось понять, записать в виде простой формулы, а потом применить закон всемирного тяготения. Закон, управляющий движением планет и звёзд, полётом пуль, падением яблока и грозными океанскими приливами. Законы Кеплера оказались простыми следствиями закона тяготения.
Всё казалось предельно ясным. Единый закон управляет множеством разнообразных явлений. Великая тайна мироздания открылась людям во всей своей гармоничной простоте. Учёные и простые люди преклонялись перед гением Ньютона, достигшего пределов познания.
Неудовлетворённым оставался прежде всего сам Ньютон. На фоне его грандиозных достижений ещё раз проявили свою мощь объективные законы познания. Объяснив, почему планеты движутся по своим орбитам, почему орбиты имеют форму эллипсов и многое другое, Ньютон хотел знать, как началось движение планет. Закон тяготения и все законы механики оказались недостаточными, чтобы ответить на этот вопрос. Ньютон так и не сумел понять, с чего всё началось. Ему пришлось обратиться к воле божьей, к первому толчку, причина и природа которого лежали за пределами механики, созданной Ньютоном.
Ньютон передал нерешённую загадку потомкам, и она казалась доказательством благости божественного промысла, создавшего мир, свидетельством тщетности попыток понять, как протекал процесс созидания.
С этим не захотели мириться философ Кант и математик Лаплас. Оба они стремились понять строение и развитие мира без ссылок на божью волю. Они нашли в законах Ньютона всё нужное для этой цели. И создали свою версию возникновения мира. Их гипотеза вышла далеко за пределы астрономии и физики, став гимном и знаменем освобождения человеческого разума от всяких догм.
Гипотеза Канта — Лапласа исходит из данных астрономических наблюдений. Астрономы обнаружили в бескрайних глубинах Вселенной огромное количество туманных образований. Одни из них имеют спиральную форму. Другие оказываются шаровыми скоплениями множества звёзд. А есть и такие, что сохраняют вид газовых облаков, и исследования спектров их свечения подтверждают их газовую структуру.
Не являются ли газовые шаровые туманности первоначальной стадией эволюции звёздных миров? Это было простое и заманчивое предположение. Сжимаясь под влиянием сил тяготения, туманности вполне могут распасться на части, из которых впоследствии постепенно образуются звёзды.
Напрашиваются два варианта эволюции. Один приводит к шаровым звёздным скоплениям, в которых звёзды расположены более или менее равномерно. Другой ведёт к образованию вращающихся спиральных скоплений, в которых звёзды сосредоточены в рукавах, закрученных вокруг центра туманности.
И почему бы при этом не допустить, что процессы, ответственные за распад первоначальной туманности (по крайней мере в спиральных скоплениях), не только продолжаются до стадии образования звёзд, но и приводят к появлению их спутников-планет?
Математические расчёты, проведённые Лапласом с учётом законов механики Ньютона, подтвердили полное соответствие этой гипотезы законам всемирного тяготения.
Согласно ей первичная туманность, вращаясь, распадается на части, из которых постепенно возникают Солнце, планеты и их спутники. Не удивительно, что наградой авторам этой впечатляющей научной сенсации был триумф и признание.
Великое значение гипотезы Канта — Лапласа, не оставившей в модели мироздания места для Бога, не умаляется тем, что со временем она оказалась совершенно несоответствующей действительности.
Главная неувязка проявилась при распределении между Солнцем и планетами в момент рождения первоначального количества вещества и энергии. Ведь если все они рождены в одной туманности, то должны были поделить между собой в соответствующих пропорциях и её массу, и энергию вращения. Но то, что дарила новорожденным гипотеза Канта — Лапласа, противоречило законам механики при всех разумных предположениях о свойствах первоначальной туманности. Не давали баланса и вращательные движения Солнца и планет — они не укладывались в разумную схему.
Нет, Кант и Лаплас не дали убедительного ответа на вечный вопрос о происхождении Солнечной системы.
На смену пришла гипотеза астронома Джинса: планеты возникли из Солнца под влиянием притяжения другой звёзды, случайно прошедшей мимо Солнца на достаточно малом расстоянии.
Джинс рассчитал, что при этом, в соответствии с законами Ньютона, на Солнце возникает огромная приливная волна. Она не падает обратно, а распадается на части. Планеты и их спутники, возможно, — остывшие части такой раскалённой приливной волны. При этом непосредственно объясняется и существование нагретых земных недр — остатков первоначального костра, и отсутствие атмосферы на Луне, и многое другое, что, впрочем, объяснялось и гипотезой Канта — Лапласа.
