Текст книги "Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной"

Автор книги: Калеб Шарф

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 18 страниц) [доступный отрывок для чтения: 7 страниц]

Продолжать обучение он отправился в Италию, где его все больше и больше интересовали астрономические наблюдения, особенно измерение отклонений движения Луны и планет от системы Птолемея. Об этих отклонениях прекрасно знали и другие исследователи того времени, однако изобретательному Копернику особенно хотелось в поисках ответов на эти вопросы выйти за пределы общепринятых представлений и найти более простое и точное решение, чем модель Птолемея, изобретенная уже так давно.

В самом начале XVI века Коперник набросал заметки к своей будущей гелиоцентрической модели Солнечной системы – это была книжка в сорок страниц, получившая название «Commentariolus», «Небольшой комментарий». При жизни Коперника ее официально не публиковали, ходило несколько списков, вызывавших интерес и уважение современников и, несомненно, суровые взгляды тогдашнего научного сообщества. Комментарий и в самом деле небольшой, однако содержит семь важнейших провидческих постулатов[17]17
  См., например, André Goddu. Copernicus and the Aristotelian Tradition: Education, Reading, and Philosophy in Copernicus’s Path to Heliocentrism. Leiden, Netherlands: Brill, 2010. Об истории вопроса и различных точках зрения на него прекрасно рассказано в книге Owen Gingerich. The Book Nobody Read: Chasing the Revolutions of Nicolaus Copernicus. New York: Walker & Company, 2004.


[Закрыть].

Вот каким представало Копернику мироздание, если изложить его постулаты современным языком. Единого центра Вселенной не существует. Центр Земли – не центр Вселенной. Центр Вселенной расположен поблизости от Солнца[18]18
  Читатель, возможно, спросит, не противоречит ли это первому утверждению. Однако Коперник не собирался создавать замкнутую систему аксиом, перед нами скорее черновой перечень гипотез.


[Закрыть]. Расстояние от Земли до Солнца по сравнению с расстоянием до звезд пренебрежимо мало, вот почему у звезд не наблюдается параллакса. Наблюдаемое ежедневное вращение Солнца и звезд по небосклону определяется вращением Земли, а сами Солнце и звезды неподвижны. Ежегодные изменения движения Солнца по небесам на самом деле объясняются тем, что Земля вращается вокруг Солнца. И, наконец, петли, описываемые планетами (попятное движение), также вызваны движением Земли. Это так радовало Коперника, что он добавил приписку: «Таким образом, одного лишь движения Земли достаточно, чтобы объяснить очень много небесных неправильностей».

В этих фразах заключены истоки колоссального переворота в мышлении человечества. Опираясь практически исключительно на рассуждения по дедукции, Коперник закрутил нашу драгоценную Землю и отправил ее блуждать по Вселенной. Но хотя распространение «Комментария» и обеспечило Копернику определенную научную репутацию, он лишь несколько десятилетий спустя пересмотрел свои записи и подробно разработал математическую сторону своей теории, подготовив ее к публикации – правда, судьба распорядилась так, что публикация состоялась лишь посмертно, в 1543 году. Так появился великий трактат «De revolutionibus orbium coelestium» – «О вращении небесных сфер». Почему Коперник столько медлил, остается исторической загадкой[19]19
  И в самом деле, о том, что Коперника стимулировало и что ему мешало, написано очень много. Увлекательная, пусть и спекулятивная теория изложена в Dava Sobel. A More Perfect Heaven: How Copernicus Revolutionized The Cosmos. New York: Walker & Company, 2011.


[Закрыть]. Можно было бы предположить, что существенной причиной такой удивительной нерешительности был страх перед предстоящей борьбой с церковниками и научным сообществом, которые и так сотрясались под натиском Реформации.

Эта модель перетряхнула небесную механику и придала ей новые очертания, однако и она была весьма несовершенной. Как нам теперь известно, несмотря на то, что теперь Земля, Солнце, звезды и планеты оказались на нужных местах друг относительно друга, Коперник все же приписывал им некоторые свойства, из-за которых его модель соответствовала астрономическим наблюдениям лишь с натяжкой. В сущности, Коперник отмел не все сложные геометрические конструкции Птолемея, а лишь некоторые из них. Например, он по-прежнему опирался на эпициклы, чтобы лучше подстроиться под наблюдаемые ежегодные перемещения планет и Солнца.

Физическая основа теории стала значительно лучше, однако применение модели на практике все так же оборачивалось кошмаром по той простой причине, что Коперник цеплялся за набор представлений, восходивших еще к Аристотелю. Он предполагал, что все движения светил – будь то по эпициклам или вместе с огромными хрустальными сферами – происходят по идеальным окружностям и с постоянной скоростью. Модель соответствовала классическим представлениям, была очень красивой с геометрической точки зрения и совершенно ошибочной, но Коперник об этом и не догадывался. Тем не менее он заронил зерно переворота в научной мысли – и какого переворота!

* * *

За несколько десятилетий сразу после публикации «De revolutionibus» Коперника появилось множество новых противников птолемеевой Вселенной – и множество столь же рьяных ее поборников. Некоторые из противников дорого заплатили за свои воззрения, например, Джордано Бруно[20]20
  См., например, Ingrid D. Rowland. Giordano Bruno: Philosopher/Heretic. New York: Farrar, Straus and Giroux, 2008.


[Закрыть]. Этот монах-доминиканец родился в 1548 году, спустя пять лет после смерти Коперника. Научные и философские изыскания привели его к тому, что он стал сторонником не только гелиоцентрической системы, но и представления о бесконечности Вселенной, о том, что Солнце – всего-навсего одна из звезд и что громада всего сущего наверняка содержит в себе множество иных обитаемых миров. Бруно опирался на идеи древнегреческих атомистов и разработал модель мироздания, намного опережавшую его время. Однако Бруно занял весьма провокационную позицию и по другим религиозным вопросам, это привлекло пристальное внимание властей, и в 1600 году инквизиция сожгла бедного Бруно на костре за ересь.

Примерно в это же время состоятельный и знатный датский астроном Тихо Браге[21]21
  О Браге написано много, и на то есть веские причины: он был весьма колоритным персонажем и располагал средствами, чтобы вести бурную, разгульную жизнь. Датский король Фредерик II снабдил его деньгами на основание обсерватории и отвел для этого островок Вен в проливе Эресунн поблизости от Копенгагена. Обсерватория получила название Ураниборг, а впоследствии для устойчивости к ней были пристроены и подземные помещения. Телескопов у Браге не было, однако Ураниборг была оснащена устройствами, которые позволяли при помощи зрения измерять точное положение небесных тел и угловые соотношения между ними.


[Закрыть] делал колоссальные успехи в наблюдениях и записях движения светил. Телескопов тогда еще не было, и Тихо Браге пользовался лишь своими острыми глазами и хитроумными измерительными устройствами, чтобы следить за небесной механикой: он изобретал новые модификации квадрантов, секстантов, астролябий, чтобы измерять углы и координаты с достойной изумления точностью. Однажды ночью – дело было в 1572 году, когда Тихо Браге исполнилось 26 лет, – на его глазах в ноябрьском небе Западной Европы зажглась новая звезда[22]22
  Свои наблюдения – как мы теперь понимаем, это была сверхновая, – Браге описал в трактате «De Nova et Nullius Aevi Memoria Prius Visa Stella» («О новой, никогда прежде на протяжении веков не виданной звезде») (Copenhagen, 1573). Вместе с наблюдениями комет появление сверхновой позволило Браге оспорить аристотелево представление о неизменном мироздании.


[Закрыть]. Никакого параллакса Браге не зафиксировал, однако в предыдущие ночи этой звезды точно не было, и он пришел к выводу, что Вселенная не незыблема, она способна меняться, причем очень резко.

Сейчас мы понимаем, что Браге наблюдал вспышку сверхновой – в данном случае это был мощный взрыв набравшего критическую массу белого карлика, звездного остатка, расположенного примерно в 8000 световых годах от Солнечной системы. Благодаря наблюдению этого важнейшего явления западные астрономы стали с новыми силами изобретать усовершенствованные способы измерения положения и яркости объектов и искать новые объяснения их поведению. Сам Тихо Браге мучительно пытался сочетать или по крайней мере примирить птолемееву космологию с моделью Коперника. Он представил собственную, «тихоническую» гео-гелиоцентрическую модель, в которой Солнце и Луна двигались по орбите вокруг Земли, однако все остальные планеты вращались вокруг Солнца.

При всей своей надуманности эта модель самого Тихо Браге вполне устраивала, поскольку параллакса у звезд он так и не зафиксировал, а это легко объяснялось тем, что «вялая» Земля оставалась неподвижной. Мало того, эта модель позволяла найти компромисс со сторонниками мировоззрения Коперника, которые относились к своим научным представлениям очень нервно. Однако тщательность, с которой Браге вел астрономические наблюдения, заложила основу для следующего важнейшего шага на пути научного прогресса – и этот шаг сделал немец Иоганн Кеплер, одно время работавший помощником Браге.

За четыре года до встречи с Браге, которая состоялась в 1600 году, Кеплер опубликовал трактат, в котором с жаром отстаивал систему Коперника: этот трактат называется «Mysterium Cosmographicum» – «Космографическая тайна». Интересно, что Кеплер был не только одержим чистой математикой, но и глубоко религиозен и считал, что все, что определяет положение и движение небесных тел, подчиняется Господней воле. Это отчасти объясняет, почему его первая гелиоцентрическая модель мироздания представляла собой правильные многогранники, вписанные друг в друга – это было очень красиво с геометрической точки зрения, однако не имело никакого отношения к действительности.

Кеплер прожил очень трудную жизнь, и его научная биография не менее сложна. Он был готов трудиться до изнеможения, особенно на ниве науки, и оказался весьма плодовитым ученым. Исследования оптики натолкнули его на открытие фундаментального закона о том, что яркость объекта обратно пропорциональна квадрату расстояния до него. В 1604 году произошла еще одна вспышка сверхновой, и Кеплер, как и Браге, сделал вывод, что в отсутствие измеримого параллакса аристотелева модель вечной и неизменной Вселенной, вероятно, неточна. А главное – Кеплер оказался в уникальном положении в том, что касается объяснений, почему системы Птолемея и Коперника неточно предсказывали поведение светил. В конце 1601 года Тихо Браге безвременно скончался от лихорадки, и Кеплер унаследовал[23]23
  Прекрасная книга о развитии западной астрономии и космологии – Arthur Koestler. The Sleepwalkers: A History of Man’s Changing Vision of the Universe. London: Hutchinson, 1959; repr. Arkana / Penguin, 1989. В ней Кеплер описан, в сущности, как научный герой своего времени. По некоторым источникам именно Браге подсказал Кеплеру, что следует заняться Марсом, поскольку это была сложная задача, которая позволяла отделаться от назойливого ассистента и к тому же не дала бы Кеплеру найти доводы в пользу системы Коперника. Однако Кеплер, судя по всему, знал, что делает. В его письме, написанном в 1605 году, мы читаем: «Признаюсь, что когда Тихо умер, я тут же воспользовался отсутствием наследников или недостаточным их вниманием и заполучил его наблюдения в свое распоряжение – а можно сказать, что и узурпировал их».


[Закрыть] точнейшие, подробнейшие таблицы позиций и отклонений светил, составленные великим астрономом. Некоторые источники полагают, что Кеплер весьма изобретательно подстроил все так, чтобы заполучить эти записи прежде, чем имущество зажиточного астронома разделят между наследниками. Кеплер уже некоторое время сотрудничал с Браге и точно знал, чего хочет. Беспрецедентные данные, собранные Тихо Браге, позволили Кеплеру продолжать изучать болезненный вопрос о точном предсказании движения светил в тех случаях, когда в уже готовых моделях зияли дыры и положение небесных тел время от времени не соответствовало прогнозам. В те или иные ночи планеты ни с того ни с сего не показывались в тех местах, которые полагались им согласно моделям, и это была довольно-таки серьезная проблема, бросавшаяся в глаза.

Когда Кеплер решил основательно изучить эти обширные данные, то сосредоточился в первую очередь на наблюдениях планеты Марс. Думаю, то, что он выбрал именно Марс, – пример величайшего научного везения за всю историю западной мысли, даже если к такому решению Кеплера успел подтолкнуть Браге, что вполне вероятно.

Из шести известных Кеплеру планет Марс хуже всех вписывался в прогнозы. В сущности, Кеплер доказал, что если Земля лежит в центре всего сущего, Марс никак не может двигаться по фиксированной орбите. Далее он сделал предположение, которое прежде не учитывалось ни в одной модели Вселенной: он выдвинул гипотезу, что скорость небесных тел непостоянна. Сделав это допущение, он распахнул новое окно в природу вещей: ведь если предметы движутся с переменной скоростью, может оказаться, что их орбиты представляют собой не идеальные окружности. Задача была не из легких: на то, чтобы получить ответ, у Кеплера ушло восемь лет исследований.

Кеплер исследовал различные формы орбит; яйцевидные овалы подходили, но не очень хорошо, другие очертания его тоже не устраивали. Тогда он попробовал рассчитать орбиты строго математическими средствами, получил решение, отверг его, но вскоре вернулся к той же самой идее, однако уже интуитивно. В конце концов он понял, что все орбиты планет принадлежат к так называемым коническим сечениям[24]24
  Как ясно из названия, подобные кривые – это буквально результат рассечения конуса плоскостью. В зависимости от их взаимного положения, коническое сечение можно описать параболой, гиперболой, эллипсом или окружностью.


[Закрыть]. В этот класс кривых входят и окружности, и параболы, и гиперболы, а главное – эллипсы.

Как мы теперь понимаем, ошибки в прогнозировании поведения Марса согласно модели Коперника возникали потому, что его орбита сильнее всего отличается от окружности по сравнению с Венерой, Землей, Юпитером и Сатурном – то есть она самая эллиптическая из них. Из планет, которые были известны Кеплеру, более вытянутая орбита только у Меркурия, но Меркурий труднее наблюдать, поскольку он близко к Солнцу. Кеплер сделал вывод, что при движении по эллиптической орбите планета, как и любое другое тело, замедляется в дальней точке и ускоряется в ближней. Именно этих вариаций и недоставало, чтобы избавиться от досадных ошибок в прогнозах поведения Марса.

В 1609 году Кеплер свел свои идеи воедино и опубликовал трактат «Astronomia Nova» – «Новая астрономия», в котором представил два из своих знаменитых законов движения небесных тел: орбита любой планеты представляет собой эллипс с Солнцем в одном из фокусов, а если провести линию между планетой и Солнцем, она будет при движении планеты заметать равные площади за равные промежутки времени.

Кроме того, Кеплер обнаружил, что между Солнцем и планетами, вероятно, существует какое-то неизвестное взаимодействие (теперь мы назвали бы его силой). Это была революционная концепция, и хотя все это было изложено в терминах, отдававших мистицизмом, Кеплер отважился даже предположить, что подобное взаимодействие ослабевает с удалением от Солнца. Потому-то дальние планеты должны двигаться медленнее – и так оно и есть.

* * *

В этом месте возникает соблазн броситься вперед очертя голову, поскольку дальше важные события стремительно сгустились. Всего через год после публикации трактата «Astronomia Nova», в 1610 году, Галилео Галилей[25]25
  Итальянский ученый применял две линзы для создания телескопов, которые позволяли увидеть неперевернутые изображения далеких объектов. Их оптические характеристики были далеки от совершенства, однако лучший телескоп Галилея позволял добиться тридцатикратного увеличения и улавливал больше света, чем невооруженный глаз. Галилей, как и Браге, наблюдал сверхновую (Кеплер тоже ее видел), а поскольку не увидел никакого параллакса, решил, что это звезда и что небеса не незыблемы. Наблюдения над тремя, а затем и над четырьмя спутниками Юпитера натолкнули Галилея на мысль, что это подтверждает точку зрения Коперника: не все небесные тела вращаются вокруг Земли.


[Закрыть] при помощи телескопа наблюдал периодическое движение ярчайших спутников Юпитера и фазы Венеры. Все эти наблюдения вызвали жестокое столкновение между космологическими моделями, поскольку представили еще более убедительные доказательства, что гелиоцентрическая модель точнее геоцентрической, так что Галилею пришлось вступить в борьбу с общепринятыми представлениями того времени. Однако в картине мироздания появились и другие черты, зародившиеся в трудах Кеплера – черты не менее важные для нашего понимания собственной роли в мироздании.

Если все планеты подчиняются одному закону и движутся по эллиптическим орбитам, и эти орбиты не обязательно лежат в одной плоскости вокруг центральной массивной звезды, есть вероятность, что существует множество различных вариантов движения планет и их систем, которые, тем не менее, подчиняются законам Кеплера (и законам физики, которую мы вскоре будем называть ньютоновой). Сомневаюсь, что в то время кто-то об этом подозревал, однако именно тогда распахнулась дверь во Вселенную куда более изобильную и разнообразную, чем рисовало даже самое смелое воображение атомистов и плюралистов минувшего. Но на этом сюрпризы, таившиеся в наблюдениях Галилея, отнюдь не кончились. При помощи телескопа он сумел обнаружить очень тусклые звезды, не различимые невооруженным глазом. Поглядев на полосу Млечного Пути, равномерно-туманную на вид, Галилей, к собственному изумлению, обнаружил, что на самом деле она состоит из звезд – столь многочисленных и крошечных, что для невооруженного глаза они сливались воедино. Эти наблюдения не так знамениты, как другие открытия Галилея, а жаль: ведь именно они впервые явили человечеству подлинный размах мироздания.

Мысль о том, что в небе есть невидимые глазу тела, подобно сверхновой Тихо Браге, вызвавшей настоящую сенсацию, радикально противоречили космологическим представлениям того времени. Эти наблюдения вместе с открытием Антони ван Левенгука, сделанным несколько десятков лет спустя, – речь идет об открытии густонаселенных микроскопических Вселенных, заключенных в каждой капельке воды и в человеческой мокроте, – приподняли непрозрачный доселе покров над реальностью во всей ее колоссальной сложности и глубине. Однако эти важнейшие откровения, позволившие нам заглянуть в подлинные глубины природы – и вовнутрь, и вовне, не привели к таким ожесточенным спорам, как простое смещение нашей планеты с центрального места в мироздании.

Поначалу волнения поднялись в основном в лагерях церковников и власть имущих. В сущности, ни Галилей, ни Кеплер, похоже, не считали, что гелиоцентризм подрывает статус Земли. Напротив, он означал, что мы находимся не в самом низу планетной «пирамиды», а занимаем достойное и даже привилегированное место на орбите среди орбит других планет. Парадоксально, но факт: сам Кеплер писал, что это, по его мнению, означает, что Земля находится как раз посередине планетных сфер (то есть орбит): Меркурий, Венера и Солнце находятся внутри ее сферы, а Марс, Юпитер и Сатурн – вовне. И все же столь твердая уверенность в собственной значимости в общей схеме мироздания, по сути дела, смягчила удар, который наносили все новые и новые свидетельства подлинного величия природы – от микрокосма до макрокосма.

* * *

Шло время, и судьба распорядилась так, что в январе 1642 года умер Галилей, а в декабре того же года родился Исаак Ньютон. Полное жизнеописание Ньютона, как и биографии Коперника, Бруно, Браге, Кеплера и Галилея, необычайно богато событиями. Однако для нас самая важная его глава начинается с публикации в 1687 году фундаментального труда «Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica» – «Математические начала натуральной философии», который часто называют просто «Principia» или «Начала». В этом тексте Ньютон не только формулирует математические законы движения и определяет понятия инерции, импульса, силы и ускорения, но и провозглашает закон всемирного тяготения.

Ньютон предположил, что притяжение тел друг к другу можно описать как силу, которая растет с увеличением массы, однако слабеет пропорционально квадрату расстояния. Из этой гипотезы он вывел математическое доказательство эмпирических законов Кеплера, впервые показав, что законы, управляющие движением планет, опираются на фундаментальную физику. Кроме того, он проанализировал движение Луны, траектории комет и гравитационные взаимодействия в системах, включающих больше двух тел. Он отметил, что, несмотря на явно гелиоцентрическую природу Солнечной системы, Солнце тоже вращается вокруг переменной точки – центра масс или точки равновесия всех тел в системе. Он даже определил, что эта точка расположена поблизости от наблюдаемой поверхности Солнца, достаточно далеко от его ядра, и что такое смещение в основном вызвано гравитационными громадами Юпитера и Сатурна (современные астрономы прекрасно знакомы с этим обстоятельством, поскольку подобное смещение в других звездных системах – один из главных признаков существования так называемых экзопланет, то есть планет, находящихся вне нашей Солнечной системы, с которыми мы познакомимся в следующей главе. Мы измеряем орбитальное движение звезды вокруг подобной центральной точки, поскольку оно свидетельствует о присутствии невидимых, но массивных миров).

Ньютон был личностью незаурядной и сложной, с глубокими религиозными убеждениями, и для него такое красивое физическое объяснение движения небесных тел было доказательством существования высшего божественного разума, который управляет траекториями тел, исполняющих свой танец со слаженностью часового механизма. Для других мыслителей следующего столетия – например, для Пьера-Симона Лапласа, великого французского математика и физика, – это свидетельствовало об обратном. Значит, Вселенная не нуждается в направляющей длани, в предопределенных путях и конфигурациях – лишь имманентно присущие ей физические законы определяют, где и когда очутится то или иное тело. Однако Лаплас также полагал, что, если вооружиться этими законами и полными знаниями о положении и движении всех предметов в любой момент времени, будешь знать и прошлое, и будущее. Пусть во Вселенной и нет направляющей длани, зато есть детерминизм[26]26
  Горячим сторонником этой идеи был Пьер-Симон Лаплас. В своем «Опыте философии теории вероятностей» (1814) он писал: «Нынешнее состояние Вселенной можно считать результатом ее прошлого и причиной ее будущего. Разум, который в определенный момент будет обладать всеми знаниями обо всех силах, которые приводят природу в движение, и о положении всех предметов, из которых природа состоит, – если к тому же этот разум будет достаточно мощен, чтобы подвергнуть все эти данные анализу, – сможет в одной-единственной формуле выразить движения как величайших тел во Вселенной, так и самого крошечного атома; ведь для подобного разума не останется никаких неопределенностей, и перед глазами у него будет не только прошлое, но и будущее».


[Закрыть].

* * *

В течение пяти последовавших веков наблюдения за окружающим миром становились все точнее и точнее – как и доступный математикам и физикам научный аппарат. Мистико-философское обоснование тех или иных природных явлений уступило место применению более простых и общих законов. В то же время наши познания о составе и устройстве Вселенной все больше обогащались, все сильнее ширились представления о невероятном размахе и разнообразии явлений, которые до этого таились от нас или в глубине веков, или из-за неуловимости своих признаков. Все больше философов и ученых соглашались с мыслью о том, что звезды не просто очень далеки от нас, но и рассеяны в пространстве колоссального объема. А крепнущее ощущение огромности мироздания заставило лучшие умы вернуться к представлениям о бесконечном космосе, выдвинутом еще древнегреческими атомистами.

Научное представление о нашей роли и значении в мироздании также претерпевало изменения с самых разных сторон. Вскоре после Ньютона голландский ученый Христиан Гюйгенс[27]27
  Его представления о жизни во Вселенной изложены в труде «Cosmotheoros», опубликованном посмертно, в 1698 году.


[Закрыть] изложил свои соображения о возможности внеземной жизни – он сделал это перед самой смертью, в 1695 году. Гюйгенс был убежден во «множественности миров» и, наблюдая в телескоп планеты и даже спутники Юпитера и Сатурна, не сомневался, что видит перед собою изобильные водой, гостеприимные угодья. Ему представлялось, что жизнь, подобная земной, неизбежно должна зародиться повсюду. Разумеется, такое представление разделяли далеко не все, и вспыхнули жаркие споры о нашем месте среди звезд.

В это же время разгорелись споры и по другому вопросу – бурные и на удивление недооцененные научные дебаты[28]28
  Так называемая «небулярная гипотеза» формирования Солнечной системы из облака вращающегося по орбите и сгущающегося материала, пожалуй, была впервые выдвинута в 1734 году Эммануилом Сведенборгом (да-да, теологом), а затем проработана Иммануилом Кантом (да-да, философом) в 1755 году, и описана Лапласом в 1796 году. Ранние версии теории были крайне неубедительны, поскольку не могли объяснить, почему 99 процентов углового момента импульса системы приходится на планеты. И лишь в начале 1970 годов советский физик Виктор Сафронов предложил убедительное решение и этой проблемы, и некоторых других, и в результате модель снова была принята научным сообществом.


[Закрыть], начавшиеся на рубеже XVII и XVIII веков и завершившиеся лишь в начале семидесятых годов ХХ века. Благодаря фундаментальным открытиям в физике, которые сделали Кеплер, Галилей, Ньютон, Лаплас и другие ученые, стало ясно, что наука должна тщательно изучить происхождение Солнечной системы.

Откуда взялись Солнце и планеты, если они возникли не по воле Божьей, а в результате действия законов природы? Как я вскоре покажу, ответ на этот вопрос получился весьма неожиданным и удивительным образом дополняет более современные споры о нашем происхождении и значении. Однако прежде нам следует вернуться в настоящее и посмотреть, как сейчас развивается краткая история представлений о космосе.

* * *

К концу XIX века наши представления о Вселенной претерпели серьезные изменения и охватили куда более обширную территорию. Стало уже общепринятым, что звезды невероятно далеки от Солнца, – астрономы подтвердили этот факт, добившись, наконец, успеха в измерении едва заметных параллаксов, вызванных годичным перемещением Земли в пространстве. Кроме того, в нашей Солнечной системе открыли новые планеты – от Урана и Нептуна, таящихся в темных глубинах космоса, до космических тел меньшего размера, однако значительной массы, например, Цереры и Весты[29]29
  По современной номенклатуре Церера (950 км в диаметре) считается карликовой планетой, а Веста (ок. 560 км) – астероидом или малой планетой.


[Закрыть], расположенных сразу за орбитой Марса.

А исследования спектра космического света начали приоткрывать завесу тайны над химическим составом внеземных объектов, в том числе над составом Солнца, и в результате, в частности, был открыт гелий[30]30
  Его присутствие выдала ярко-желтая «линия» спектра солнечного света, которую впервые увидели в 1868 году. К 1895 году гелий был выделен из земных минералов.


[Закрыть].

Однако оставались без ответа другие важнейшие вопросы: имеет ли Вселенная пределы в пространстве и даже во времени? Ограничивается ли она россыпью звезд, которую мы именуем Млечным Путем, или другие маленькие туманные пятнышки, например, Андромеда, представляют собой своего рода «островные Вселенные» – другие галактики?

В первые три десятилетия ХХ века произошел настоящий переворот в науке и технике – человечество совершило череду сенсационных открытий. Историю этой научной революции пересказывали уже миллион раз: теория относительности Альберта Эйнштейна, измерение подлинных масштабов космоса и понимание природы галактик, зарождение и развитие квантовой механики. Все это породило радикально новые представления о природе, которые позволили объединить свойства и огромного, и микроскопического, и быстрого, и высокоэнергичного – и увидеть изнанку самой реальности. Однако эти открытия неизбежно вошли в противоречие с общепринятыми представлениями о нашем месте в мироздании – и опровергли их.

Из гелиоцентрической модели Коперника следовало, что Вселенная должна выглядеть более или менее одинаково независимо от того, на какой планете стоишь. Очевидное обобщение гласит, что вся Вселенная должна выглядеть более или менее одинаково независимо от того, где находится наблюдатель – в нашей Солнечной системе или в какой-то другой, в нашей Галактике или в десятках миллионов световых лет от нас. Примерно после 1915 года для Эйнштейна это предположение стало вполне приемлемым с философской точки зрения и позволило применить его общую теорию относительности к Вселенной в целом, что привело к появлению так называемого космологического принципа[31]31
  Строго говоря, это был современный космологический принцип. Идеи, которые легли в его основу, восходят к Ньютону. В 1920-е годы и Александр Фридман, и – независимо – Жорж Леметр (первый, кто предположил, что Вселенная расширяется) решили уравнения общей теории относительности, чтобы определить динамику Вселенной, которая была одновременно и гомогенна, и изотропна. Позднее то же самое проделали Говард Робертсон и Артур Уокер, и в результате возникла так называемая метрика Фридмана – Леметра – Робертсона – Уокера – в сущности, матрица, описывающая отношения пространственно-временных координат во Вселенной.


[Закрыть].

Здесь нам придется прибегнуть к несколько более ученым словам: согласно этому принципу Вселенная гомогенна. Да, в ней может быть множество мелких асимметрий, например, скопления звезд и галактик, однако независимо от того, где находится наблюдатель, эти островки и кучки распределены примерно одинаково. Примерно как земной ландшафт: где-то горы, где-то сплошной океан, однако в среднем – в очень грубом приближении – везде наблюдаешь примерно одинаковые сочетания суши и воды. Если, подобно Эйнштейну, применить обобщенную теорию пространства и времени ко Вселенной в целом, такая точка зрения очень полезна.

Кроме того, нужно было предположить, что Вселенная изотропна, то есть она должна выглядеть одинаково, если смотреть из любого места в любом направлении. Эту идею усвоить несколько сложнее. В конце концов, едва ли мы вправе утверждать, что мир или Солнечную систему мы воспринимаем именно так – и даже межзвездное ночное небо полно крупных неоднородностей: возьмем хотя бы ленту Млечного Пути. Однако на масштабах намного крупнее нашей Галактики количество и расположение небесных тел в любом направлении должно быть более или менее одинаковым.

Впервые этот космологический принцип совместили с идеями Коперника в начале 50-х годов ХХ века, когда знаменитый физик австрийского происхождения Герман Бонди[32]32
  Герман Бонди (1919–2005), английский физик австрийского происхождения, в 1948 году вместе с Томасом Голдом и Фредом Хойлом работал над теорией стационарной Вселенной и сделал целый ряд важных открытий в астрофизике и теории относительности. Принцип Коперника описан в его книге Hermann Bondi, Cosmology (Cambridge: Cambridge University Press, 1952). Я имел удовольствие слушать его лекцию в Кембридже, когда был студентом-магистрантом. Лекция была чудесная.


[Закрыть] применил словосочетание «космологический принцип Коперника» при обсуждении космологической модели под названием «теория стационарной Вселенной» (впоследствии было показано, что модель эта ошибочна).

Как следует уже из названия, теория стационарной Вселенной предполагает, что Вселенная вечна и не имеет ни начала, ни конца. Чтобы сделать эту модель более удобоваримой, Бонди провозгласил еще более строгий принцип: Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях для любого наблюдателя не просто в любом месте, но и в любой момент. Хотя теперь мы понимаем, что Вселенная наша отнюдь не стационарна, космологический принцип Коперника подкрепил общую идею, что наше место в космосе совершенно заурядно, в нем нет ничего выдающегося – ни в пространстве, ни во времени.

В середине ХХ века многие отрасли науки – от космологии до микробиологии и генетики – прогрессировали семимильными шагами, появилось несколько поколений необычайно авторитетных ученых. Однако становилось все очевиднее, что сама Вселенная эволюционирует, что она очень разнообразна, – и сразу несколько человек независимо отметили некоторые странные совпадения в значениях фундаментальных физических постоянных. Речь идет о числах, которые описывают, например, силу гравитации или массу субатомных частиц, а в особенности – оценивают возраст космоса. Между определенными сочетаниями этих чисел возникли неожиданные соотношения. Скажем, отношение гравитационной и электрической сил, в которое входят константы, описывающие силу гравитации, и массы и заряды электронов и протонов, примерно равно 10. Это число удивительно напоминает нынешнюю оценку возраста Вселенной, если выразить ее в атомных единицах времени (одна такая единица примерно равна 2^´10^39–17 с[33]33
  Отношение электрической и гравитационной сил между электроном и протоном равно примерно 2 ^´10³⁹, но возраст Вселенной составляет примерно 4,4 ^´10¹⁷ с, а атомная единица времени – 2,4 ^´10^–17 с, так что возраст Вселенной в этих единицах примерно равен 1,8 ^´10³⁴, что в 100000 раз меньше, чем отношение сил 2 ^´10³⁹. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]) – первым на это указал физик Поль Дирак[34]34
  Поль Дирак (1902–1984). Английский физик, выдвинувший первую состоятельную теорию релятивистской квантовой механики (за что и получил Нобелевскую премию в 1933 году совместно с Эрвином Шредингером). В 1937 году предложил «гипотезу больших чисел», указав на разнообразные «совпадения» в отношениях размеров Вселенной к размерам элементарных частиц, а также в отношениях сил различных масштабов.


[Закрыть]. Но как же эти незыблемые константы связаны с возрастом Вселенной на данный момент?! В далеком – в космических масштабах – прошлом или будущем соотношение, разумеется, было бы уже другим. Более того, в другой момент по космическому времени, вероятно, сложились такие условия, которые исключали появление разумной жизни, поэтому заметить подобные совпадения было бы попросту некому! Это была довольно-таки мерзкая ложка дегтя в бочке меда принципа Коперника, поскольку из нее следовало, что в нашем нынешнем положении в пространстве-времени, а также в нынешних условиях во Вселенной все же есть нечто особое.

Последнее и решающее доказательство, что возраст Вселенной конечен, было получено в 1965 году, когда открыли всепроникающее микроволновое излучение, начало которому было положено в момент рождения космоса: это излучение – реликт высочайших температур при Большом Взрыве[35]35
  Вначале Вселенная была раскалена, но по мере расширения она остывает. За 20 минут она остывает настолько, что становится возможным нуклеосинтез, и производятся ядра – дейтерий, гелий и немного лития. Примерно за 380 000 лет после Большого Взрыва она остывает уже настолько, что формируются атомы, в которых электроны комбинируются с протонами и этими простыми ядрами. Это происходит потому, что космологические фотоны уже не обладают энергией, достаточной, чтобы высвобождать электроны. И в результате эти фотоны носятся туда и сюда, но не взаимодействуют с веществом. С течением времени расширяющаяся Вселенная растягивает длину волны первичных фотонов (то есть остужает их). Сейчас, 13,8 миллиардов лет спустя, они уже остыли до микроволновых температур и распространяются во всех направлениях, создавая море излучения – космический фон.


[Закрыть]. Подобные следы совсем иной Вселенной, которая когда-то была необычайно плотной и высокоэнергичной, – это не просто ложка дегтя в бочке меда. Это целое ведро дегтя в бочке меда принципа заурядности. А особенно ситуация обострилась в 1973 году, когда физик австралийского происхождения Брэндон Картер опубликовал свои соображения.

Картер – физик-теоретик, сыгравший важнейшую роль в развитии современных представлений о физике черных дыр, – вдохновлялся в своих изысканиях интересом к проблеме совпадений констант, возникшим у целого ряда коллег, в том числе у Джона Уилера и молодого Стивена Хокинга. Поэтому он решил затеять научную дискуссию именно на юбилейной конференции в Кракове, устроенной в честь пятисотлетней годовщины со дня рождения Коперника. В своем докладе Картер высказал идеи, которые бродили в умах многих физиков, ломавших голову над этими бросавшимися в глаза совпадениями. Картер углубился в проблему, задавшись вопросом, насколько иной была бы Вселенная, если бы изменилось несколько фундаментальных ее качеств – например, соотношение фундаментальных сил, скрепляющих вещество.

Размышления над этим вопросом натолкнули Картера на интересный вывод, которым он и поделился со слушателями. Возможна, например, такая искаженная версия природы, при которой не образуются звезды, а поскольку химические элементы, из которых мы состоим, вырабатываются именно в звездах и поскольку именно мы наблюдаем происходящее во Вселенной, само это обстоятельство может говорить нам что-то о Вселенной, в которой мы живем. Иначе говоря, само наше существование что-то говорит нам о физическом устройстве Вселенной, то есть может статься, что наша роль важнее, чем мы думали. Подобный подход к изучению мироздания Картер назвал «антропным принципом» – а слово «антропный» означает «человеческий». На самом деле Картер имел в виду несколько другую мысль, поскольку наблюдателем во Вселенной может быть кто угодно, а не только человек. Но хотя в дальнейшем он предложил другой термин, более точный с научной точки зрения, в среде ученых закрепилось именно наименование «антропный».

Глубинный смысл такого подхода к миропониманию прекрасно передают слова самого Картера[36]36
  См., например, Brandon Carter. Large Number Coincidences and the Anthropic Principle in Cosmology. Confrontation of Cosmological Theories with Observational Data; Proceedings of the Symposium. Krakow, Poland, September 10–12, 1973, IAU Symposium No. 63, ed. M. S. Longair. Dordrecht, Netherlands, and Boston: D. Reidel Publishing Company, 1974, 291–98.


[Закрыть], произнесенные в тот день: «Коперник преподал нам весьма поучительный урок: нельзя считать аксиомой, что мы занимаем во Вселенной какое-то привилегированное центральное положение. К сожалению, налицо сильная и не всегда подсознательная склонность обобщать этот постулат до более сомнительной догмы, согласно которой наше положение вообще нельзя считать привилегированным ни в каком смысле». Идея здесь в том, что нельзя и невозможно игнорировать то обстоятельство, что для зарождения жизни и нашего существования потребовалось совпадение огромного множества природных феноменов.