Текст книги "Расплетая радугу: наука, заблуждения и тяга к чудесам"

Автор книги: Ричард Докинз

3. ШТРИХ-КОДЫ В ЗВЕЗДАХ

Nor ever yet

The melting rainbow's vernal-tinctur'd hues

To me have shone so pleasing, as when first

The hand of science pointed out the path In which the sun-beams

gleaming from the west Fall on the wat'ry cloud, whose darksome veil

Involves the orient, and that trickling show'r

Piercing thro' every crystalline convex

Of clust'ring dew-drops to their flight opposed,

Recoil at length where concave all behind

Th'intemal surface of each glassy orb

Repells their forward passage into air;

That thence direct they seek the radiant goal

From which their course began; and as they strike

In diff'rent lines the gazer's obvious eye,

Assume a different lustre, thro' the brede

Of colours changing from the splendid rose

To the pale violet's dejected hue.

«Никогда живые цветы радуги не были столь прекрасны для моих взоров, как когда рука науки показала мне путь солнечных лучей, исходящих от запада, и упадающих на темное облако, котораго покрывало заслоняет восток; как когда она мне внушила, что сие облако превращается в дождь или в капли росы, и что тогда оно разделяется на бесконечное число прозрачных шариков, которых поверхности впуклые к одной и выпуклые к другой стороне, принимают ударяющиеся в них лучи, отбрасывают потом их на воздух, принуждают отклоняться к светозарному источнику из которого они проистекли, и отсылают к различным устремлениям к оку встречаемого и удивленного зрителя, в котором они изображают все цветы и неприметные смежности красок от светлотелесного розового до темнофиалкового вида.»

МАРК ЭЙКЕНСАЙД «Услады воображения» (1744).

В декабре 1817 английский живописец и критик Бенджамин Хэйдон представил Джона Китса Уильяму Уордсуорту на обеде в своей лондонской студии, вместе с Чарльзом Лэмом и другими из английского литературного круга. На представлении была новая картина Хэйдона, изображавшая Христа, входящего в Иерусалим, сопровождаемого образами Ньютона в качестве сторонника и Вольтера в качестве скептика. Лэм, выпив, упрекнул Хэйдона за изображение Ньютона, «человека, который не верил ничему, если это не было столь же ясно, как три стороны треугольника». Ньютон, согласился с Лэмом Китс, разрушил всю поэзию радуги, сведя ее к разложенным призмой цветам.

«Невозможно было не поддаться ему, – сказал Хэйдон, – и все мы выпили за здоровье Ньютона и посрамление математики». Спустя годы, Хэйдон вспоминал этот «бессмертный обед» в письме к Уордсуорту, своему оставшемуся в живых приятелю.

И разве Вы не помните предложение Китса «посрамить память о Ньютоне», и, после того, как Вы настояли на объяснении, прежде чем выпить за это, его высказывание: «потому что он разрушил поэзию радуги, сведя ее до призмы»? Ах, мой дорогой старый друг, мы с Вами никогда не увидим такие дни снова!

Хэйдон, «Автобиография и мемуары».

Спустя три года после обеда Хэйдона, в своей длинной поэме «Ламия» (1820) Китс написал:

 
От прикосновенья
Холодной философии – виденья
Волшебные не распадутся ль в прах?
Дивились радуге на небесах
Когда-то все, а ныне – что нам в ней,
Разложенной на тысячу частей?
Подрезал разум ангела крыла,
Над тайнами линейка верх взяла,
Не стало гномов в копи заповедной —
И радуга расплетена…
 

Уордсуорту следовало бы уважать науку и Ньютона («одиноко путешествующего по неведомым морям мысли»). Он также, в своем предисловии к «Лирическим балладам» (1802), предвкушал время, когда «самые отдаленные открытия химика, ботаника или минералога будет подходящим объектом поэтического искусства, как и любые, на которых оно может применяться». Его соавтор Кольридж сказал в другом месте, что «души 500 сэров Исааков Нютонов станут компенсацией за Шекспира или Милтона». Это может быть расценено как неприкрытая враждебность выдающегося романтика к науке вообще, но случай Кольриджа более сложен. Он изучал многие науки и представлял себя научным мыслителем, не в последнюю очередь по вопросу света и цвета, где он утверждал, что предвосхитил Гете. Некоторые из научных спекуляций Кольриджа, оказывается, плагиат, и он, возможно, проявил неумение выбирать тех, у кого заимствовать. Кольридж проклинал не ученых вообще, а Ньютона в частности. Он был высокого мнения о сэре Хэмфри Дэйви, чьи лекции он посещал в Королевской ассоциации, «чтобы возобновить свой запас метафор». Он чувствовал, что открытия Дэйви, по сравнению с открытиями Ньютона, были «более интеллектуальными, больше облагораживали и вдохновляли человеческую природу». Использование им слов облагораживали и вдохновляли предполагает, что Кольридж, возможно, имел добрые намерения относительно науки, или даже относительно Ньютона. Но он был не в состоянии жить согласно своим собственным идеалам, «развить и упорядочить» свои идеи в «четких, ясных и передаваемых концепциях». Непосредственно по вопросу о спектре и расплетении радуги, в письме от 1817 года он стал почти вне себя от унижения:

Для меня, признаюсь, точка зрения Ньютона, во первых, о Луче Света, как физический синусоидальной неделимой сущности, во-вторых, что 7 определенных сущностей сосуществуют (благодаря каким связкам?) в этом комплексе все же делимого Луча; в-третьих то, что Призма – простой механический Рассеиватель этого Луча; и наконец, что Свет – их общий результат, является унижением.

В другом письме 1817 года Кольридж развил свою тему:

Таким образом снова Цвет является Тяготением под властью Света, Желтый – положительный, Синий – отрицательный Полюс, а Красный – зенит или Экватор; в то время как Звук, с другой стороны, является Светом под властью или верховенством Тяготения.

Возможно, Кольридж просто родился слишком рано, чтобы быть постмодернистом:

Различение образов/масс, распространенное в «Радуге земного притяжения», также очевидно у Вайнланда, хотя в более самостоятельном смысле. Так Деррида использует термин «субсемиотическая культурная теория», чтобы обозначить роль читателя как поэта. Таким образом, предмет контекстно увязан в посткультурную капиталистическую теорию, включающую язык в качестве парадокса.

Это с http://www.cs.monash.edu.au/links/postmodern.html, где можно найти буквально несметное количество подобной ерунды. Бессмысленная игра слов модных франкоязычных ученых, блестяще представленная в «Интеллектуальных уловках» Алана Сокала и Жана Брикмона (1998), кажется, не имеет никакой другой функции, чем произвести впечатление на легковерного. Они даже не хотят, чтобы их понимали. Коллега призналась американскому приверженцу постмодернизма, что она считает его книгу очень трудной для понимания. «О, большое спасибо,» – улыбнулся он, очевидно, наслаждаясь комплиментом. Научные скитания Кольриджа, в отличие от этого, кажется, показывают, некоторое подлинное, хотя и непоследовательное, желание понять мир вокруг него. Мы должны представить его как уникальную аномалию и двигаться дальше.

Почему в «Ламии» Китса философия правил и границ «холодная», и почему все очарование при этом исчезает? Что столь угрожающего в объяснении? Тайны не теряют свою поэзию, когда они разгаданы. Совсем наоборот; разгадка часто оказывается красивее, чем загадка, и в любом случае, когда вы разгадали одну тайну, вы обнаруживаете другие, возможно, чтобы пробудить большую поэзию. Выдающегося теоретического физика Ричарда Фейнмана друг обвинил в том, что ученый не замечает красоту цветка, изучая его. Фейнман ответил:

Красота, которая там есть для Вас, также доступна и для меня. Но я вижу более глубокую красоту, которая не столь легко доступна для других. Я могу видеть сложные взаимосвязи цветка. Цвет цветка красный. Означает ли факт наличия у растения цвета, что он эволюционировал, чтобы привлечь насекомых? Это добавляет следующий вопрос. Могут ли видеть насекомые цвет? Есть ли у них эстетический вкус? И так далее. Я не вижу, как изучение цветка сколько-нибудь умаляет его красоту. Оно только добавляет.

из «Памяти Ричарда Феинмана», The Skeptical Inquirer (1988).

Разложение Ньютоном радуги на свет с различными длинами волн привел к теории электромагнетизма Максвелла и отсюда к специальной теории относительности Эйнштейна. Если вы думаете, что у радуги есть поэтическая тайна, вы должны попробовать теорию относительности. Сам Эйнштейн открыто делал эстетические оценки в науке и, возможно, зашел слишком далеко. «Самая красивая вещь, с которой мы можем столкнуться, – сказал он, – это загадочное. Оно – источник всего настоящего искусства и науки.» Сэр Артур Эддингтон, собственные научные труды которого были отмечены за поэтический талант, использовал солнечное затмение 1919 года, чтобы проверить Общую Теорию Относительности, и возвратился с острова Принсипи, чтобы объявить, по выражению Банеша Хоффманна, что в Германии живет самый великий ученый столетия. Я читал эти слова с комом в горле, но сам Эйнштейн отнесся весьма спокойно. В случае любого другого результата он «сожалел бы за [ошибку] дорогого Господа. [Поскольку] Теория верна.»

Исаак Ньютон создал личную радугу в темной комнате. Маленькое отверстие в ставне пропускало солнечный луч. На его пути он поместил свою знаменитую призму, которая преломляла (изгибала) солнечный луч на угол, первый раз, когда тот проникал в стекло, затем снова, когда он проходил через дальнюю грань снова в воздух. Когда свет падал на дальнюю стену комнаты Ньютона, цвета спектра ясно отображались. Ньютон был не первым, кто сделал искусственную радугу призмой, но он был первым, кто использовать ее, чтобы продемонстрировать, что белый свет является смесью различных цветов. Призма разделяет их, изгибая на различные углы, синий на более крутой угол, чем красный; зеленый, желтый и оранжевый – на промежуточные углы. Другие, понятное дело, думали, что призма изменяла качество света, безусловно подкрашивая его вместо того, чтобы выделить цвета из существующей смеси. Ньютон окончательно решил вопрос в двух экспериментах, в которых свет проходил через вторую призму. В своей решающем эксперименте за первой призмой он поместил разрез, который позволил проходить только маленькой части спектра, скажем, красной. Когда этот красный свет снова преломлялся второй призмой, появлялся только красный свет. Это показывало, что свет качественно не изменялся призмой, а просто разделялся на компоненты, которые обычно смешаны. В своем другом итоговом эксперименте Ньютон переворачивал вторую призму вверх тормашками. Спектральные цвета, которые были разделены первой призмой, сводились снова вместе второй. То, что получалось, было воссозданным белым светом.

Самый легкий способ понять спектр – через волновую теорию света. Особенность волн в том, что ничто фактически не проходит весь путь от источника до конечного пункта. Такое движение локальное и мелкомасштабное. Локальное движение вызывает движение в следующем локальном участке, и так далее на всем протяжении линии, как знаменитая волна на футбольном стадионе. Первоначальная волновая теория света, в свою очередь, была заменена квантовой теорией, согласно которой свет передается в виде потока дискретных фотонов. Физики под моим нажимом признают, что поток фотонов течет от солнца так, как не путешествуют футбольные болельщики с одного конца стадиона в другой. Однако остроумные эксперименты в этом веке показали, что даже в квантовой теории фотоны также все таки ведут себя и как волны. Для многих задач, включая нашу в этой главе, мы можем забыть квантовую теорию и рассматривать свет просто как волны, распространяющиеся от источника света, как рябь на воде, когда брошен камень. Но волны света движутся несравнимо быстрее и распространяются в трех измерениях. Расплетать радугу означает разделять ее на составные части с различными длинами волн.

Белый свет – смешанная комбинация длин волн, визуальная какофония. Белые объекты отражают свет всех длин волн, но, в отличие от зеркал, они при этом рассеивают его беспорядочно. Поэтому Вы видите свет, но не ваше лицо, отраженное от белой стены. Черные объекты поглощают свет всех длин волн. Цветные объекты, из-за атомного строения своих пигментов или поверхностных слоев, поглощают свет некоторых длин волн и отражают другие длины волн. Оконное стекло позволяет свету всех длин волн проходить сквозь него. Цветное стекло пропускает свет некоторых длин волн, поглощая свет других длин волн.

Что же такого в преломляющем свойстве стеклянной призмы или, при надлежащих условиях, капле дождя, что расщепляет белый свет на отдельные цвета? И вообще, почему лучи света преломляются стеклом и водой? Преломление происходит из-за замедления света, когда он переходит из воздуха в стекло (или воду). Он ускоряется снова, когда выходит из стекла. Как это может быть, учитывая авторитетное мнение Эйнштейна, что скорость света является великой физической константой вселенной, и ничто не может двигаться быстрее? Ответ в том, что легендарная предельная скорость света, выражаемая символом c, достигается только в вакууме. Когда свет распространяется через прозрачное вещество, такое как стекло или вода, он замедляется фактором, известным как «коэффициент преломления» этого вещества. Он замедляется также воздухом, но в меньшей мере.

Но почему замедление преобразуется в изменение угла? Если луч света будет прямо направлен на стеклянный блок, то он продолжится под тем же самым углом (прямо вперед), но будет замедленным. Однако если он попадает на поверхность под углом, он отклоняется к меньшему углу, поскольку начинает распространяться медленнее. Почему? Физики выдумали «Принцип наименьшего действия», который, будучи не совсем удовлетворительным в качестве окончательного объяснения, по крайней мере делает его чем-то, что мы можем близко воспринимать. Вопрос хорошо излагается в «Возвращаясь к вопросу о Сотворении» Питера Аткинса (1992). Некоторая физическая сущность, в данном случае пучок света, ведет себя, как будто добиваясь экономии, стараясь что-то минимизировать. Вообразите себя спасателем на берегу, мчащимся, чтобы спасти тонущего ребенка. Дорога каждая секунда, и вы должны потратить как можно меньше времени, чтобы добраться до ребенка. Вы можете бежать быстрее, чем плыть. Ваш путь к ребенку сначала проходит по земле и поэтому быстрее, затем через воду и намного медленнее. При условии, что ребенок находится в море не прямо напротив Вас, как Вы минимизируете время преодоления пути? Вы могли бы взять направление по прямой, минимизируя расстояние, но при этом не будет минимизировано потраченное время, потому что остается слишком большой путь через воду. Вы могли бы бежать прямо к тому месту на краю моря, которое находится непосредственно напротив ребенка, затем плыть в море прямо. Это максимизирует бег за счет плавания, но даже это – не самый быстрый курс из-за большего общего покрываемого расстояния. Легко понять, что самый быстрый курс должен пролегать к берегу под критическим углом, который зависит от отношения скорости Вашего бега к скорости Вашего плавания, затем резко переключиться на новый угол для пути вплавь. В терминах аналогии, скорость плавания и скорость бега соответствуют коэффициентам преломления воды и воздуха. Конечно, лучи света не «стараются» преднамеренно минимизировать время пути, но все, что касается их поведения, имеет смысл, если вы предполагаете, что они бессознательно делают нечто эквивалентное. Аналогия может быть выражена приемлемо в терминах квантовой теории, но это здесь выходит за пределы моей области, и я рекомендую книгу Аткинса.

Спектр зависит от того, что свет различных цветов, замедляется в различной степени: коэффициент преломления данного вещества, скажем стекла или воды, больше для синего света, чем для красного. Вы можете представить себе синий свет, как более медленного пловца, чем красный, запутавшегося в дебрях атомов в стекле или воде из-за своей короткой длины волны. Свет всех цветов меньше запутывается среди более редких атомов воздуха, но синий все равно распространяется медленней, чем красный. В вакууме, где вообще нет никаких дебрей, свет всех цветов имеет одну и ту же скорость: великую, всеобщую максимальную c.

Капли дождя имеют более сложный эффект, чем призма Ньютона. Будучи примерно сферической, их задняя поверхность действует как вогнутое зеркало. Таким образом, они отражают солнечный свет после его преломления, что является причиной, почему мы видим радугу в области неба напротив солнца, а не тогда, когда смотрим в направлении солнца сквозь дождь. Представьте, что Вы стоите спиной к солнцу, глядя в направлении дождя, желательно на фоне свинцового неба. Мы не увидим радугу, если солнце в небе будет выше, чем 42 градуса над горизонтом. Чем ниже солнце, тем выше радуга. По мере того, как солнце встает утром, радуга, если она видна, садится. По мере того, как солнце садится вечером, радуга поднимается. Поэтому давайте предположим, что сейчас раннее утро или время перед закатом. Представьте отдельную каплю дождя в виде сферы. Солнце сзади и немного выше Вас, и свет от него попадает в каплю дождя. На границе воздуха с водой он преломляется, и различные длины волн, составляющие солнечный свет, изгибаются на различный угол, как в призме Ньютона. Развернутые цвета проходят через внутреннюю часть дождевой капли, пока не достигают ее вогнутой дальней стенки, где они отражаются назад и вниз. Они снова покидают каплю дождя, и некоторые из них заканчиваются в Вашем глазу. В то время как они проходят из воды обратно в воздух, они преломляются второй раз, различные цвета снова изгибаются на различный угол.

Так, полный спектр – красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый – покидает нашу одну каплю дождя, и подобный же спектр покидает другие дождевые капли рядом. Но лишь маленькая часть спектра от любой капли дождя попадает в Ваш глаз. Если Ваш глаз получает луч зеленого света от одной конкретной капли дождя, синий свет от этой же капли дождя идет выше вашего глаза, а красный свет от этой конкретной капли – ниже. Тогда почему Вы видите полную радугу? Потому что есть много различных капель дождя. Полоса из тысяч дождевых капель дает Вам зеленый свет (и одновременно дает синий свет любому, кто мог бы соответственно находиться выше Вас, и одновременно дает красный свет кому-то еще ниже Вас). Другая полоса из тысяч капель дождя дает Вам красный свет (и дает кому-то еще синий…), другая полоса из тысяч капель дает вам синий свет, и так далее. Дождевые капли, доставляющие вам красный свет, все находятся на фиксированном расстоянии от вас, что является причиной, почему красная полоса изогнута (вы – центр круга). Капли, предоставляющие Вам зеленый свет, также находятся на фиксированном расстоянии от вас, но на более коротком. Таким образом круг, на котором они расположены, имеет меньший радиус, и зеленая кривая находится внутри красной кривой. Затем в ней располагается синяя кривая, и вся радуга построена в виде ряда кругов с Вами в центре. Другие наблюдатели будут видеть иные радуги, центрированные на наблюдателе.

Итак, радуга отнюдь не берёт начало в особом «месте», где феи могли прятать горшочек с золотом. Радуг столько, сколько глаз смотрит на ливень. Различные наблюдатели, смотрящие на один и тот же дождь с разных позиций, обнаружат свои собственные радуги, использующие свет из различных множеств капель. Строго говоря, даже ваши оба глаза видят разные радуги. И когда мы едем вдоль дороги, глядя на «одну» радугу, на самом деле мы видим множество радуг, быстро сменяющих друг друга. Я думаю, если бы Уордсуорт осознавал всё это, он бы написал что-то превосходящее строки «Моё сердце выпрыгивает, когда я вижу радугу в небе» (хотя, я должен сказать, трудно превзойти последующие строки).

Следующее осложнение состоит в том, что капельки дождя сами по себе падают, или развеваются. Так что отдельная капля может пройти сквозь отрезок, на котором она посылает, скажем, красный свет к вам, а затем переместиться в жёлтую область. Но вы продолжаете видеть красный участок, если ничто не изменилось, потому что новые капли дождя занимают место прошлых. Ричард Уилан, в его любимой Книге Радуг (1997), которая является источником многих моих радужных цитат, цитировал Леонардо да Винчи:

Взгляни на лучи солнца в композиции радуги, на цвета порождённые падающим дождём, где каждая капля в своём падении принимает все цвета в радуге.

Трактат о Живописи (1490-е).

Иллюзия радуги сама по себе остаётся неподвижной, несмотря на то что капли, которые её создают, падают и разносятся ветром. Кольридж писал:

Неподвижная радуга в быстро движущемся, спешащем потоке-тумане.

Что за скопление образов и чувств, удивительное постоянство среди быстрой изменчивости бури – тишина, дочь шторма.

из «Anima Poetae» (опубликовано в 1895).

Его друг Уордсуорт также был очарован неподвижностью радуги перед лицом бушующего дождя:

Пока, не могу сказать по какой страной случайности, облака сочетаются с ветром, большая неискажённая радуга стоит неподвижно в небе.

Прелюдия (1815).

Часть романтизма радуги исходит из иллюзии, что она всегда высоко расположена над горизонтом вдалеке, огромная дуга недостижимо отодвигается, когда мы приближаемся. Но «радуга в волне прибрежной» Китса была близко. И иногда вы можете видеть радугу, как завершённый круг, всего несколько футов в диаметре, двигающуюся вдоль ближайшей части изгороди, мимо которой вы проезжаете. (Радуга выглядит полукругом только потому, что горизонт мешает нижней части круга). Радуга кажется такой большой отчасти из-за иллюзии расстояния. Мозг проецирует изображение дальше на небо, увеличивая его. Вы можете добиться такого же эффекта, посмотрев на яркую лампу, чтобы «отпечатать» остаточное изображение на вашей сетчатке, а затем «проектировать» его на расстояние, глядя на небо. От этого оно кажется большим.

Есть и другие очаровательные сложности. Я сказал, что свет от солнца входит в каплю через верхнюю четверть поверхности, обращённой к солнцу, а покидает через нижнюю. Но, разумеется, ничто не мешает солнечному свету войти через нижнюю четверть. При должных условиях, он может дважды отразится внутри сферы, покинув нижюю часть капли, чтобы затем попасть в глаз наблюдателю, также преломляясь, чтобы образовать вторую радугу, на 8 градусов выше первой, с обращёнными цветами. Конечно же, для любых наблюдателей, обе радуги передаются разными совокупностями капель. Двойную радугу видят не часто, но Уордсуорту должно быть представился такой случай, и его сердце при этом, несомненно, подпрыгнуло ещё выше. Теоретически, могут быть другие, более тусклые радуги, расположенные концентрически, но они очень редко видны. Разве кто-то может всерьёз сказать, что стало хуже, от рассказа о том, что происходит внутри тысяч этих падающих, сверкающих, отражающих и преломляющих капель? Рёскин писал в «Современных художниках III» (1856):

Для большинства людей радость неведения предпочтительнее осведомлённости. Лучше постигать небо как синий купол, нежели чёрную бездну, а облака – как золотой трон, нежели влажный туман. Я часто спрашивал у кого-нибудь, кто знает оптику, насколько религиозным бы он не был, может ли он ощущать в равной степени удовольствие и благоговение, которые необразованный крестьянин может почувствовать, увидев радугу. Мы не можем постичь тайну отдельного цветка, и предназначен ли он чтоб мы могли; но это преследование науки должно быть навсегда остановлено любовью к красоте, и точность знаний – нежностью эмоций.

Всё это придаёт правдоподобия теории, о том что брачная ночь бедного Рёскина была загублена ужасным открытием, что у женщины имеются лобковые волосы.

В 1802, пятнадцатью годами ранее появления «Immortal dinner» Хейдона, английский физик Уилльям Волластон провёл аналогичный Ньютону эксперимент, но у него солнечный луч проходил через узкую щель, перед тем как попасть на призму. Спектр, возникший из призмы, образовал серию узких полосок различной длины волны. Отрезки сливались друг с другом, образовывая спектр, но, пройдясь по спектру, он увидел узкие чёрные линии в некоторых местах. Эти линии позднее были измерены и систематизированы в каталоге немецкого физика Йозефа фон Фраунгофера, в честь которого они теперь названы. Фраунгоферовы линии имеют характерное расположение, отпечаток – или штрих-код, если использовать более позднюю аналогию – который зависит от химической природы вещества, через которые лучи прошли. Водород, например, производит свой характерный рисунок штрих-кода из линий и пробелов, натрий – другой рисунок, и так далее. Волластон видел только семь линий, лучшие инструменты Фраунгофера обнаружили 576, а современные спектроскопы – около 10000.

Штрих-кодовый отпечаток элемента определяется не только расстояниями между линиями, но и их положением на радужном фоне. Точные штрих-коды водорода и всех элементов теперь аккуратно объяснены квантовой теорией, но это то место, где я должен извиниться и отступить. Иногда мне кажется, что я могу оценить поэзию квантовой теории, но я до сих пор пытаюсь понять её в достаточной мерее, чтобы объяснить другим. На самом деле, возможно никто в действительности не понимает квантовой теории, возможно от того что естественный отбор приспособил наши мозги выживать в мире больших, медленных вещей, где квантовые эффекты сглажены. Это хорошо отметил Ричард Фейнман, который также считал своей обязанностью сказать: «Если Вы думаете, что понимаете квантовую теорию – Вы не понимаете квантовую теорию!» Думаю, что я добился наиболее близкого понимания благодаря изданными лекциям Фейнмана и удивительной и волнующей книге Дэвида Дойча «Структура реальности» (1997). (Я считаю ее вдвойне тревожащей, потому что не могу отличить, когда читаю общепринятую физику, а когда собственные смелые предположения автора). Независимо от сомнений физика относительно того, как интерпретировать квантовую теорию, никто не сомневается относительно ее феноменального успеха в детальном предсказании экспериментальных результатов. И к счастью, для целей этой главы, достаточно знать, как мы знали со времен Фраунгофера, что каждый из химических элементов достоверно проявляет уникальный штрихкод характерно расставленных ясных линий, отмеченных поперек спектра.

Есть два способа, которыми можно наблюдать линии Фраунгофера. Я пока упомянул темные линии на фоне радуги. Они возникают, потому что каждый элемент на пути света поглощает специфичные длины волн, избирательно удаляя их из наблюдаемой радуги. Но аналогичный рисунок ярких цветных линий на темном фоне создается, если тот же элемент заставить светиться, как в случае, когда он входит в состав звезды.

Уточнение Фраунгофера ньютоновского расплетения было уже известно, когда французский философ Огюст Конт опрометчиво написал относительно звезд:

Мы никогда не сможем изучать, любым методом, их химический состав или их минералогическую структуру… Наше определенное знание звезд обязательно ограничено их геометрическими и механическими признаками.

Курс позитивной философии (1835).

Сегодня, благодаря тщательному анализу штрихкодов Фраунгофера в звездном свете, мы знаем довольно подробно, из чего сделаны звезды, хотя наши перспективы их посещения едва ли сколько-нибудь лучше, чем они были во времена Конта. Несколько лет назад мой друг Чарльз Симони проводил дискуссию с прежним председателем американского Федерального резервного банка. Этот джентльмен знал, что ученые были удивлены, когда НАСА обнаружило, из чего действительно сделана Луна. Так как луна намного ближе, чем звезды, рассуждал он, наши предположения о звездах, вероятно, будут еще более неправильны. Звучит правдоподобно, но, как мог сказать ему доктор Симони, в реальности все наоборот. Независимо от того, насколько далекими могут быть звезды, они испускают свой собственный свет, и в этом вся разница. Весь лунный свет – отраженный свет солнца (факт, в который Д. Г. Лоуренс, как говорят, отказался верить: это оскорбляло его поэтические чувства), поэтому его спектр не помогает нам анализировать химическую природу луны.

Современные инструменты потрясающе превосходят призму Ньютона, но сегодняшняя наука спектроскопия – прямая преемница его расплетения радуги. Спектр испускаемого звездою света, особенно его фраунгоферовы линии, говорят нам очень детально, какие химические вещества присутствуют в звезде. Они также говорят нам о температуре, давлении и размере звезды. Они являются основой исчерпывающей классификации естественной истории звезд. Они помещают наше солнце на подобающее ему место в большом каталоге звезд: класс G2V, желтый карлик. Цитирую популярный журнал астрономии, «Sky and Telescope», от 1996 г.:

Тем, кто может понять его значение, спектральный код сразу же говорит, какого рода объектом является звезда – о ее цвете, размере, и яркости, ее истории и будущем, ее особенностях, и как она выглядит в сравнении с Солнцем и звездами всех других типов.

Благодаря расплетению звездного света в спектроскопах мы знаем, что звезды являются ядерными печами, сплавляющими гелий из водорода, который преобладает в их составе; затем сжимают вместе ядра гелия в следующий каскад примесей, что создает большую часть остальных элементов, формируя атомы среднего размера, из которых, в конечном счете, созданы мы.

Расплетение Ньютона проложило путь к открытию девятнадцатого столетия, что видимая радуга, обод, который мы фактически видим, является узким просветом в широком спектре электромагнитных волн. Видимый свет охватывает длины волны от 0.4 миллионных метра (фиолетовый) до 0.7 миллионных метра (далекий красный). Немного более длинными, чем красные являются инфракрасные лучи, которые мы воспринимаем как невидимое тепловое излучение и которые используют некоторые змеи и управляемые ракеты для наведения на цель. Немного более короткими, чем фиолетовые, являются ультрафиолетовые лучи, которые жгут нашу кожу и вызывают рак. Радиоволны гораздо длиннее, чем красный свет. Их длины измеряются сантиметрами, метрами и, даже, тысячами метров. Между ними и инфракрасными волнами на спектре лежат микроволны, которые используются в радарах и быстром приготовлении пищи. Короче ультрафиолетовых лучей – рентгеновские лучи, которые используются чтобы видеть кости сквозь плоть. Короче их всех – гамма лучи, чья длина измеряется в триллионных долях метра. Нет ничего особенного в узком диапазоне длин волн, который мы называем светом, кроме того что мы можем их видеть. Для насекомых, видимый свет целиком сдвинут по спектру. Ультрафиолетовый для них видимый цвет («пчелиный фиолетовый»), и они слепы к красному (который они могли бы назвать «инфражёлтый»). Излучения во всем широком спектре могут быть также расплетены, как и радуга, хотя инструменты, которые мы используем для расплетения – радио-тюнер вместо призмы, например – различаются для разных частей спектра.