Текст книги "В погоне за Солнцем (другой перевод)"
Автор книги: Ричард Коэн
Жанры:
Прочая научная литература
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 14 (всего у книги 40 страниц) [доступный отрывок для чтения: 15 страниц]
Полумесяц огромной мечети Фейсал в Исламабаде на фоне неполного затмения (AP Photo / B. K. Bangash)
Когда в 2001 году должно было произойти затмение, Гулд велел всем своим студентам найти время для наблюдений, а сам отправился из Бостона (где была облачная погода) в Нью-Йорк для полноценного наблюдения. Позже он описал “это замечательное событие”:
В нашу эпоху искуственно навязанных полноразмерных потрясений… мы с трудом можем вообразить, что наше внимание привлечет, даже потрясет что-либо столь неуловимое, хоть и всеобъемлющее, как свойства окружающего нас солнечного освещения… Десятого мая небо над Нью-Йорком потемнело не вдруг. Но мы чрезвычайно чувствительны к обычному освещению, хотя и не можем полностью доверять этому своему чувству и даже не можем сформулировать, что же странного в изменении этого освещения… День зловеще нахмурился, хотя солнечный свет продолжать заливать все вокруг, и люди это заметили и слегка вздрогнули… заметили и замерли, а небо, полное света, потемнело до уровня практически незаметной грозы. Какая-то женщина сказала своему спутнику: “Черт возьми, либо это конец света, либо пойдет дождь – но, убей меня Бог, дождя явно не предвидится”.
Несколько необычно слышать о таких чувствах от ученого, но они демонстрируют нечто первобытное в нашей реакции. В рассказе Джона Апдайка “Затмение” мужчина отправляется со своей двухлетней дочкой в сад посмотреть на затмение: “В небе были облака, и казалось, что Солнце борется там, посреди стаи всклокоченных свирепых черно-серебристых облаков, с врагом слишком жутким, чтобы его можно было увидеть, призрачным и прожорливым пожирателем – как само время”. Он обращается к пожилой соседке, сидящей на крыльце, с вопросом, как ей нравится затмение. “Не нравится, – отвечает та. – Говорят, не надо выходить. Что-то там такое в этих лучах”. В конце концов тьма уходит:
Суеверие, подумал я, возвращаясь по двору, сжимая ладонь своего ребенка как талисман удачи. В ее прикосновении не было ни одного вопроса. День, ночь, сумерки, полдень, – все для нее было чудом, без расписания, без пут предсказанности. Солнце стало самим собой и скоро начнет изливать свои лучи так же высокомерно, как и раньше, и в этом смысле слепая вера моей дочери была оправданна. Но, несмотря на это, я был рад, что затмение не висит больше над ее головой, потому что внутри меня было чувство, что часть моей уверенности в себе испарилась навсегда от этого позорного для Солнца события [312]312
John Updike, The Early Stories,1953 –75 .N. Y.: Knopf, 2003. Р. 645–46.
[Закрыть].
Современные технологии позволяют познавать собственный мир посредством затмений. В 1872 году великий ученый Пьер Жюль Сезар Жансен (1824–1907) наблюдал затмение в Гунтуре (северо-восточная Индия) и зафиксировал непосредственно до полной фазы затмения, а также и сразу после желтые спектральные линии в излучении протуберанцев, указывающие на будто бы прежде неизвестный химический элемент. Английский астроном Норман Локьер независимо пришел к тем же выводам, назвав новое вещество “гелиум”, полагая, что оно имеет исключительно солнечное происхождение. Но к 1895 году гелий был выделен и идентифицирован как элемент, встречающийся и на Земле. Кроме того, изучение затмений прошлого позволило обнаружить небольшие повторяющиеся изменения во вращении Земли и вариации скорости ее вращения [313]313
См.: Jay M. Pasachoff, Solar-Eclipse Science: Still Going Strong, Sky and Telescope. 2001. Февраль. Р. 40–45.
[Закрыть]. Выдающееся научное применение затмениям, однако, нашлось в разгар Первой мировой войны. Эйнштейн только что опубликовал полную общую теорию относительности, которая, в частности, утверждала влияние на свет тяготения, не позволяющего свету двигаться от своего источника по прямой [314]314
Эйнштейн А. Собрание научных трудов.Т. 1. Теория относительности. М.: Наука, 1965.
[Закрыть]. Это было радикальным развитием идей Ньютона, но объясняло феномен, давно известный астрономам: было открыто, что перигелий Меркурия (ближайшая к Солнцу точка его орбиты) смещается к востоку с каждым годом, причем быстрее, чем это могло бы объясняться притяжением других планет. Предположение Эйнштейна о том, что тяготение есть поле, а не сила, объясняло это расхождение. Он написал: “Три дня я был вне себя от радостного возбуждения” [315]315
См.: Christopher M. Linton, From Eudoxus to Einstein: A History of Mathematical Astronomy. Cambridge: Cambridge University Press, 2004. Р. 450.
[Закрыть]. Но это открытие требовало подтверждений.
Эта фотография под названием “50 ворон” изображает полное солнечное затмение, наблюдавшееся в штате Чьяпас в южной Мексике в 1991 году (Photo by Antonio Turok)
В 1917 году профессор астрономии из Голландии послал копию работы Эйнштейна в Королевское астрономическое общество; ее прочитал ведущий британский астрофизик того времени Артур Эддингтон (освобожденный от военной обязанности по причине религиозных воззрений) и королевский астроном сэр Фрэнк Дайсон. Последний, будучи специалистом по солнечным затмениям, понял, что связь света с тяготением можно проверить наблюдением видимых звезд в непосредственной близости от Солнца, закрытого Луной. Если Эйнштейн был прав, их свет искривлялся бы гравитационным полем Солнца и они были бы слегка смещены на фотографии относительно своих же позиций на другой фотографии той же части неба, сделанной в отсутствие Солнца [316]316
A. S. Eddington, Obituary Notices, Fellows of the Royal Society. Vol. 3. 1940. № 8. Январь. Р. 167.
[Закрыть].
Солнечное затмение ожидалось 29 мая 1919 года. Дайсон старательно игнорировал то, что он пытался доказать теорию ученого из вероломной Германии (враждебные чувства к которой были настолько сильны, что спустя два месяца после затмения при образовании Международного астрономического союза немецкие и австрийские ученые туда не были допущены), и, получив бюджетное финансирование на две экспедиции, отплыл в начале марта в Лиссабон. Партия Эддингтона отправилась на португальский остров Принсипи у берегов Западной Африки, другая партия – в город Собрал в северо-восточной Бразилии, расположенный дальше по курсу затмения.
Насколько именно гравитация искривляет луч света? Уравнение Эйнштейна предсказывало, что луч, почти задевающий Солнце, отклонится на 1,745 с, что в два раза превышает отклонение, отвечающее классической теории Ньютона (угловая секунда – это 1 / 3600 градуса, т. е. мы имеем дело с мельчайшими различиями, крайне сложно поддающимися измерению). Перед отъездом из Лондона Эддингтон, его постоянный ассистент Э. Т. Коттингем и Дайсон провели полночи за беседой, и Коттингем предположил, что же будет, если фотографии покажут не Ньютоново отклонение, не Эйштейново, а двукратное Эйнштейново. “Тогда Эддингтон сойдет с ума, и вам придется самостоятельно добираться до дома”, – беззаботно отвечал Дайсон.
К середине мая Эддингтон со своей партией был на месте. Когда показались пятнышки пяти звезд, у Эддингтона оставалось восемь минут на съемку: “Я не замечал затмения, был слишком занят сменой пластин… Мы сделали шестнадцать снимков”. В течение следующей недели он проявил пластины и сравнил их с фотографиями тех же звезд, снятыми не в такой близости от Солнца. На первых десяти снимках слабое облачко, недостаточное препятствие для затмения, загораживало нужные звезды, но следующие два снимка были вполне удачны, и этого было достаточно для доказательств. Вечером 3 июня Эддингтон повернулся к Коттингему со словами: “Вам не придется возвращаться домой без меня”. Два набора фотографий отличались друг от друга почти в точности на предсказанную Эйнштейном величину.
Результаты экспедиции оказались на первых полосах газет всего мира, лондонская “Таймс” объявила: “Революция в науке! Новая теория вселенной! Ньютон опровергнут!” – назвав открытие “одним из важнейших, если не наиважнейшим высказыванием человеческой мысли”. В “Нью-Йорк таймс” шутливо заметили, что звезды оказались не там, где их видели или где, по расчетам, они должны были быть, но беспокоиться не следует – Эйнштейн знает, где они. Сорокалетний физик за ночь превратился в мировую знаменитость, а сам эксперимент стал первым случаем возрожденного международного научного сотрудничества еще до подписания мира [317]317
Paul Johnson, Modern Times.London: Weidenfeld, 1999. Р. 2–4. См. также первую главу в: Nicholas Mosley, Hopeful Monsters.N. Y.: Vintage, 2000. Р. 26, где разбирается весь этот эпизод.
[Закрыть].
Эддингтон (который через несколько лет подтвердит общую теорию относительности собственной работой о поведении света под воздействием сильной гравитации белых карликов) отпраздновал событие, написав стихи, стилизованные под поэзию Омара Хайяма:
И вот что знаю: Эйнштейна ль козырями
Теории его все были иль только пузырями,
Лишь проблеска звезды хватило в темноте
Взамен часов при свечке, заполненных трудами…
Пусть мудрецы считают – спорить рано,
“У света тяжесть есть”, – твержу упрямо,
Уверен в том – о прочем пусть поспорят:
Близ Солнца света луч идет не прямо [318]318
См.: Ronald W. Clark, Einstein: The Life and Times.London: Hodder, 1973. Р. 225; см. также: Arthur I. Miller, Empire of the Stars: Obsession, Friendship and Betrayal in the Quest for Black Holes. Boston: Houghton Mifflin, 2005. Р. 51–52.
[Закрыть].
Остальной научный мир также ликовал, пусть и не столь ехидно. “Маловероятно, – размышлял Томас Крамп в своей истории затмений, – чтобы астрономия затмений достигла еще когда-либо результата такой космической важности [319]319
Thomas Crump, Solar Eclipse.London: Constable, 1995.
[Закрыть]”. Но все было впереди.
Глава 12
Солнце развенчано
Мореход:О, если бы ты только знал, что говорят они на основании астрологии, а также и наших пророков о грядущем веке и о том, что в наш век совершается больше событий за сто лет, чем во всем мире совершилось их за четыре тысячи [320]320
Пер. Ф. Петровского.
[Закрыть].Томмазо Кампанелла (1568–1639), “Город Солнца”
Солнце не стоит на месте, и его движение нельзя описать простой формулой. В разные моменты времени с разных исследовательских углов зрения оно может восприниматься как твердое тело, огненный шар или постоянный источник ветров, вспышек, огненных спиралей и радиоактивных частиц. Его широты вращаются с разными скоростями, а вся поверхность поднимается и опускается примерно на 2,5 мили каждые 160 мин, хотя говорить о “поверхности” в данном случае было бы ошибкой: у Солнца как у газового конгломерата ее попросту нет. При наблюдении с других планет Солнце выглядит иначе, чем с Земли, – где-то больше, где-то меньше, – и его воздействие на атмосферу тоже всюду разное. К концу XVIII века астрономы признали его одной из множества звезд, просто ближайшей к нам, и оценили расстояние до Солнца, его размер, массу, скорость вращения и движение в пространстве с погрешностью до 10 % от сегодняшних показателей. Но их продолжали преследовать другие проблемы.
Что происходило внутри Солнца? Что заставляло его светиться? Каков возраст звезды и как она соотносится с другими небесными телами? Ответы на многие из этих вопросов начали появляться только сейчас. Между 1800 и 1950 годами вряд ли найдется хоть один год без астрономических, физических, химических или геологических открытий, обеспеченных технологическим прогрессом, индустриальной революцией и нарождающимся энтузиазмом к научным исследованиям.
Например, только в первой половине XIX века были открыты линии поглощения солнечного спектра, а также явления электромагнитной индукции и баланса (оба прибавили нам знаний о характере солнечного притяжения). В тот же период был измерен солнечный энергетический выброс – солнечная постоянная, что привело к лучшей оценке как солнечной температуры, так и воздействия Солнца на климат планеты. А в 1860 году главный астроном Ватикана сфотографировал затмение 18 июля, продемонстрировав, что корона и протуберанцы являются реальными фактами, а не оптическими иллюзиями или обманчиво освещенными лунными горами.
Список конкретных открытий приближается к двум сотням. К примеру, в одно только десятилетие, 1871–1880 годы, было открыто электромагнитное излучение, солнечная дистилляция воды (Солнце как очиститель), произведена первая радикальная переоценка возраста звезды (20 млн лет), а также поднят вопрос о продолжительности времени, которое понадобилось Солнцу, чтобы прийти к своему нынешнему размеру, – эти вопросы открыли обширную дискуссию между учеными и буквальными толкователями Библии. Прочие открытия были менее спорны: температура солнечной поверхности была оценена в 5430 °C, ядро признано газообразным с температурой, убывающей от ядра к поверхности. Было изобретено несколько новых инструментов (гелиоспектроскоп, звездный спектрометр, телеспектрометр), а спектры всех неподвижных звезд оказались лишь нескольких видов, в зависимости от физико-химической природы звезды, – “открытие столь же большой значимости, сколь и ньютоновский закон всемирного тяготения” [322]322
См.: Catholic Encyclopedia,статья Angelo Secchi.
[Закрыть].
За последние годы такие авторы, как Дава Собел, Тимоти Феррис и Билл Брайсон, а также ученые и популяризаторы науки (среди них Карл Саган и Стивен Хокинг) пролили свет на трудные для непосвященных темы типа темной материи (невидимая, но обладающая гравитацией материя, само присутствие которой выводится из ее притяжения; о ней мало что известно) и черных дыр (более понятная вещь, но также с трудом представимая). А вот дейтерий, ионосфера, даже сила Кориолиса? Эти термины относятся к той части науки, которая недоступна большинству из нас. Но мы можем взять два-три магистральных направления исследований и показать, каким образом наше знание о Солнце трансформировалось в период между 1800 и 1953 годами.
В середине XIX века французского философа Огюста Конта спросили, что, по его мнению, никогда не станет подвластно человеку. Он посмотрел на небо и ответил: “Мы можем определить их форму, расстояние от нас, массу, их движение, но мы никогда ничего не узнаем об их химическом или минералогическом составе и еще того меньше – о существах, живущих на их поверхностях”. В течение поразительно короткого срока человечество узнает ответы на все эти вопросы. Получим представление о скорости прироста знания: в 1800 году был доступен только один звездный каталог; в 1801-м Ж. Ж. Лаланд публикует новый каталог, содержащий 47 390 звезд; в 1814-м Джузеппе Пьяцци добавляет еще 7600 звезд. За ним следуют другие ученые: только между 1852-м и 1859-м было зарегистрировано около 324 тыс. звезд. Фотокартографирование началось в 1885 году, и уже к 1900-му вышел третий, заключительный том описания, содержавший 450 тыс. звезд, – результат сотрудничества ученых Гронингена и Джона Гершеля (Кейптаун). Стало окончательно ясно, что Солнце висит в небе не как высочайшее светило, а просто как одна из множества звезд, при этом не слишком выдающаяся. Ученые могли обратить взоры к многообразию других солнц, гораздо более крупных и массивных, чем наше [323]323
В первой четверти XIX века немецкий астроном Ольберс сформулировал парадокс, названный его именем: если во вселенной бесконечное число звезд, то у нас не будет темного неба над головой, оно все будет равномерно блистать, а мы просто утонем –на самом деле даже никогда не возникнем –в этом океане звездной энергии (см.: The New York Times. Science section. 2006. 11 июля). Хорошее объяснение того, почему это не наблюдается, дает аутичный подросток Кристофер Бун в романе Марка Хэддона “Загадочное ночное убийство собаки”: “И потом я задумался о том, что ученые долгое время недоумевали, почему небо по ночам темное. Ведь там, во Вселенной, находятся миллиарды звезд. Звезды есть повсюду, куда бы вы ни посмотрели, во всех направлениях. Так что небо должно быть озарено звездным светом, поскольку свет движется очень быстро и рано или поздно должен достигнуть Земли. И мало что может остановить его движение. Но потом ученые выяснили, что наша Вселенная постоянно расширяется и звезды отдаляются друг от друга. Это явление называется Большой взрыв, и чем дальше от нас находятся звезды, тем быстрее они движутся. Некоторые – так же быстро, как и сам свет, и вот почему их собственный свет никогда не доберется до нас” (пер. А. Куклей. – Прим. перев.). Стоит также добавить, что ни одна звезда не светит более чем примерно 11 млрд лет.
[Закрыть].
Но даже этому объему знаний предстояло значительно увеличиться. Однажды, в предрассветные часы 6 октября 1923 года, астроном Эдвин Хаббл в обсерватории Маунт-Вилсон изучал фотографию размытого спиралеообразного звездного скопления, известного как M31 [324]324
Некоторые космические объекты имеют литеру M перед своим порядковым номером в честь французского астронома Шарля Мессье, который в 1774 году выпустил каталог сорока пяти небесных объектов – туманностей и звездных кластеров. Последняя версия его каталога вышла в 1781 году и содержала уже сто три объекта.
[Закрыть], или Андромеда, которое считалось частью Млечного Пути, и вдруг обнаружил звезду, блеск которой пульсировал с точностью часов. Хаббл сразу принялся за вычисления и понял, что звезда находится от нас на расстоянии более 900 тыс. световых лет, что в три раза превышало диаметр известной тогда вселенной! Как сообщал журнал National Geographic, “очевидно, что этот сгусток звезд расположен далеко за пределами Млечного Пути. Но если Андромеда – отдельная галактика, то и многие другие туманности нашего неба тоже могут оказаться галактиками. Известная нам галактика внезапно сильно раздулась” [325]325
Ron Cowen, The Galaxy Hunters, National Geographic.2003. Февраль. Р. 16.
[Закрыть].
Сегодня нам известно, что существует как минимум 100 млрд галактик, каждая из которых состоит из подобного же колоссального числа звезд. Земля в свое время уже получила понижение, когда выяснилось, что она вращается вокруг Солнца, а не наоборот; затем Уильям Гершель и его сын Джон со своими революционными телескопами обнаружили огромное пространство за пределами Солнечной системы, невольно понизив в чине и само Солнце. Теперь происходило уже третье или даже четвертое понижение: не только мы обращались вокруг всего лишь одной незначительной звезды из множества звезд Млечного Пути, но и сам Млечный Путь был всего лишь одной галактикой из неопределенного их множества. Для ученых будущее заключалось в звездной астрономии, тратить усилия на отдельные мелкие звезды не было смысла. Как язвительно отметил Альфред Хаусман, поэт и филолог-классик, а также увлеченный астроном-любитель, “мы обнаружили, что наше наследство уменьшилось” [326]326
См.: A. E. Housman, Selected Prose,ed. J. Carter and J. Sparrow. Cambridge: Cambridge University Press, 1961.
[Закрыть].
Эта утеря позиций сопровождалась многовековым и зачастую весьма ожесточенным спором о возрасте Земли и, соответственно, возрасте Солнца и всей вселенной – вопрос, который вызывал огромный интерес у астрономов, теологов, биологов и геологов. Дата сотворения мира была точно определена архиепископом ирландской англиканской церкви Джеймсом Ашшером (1581–1656), который взял генеалогию Книги Бытия и размытую хронологию Ветхого Завета, внес некоторые поправки, ориентируясь на внешние источники (в том числе из истории Среднего Востока и Средиземноморья), а также на иудейский календарь, который, как известно, считает датой сотворения 23 октября 3760 года до н. э., и пришел к круглой цифре в 4 тыс. лет между сотворением мира и наиболее вероятной датой рождения Христа в 4 году до н. э.
Ашшеровская датировка, скорее всего, пропала бы, никем не замеченная, как это произошло с сотнями библейских хронологий до него, если бы не лондонский книготорговец Томас Гай. В те времена по закону только ряду издателей, таким, например, как университетские издательства Кембриджа и Оксфорда, дозволялось печатать Библию. Но Гай приобрел сублицензию на издание и в порыве коммерческого вдохновения напечатал Библию, добавив хронологию Ашшера на полях, а также гравюры женщин с обнаженной грудью, вольным образом связанные с библейскими сюжетами. Это издание принесло Гаю целое состояние, он даже смог основать знаменитую лондонскую больницу, которая до сих пор носит его имя. Как будто этого было недостаточно, в 1701 году англиканская церковь авторизовала хронологию Ашшера и внесла ее в официальную версию (Библию короля Джеймса). Эта хронология вскоре стала настолько неотъемлемой частью Библии, что ее продолжали печатать вплоть до ХХ века.
Историк Мартин Горст пишет: “Влияние вычисленной им даты было невероятным. Почти двести лет данный возраст повсеместно считался настоящим возрастом мироздания. Это было напечатано в Библии, размножено по разнообразным календарям и распространялось миссионерами во всех четырех концах света. На целые поколения эта датировка стала краеугольным камнем того взгляда на вселенную, который главенствовал в западной мысли до Дарвина. Но даже и после того она не исчезла полностью” [327]327
Martin Gorst, Measuring Eternity: The Search for the Beginning of Time.N. Y.: Broadway, 2001. Р. 11 и Marcia Bartusiak, The Day We Found the Universe.N. Y.: Pantheon, 2009).
[Закрыть]. Горст вспоминает, как в бабушкиной Библии 1901 года напротив первого стиха книги Бытия он увидел дату и время начала мира – шесть часов вечера, суббота, 22 октября 4004 года до н. э [328]328
Совсем недавно, в 1999 году, согласно опросу Гэллапа, 47 % американцев считали, что Бог создал человека за последние 10 тыс. лет. Стивен Хокинг в “Краткой истории времени” отмечает, что период в 10 тыс. лет любопытным образом совпадает с концом последнего ледникового периода, “который археологи считают началом цивилизации” (пер. Н. Смородинской. – Прим. перев.).
[Закрыть].
Впрочем, еще во времена Ашшера некоторые свободомыслящие стали задаваться вопросами по поводу принятой хронологии. Путешественники возвращались из дальних странствий с сообщениями о событиях, которые имели место гораздо раньше, чем 4004 год до н. э. А с появлением новых методов исследования, основанных на научных принципах, – Nullius in Verba(лат. “ничьими словами”), гласит девиз Лондонского королевского общества, – пришел черед натурфилософов обсудить возраст земного шара.
В 1681 году соратник Ньютона по Кембриджу Томас Бернет издал свой ставший популярным труд Telluris Teoria Sacra(“Священная история Земли”), где утверждал, что горные хребты и глубокие океаны появились во время Великого потопа (из книги Бытия), а ветхозаветную формулу о сотворении мира за шесть дней Бернет обошел, цитируя слова св. Петра о том, что один день у Бога как тысяча лет. Вскоре появилось множество книг с подобными объяснениями. Еще несколько позже два британских натуралиста, Джон Рэй и Эдвард Ллуйд, исследуя раковины в долине Уэльса и аммониты на северовосточном побережье Англии, пришли к выводу, что обе группы ископаемых происходят от биологических видов, которым потребовалось бы гораздо больше, чем 5680 с небольшим лет, чтобы жить и умереть в таких количествах. Их исследования вызвали краткое оживление интереса, за которым последовал период полного забвения, пока лондонский натуралист Джон Вудворд (1665–1728) не заявил, что окаменелости были “останками некогда живших животных”, которые погибли во время потопа. Но и эта теория была встречена насмешками – вера в хронологию Ашшера держалась стойко.
Эдмунд Галлей в 1715 году стал первым, кто предположил, что тщательное наблюдение за естественным миром (например, измерение солесодержания океанов) даст ключ к установлению возраста Земли. Его идеи были охотно восприняты Жоржем Луи де Бюффоном (1707–1788), который в своей “Естественной истории” (1749) устанавливал возраст Земли в десятки тысяч лет, и эта идея “поразила французскую публику временной шкалой такой глубины, что ее было почти невозможно уразуметь” [329]329
Gorst, Measuring Eternity.Р. 95. В значительной степени я опирался в этой главе на превосходное изложение Горста.
[Закрыть]. Бюффон считал, что Земля возникла не одномоментно, как в Библии, а в результате столкновения Солнца с кометой – обломки от этой коллизии образовали планеты [330]330
Бюффон просто игнорировал библейскую версию сотворения мира, возможно, воодушевленный появлением в 1770 году первого прямого отрицания божественного замысла – сочинения “Система природы” сорокасемилетного французского философа Поля Анри Тири Гольбаха.
[Закрыть].
Сорбоннские теологи были в ярости, Бюффона заставили напечатать отречение (на словах он говорил, что “лучше смирение, чем повешение”). Но его молчание длилось недолго. Вскоре французский математик Жан-Жак д’Орту де Майран смог показать, что Земля получает тепло не только от Солнца, у нее есть собственный внутренний источник. Бюффон воодушевился этим открытием для написания истории мира с самого начала. Если Земля все еще продолжала остывать, то, вычислив скорость потери планетой тепла, можно было рассчитать ее возраст. За следующие шесть лет Бюффон провел серию экспериментов, выведя в итоге окончательную цифру возраста Земли – 74 832 года (это была очень осторожная оценка, неофициально он был склонен давать несколько сотен тысяч лет). Его книгу встретило дружное недоверие. В апреле 1788 года Бюффон умер, на следующий год разразилась революция. Склеп Бюффона разграбили, его свинцовый гроб был реквизирован для отливки пуль.
Стойкие и интеллектуально-пытливые ученые продолжали искать объяснение своим находкам и открытиям, к XIX веку пропасть между церковью и наукой стала широка как никогда. Между 1800 и 1840 годами слова “геология”, “биология” и “ученый” вошли в повседневный язык. Геология была особенно популярна, вскоре ученые и любители стали вовсю определять и называть слои и уровни – как писал Байрон, “затопленного, взорванного, опаленного мира”, – образующие земную поверхность. Молодой британский юрист Чарльз Лайелл (1797–1875) по примеру Джона Вудворда воспользовался окаменелостями для расчета возраста Земли, отыскивая их на Сицилии в лаве, возраст которой он оценивал в 100 тыс. лет.
К 1840 году объем данных, указывающих на чрезвычайную древность Земли, был уже сокрушительным. Даже если возраст человечества насчитывал всего 6 тыс. лет, доисторическое время расширилось свыше всякого разумения. И тогда в 1859 году увидело свет “Происхождение видов”, которое вместе с аргументом о связи человека с обезьяной в корне подрывало буквальное прочтение библейской истории. Расчеты доктора Ашшера наконец полностью утратили всякое правдоподобие. Кембриджское университетское издательство изъяло его хронологию из своих Библий в 1900 году, Оксфорд сделал это в 1910-м. К тому времени Марк Твен уже предложил взять Эйфелеву башню за образ земного возраста и сравнил возраст человечества со слоем краски на шишке ее шпиля.
Когда рушатся великие доктрины, открываются захватывающие перспективы. После того как наука расширила возраст Земли до сотен тысяч лет, возникла целая череда новых идей. Какой возраст у Солнца? После Дарвина ученым пришлось допустить, что светило изливает свою энергию на протяжении миллионов лет. Естественный отбор подразумевал прежде немыслимый возраст солнечной системы. Ведь эволюция (хотя Дарвин не любил этого слова) могла происходить только по той причине, что Солнце не было чрезмерно горячим и горело относительно медленно, не принося вреда чувствительным углеродным компонентам, лежащим в основе земной жизни.
Хотя дебаты о земном возрасте гремели до конца XIX века, внимание ученых уже начало переключаться на нашу звезду. “Титаны физики перевели фокус внимания с Земли на более подходящее и более светлое тело”, – отметил Тимоти Феррис [331]331
Timothy Ferris, Coming of Age in the Milky Way.N. Y.: Anchor, 1989. Р. 246.
[Закрыть]. Летом 1899 года профессор геологии Чикагского университета Томас Чемберлен (1843–1928) опубликовал работу об источниках солнечной энергии, которая бросала вызов одной из базовых тогда предпосылок астрофизики:
Может ли современный уровень знания о поведении материи в столь невероятных условиях, какие достижимы внутри Солнца, достаточно всесторонне обосновывать утверждение, что внутри звезды нет никаких неизвестных источников энергии? Внутреннее устройство атомов пока остается неизвестным. Нельзя исключать, что они являются сложными конструкциями и источниками огромных энергий [332]332
Gorst, Measuring Eternity.Р. 187.
[Закрыть].
За какие-то пять лет центральные принципы физики и, соответственно, базовые допущения о функционировании Солнца были пересмотрены.
Весной 1896 года Анри Беккерель, парижский физик, случайно оставил несколько непроявленных фотографических пластин, завернутых в черную бумагу, под куском ураносодержащего минерала, с которым он экспериментировал (уран, названный так в честь планеты в 1789 году, является одним из самых сложных элементов, встречающихся в природе, и состоит в основном из урана-238 – как станет известно, состоящего из девяноста двух протонов и ста сорока шести нейтронов – и небольшой доли менее устойчивого урана-235, у которого в составе на три нейтрона меньше). Когда через несколько недель он обнаружил пластины и проявил их, оказалось, что они уже засвечены и несут отпечаток куска минерала, который, как считал Беккерель, излучал некий “невидимый вид флуоресценции”. Мария и Пьер Кюри, продолжившие исследование, позже назвали эту флуоресценцию радиоактивностью. Но уран был не очень доступен, а его радиация – не столь впечатляюща, поэтому открытия Кюри в целом прошли незамеченными. В 1898 году ученые обнаружили, что урановая смоляная руда излучает гораздо больше радиоактивности. Возможно ли такое, что на Земле имеются элементы, выделяющие огромное количество невидимой энергии, ждущей, чтобы ее уловили?
Реклама Tho-Radia, крема, содержащего радий и торий и продвигавшегося на рынке в 1930-е годы как прорыв в уходе за красотой. Люди демонстрировали радий на вечеринках и ходили на радий-танцы, а само слово стало модным названием бренда: пиво “Радий”, масло “Радий”, шоколад “Радий”, презервативы Радий”, свечи “Радий”и даже контрацептивное желе “Радий” (SPL / Photo Researchers, Inc.)
Вскоре следующий, еще более редкий элемент (названный радием), извлеченный Кюри из смоляной руды, был описан в газетах как чудесный металл, самый ценный элемент на Земле, способный лечить слепоту, обнаруживать пол эмбриона и даже превращать чернокожих людей в белых. “Одного-единственного грамма достаточно, чтобы поднять пять тонн на милю в высоту, а на одной унции автомобиль может объехать вокруг света” [333]333
Там же. Р. 188.
[Закрыть]. Реклама пропагандировала “радиоактивную питьевую воду” для лечения подагры, ревматизма, артрита, диабета и целого ряда других болезней. А к 1904 году ученые также назвали радий источником солнечной энергии.
Вопрос заключался в том, происходит ли энергия изнутри атомов радия или снаружи. Великий физик Эрнест Резерфорд (1871–1937), новозеландец, работавший над природой атомов в Англии и Канаде, начал исследовать атомные ядра совместно с английским химиком Фредериком Содди (1877– 1956). Резерфорд установил, что радий производит достаточно тепла, чтобы расплавить объем льда собственного веса за час, и будет это делать на протяжении тысячи лет и больше: Земля поддерживает свое тепло в том числе и благодаря радиоактивному распаду в породе и жидком ядре, расположенном в центре [334]334
В основном внутреннее тепло планеты обеспечивается четырьмя долгоживущими радиоизотопами –калий-40, торий-232, уран-235 и уран-238, – которые выделяют энергию на протяжении миллиардов лет, распадаясь на стабильные изотопы других элементов. Земное ядро – горячая, плотная, твердая и вращающаяся сфера, состоящая в основном из железа с примесью никеля. Ее диаметр составляет около 1500 миль, порядка 20 % от диаметра Земли (7750 миль). Ее окружает внешний жидкий уровень толщиной около 1370 миль, на 85 % состоящий из железа, кипящее бурление которого создает магнитное поле Земли. Это двойное ядро составляет одну восьмую объема Земли, но только треть ее массы. В течение периода от 700 до 1200 лет внутреннее ядро достигнет двукратной скорости вращения по отношению к самой планете, что усилит ее магнитное поле.
[Закрыть].
Вскоре ученые принялись за эксперименты с торием, радиоактивным элементом, похожим на радий, и обнаружили, что он образует еще и радиоактивный газ, один элемент превращался в другой. Это было столь удивительным результатом, что, когда Содди сообщил Резерфорду о своей находке, тот закричал ему через всю лабораторию: “Только не называй это трансмутацией – нам отрубят головы как алхимикам!” Постепенно они нашли подтверждение тому, что тяжелые атомы тория, радия и других радиоактивных элементов распадаются на атомы более легких элементов (в форме газов) и в процессе выделяют крошечные частицы, которые, названные альфа– и бета-лучами, являлись главным каналом выделения энергии.
Дальнейшие эксперименты Резерфорда показали, что основая масса атома содержится в его ядре, окруженном сверкающей паутиной электронов. Резерфорд и Содди предположили, что радиоактивность сходного свойства могла быть источником энергии Солнца, но, хотя их работа была признана заслуживающей продолжения, революции в астрофизике она не сделала. Лет сорок спустя Роберт Юнг напишет в своей основополагающей книге “Ярче тысячи солнц”, что “альфа-частицы профессора Резерфорда могли бы в то время разрушить не только атомы азота, но также и многие человеческие представления о мире. Они могли бы воскресить забытый много столетий назад страх конца света. Но в те дни подобные открытия имели мало общего с повседневной жизнью” [335]335
Пер. В. Дурнева.
[Закрыть] [336]336
В конце Первой мировой войны Эрнест Резерфорд не явился на заседание британского комитета экспертов, посвященное новым средствам борьбы с неприятельскими подводными лодками. Когда ему указали на это, энергичный новозеландец отпарировал: “Я был занят экспериментами, из которых следует, что атом можно искусственно разделить. А такая перспектива значительно важнее, чем война”.
[Закрыть].
Содди делал все, чтобы разъяснить открытие – сперва в статье The Interpretation of Radium(“Интерпретация радия”, 1912), затем в The Interpretation of the Atom(“Интепретация атома”, 1932), утверждая, что до открытия радиоактивного распада единственное объяснение солнечной энергии было химическим и, следовательно, энергия должна была быть кратковременной и незначительной. Но исходя из наших знаний о радиоактивности цепь ядерных реакций может создать что-то близкое по масштабу к энергии Солнца.
Прошло почти десятилетие, прежде чем открытия Содди и Резерфорда вошли в научный обиход. Эддингтон, только что добившийся успеха у берегов Западной Африки, проводил широкомасштабное исследование звездного равновесия между энергией и давлением и продвинулся вплоть до создания математических моделей звездной температуры и плотности (известен его знаменитый комментарий: “Что возможно в Кавендишской лаборатории, того несложно достичь и внутри Солнца”). Он оценил температуру солнечного ядра в 20 000 000 ºС и утверждал, что между скоростью выброса энергии (светимостью звезды) и массой звезды должно быть простое соотношение. Зная массу Солнца, считал он, можно предсказать его яркость.
Древним казалось очевидным, что Солнце горит, но для физиков конца XIX и начала XX века это уже было неприемлемой гипотезой: оно было попросту слишком горячим, чтобы гореть химически. Так что вопрос оставался открытым. Как сформулировал Джон Гершель,
“остается великой тайной, как такое колоссальное пламя (если это оно) может поддерживаться. Каждое новое открытие в химии оставляет нас ни с чем или, скорее, отодвигает еще дальше перспективу вероятного объяснения. Если рискнуть, возможно, нам стоит думать о вероятном безграничном производстве тепла трением или его возгоранием от электрического разряда… в качестве источника солнечного излучения” [337]337
Sir J. F. W. Herschel, Treatise on Astronomy.London: Longman, 1833. Р. 212.
[Закрыть].
Поскольку современная оценка возраста Земли уже достигала более 2 млн лет, Солнце должно было светить по меньшей мере столько же. Какие невероятные процессы могли обеспечивать такой поразительный выброс энергии? “Если бы Солнце состояло из чистого угля и было зажжено во времена первых египетских фараонов, сейчас бы оно уже полностью обратилось в золу. Такая же несоразмерность присуща любой другой химической реакции, которую можно было бы привести в качестве объяснения… ни одна из них не может объяснить даже одной стотысячной части солнечной жизни”, – писал американский физик украинского происхождения Георгий Гамов (1904–1968) [338]338
George Gamow, The Birth and Death of the Sun: Stellar Evolution and Subatomic Energy.N. Y.: Viking, 1949. Р. 12.
[Закрыть].
