Текст книги "Новая занимательная астрономия"
Автор книги: Соломон Фенрир
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 17 страниц)
Виктор Комаров
НОВАЯ ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ АСТРОНОМИЯ
От автора
Астрономия не только увлекательна, но и в высшей степени поучительна. Она была одной из первых наук, возникших на заре человечества, и всегда оставалась на передовой линии фронта познания природы.
Современная астрономическая наука развивается особенно бурно. Благодаря появлению новых средств исследования, от радиотелескопов до разного рода космических аппаратов, приток информации из космоса резко увеличился и открытия в области изучения Вселенной следуют буквально одно за другим.
Открытия эти представляют особый интерес, так как астрономия дает нам фундаментальные знания о природе, т. е. раскрывает наиболее глубокие общие закономерности строения и движения материи.
Однако астрономия не только вооружает нас современными представлениями о картине мира, но и являет собой один из ярчайших примеров диалектического характера процесса познания окружающей нас природы, движения от относительных истин к абсолютной.
Задача настоящей книги состоит не только в том, чтобы сообщить читателю ряд занимательных астрономических фактов, но и в том, чтобы познакомить его с диалектикой развития научной мысли, убедить, что современная эпоха требует творческого динамичного мышления, свободного от предвзятости, требует новых оригинальных идей.
Однако любое новое в науке, каким бы оригинальным оно ни казалось, всегда в конечном счете так или иначе вырастает на фундаменте прежнего знания. Нечто общее есть и в методах решения различных научных задач, хотя сама по себе любая научная задача неповторима.
В связи с этим значительная часть книги посвящена рассмотрению тех фактов и представлений, которые с точки зрения современной астрономической науки считаются достаточно надежно установленными.
Вместе с тем в современной астрономии есть немало проблем, которые еще не получили достаточно удовлетворительного ответа. В связи с этим в науке обсуждаются различные гипотезы, иногда довольно экстравагантные. И, вероятно, какая-то их часть в процессе дальнейшего развития наших знаний о Вселенной окажется отброшенной. Но без гипотез, т. е. научных предположений, которые еще не доказаны, но и не опровергнуты, астрономам не обойтись. Тем более, что, вне всякого сомнения, эта наука и в ближайшие годы будет бурно развиваться и ей придется осмысливать все новые и новые факты. Гипотеза – необходимая форма развития естествознания.
Поэтому в настоящей книге наряду с твердо установленными фактами освещаются и некоторые наиболее интересные гипотезы, связанные с изучением Вселенной.
В. И. Ленин говорил: «Ум человеческий открыл много диковинного в природе и откроет еще больше, увеличивая тем свою власть над ней»[1]1
Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 18, с. 298.
[Закрыть].
В современной астрономии происходит процесс, который с особенной силой еще раньше развернулся в физике. Представления науки о Вселенной становятся все более абстрактными, все менее и менее наглядными, все более трудными для восприятия.
Поэтому автор решил прибегнуть к несколько необычному для научно-популярной литературы приему – к помощи научной фантастики. К числу ее положительных качеств относится способность придавать самым отвлеченным идеям вещественность и наглядность.
С помощью фантастики автор стремится привлечь к некоторым проблемам современной астрономии особое внимание читателей, оживить эти проблемы, сделать их более выпуклыми и тем самым облегчить их восприятие.
Автор надеется, что его замысел найдет отклик у читателя.
Глава первая. ЗАНИМАТЕЛЬНОЕ И АСТРОНОМИЯ
Все начинается… с отрицания
Есть немало книг, у которых в заглавии эти два слова стоят рядом: «Занимательная астрономия», «Занимательное в астрономии», «Занимательно об астрономии».
Названия менялись. Развивалась астрономия, возрастал уровень знаний, и то, что вчера казалось удивительным, сегодня становилось не только общеизвестным, но и само собой разумеющимся, изменялось и само представление о занимательности.
Величайшая революция в естествознании на рубеже XIX и XX столетий, появление таких принципиально новых физических теорий, как теория относительности и квантовая механика, не только значительно расширили научные представления о мире, но и во многом изменили стиль научного мышления, подход к изучению явлений природы.
Все чаще совершаются неожиданные открытия, в особенности в физике и астрономии, открытия, которые заставляют во многом пересматривать привычные представления, открывают новые стороны явлений, существенно расширяют и углубляют наши представления о мире.
Разумеется, это вовсе не означает, что наука недалекого будущего начисто опровергнет все наши современные знания. Ожидать чего-либо подобного было бы просто нелепо. Естествознание достигло величайших успехов в познании природы, открыло многие фундаментальные законы, нашедшие немало практических приложений. Это – золотой фонд, который при любых «научных переворотах» сохранит свое значение. Конечно, наука движется вперед, но в этом движении она прежде всего опирается на всю сумму достигнутых знаний. И если даже в науке происходят революции и утверждаются принципиально новые представления, все равно прежние фундаментальные теории входят в них в качестве составных частей и остаются справедливыми для определенного круга явлений и условий.
И все же развитие современной науки во многом связано с необычным. Необычные идеи, идущие вразрез с установившимися взглядами, необычная постановка вопроса, необычный взгляд на обычное, необычный подход к решению той или иной проблемы; сопоставление, казалось бы, несопоставимых вещей; необычный вывод из давно известных данных; наконец, новые факты, противоречащие установившимся, ставшим привычными представлениям.
Противоречивость, парадоксальность…
Заглянем в «Большую советскую энциклопедию». Мы обнаружим, что парадоксом называется какое-либо явление или высказывание, противоречащее общепринятым представлениям или даже здравому смыслу.
Парадоксы бывают разные. Одни из них отражают действительное положение вещей, другие – лишь кажущиеся противоречия. Но так или иначе, парадокс – это прежде всего противоречие.
Одно из действующих лиц известной комедии английского писателя Оскара Уайльда «Идеальный муж», лорд Кавершем, по ходу пьесы много раз повторяет одну и ту же сакраментальную фразу:
– Парадокс? – Терпеть не могу парадоксов!..
Догадаться, почему парадоксы навлекли на себя столь упорную неприязнь почтенного лорда, не так уж трудно. Ведь всякое противоречие неизбежно разрушает привычный строй мыслей, требует, чтобы в нем разобрались… Оскар Уайльд в лице лорда Кавершема высмеял упрямый традиционизм и консервативность мышления известной части английского дворянства, не желавшего утруждать себя раздумьями и предпочитавшего отмахиваться от всего неясного и непривычного.
Между тем отмахнуться от парадоксов не так-то просто, потому что с ними приходится встречаться буквально во всех областях человеческой деятельности.
Существуют, например, занятные парадоксы – рассуждения, противоречащие общепринятому мнению и потому в первый момент вызывающие удивление и поражающие воображение. Разве не парадоксальна, скажем, такая пословица: «Тише едешь – дальше будешь»?
И нужны определенные усилия, чтобы понять, какой смысл открывается в этом противоречивом утверждении. А он есть…
Весьма любопытны логические парадоксу – рассуждения вполне строгие, но ведущие к внутренне противоречивым выводам, относительно которых никак нельзя сказать, истинны они или ложны, – так называемые софизмы. Софизмы были знакомы еще мудрецам древнегреческой философии.
Один человек заявил: «Все, что я говорю, – ложь!» Но отсюда следует, что он солгал и в данном случае. А это, в свою очередь, означает, что он сказал правду. Но если сказанное этим человеком – правда, значит, он солгал… и т. д.
Или известная притча о том, как собирались казнить одного мудреца. Прежде чем лишить обвиняемого жизни, судья предложил ему произнести последнее слово, пообещав при этом, что, если осужденный скажет правду, его повесят, а если солжет, ему отрубят голову. Недолго думая, мудрец вскричал: «Мне отрубят голову!» И… казнь была отложена. Ведь если бы теперь мудреца повесили, то вышло бы, что он солгал и ему нужно было бы отрубить голову. Но если бы ему отрубили голову, это значило бы, что он сказал правду и его должны были бы повесить…
И в том и в другом случае вполне правильные логические рассуждения, не содержащие никаких ошибок, приводят к внутренне противоречивым результатам, которые нельзя считать ни истинными, ни ложными.
Между прочим, парадокс здесь не в том, что мы вращаемся в заколдованном круге противоречивых утверждений, а в том, что в рамках строгой и безошибочной формальной логики, признающей либо «да», либо «нет», оказываются возможными ситуации, при которых нельзя утверждать ни «да», ни «нет».
Видимо, уже в самих исходных посылках содержатся какие-то принципиальные пороки. Любопытно, что природу этих парадоксов, по существу, не удалось выяснить и до настоящего времени.
Парадоксы играют чрезвычайно важную роль и в развитии науки. Известный советский физик академик Л. И. Мандельштам говорил, что существуют две степени понимания той или иной проблемы. Первая – когда данный круг явлений достаточно хорошо изучен и как будто известно все, что к нему относится. Но если возникает новый вопрос из той же области, то он может поставить в тупик.
И вторая степень понимания – когда появляется общая картина, приходит ясное понимание всех связей, и внутренних, и внешних.
Так вот, весьма часто переход от первой ко второй, более высокой степени понимания связан с разрешением тех или иных парадоксов и противоречий.
Например, известный физик Сади Карно считал в свое время, что в природе имеется постоянное количество теплоты и она лишь перетекает с одного уровня на другой. Но вскоре другой ученый, Джоуль, опытным путем доказал, что теплота может возникать заново, за счет совершения работы. Оба утверждения явно противоречили друг другу. Попытки разрешить это противоречие в конечном счете привели к созданию современной термодинамики – науки о тепловых процессах.
Хорошо известно, что противоречия и парадоксы, оказавшиеся неразрешимыми в рамках классической физики, привели к созданию теории относительности, а позднее – квантовой механики.
С преодолением весьма существенных парадоксов непосредственно связана и разработка современной картины строения Вселенной.
С парадоксальными явлениями столкнулась и современная астрофизика. В последние годы в глубинах Вселенной был обнаружен целый ряд необычных объектов и явлений: реликтовое радиоизлучение, подтвердившее теоретические выводы о том, что наша Метагалактика образовалась в результате взрывного распада сверхплотного сгустка горячей плазмы; квазары, выделяющие огромные количества энергии; источники импульсного излучения – пульсары, оказавшиеся гипотетическими нейтронными звездами; взрывные процессы в ядрах галактик; рентгеновские звезды; радиоизлучение космического гидроксила ОН и многое другое.
Очень может быть, что эти сюрпризы Вселенной – первый сигнал о необходимости «усовершенствования» наших представлений о материи и мироздании, хотя еще слишком рано делать вывод о том, что новые астрономические открытия должны обязательно повлечь за собой очередную революцию в физике.
«Большинство астрофизиков считает, – пишет известный советский физик академик В. Л. Гинзбург, – что возможность объяснить необычные явления во Вселенной, не прибегая к существенно новым представлениям, отнюдь еще не исключена… С другой стороны, ядра галактик и квазары – как раз те объекты, где скорее всего можно подозревать существование отклонений от известных физических законов…»
Противоречия и парадоксы могут играть в науке и более скромную роль, помогая уяснить кар; гину явления, разобраться во всем многообразии внутренних связей того или иного процесса, составить правильное представление о методах научного познания природы.
Итак, полезно взглянуть на некоторые явления окружающего нас мира с необычной стороны, постараться увидеть его не таким, каким он видится нам сквозь призму привычных представлений.
Невольно вспоминаются слова известного американского писателя-фантаста Роберта Шекли:
«…Решительно все можно вывернуть наизнанку и превратить в собственную противоположность. Исходя из такого допущения, можно поиграть во многие занятные игры…»[2]2
Шекли Р. Рассказы и повести. – М.: Молодая гвардия, 1968, с. 314.
[Закрыть].
Стоит добавить: не только занятные, но и полезные. И не только астроному, физику или химику, но и любому специалисту, занятому своим творческим делом: писателю, художнику, инженеру и вообще каждому любознательному человеку.
Когда одного известного конструктора спросили, какими качествами должен, по его мнению, обладать хороший инженер, он ответил почти по Шекли: «Настоящий инженер должен не только хорошо понимать то или иное явление, но и уметь вывернуть его наизнанку».
Мало изучить какое-либо явление по учебнику, зазубрить соответствующие законы и запомнить наизусть математические формулы. Надо уметь подойти к явлению с различных сторон, уметь представить себе, что произойдет, если оно будет протекать не совсем обычным образом. И главное – быть готовым к тому, что оно может протекать не так, как мы этого ожидаем.
Выдающийся современный физик Р. Фейнман пишет в своей книге «Характер физических законов»:
«…Один философ сказал: „Для самого существования науки совершенно необходимо, чтобы в одних и тех же условиях всегда получались одни и те же результаты“. Так вот этого не получается. Вы можете точно воспроизвести все условия и все-таки не сможете предсказать, в каком отверстии вы увидите электрон. Тем не менее, несмотря на это, наука жива, хотя в одних и тех же условиях не всегда получаются одни и те же результаты…
Поэтому в действительности для самого существования науки совершенно необходимо вот что – светлые умы, не требующие от природы, чтобы она удовлетворяла каким-то заранее предусмотренным условиям…»
Задача настоящей книги – познакомить с необычным в современной астрономии. С одной стороны, это новые факты, необычные с точки зрения прежних традиционных представлений, с другой стороны – рассмотрение известных фактов под необычным углом зрения. Часть книги посвящена оригинальным гипотетическим предположениям, а также некоторым дискуссионным вопросам современной науки о Вселенной.
Современная наука, и астрономия в особенности, смело вторгается в неизвестное. И точно так же, как стирается в наше время грань между отвлеченными теоретическими построениями и практическими применениями, стирается и грань между наукой и фантастикой. С одной стороны, сама современная наука с достаточной терпимостью и вниманием относится к самым ошеломляющим фантастическим гипотезам, с другой, научная фантастика – арена, где можно все же свободнее, чем в «официальной» науке, высказывать и обсуждать самые невероятные идеи, разумеется, если в них есть рациональное зерно. И, может быть, именно это последнее обстоятельство привлекает сегодня в сферу научно-фантастической литературы не только писателей, но и многих профессиональных ученых.
Наконец, научная фантастика делает многие вполне реальные идеи и проблемы более зримыми и выпуклыми, а потому и более доступными для восприятия.
Знакомясь с наиболее острыми проблемами современной науки о Вселенной, мы будем прибегать и к помощи научной фантастики…
Мир, в который вводит эта книга, будет в основном астрономическим. Но у его границ располагаются и другие науки: физика, математика, биология, химия… Тоже одна из характерных особенностей современной науки – обилие пограничных проблем…
Отправляясь в путь, приведем еще одну подходящую к случаю выдержку из рассказа Р. Шекли:
«Вполне возможно, что в искаженном мире с тобой совершенно ничего не случится. Рассчитывать на это неразумно, но столь же неразумно не быть готовым к этому… Возможно, эти замечания об искаженном мире не имеют ничего общего с искаженным миром. Но путешественник предупрежден».
Книга, к чтению которой вы приступаете, отнюдь не является стройным и последовательным изложением современной астрономии или каких-либо ее разделов – занимательным вариантом систематического курса астрономической науки. В ней рассматриваются лишь отдельные вопросы, так или иначе связанные с изучением Вселенной и представляющие интерес с точки зрения того понимания занимательности, о котором говорилось выше.
Автор старался как можно реже прибегать к расчетам и формулам, поскольку главную свою задачу видел в том, чтобы, не претендуя на строгость изложения, постараться раскрыть перед читателем прежде всего качественную сторону явлений и особенности их изучения.
* * *
Как ни покажется на первый взгляд странным, добрая половина научных открытий начинается с отрицания. Отрицательное и положительное. Взаимно исключающие крайности. Но так ли это в действительности? Не рождается ли в некоторых случаях положительное из отрицательного? И, в частности, так ли уж «отрицательна» роль «отрицательного» в науке? Может быть, она скорее «положительна»?
За этой кажущейся игрой слов кроются серьезные вещи.
У любой научной теории есть свои границы, тот круг явлений и условий, которые она достаточно хорошо описывает, – границы ее применимости. Всякая теория неизбежно ограничена и не в состоянии Отразить всех явлений бесконечно разнообразной природы. Правда, существует точка зрения, согласно которой все многообразие мировых процессов может быть в принципе описано конечным числом фундаментальных законов. Однако правомерность подобного утверждения вызывает серьезные сомнения. Во всяком случае, оно ничем пока еще не доказано. История естествознания скорее свидетельствует обратное.
Итак, у любой теории, даже самой общей, есть свои границы применимости, и рано или поздно обнаруживаются факты, которые лежат за этими границами, – происходит отрицание привычных представлений. То самое отрицание, с которого начинается созидание – построение новой, более общей теории.
И вовсе не следует представлять себе дело так, будто новая теория начисто отметает все, что было раньше. На-оборот, она вбирает в себя уже достигнутое как некий частный, предельный случай. В той области, в которой прежняя теория подтверждена фактами, она полностью сохраняет свое значение. В этом состоит «принцип соответствия» – одно из фундаментальных положений современной физической науки.
Прежняя теория не только не ликвидируется, наоборот, ее авторитет во много раз возрастает. Во-первых, ее положения применяются теперь в более четко очерченных границах, и это увеличивает их надежность. А во-вторых, ее значение подкрепляется не только собственными «заслугами», но и заслугами более общей теории, частным случаем которой она теперь становится…
Следовательно, с появлением новой теории отрицается не прежнее знание, а лишь прежние «заблуждения».
К примеру, в эпоху господства классической физики считалось, что механические закономерности применимы ко всем без исключения явлениям природы. Это было заблуждение. Именно по нему, а вовсе не по механике Ньютона нанесла удар теория относительности. Что же касается самой классической механики, то она оказалась частным случаем теории относительности при скоростях, значительно меньших скорости света, и при не слишком больших массах. Благодаря этому механика не только не утратила своего значения, но, наоборот, стала несравненно достовернее.
Таким образом, существенный прогресс научной теории начинается с отрицания.
Не случайно поиск новых фактов особенно интенсивно ведется именно в таких направлениях, где есть основания надеяться на получение принципиально новой информации.
«…Экспериментаторы усерднее всего ведут поиск там, где вероятнее всего найти опровержение наших теорий, – утверждает Р. Фейнман. – Другими словами, мы стараемся как можно скорее опровергать самих себя, ибо это единственный путь прогресса»[3]3
Фейнман Р. Характер физических законов. – М.: Мир, 1968, с. 173.
[Закрыть].
А всякому отрицанию неизбежно предшествует сомнение.
«Сомнение – необходимый компонент развивающейся науки, – говорит тот же Р. Фейнман, – одна из предпосылок научного знания: либо мы оставим открытой дверь нашему сомнению, либо никакого прогресса не будет. Нет познания без вопроса, нет вопроса без сомнения…»[4]4
Журнал «Вопросы философии», 1968, № 12, с. 157.
[Закрыть].
Итак: новые факты – сомнения – отрицание привычных представлений – разработка более общих, чем прежде, теоретических представлений – такова столбовая дорога научного прогресса. И отрицание на этой дороге – одна из первых узловых станций.
Таким образом, новые факты, противоречащие существующим представлениям, в конечном счете играют не разрушающую, а, наоборот, созидающую роль: они ведут к обобщению и углублению этих представлений.
Астрономическая наука последних десятилетий особенно богата открытиями новых фактов. И этим она прежде всего обязана усовершенствованию телескопов и появлению новых эффективных методов исследования Вселенной: радиоастрономии, инфракрасной, ультрафиолетовой, рентгеновской и гамма-астрономии, а также развитию полетов в космос и применению различных космических аппаратов для астрономических наблюдений.
Немаловажную роль играет и то обстоятельство, что космос на наших глазах становится поставщиком весьма ценной научной информации, значение которой далеко выходит за рамки чисто астрономических интересов.
В необъятных просторах Вселенной протекают такие процессы, которые на Земле не происходят и которые мы поэтому еще не знаем. Бесчисленные формы существования материи, неизвестные человеку источники энергии, необычные физические условия…
Современная физика достигла такого уровня развития, когда чуть ли не каждый новый шаг вперед требует весьма сложных и тонких экспериментов, для осуществления которых приходится создавать все более мощные и грандиозные установки. Их строительство занимает годы и требует значительных затрат. Но дело даже не только в этом. Как правило, современные экспериментальные физические исследования так или иначе представляют собой в большинстве случаев опытную проверку тех или иных выводов теории. Возможностей натолкнуться в эксперименте на какое-то непредвиденное, совершенно неожиданное явление с каждым годом остается все меньше. Времена «свободного» экспериментального физического поиска, как это было в «добрую» старую классическую эпоху, практически давным-давно миновали.
Другое дело – поиск в бесконечно разнообразной лаборатории Вселенной, где всегда есть возможность обнаружить что-либо неизвестное. Хотя, разумеется, и здесь многое зависит и от технических средств (еще не все космические явления мы можем наблюдать), и от теоретических предпосылок (можно наблюдать нечто оригинальное и не обратить внимания).
Конечно, не следует думать, что на Земле физикам уже больше нечего делать и остается только одно – направить свои усилия на изучение космических явлений. Земная и космическая физика должны дополнять друг друга. Но, во всяком случае, на данном этапе развития естественных наук Вселенная в ближайшем будущем может стать очень важным поставщиком ценнейшей информации, которая способна значительно расширить наши представления о физике мироздания.
Но добывать новые факты в лаборатории Вселенной далеко не просто. Прежде всего, потому, что космические объекты находятся на огромных расстояниях от Земли. Есть и другие трудности.
