Краткая история почти всего на свете: экскурсия в окружающий мир

«И забывает, где оставил вещи», – кричит с кухни Элейн.

Он согласно кивает и, широко улыбаясь, спрашивает, не хотел бы я посмотреть телескоп. Я представлял, что позади дома у Эванса настоящая обсерватория – уменьшенный вариант Маунт-Уилсон или Маунт-Паломар, с раздвигающимся куполом и механизированным креслом, манипулировать которым такое удовольствие. А он повел меня не наружу, а в набитый вещами чулан позади кухни, где держит свои книги и бумаги и где на самодельной вращающейся фанерной подставке покоится его телескоп – белый цилиндр, размером и формой похожий на титан для кипячения воды. Когда он собирается наблюдать, то в два захода выносит его на небольшую веранду рядом с кухней. Между выступом крыши и перистыми верхушками растущих ниже по склону эвкалиптов открывается кусочек неба величиной со щель почтового ящика, но Эванс утверждает, что ему этого более чем достаточно. И здесь, когда небо чистое, а Луна не слишком яркая, он отыскивает свои сверхновые.

Термин «сверхновая» придумал в 1930-х годах запомнившийся своими чудачествами астрофизик Фриц Цвикки. Родившийся в Болгарии и выросший в Швейцарии, Цвикки пришел в Калифорнийский технологический институт в 1920-х годах и сразу выделился сумасбродством и несносным характером. Нельзя сказать, что он обладал блестящими способностями, а многие коллеги относились к нему как к «надоедливому паяцу». Будучи страстным приверженцем здорового образа жизни, он частенько падал на пол в столовой Калтеха или еще где-нибудь на публике и отжимался на одной руке, демонстрируя свою силу любому, кто был склонен сомневаться. Он был вызывающе задирист, и со временем его поведение стало настолько пугающим, что его ближайший коллега Вальтер Бааде, очень мягкий по характеру человек, не решался оставаться с ним наедине. Среди прочего Цвикки обвинял Бааде, немца по национальности, в том, что тот нацист, каковым он никогда не был. По крайней мере однажды Цвикки угрожал убить Бааде, работавшего в обсерватории на Маунт-Уилсон, если тот появится в кампусе Калифорнийского технологического института.

Но при всем этом Цвикки был способен на самые поразительные и блестящие озарения. В начале 1930-х годов он обратился к вопросу, долгое время волновавшему астрономов: появлению время от времени на небосводе непонятных ярких точек, новых звезд. Невероятно, но он задал себе вопрос: не может ли оказаться в основе всего этого нейтрон – субатомная частица, только что открытая в Англии Джеймсом Чедвиком и бывшая в то время модной новинкой. Его осенила мысль, что если звезда коллапсирует до плотности, сравнимой с атомным ядром, то в результате образуется невообразимо компактный объект. Атомы буквально раздавят друг друга, их электроны вдавятся в ядра, образуя нейтроны. Получится нейтронная звезда. Представьте миллион увесистых пушечных ядер, сжатых до размеров игрушечного стеклянного шарика, – и это еще не совсем точное сравнение. Ядро нейтронной звезды настолько плотно, что одна ложка его вещества весила бы 90 миллиардов килограммов. Одна ложка! Но это еще не все. До Цвикки дошло, что при коллапсе такой звезды выделится огромное количество энергии – достаточное, чтобы произвести величайший взрыв во Вселенной. Он назвал такие взрывы сверхновыми. Они должны были оказаться – и оказались – крупнейшими событиями в мироздании.

15 января 1934 года в журнале Physical Review появилось очень краткое резюме сделанного в предыдущем месяце в Стэнфордском университете сообщения Цвикки и Бааде. Несмотря на предельную краткость – один абзац в двадцать четыре строчки, – это резюме содержало огромное количество новых научных сведений: в нем были первые упоминания сверхновых и нейтронных звезд, убедительно объяснялся процесс их образования, верно оценивалась сила взрыва, и в заключение, как дополнительный бонус, взрывы сверхновых увязывались с загадочным новым явлением, получившим название космических лучей, которые, как незадолго до того обнаружили, буквально кишат во Вселенной. Эти идеи были революционными, если не сказать больше. Подтверждения существования нейтронных звезд пришлось ждать тридцать четыре года. Гипотеза о космических лучах, хотя и считающаяся правдоподобной, пока еще не подтверждена окончательно. В целом это резюме, по словам астрофизика из Калифорнийского технологического института Кипа Торна, оказалось «одним из наиболее прозорливых документов в истории физики и астрономии».

Интересно, что Цвикки почти не понимал, почему все эти вещи должны происходить. Согласно Торну, «он недостаточно хорошо разбирался в законах физики, чтобы обосновать свои идеи». Цвикки обладал способностью выдвигать масштабные идеи. Другим – главным образом Бааде – оставалась их математическая доводка.

Цвикки также первым осознал, что во Вселенной остро не хватает видимого вещества, чтобы удерживать галактики вместе, и что должен существовать какой-то еще источник гравитационного воздействия – то, что теперь мы называем темной материей[42 - Долгое время использовался термин «скрытая масса» (hidden mass), однако в последние 20 лет стал употребляться термин «темная материя» (dark matter).]. Он упустил только одну вещь – если нейтронную звезду достаточно сильно сжать, то она становится настолько плотной, что даже свет не может освободиться от чудовищного гравитационного притяжения. Получается черная дыра. К сожалению, большинство коллег до того не любили Цвикки, что его идеи практически остались без внимания. Когда спустя пять лет великий Роберт Оппенгеймер[43 - Роберт Оппенгеймер (Robert Oppenheimer, 1904–1967) – американский физик-теоретик, во время Второй мировой войны руководил Манхэттенским проектом по созданию ядерного оружия.] в эпохальной статье обратил внимание на нейтронные звезды, он ни разу не упомянул о работах Цвикки, хотя тот много лет занимался той же проблемой в кабинете немного дальше по коридору. Выводы Цвикки относительно темной материи не привлекали серьезного внимания почти сорок лет. Можно только предположить, что за это время он выполнил очень много отжиманий.

* * *

Поднимая голову к небу, мы видим на удивление малую часть Вселенной. Невооруженным глазом с Земли видно всего шесть тысяч звезд, и лишь около двух тысяч из них можно увидеть зараз. С помощью бинокля количество звезд, видимых из одной точки, возрастает до пятидесяти тысяч, а с маленьким двухдюймовым телескопом оно подскакивает до трехсот тысяч. С 16-дюймовым телескопом, как у Эванса, счет идет уже не на звезды, а на галактики. Эванс полагает, что со своей веранды он может видеть от пятидесяти до ста тысяч галактик, каждая из десятков миллиардов звезд. Числа, конечно, внушительные, но все равно сверхновые остаются чрезвычайно редким явлением. Звезда может гореть миллиарды лет, но умирает всего раз, причем очень быстро, и лишь немногие умирающие звезды взрываются. Большинство гаснет тихо, как костер на рассвете. В типичной галактике, состоящей из сотни миллиардов звезд, сверхновая в среднем вспыхивает раз в двести-триста лет. Поэтому искать сверхновые – все равно что, стоя на смотровой площадке Эмпайр-стейт-билдинг, разглядывать в телескоп окна Манхэттена в надежде, скажем, обнаружить, как кто-то зажигает свечи на праздничном торте в день своего совершеннолетия.

Так что, когда полный надежд обходительный священник стал расспрашивать, нет ли подходящих звездных карт для поиска сверхновых, астрономическая братия сочла, что он выжил из ума. В то время у Эванса был 10-дюймовый телескоп – весьма приличный размер для любительского разглядывания звезд, но вряд ли пригодный для серьезной космологии, – и с помощью этого инструмента он намеревался обнаружить одно из самых редких явлений во Вселенной. За всю историю астрономии, до того как Эванс в 1980 году принялся за это дело, было найдено менее шестидесяти сверхновых[44 - В действительности к тому времени уже было открыто более пятисот сверхновых, а на сегодня зарегистрировано свыше 6 тысяч сверхновых.]. (Когда в августе 2001 года я побывал у него, он только что зафиксировал свое тридцать четвертое визуальное открытие[45 - По каталогу открытых сверхновых это было сороковое открытие Эванса, причем первые 16 сверхновых он обнаружил не визуально, а по фотографиям. Последнюю сверхновую Эванс открыл в марте 2008 года, общий его счет достиг 48-ми.]; тридцать пятое последовало через три месяца, а тридцать шестое – в начале 2003 года.)

У Эванса, правда, были определенные преимущества. Большинство наблюдателей, как и вообще большинство людей, находится в Северном полушарии, так что значительная часть неба находилась почти полностью в его распоряжении, по крайней мере поначалу. На его стороне также были быстрота и поразительная память. Большие телескопы – это довольно громоздкие штуки, и значительная часть их рабочего времени тратится на то, чтобы навести их на нужный объект. Эванс же вертит своим небольшим 16-дюймовым телескопом, как хвостовой стрелок пулеметом в воздушном бою, затрачивая не более пары секунд на тот или иной участок неба. В результате за вечер он мог пронаблюдать, пожалуй, сотни четыре галактик, тогда как большой профессиональный телескоп, если повезет, сможет обследовать штук пятьдесят или шестьдесят.

Искать сверхновые – значит, как правило, их не находить. С 1980 по 1996 год он в среднем делал два открытия в год – не слишком большая награда за сотни ночей напряженного вглядывания в небо. Однажды он обнаружил три за пятьдесят дней, но в другой раз прошло три года, прежде чем он отыскал одну.

«В сущности, в отсутствии находок есть известная польза, – говорит он. – Это помогает космологам определить темп эволюции галактик. Это одна из редких областей, где уже само отсутствие фактов является фактом».

На столе рядом с телескопом стопки фотографий и бумаг, относящихся к его занятиям, и он показывает мне одну из них. Если вы когда-нибудь заглядывали в популярные астрономические издания, то должны знать, что они обычно полны ярких цветных снимков далеких туманностей или чего-либо подобного – залитых волшебным светом облаков небесных огней, величественно движущихся и переливающихся тончайшими оттенками. Рабочие изображения Эванса не имеют с ними ничего общего. Это всего лишь расплывчатые черно-белые снимки с маленькими точками, окруженными ореолом. На том, что он мне показал, был изображен рой звезд, внутри которого притаился пустячный проблеск; чтобы разглядеть его, мне пришлось поднести снимок к глазам. Это, пояснил мне Эванс, звезда из созвездия, называемого Печью, в галактике, известной в астрономии как NGC 1365. (NGC означает New General Catalogue – Новый общий каталог, в который занесены галактики. Когда-то он был увесистой книгой у кого-то на столе в Дублине; теперь, разумеется, это база данных.) Свет, свидетельствующий о впечатляющей кончине этой звезды, безостановочно несся сквозь пространство шестьдесят миллионов лет, пока однажды ночью в августе 2001 года не достиг Земли в виде проблеска света, крошечного просветления на ночном небе. И, разумеется, заметил его Роберт Эванс на своем напоенном запахом эвкалиптов холме.

«Это приносит особое удовлетворение, – говорит Эванс, – когда думаешь, что летевший сквозь космос миллионы лет свет достигает Земли как раз в тот момент, когда кто-то рассматривает нужный участок неба. Кажется важным, чтобы событие такого размаха было засвидетельствовано».

Роль сверхновых вовсе не ограничивается тем, чтобы вызывать чувство удивления и восхищения. Они делятся на несколько типов, один из которых, кстати, открыл Эванс, а другой, известный как сверхновые типа la, важен для астрономии, поскольку сверхновые этого типа взрываются всегда одинаково, имея одну и ту же критическую массу. Поэтому их можно использовать в качестве «стандартных свечей» – эталонов, измеряя яркость которых (а тем самым и относительные расстояния), можно определять скорость расширения Вселенной.

В 1987 году астрофизику Солу Перлмуттеру[46 - В 2011 году Сол Перлмуттер стал лауреатом Нобелевской премии по физике за открытие явления ускоренного расширения Вселенной, сделанное по наблюдениям далеких сверхновых звезд в 1999 году и подтвержденное многочисленными сверхновыми, открытыми в дальнейшем, а также другими наблюдательными данными.] из Лоуренсовской лаборатории в Беркли, штат Калифорния, потребовалось больше сверхновых типа Ia, чем давали обычные визуальные наблюдения, и он задался целью найти более систематичный метод для их поиска. Перлмуттер разработал остроумную систему с использованием сложнейших компьютеров и приборов с зарядовой связью – по существу, прекрасные цифровые фотокамеры. Тем самым поиск сверхновых был автоматизирован. Телескопы теперь могут делать тысячи снимков, давая возможность компьютеру отыскать характерные яркие точки, свидетельствующие о взрывах сверхновых[47 - Еще недавно далеко не все сверхновые удавалось выявлять на цифровых снимках автоматически – человек справлялся с этой задачей гораздо лучше. Был даже запущен проект Hand-On Universe («Вселенная в руках»), в котором школьники могут принять участие в поиске сверхновых по снимкам галактик. Однако в последние годы эффективность автоматического распознавания сверхновых значительно повысилась и любители уже не могут составить конкуренцию сетям телескопов-роботов.]. За пять лет с использованием новой технологии Перлмуттер с коллегами обнаружили в Беркли сорок две сверхновых. Теперь даже любители находят сверхновые с помощью ПЗС-матриц. «С ПЗС можно направить телескоп в небо, а самому сидеть у телевизора, – с долей тревоги говорил Эванс. – Это уничтожает всю романтику этого занятия».

Я спросил, не испытывает ли он соблазна взять на вооружение новую технику. «О нет, – ответил он. – Я слишком люблю работать по-своему. Кроме того, – он кивнул на снимок своей последней сверхновой и улыбнулся, – иногда мне все же удается их обойти»[48 - Шотландский любитель астрономии Том Боулс (Tom Boles) построил обсерваторию с тремя телескопами-роботами, которые постоянно сканируют небо в поисках сверхновых. Только в 2003 г. он стал первооткрывателем 30 сверхновых, а всего на его счету 148 взорвавшихся звезд. Тем самым он перехватил у Роберта Эванса звание чемпиона среди любителей по открытию сверхновых. Боулс продолжает искать сверхновые, хотя в последние годы темп его открытий несколько снизился из-за конкуренции со стороны профессиональных обсерваторий.].

* * *

Естественно, возникает вопрос: что будет, если звезда взорвется поблизости? Как мы уже знаем, наша ближайшая звездная соседка Альфа Центавра находится в 4,3 светового года от нас. Я представил себе, что если бы произошел взрыв, то у нас было бы 4,3 года, чтобы следить, как свет этого величественного явления разливается по небу, словно выплеснувшись из гигантского бидона. Что будет, если придется четыре года и четыре месяца наблюдать надвигающийся на нас роковой конец, зная, что, когда он наступит, от нас ничего не останется? Будут ли люди по-прежнему ходить на работу? Будут ли фермеры выращивать урожай? Будет ли кто-нибудь доставлять его в магазины?

Много недель спустя в Нью-Гэмпшире, в городке, где я тогда жил, я задал эти вопросы астроному из Дартмутского колледжа Джону Торстенсену. «О нет, – рассмеялся он. – Новость о таком событии распространяется со скоростью света, но с такой же скоростью распространяется и разрушительное действие, так что вы узнаете о ней и погибнете в один и тот же момент. Но не беспокойтесь, потому что этого не случится».

Чтобы волна взрыва сверхновой вас погубила, пояснил он, нужно, чтобы вы находились «смехотворно близко» – скажем, в пределах приблизительно десяти световых лет. «Опасность представляли бы различные виды излучений – космические лучи и тому подобное». Они вызвали бы поразительные полярные сияния, переливающиеся по всему небу занавесы призрачного света. К добру это бы не привело. Все, что в силах создать такое зрелище, может с тем же успехом смести магнитосферу, находящийся высоко над Землей магнитный пояс, который в обычных условиях защищает нас от ультрафиолетовых лучей[49 - От ультрафиолета и другого электромагнитного излучения нас защищает не магнитосфера, а атмосфера. Магнитосфера защищает только от заряженных частиц, причем невысокой энергии (таких, как испускает Солнце). Однако при близком взрыве сверхновой ни атмосфера, ни магнитосфера не смогут предохранить Землю от жесткого излучения.] и других космических атак. Не будь магнитосферы, всякий, с кем случилось несчастье оказаться на открытом солнце, довольно скоро стал бы похож на подгоревшую пиццу.

Причина, по какой мы можем быть более или менее уверены в том, что такое не случится в нашем уголке Галактики, говорит Торстенсен, состоит в том, что для появления сверхновой прежде всего требуется определенный вид звезды. Претендующая на это звездакандидат должна быть раз в десять или двадцать массивнее нашего Солнца, а «у нас поблизости нет ничего нужных размеров. Вселенная, к счастью, достаточно большое место». Ближайшая возможная кандидатура, добавил он, это Бетельгейзе, чьи всевозможные выбросы и всплески на протяжении многих лет свидетельствуют о том, что там имеют место какие-то интересные неустойчивости. Однако Бетельгейзе находится от нас в пятистах световых годах.

Лишь полдюжины раз в пределах документально засвидетельствованной истории сверхновые вспыхивали достаточно близко, чтобы быть видимыми невооруженным глазом. Один из этих взрывов в 1054 году привел к образованию Крабовидной туманности. Другой раз, в 1604 году, образовалась звезда, настолько яркая, что ее три недели было видно днем. Самая последняя была в 1987 году, тогда сверхновая загорелась в районе космоса, известном как Большое Магелланово Облако[50 - Большое Магелланово Облако – небольшая галактика, спутник нашей Галактики.], но она была с трудом видна только в Южном полушарии и находилась от нас на вполне надежном расстоянии в 169 тысяч световых лет.

Сверхновые имеют для нас принципиальное значение и еще в одном важном смысле. Без них нас бы здесь не было. Вспомните о космологической загадке, которой заканчивается первая глава, – о том, что Большой взрыв привел к обилию легких газов, но не тяжелых элементов. Последние появились позже, но долгое время никто не представлял, как это произошло. Дело в том, что требуется нечто действительно жаркое – даже жарче середины самых горячих звезд, – чтобы выковать углерод, железо и другие элементы, без которых мы были бы, к великому нашему огорчению, абсолютно бесплотны. Объяснение пришло в виде сверхновых, и додумался до этого один английский космолог, во многом похожий по своим манерам на Фрица Цвикки.

Им был йоркширец по имени Фред Хойл. В некрологе журнала Nature[51 - Nature («Природа») – один из самых престижных научных журналов в мире. Основан в 1869 г. и, в отличие от большинства научных журналов, не имеет специализации. Считается, что в нем публикуются прорывные исследования, важные для ученых широкого круга специальностей.] (ученый умер в 2001 году) Хойл назван «космологом и полемистом», и он действительно был тем и другим. Он, говорилось в некрологе, «большую часть жизни был вовлечен в споры» и «ставил свою подпись под всяческой чепухой». Например, он утверждал, без каких-либо доказательств, что хранимый как сокровище в Музее естественной истории ископаемый археоптерикс является подделкой вроде пилтдаунской мистификации[52 - В 1908–1911 гг. вблизи Пилтдауна в графстве Суссекс, Великобритания, были найдены фрагменты черепа и челюсти, которые, как долгое время считалось, принадлежали существу, промежуточному между обезьяной и человеком. Однако в 1950-х годах сотрудники Британского музея выполнили химические анализы, которые показали, что пилтдаунские образцы являются тонко сработанной подделкой.], к великому гневу музейных палеонтологов, которым пришлось много дней отбиваться от телефонных звонков газетчиков со всего мира. Он также считал, что на Землю из космоса была занесена не только жизнь, но и множество болезней, таких как грипп и бубонная чума, а однажды высказывал предположение, что в процессе эволюции у людей появился выступающий вперед нос с обращенными вниз ноздрями, чтобы в него не падали космические патогенные организмы.

Именно он, будучи в игривом настроении во время радиопередачи в 1952 году, придумал термин «Большой взрыв». Он отмечал, что наши физические представления никак не могут объяснить, почему все сущее, собранное в точку, должно так внезапно и эффектно начать расширяться. Хойл предпочитал теорию стационарного состояния, по которой Вселенная постоянно расширяется и по мере расширения непрерывно создает новую материю. Он также понимал, что если звезда катастрофически сжимается, то она высвобождает огромное количество тепла, разогревшись до 100 миллионов градусов и даже больше, а этого достаточно, чтобы запустить образование тяжелых элементов – процесс, называемый нуклеосинтезом[53 - Нуклеосинтез – это все термоядерные реакции, ведущие к образованию ядер более тяжелых элементов из легких. Нуклеосинтез начинается вместе с рождением Вселенной, продолжается на протяжении всей жизни звезды, а при взрыве сверхновой синтезируется лишь небольшое количество самых тяжелых элементов (тяжелее железа) и, самое главное, продукты звездного нуклеосинтеза разбрасываются в пространстве, где они могут войти в состав новых рождающихся звезд и планет.]. В 1957 году, работая совместно с другими учеными, Хойл показал, как во время взрывов сверхновых образуются тяжелые элементы. За эту работу один из сотрудничавших с ним ученых, У. А. Фаулер, получил Нобелевскую премию. А Хойл, к нашему общему стыду, не получил.

Согласно теории Хойла, взрывающаяся звезда выделяет достаточно энергии для создания всех новых элементов и распыления их в космосе, где они образуют газовые облака – межзвездную среду, которая в конечном счете конденсируется в новые солнечные системы. С появлением этих теоретических выкладок стало наконец возможным создать правдоподобный сценарий нашего появления здесь. Теперь считается, что мы знаем следующее.

Около 4,6 миллиарда лет назад в том месте космического пространства, где мы сейчас находимся, образовался и стал сжиматься огромный вихрь газа и пыли поперечником 24 миллиарда километров. Почти все – 99,9 процента массы Солнечной системы – ушло на создание Солнца. Из оставшегося свободно плавать вещества две микроскопические частицы сошлись достаточно близко, чтобы быть притянутыми друг к другу электростатическими силами. Это был момент зачатия нашей планеты. То же самое происходило по всей зарождающейся Солнечной системе. Сталкивавшиеся частицы пыли образовывали все более крупные комки. В конце концов комья выросли до таких размеров, чтобы называться планетезималями. Без конца сталкиваясь друг с другом, они распадались на части и вновь соединялись в самых разнообразных сочетаниях, но в каждом столкновении был победитель, и некоторые из них становились достаточно большими, чтобы господствовать на той орбите, по которой они двигались.

Все это произошло удивительно быстро. Чтобы крошечное скопление частиц выросло в зародыш планеты поперечником в сотни километров, потребовалось лишь несколько десятков тысяч лет. Всего за двести миллионов лет, а возможно и быстрее, Земля, по сути, полностью сформировалась, хотя и находилась еще в расплавленном состоянии, подвергалась непрерывной бомбардировке плавающими кругом остатками строительного мусора.

В этот момент, примерно 4,4 миллиарда лет назад, с Землей столкнулся объект размером с Марс, выбросив достаточно вещества для создания сопутствующего шара – Луны. Полагают, что выброшенное вещество за несколько недель собралось в один рыхлый ком, а за год сформировалось в сферическое каменное тело, которое с тех пор и сопровождает нас. Большая часть лунного вещества происходит из внешних слоев Земли, а не из ядра, поэтому на Луне так мало железа, тогда как у нас его много. Кстати, эту теорию всегда преподносят чуть ли не как самую новую, тогда как на самом деле она была впервые выдвинута Реджинальдом Дейли в Гарварде в 1940-х годах. Единственное действительно новое тут – это люди, которые уделяют ей какое-то внимание. Когда Земля была лишь около трети своих окончательных размеров, она, возможно, уже стала формировать атмосферу, главным образом из углекислого газа, азота, метана и серы. Вряд ли это те вещества, которые у нас ассоциируются с жизнью, и тем не менее именно из этого ядовитого варева образовалась жизнь. Углекислый газ обладает мощными парниковыми свойствами. Это оказалось очень кстати, потому что в то далекое время Солнце светило значительно слабее. Не будь парникового эффекта, Земля вполне могла постоянно оставаться замерзшей и жизни, возможно, было бы просто не за что зацепиться. Но так или иначе жизни это удалось.

В следующие пятьсот миллионов лет юная Земля по-прежнему неослабно обстреливалась кометами, метеоритами и всякими другими космическими обломками, которые принесли воду, чтобы заполнить океаны, и компоненты, необходимые для успешного возникновения жизни. Окружающая среда была исключительно враждебна, но жизнь каким-то образом развивалась. Крошечный комочек химических веществ дернулся и ожил.

Четыре миллиарда лет спустя люди стали задавать вопросы, как все это произошло. Об этом и пойдет дальше наш рассказ.

Часть II. Размеры Земли

Был этот мир глубокой тьмой окутан,

«Да будет свет!» – и вот явился Ньютон[54 - Перевод Самуила Маршака.].

Александр Поуп. Эпитафия: предназначалась сэру Исааку Ньютону

Глава 4. Мера вещей

Если бы вам пришлось выбирать самое неудачливое научное путешествие всех времен, то ничего хуже перуанской экспедиции французской Королевской академии наук 1735 года вы бы наверняка не нашли. Это была группа ученых и искателей приключений под руководством гидрографа Пьера Буге и военного математика Шарля Мари де ла Кондамина[55 - Начальником экспедиции был ла Кондамин, за научную часть отвечали астроном Луи Годен и Пьер Буге. Однако Годен вскоре отделился от основной партии из-за разногласий в методике работы, а позднее был уличен в растрате средств, поступавших из Франции. Он также отказался делиться с коллегами полученными результатами.], которая отправилась в Перу проводить триангуляционные измерения[56 - Триангуляция – выбранный экспедицией метод измерения – представляла собой распространенный прием, основанный на известном геометрическом факте: если вы знаете длину одной стороны треугольника и величины двух его углов, то все остальные его размеры вы можете вычислить, не вставая со стула. Предположим в качестве примера, что мы с вами решили узнать расстояние до Луны. Первым делом для применения метода триангуляции мы должны установить расстояние между нами, скажем, вы остаетесь в Париже, а я отправляюсь в Москву, и мы оба одновременно смотрим на Луну. Теперь, если вы мысленно соедините линией три главных объекта нашей задачи – т. е. вас, меня и Луну, то образуется треугольник. Измерьте длину базисной линии между вами и мной и величину обоих углов, а остальное легко вычислить. (Поскольку сумма внутренних углов треугольника всегда составляет 180 градусов, то, зная сумму двух углов, вы сможете моментально вычислить третий; а точное знание формы треугольника и длины одной из сторон подскажет вам длину двух других сторон.) По существу, именно этот способ применил в 150 г. до н. э. греческий астроном Гиппарх Никейский, чтобы определить расстояние от Земли до Луны. На поверхности Земли принципы триангуляционной съемки остаются такими же, только треугольники не достигают космоса, а ложатся бок о бок на карту. Для измерения градуса меридиана геодезисты строят своего рода цепочку треугольников, протянувшуюся по местности.] расстояний в Андах.

В то время людьми наконец овладело сильное желание понять Землю – определить ее возраст, массу, место, где она висит в космическом пространстве, и узнать, каким образом она возникла. Цель французской группы состояла в том, чтобы способствовать решению вопроса о длине окружности планеты путем измерения длины одного градуса меридиана (или одной 360-й расстояния вокруг планеты) вдоль линии протяженностью около 320 километров и проходящей от местечка Яруки, близ Кито, до точки за городом Куэнкой (все это ныне находится в Эквадоре).

Почти сразу дела не заладились, причем порой вопиющим образом. В Кито пришельцы чем-то вызвали недовольство местных жителей и были изгнаны из города вооруженной камнями толпой. Вскоре после этого в конфликте из-за женщины был убит врач экспедиции. Ботаник сошел с ума. Другие умирали от лихорадки или погибали от падений в горах. Технический помощник Жан Годен, племянник одного из руководителей Луи Годена, бежал с тринадцатилетней девочкой, и его не смогли уговорить вернуться.

Одно время группа должна была прервать работу на восемь месяцев, пока ла Кондамин ездил в Лиму улаживать вопрос с необходимыми разрешениями. И в довершение всего ла Кондамин и Буге перестали разговаривать друг с другом и отказались вместе работать. Где бы ни появлялась эта все сокращающаяся в размерах экспедиционная партия, должностные лица встречали ее с глубочайшей подозрительностью, с трудом веря, что группа французских ученых проехала полмира, чтобы измерить Землю. Это казалось абсолютной бессмыслицей. Даже два с половиной столетия спустя это сомнение по-прежнему остается уместным. Почему бы французам не производить свои измерения во Франции и тем самым избавить себя от забот и неудобств андской авантюры?

Ответ отчасти заключается в том, что в XVIII веке ученые редко смотрели на вещи просто, если под рукой оказывалась нелепая, но заманчивая альтернатива, а отчасти в реальной проблеме, которая впервые встала перед английским астрономом Эдмундом Галлеем задолго до того, как Буге и ла Кондамин задумали ехать в Южную Америку, имея для этого гораздо меньше оснований.

Галлей был исключительной личностью. На своем долгом и плодотворном жизненном пути ему доводилось быть морским капитаном, картографом, профессором геометрии в Оксфордском университете, заместителем контролера Королевского монетного двора, королевским астрономом и изобретателем глубоководного водолазного колокола[57 - Строго говоря, Галлей не изобрел, а значительно усовершенствовал водолазный колокол, который впервые стал применяться на полтора столетия раньше.]. Он со знанием дела писал о магнетизме, приливах и отливах, движениях планет и с любовью – о действии опиума. Он придумал погодную карту и актуарную таблицу[58 - Актуарные таблицы используются для расчета пенсионных начислений и страховой премии при страховании жизни. В них учитывается статистика смертности по разным возрастам. В более широком смысле актуарными расчетами называют любые расчеты тарифов в страховом деле на основе статистических данных.], предложил способы определения возраста Земли и ее расстояния от Солнца и даже разработал практичный способ, как сохранить рыбу свежей не в сезон. Единственное, чего он не совершил, так это не открыл комету, носящую его имя. Он лишь определил, что комета, которую он наблюдал в 1682 году, – та же самая, которую видели другие в 1456, 1531 и 1607 годах. Она стала кометой Галлея только после 1758 года, примерно через шестнадцать лет после его смерти.

Однако при всех этих достижениях крупнейшим вкладом Галлея в сокровищницу человеческих знаний было, пожалуй, участие в небольшом научном пари с двумя другими видными фигурами того времени: Робертом Гуком, которого теперь скорее помнят в связи с тем, что он первым ввел понятие и дал описание живой клетки, и великим, исполненным достоинства сэром Кристофером Реном, который вообще-то прежде всего был астрономом, а потом уж архитектором, хотя об этом сегодня обычно уже не помнят. В 1683 году, когда Галлей, Гук и Рен вместе обедали в Лондоне, разговор зашел о движении небесных тел. Было известно, что планеты склонны обращаться по особой формы овалам, которые называют эллипсами – по выражению Ричарда Фейнмана[59 - Ричард Филлипс Фейнман (Richard Phillips Feynman, 1918–1988) – выдающийся американский физик, один из создателей квантовой электродинамики. В 1943–1945 гг. участвовал в Манхэттенском атомном проекте. За разработку методов расчета поведения квантовых частиц был удостоен Нобелевской премии по физике за 1969 г. Он также сыграл ключевую роль в расследовании причин катастрофы космического челнока «Челленджер» в 1986 г. Фейнман является автором множества научно-популярных книг, а также 8-томного учебника «Фейнмановские лекции по физике», который был переведен на русский язык (М.: Эдиториал УРСС, 2004) и до сих пор остается одним из лучших курсов общей физики.], по «очень специфической и точной кривой», – но никто не знал причин такого движения. Рен щедро предложил 40 шиллингов (примерно соответствует двухнедельному заработку) тому, кто первым найдет объяснение.

Гук, широко известный приписыванием себе идей, не всегда своих собственных, заявил, что он уже решил эту проблему, но отказался поделиться решением на том интересном и остроумном основании, что не хочет лишать других удовольствия найти ответ самим. Вместо этого он «на время утаит решение, чтобы другие могли лучше его оценить». Если у него и были какие-то соображения по этому поводу, никаких свидетельств он не оставил. Галлей, однако, до того загорелся желанием найти ответ, что на следующий год поехал в Кембридж и набрался смелости обратиться к профессору математики Исааку Ньютону в надежде, что тот сумеет ему помочь.

Ньютон, бесспорно, был странной личностью – сверх всякой меры выдающийся мыслитель, но замкнутый, безрадостный, раздражительный до безумия, легендарно рассеянный (говорили, что по утрам, свесив ноги с кровати, он мог часами сидеть, размышляя над осенившими его вдруг идеями) и способный на самые неожиданные выходки. Он создал собственную лабораторию, первую в Кембридже, но затем занялся весьма странными опытами. Например, однажды ввел себе шило – длинную иглу, какими пользуются при сшивании кожи, – в глазную впадину и крутил им «между глазом и костью как можно ближе к глазному дну» лишь для того, чтобы посмотреть, что будет. Каким-то чудом ничего не случилось, по крайней мере ничего серьезного. В другой раз он глядел на солнце, пока мог выдержать, чтобы узнать, как это отразится на его зрении. И вновь он избежал серьезных повреждений, хотя пришлось провести несколько дней в затемненном помещении, пока глаза не простили ему его опытов.

Но над всеми этими странностями и причудами властвовал интеллект гения, – даже действуя в обычном русле, Ньютон зачастую проявлял странные особенности. В студенческие годы, разочарованный ограниченными возможностями традиционной математики, он придумал совершенно новую ее форму – дифференциальное и интегральное исчисление, но молчал об этом целых двадцать семь лет. Подобным же образом он работал в области оптики, изменив наши представления о свете и заложив основы спектрографии как науки, и опять же решил не делиться результатами своих работ в течение трех десятилетий.

При всех его талантах настоящая наука составляла лишь часть его интересов. По крайней мере половину своего рабочего времени он отдавал алхимии и неортодоксальным религиозным поискам. Это были не просто дилетантские занятия, а серьезные увлечения, которые полностью его захватывали. Он был тайным приверженцем ереси, известной как арианство, отличительной особенностью которой было отрицание Святой Троицы[60 - Суть арианства, возникшего в начале IV в., изложена не совсем точно: ариане утверждали, что Христос сотворен Богом Отцом и не равен, а лишь подобен Ему. Следовательно, вопреки господствовавшему в то время догмату, не равны и лица («ипостаси») Святой Троицы.] (по иронии судьбы в Кембридже Ньютон принадлежал к колледжу Святой Троицы). Он проводил бесконечные часы за изучением поэтажного плана храма царя Соломона в Иерусалиме (попутно осваивая иврит, чтобы разбирать подлинные тексты), будучи убежден, что в нем содержится математический ключ к определению даты второго пришествия Христа и конца света. С не меньшим рвением он относился к алхимии. В 1936 году экономист Джон Мейнард Кейнс[61 - Джон Мейнард Кейнс (John Maynard Keynes, 1883–1946) – британский экономист, основатель современной макроэкономической теории.] купил на аукционе саквояж с бумагами Ньютона и, к своему удивлению, обнаружил, что в подавляющем большинстве они относились не к оптике или движениям планет, а свидетельствовали о целеустремленных поисках способа превращения обычных цветных металлов в драгоценные. При химическом анализе пряди волос Ньютона в 1970 году была обнаружена ртуть – элемент, представлявший интерес для алхимиков, шляпных мастеров, изготовителей барометров и, пожалуй, больше ни для кого – причем концентрация ртути раз в сорок превышала естественный уровень. Поэтому не слишком удивительно, что по утрам он забывал встать с постели.

Что рассчитывал узнать у него Галлей во время своего не оговоренного заранее визита в августе 1684 года, можно только догадываться. Но благодаря более поздним воспоминаниям доверенного лица Ньютона Абрахама де Муавра у нас есть описание этой встречи – одной из самых важных для истории науки.