Кристофер поттер вы находитесь здесь о чем книга

Читать онлайн «Вы находитесь здесь. Карманная история вселенной»

Автор Кристофер Поттер

Кристофер Поттер

Вы находитесь здесь. Карманная история вселенной

Распространяя книгу, не убирайте ссылку ниже — тем самым вы даете шанс появиться новым оцифрованным книгам.

Книга отсканирована, распознана и вычитана при поддержке группы ВК «Библиотека Невзорова».

Реквизиты для пожертвований в группе

Ориентация

Меня ужасает вечное молчание этих безграничных пространств.

Блез Паскаль, пер. Э. Липецкой

«Вы находитесь здесь”, — гласит надпись на карте в парке, на схеме вокзала или торгового центра, обычно со стрелочкой красного цвета, уверенно указывающей на определенное место. Но где точно это “здесь”? Дети знаки или думают, что знают. В детстве я, как у нас тогда было заведено, написал на форзаце своей первой книжки мой полный космический адрес: Кристофер Поттер, 225, Рашгрин-роуд, Лим, графство Чешир, Англия, Соединенное Королевство, Мир, Солнечная система, Галактика; мои детские буквы становились крупнее и крупнее, будто отражая то, что каждый последующий элемент адреса больше и значительнее предыдущего, пока не возникал финишный пункт назначения: сама вселенная, вмещающая в себя все сущее.

Дети довольно быстро осознают, что вселенная — странное место. Помню, я часто не мог заснуть по ночам, пытаясь вообразить, что находится за пределами вселенной. Если вселенная содержит в себе все сущее, то в чем находится она сама? Сегодня мы знаем (ученые нам сообщили), что видимая вселенная создает пространство и время в процессе своего расширения, то есть она сама нигде не находится. Но подобные описания порождают слишком много новых вопросов, куда более тревожных, нежели тот, первый, на который мы надеялись получить ответ. Так что мы быстренько засовываем вселенную в дальний ящик и начинаем думать о чем-нибудь другом.

Нам не нравится думать о вселенной, потому что нас пугают ее огромность и всеохватность. В масштабе вселенной мы сокращаемся до песчинки, и очень сложно не начать сравнивать. Пойди отмахнись от вселенной, когда ее так много! “Эта бессмысленная громада угрожает поглотить духовные устремления, превратив их в кошмар абсурда, — писал англо-германский ученый Эдвард Конзе (1904-1979). — Колоссальное количество материи, которое мы ощущаем вокруг в сравнении с крохотной дрожащей искоркой духовного озарения внутри нас, высказывается, очевидно, в пользу материалистического взгляда на мир”. Мы знаем, что обречены в соревновании со вселенной.

Столь же сильно пугает и идея полного отсутствия, или идея “ничто”. Не так давно каждый из нас был ничем, а потом стал чем-то. Неудивительно, что у детей бывают кошмары. “Нечто” нашего существования должно сделать невозможным “ничто”, предшествовавшее жизни, хотя мы знаем, что, по наблюдению короля Лира, “ничто родит ничто”. И все-таки в ежедневном исчезновении и чудесном возрождении нашего “я”, которое засыпает и просыпается, нам вспоминается полное небытие, из которого мы все возникли.

Источник

Вы находитесь здесь. Карманная история вселенной

Все, что вы хотели знать о вселенной, но боялись спросить – примерно так можно было бы назвать книгу Кристофера Поттера, но автор предпочел другое название. И дело не в заголовке, а в содержании. «Вы находитесь здесь» – не просто «карманная история вселенной», как гласит ее подзаголовок. Это прежде всего попытка разобраться в нашем месте в этой самой вселенной.

Живущий между Лондоном и Нью-Йорком Кристофер Поттер со своим математическим и историко-философским образованием провел почти четверть века в издательском бизнесе. Его компания занималась тем, что из залежавшихся рукописей малоизвестных авторов делала бестселлеры.

В какой-то момент Поттер осознал: «Либо я продолжу и дальше искать, кто напишет книгу, которую я хочу прочесть, либо я напишу ее сам». И, в конце концов, решил, что сам может писать книги – и в частности, такую, в которой рассматривались бы загадки вселенной. Жанр книги Поттера можно определить как будоражащее интеллектуальное приключение. Повествование в самом деле завораживает и поражает порой воображение. Ибо сам предмет книги бесконечен. И надо обладать не только солидным багажом знаний и подвешенным языком, но и определенной уверенностью (чтобы не сказать – наглостью), берясь за освещение темы бескрайности вселенной.

«Кристофер Поттер, 225 Рашгрин Роад, Лимм, Чешир, Англия, Соединенное Королевство, Мир, Солнечная система, Галактика» – так в детстве будущий автор записывал свой адрес. Именно в детстве чаще всего человека поражает бесконечность нашей вселенной – где-то она должна ведь кончиться, потому что представить обратное невозможно. Но если вселенная кончается, то что находится дальше? Со временем у большинства людей эти вопросы отходят на задний план, замещаясь более приземленными мыслями.

Экзистенциальная глубина и серьезность темы сочетаются с легкостью изложения и доброй толикой хорошего юмора.

Вселенная рассматривается Кристофером Поттером через понятия времени и меры, равно как и сквозь призму истории научных идей от древних греков до Стивена Хокинга (не будем забывать, что в свое время автор получил магистерскую степень в сфере истории и философии науки).

Книга охватывает самые разные темы – и теорию относительности, и квантовую теорию, и теорию эволюции… Это рассказ о том, как из ничего получается нечто. О границах и безграничности. И о нас самих – а мы, как бы к этому ни относиться – не центр вселенной. Впрочем, «кому же хочется услышать о своей никчемности в огромной, бесцельной и равнодушной вселенной?»

И без Козьмы Пруткова ясно: отыщи всему начало – и ты многое поймешь. Вот и Поттер с места в карьер заявляет: «Раз мы хотим понять наше место во вселенной, нам нужно узнать, что и где в ней находится. Ученые измеряют предметы линейкой, вооружимся ею и мы. Посмотрим, что нам удастся обнаружить, а если от размеров вселенной у нас закружится голова – что ж, по крайней мере мы поймем, в каком месте нас начало мутить». Путешествие во времени и пространстве Кристофер Поттер предлагает совершать порядками: от одного метра до 10, от 10 метров до ста, от 100 метров до километра… И так далее – через несколько порядков доходит дело до миллиардов километров. И каждый порядок иллюстрируется примерами. А самые далекие объекты, доступные нашему наблюдению, сообщает автор, это квазары – некоторые из них находятся на расстоянии тринадцати миллиардов световых лет и дальше. Неспециалисту даже представить, как это от нас далеко, вряд ли удастся – остается поверить Поттеру на слово и замолкнуть в глубоком уважении к бесконечности пространства.

А можно совершить путешествие и в другую сторону, в микромир – «Мы дотягиваемся до звезд, но куда мы тянемся, когда пытаемся приблизиться к маленьким предметам? Внутрь? Вниз? Под?»

Каждый шаг в этом направлении приближает к «величайшей загадке материального мира: что же такое это самое ничто?»

Книга Поттера дает замечательный шанс даже самому закоренелому гуманитарию попробовать разобраться в традиционно непонятных вещах – вроде теории Эйнштейна или бозона Хиггинса, Большого Взрыва и эволюции жизни. Не факт, что будет понятно все до мелочей, но в общем и целом многое станет ясным. А разве не в этом состоит благородная миссия научпопа? И тут «Карманная история вселенной» заслуживает самой высокой оценки.

«Чудесная, восхитительная книга, – вынес вердикт великий и ужасный Стивен Фрай, – целая Вселенная залита в нее для вашего удовольствия». И трудно с ним не согласиться.

Источник

Читать онлайн Вы находитесь здесь. Карманная история вселенной бесплатно

Кристофер Поттер

Вы находитесь здесь. Карманная история вселенной

Распространяя книгу, не убирайте ссылку ниже — тем самым вы даете шанс появиться новым оцифрованным книгам.

Книга отсканирована, распознана и вычитана при поддержке группы ВК «Библиотека Невзорова».

Редактор: Малашкевич Михаил

Реквизиты для пожертвований в группе

Ориентация

Меня ужасает вечное молчание этих безграничных пространств.

Блез Паскаль, пер. Э. Липецкой

«Вы находитесь здесь”, — гласит надпись на карте в парке, на схеме вокзала или торгового центра, обычно со стрелочкой красного цвета, уверенно указывающей на определенное место. Но где точно это “здесь”? Дети знаки или думают, что знают. В детстве я, как у нас тогда было заведено, написал на форзаце своей первой книжки мой полный космический адрес: Кристофер Поттер, 225, Рашгрин-роуд, Лим, графство Чешир, Англия, Соединенное Королевство, Мир, Солнечная система, Галактика; мои детские буквы становились крупнее и крупнее, будто отражая то, что каждый последующий элемент адреса больше и значительнее предыдущего, пока не возникал финишный пункт назначения: сама вселенная, вмещающая в себя все сущее.

Дети довольно быстро осознают, что вселенная — странное место. Помню, я часто не мог заснуть по ночам, пытаясь вообразить, что находится за пределами вселенной. Если вселенная содержит в себе все сущее, то в чем находится она сама? Сегодня мы знаем (ученые нам сообщили), что видимая вселенная создает пространство и время в процессе своего расширения, то есть она сама нигде не находится. Но подобные описания порождают слишком много новых вопросов, куда более тревожных, нежели тот, первый, на который мы надеялись получить ответ. Так что мы быстренько засовываем вселенную в дальний ящик и начинаем думать о чем-нибудь другом.

Нам не нравится думать о вселенной, потому что нас пугают ее огромность и всеохватность. В масштабе вселенной мы сокращаемся до песчинки, и очень сложно не начать сравнивать. Пойди отмахнись от вселенной, когда ее так много! “Эта бессмысленная громада угрожает поглотить духовные устремления, превратив их в кошмар абсурда, — писал англо-германский ученый Эдвард Конзе (1904-1979). — Колоссальное количество материи, которое мы ощущаем вокруг в сравнении с крохотной дрожащей искоркой духовного озарения внутри нас, высказывается, очевидно, в пользу материалистического взгляда на мир”. Мы знаем, что обречены в соревновании со вселенной.

Столь же сильно пугает и идея полного отсутствия, или идея “ничто”. Не так давно каждый из нас был ничем, а потом стал чем-то. Неудивительно, что у детей бывают кошмары. “Нечто” нашего существования должно сделать невозможным “ничто”, предшествовавшее жизни, хотя мы знаем, что, по наблюдению короля Лира, “ничто родит ничто”. И все-таки в ежедневном исчезновении и чудесном возрождении нашего “я”, которое засыпает и просыпается, нам вспоминается полное небытие, из которого мы все возникли.

“Что будет, когда я умру?” Ребенок довольно скоро задает этот вопрос, который мы, взрослые, привычно откладываем в сторону. Даже “материальная девушка” материального мира не удовольствовалась бы описанием физических процессов разрушения, и в то же время материальный ответ на такой (впрочем, как и на побей другой) вопрос приведет к одному и тому же. Из какого материала создан мир и откуда он взялся? Размышлять о вселенной значит задавать детские вопросы, о которых мы давно забыли: что есть все сущее? что есть ничто?

По-видимому, все дети начинают как многообещающие ученые — они безбоязненно идут но следу и задают вопросы до изнеможения (правда, чаще всего это родительское изнеможение). Любопытство толкает детей спрашивать почему, почему и опять почему, надеясь достичь какого-то конечного пункта, как вселенная в конце нашего космического адреса — финального ответа, после которого уже не будет никаких новых “почему”.

“Почему существует нечто, а не ничто?” — спрашивал немецкий философ Готфрид Лейбниц (1646-1716): любое описание вселенной должно непременно иметь в виду этот вопрос. На вопросы “почему” наука пытается давать ответы “как”, раскрывая взаимосвязь происходящего в мире. Но все ответы “как” опять приводят к тому же финальному вопросу, только теперь вместо “почему существует нечто, а не ничто?” ученые спрашивают: “Как нечто получилось из ничего?” Чтобы объяснить вездесущность вселенной, нужно также объяснить ее небытие, из которого она, по всей видимости, появилась. Но как выглядело вещество, из которого сделан наш мир, когда этого самого мира еще нет, что могло превратить ничто в нечто, а затем нечто в то, что мы зовем вселенной?

В течение сотен лет с тех пор, как само слово “вселенная” начало хоть что-то означать, наука последовательно погружалась в исследование того, что находится Там, — того, что мы подразумеваем под вселенной. Следовало бы ожидать, что никто лучше ученых не ответит на вопрос, где наше место — между пустотой и всем сущим.

Увы, ответы ученых часто разочаровывают.

“Наука многое узнала об устройстве мира и о нашем месте в нем. Большинство открытий не дают нам поводов для гордости, — пишет Николас Бострем, директор Института будущего человечества при Оксфордском университете. — Земля не является центром Вселенной. Наш вид произошел от животных. Мы сами сделаны из грязи. Нами руководят нейрофизиологические импульсы, и мы находимся в зависимости от ряда биологических, физиологических и социальных факторов, которые мало от нас зависят, и даже наше понимание их недостаточно”.

“Наше истинное положение, — по словам американского физика Армана Дельсемма, — в изоляции посреди бескрайней и загадочной вселенной”.

Одни в океане, без намека на смысл: неудивительно, что мы, не будучи учеными, предпочитаем остаться дома и смотреть телевизор, или читать “Мидлмарч”, или заниматься прочими домашними делами. Если это и есть научный взгляд на вселенную, то мы без него обойдемся. Такое описание только вновь пробуждает тошнотворные экзистенциальные страхи, которые нас не тревожили с детства. Или у вас не было этих страхов? Некоторые мои друзья говорят, что вообще никогда не задумывались о вселенной. А я все-таки не могу избавиться от ощущения, что это вытеснение из сознания, а не отсутствие интереса. Кому же хочется услышать о своей никчемности в огромной, бесцельной и равнодушной вселенной? А однажды приняв этот факт, сложно не обвинить науку в его обнаружении. Суровые научные утверждения практически невозможно отрицать. Следовательно, легче просто не думать и о самой науке, чтобы не услышать что-нибудь столь же неопровержимое, сколь и неприятное для нас: волн не существует; разум — это просто свойство мозга; богов нет; единственная реальность — материальная реальность; любое знание, отличающееся от научного, не просто бесполезно — это вообще не знание.

Наука убеждает нас, что вселенная имеет очень мало общего с тем личным опытом, который определяет нас как людей. Мы оказываемся в оппозиции ко вселенной, которая в лучшем случае равнодушна к тем качествам, что делают нас людьми, и это наводит некоторых из нас на мысль, без которой мы предпочли бы обойтись: быть человеком — значит, по сути, быть отделенным от источника своего происхождения.

Находиться в мире с вселенной непросто. Английский математик Фрэнк Рамсей (1903-1930) нашел способ приспособиться к вселенной путем адаптации идеи размера: “В отличие от некоторых моих друзей, я придаю мало значения физическим размерам. Я не ощущаю себя скромной букашкой перед величием небес. Звезды могут быть огромны, но они лишены способности думать или любить, а эти свойства впечатляют меня гораздо больше, нежели размеры. Моя картина мира имеет перспективу. На переднем плане находятся люди, а звезды — размером с трехпенсовые монетки». Современный астроном Алан Дресслер придерживается сходной стратегии: “Если бы наши глаза были чувствительны к сложному и тонкому и не замечали мощного и огромного, мир превзошел бы сиянием ценлую звездную галактику”.

Изображение вселенной в человеческом масштабе может напомнить нам о живописи до открытия перспективы, когда использовались разные иерархии размеров. В живописи до Возрождения иерархия базировалась на относительной духовной величине, так что, например, Дева Мария значительно превосходила размерами святых, которые, в свою очередь, были больше коленопреклоненного жертвователя, который, собственно, и заказывал картину. Для Рамсея измерением всего является человечество, а не духовное, то есть буквально физическое мерило. Но это не очень помогает, если мы, даже оставив в стороне страхи и экзистенциальное головокружение, не способны уйти от мысли, что наука может измерить и сосчитать всю вселенную. Нам слишком легко убедить самих себя в том, что наука сводит наши жизни к файлам и каталожным карточкам, как какой-то тоталитарный режим, для которого собственные граждане — лишь цифры статистики, так они наиболее покорны.

Но есть и другая сторона. Полвека назад английский астроном и физик Фред Хойл (1915-2001) отметил — предположу, что с раздражением — забавный факт “Хотя многие ученые заявляют, что сторонятся религии, она на самом деле занимает их мысли сильнее, чем это происходит у духовенства”. Конечно, большинство заметных ученых прошлого были верующими людьми. Недавний опрос показал, что сегодня около половины ученых так или иначе верят в некоего личного бога, а другой опрос сообщает, что только тридцать из ста опрошенных физиков верят в существование параллельных вселенных. “Я хотел бы знать, как Бог создал мир, — сказал однажды Эйнштейн. — Мне не интересен тот или иной феномен, спектр того или иного элемента. Мне интересны Его мысли. Остальное — детали”.

Даже такие убежденные материалисты, как английский физик-теоретик Стивен Хокинг (1942) и американский физик Стивен Вайнберг (1933), позволяют себе размышлять о возможной природе Бога (в которого они не верят). Хокинг утверждает, что мы можем приблизиться к пониманию Божьего разума, а Вайнберг беспристрастно констатирует, что “наука не делает невозможной веру в Бога. Она лишь допускает возможность неверия”.

Наука атеистична, лишь когда пытается объяснить Природу, не прибегая к сверхъестественному. В научном свете Природа может быть загадочной, но не может быть мистической. Ученые же, напротив, вовсе не обязательно должны быть атеистами, да и агностицизм вполне может сочетаться с духовными устремлениями. Если когда-нибудь наука объяснит все, то боги умрут. Но случится ли это когда-либо? Хокинг объявил, что «мы, возможно, подошли к концу своих поисков окончательных законов природы”, но еще совсем не понятно, так ли это на самом деле. В конце XIX века аналогичное заявление сделал американский физик Альберт Майкельсон (1852-1931): “Весьма похоже, что основная часть великих основополагающих принципов твердо установлена и дальнейшие успехи могут достигаться на пути последовательного применения этих принципов ко всем явлениям, попадающим в поле нашего наблюдения”. Он ошибся чуть сильнее, чем полностью. Один из наиболее плодотворных периодов за всю историю науки только начинался. Может быть, вселенная тонко подшучивает над нами, обнаруживая все больше тайн по мере постепенного раскрытия наукой одного ее секрета за другим.

Как бы то ни было, мы можем выступать с позиции агностика по отношению к самой науке впервые до сих пор, как наука приучила нас быть агностиками по отношению почти ко всему на свете. “Ваш торжествующий клич о новом открытии будет встречен всеобщим воплем ужаса”, — произносит Галилей в пьесе “Жизнь Галилея” немецкого драматурга Бертольда Брехта (1898-1956). “Какова цена знания?” — задаемся мы вопросом по мере того, как наука строит наш современный мир и одновременно подталкивает его к разрушению. Иногда даже сама определенность неопределенности, научно установленная, выглядит догмой. Я почему-то уверен, что эта неопределенность, которую ученые так настойчиво нам предлагают принять, совсем не та, что имел в виду поэт Китс, когда писал о подлинном мастере, который “предается сомнениям, неуверенности, догадкам, не гоняясь нудным образом за фактами и не придерживаясь трезвой рассудительности”; свойство, именуемое им негативной способностью. Подозреваю, что сходным образом меня пугает и неуемный оптимизм некоторых ученых, которые видят в научном прогрессе путь к восстановлению всего разрушенного и испорченного. Где пределы неограниченного научного оптимизма и веры в неограниченный научный прогресс?

Научный метод, как капитализм, всегда находится в поисках новых территорий для эксплуатации. Как предсказывал Маркс, капитализм закончится, когда не останется рынков. Сейчас возникают самые большие рынки за всю историю цивилизации, и конца капитализму, кажется, не предвидится. Но наука обгоняет капитализм. Мы начали понимать, что, возможно, Земле осталось не так много, по крайней мере в качестве гостеприимного места проживания. Беспокоиться нечего, говорят гуру научного материализма, доверьтесь нам, мы точно знаем — ну, почти наверняка, — что, когда мы завоюем космос, мы найдем много других мест для заселения. А если вдруг нет, мы создадим новое место с нуля.

Следует отметить, что под рассуждениями о миграции человечества нет особой почвы — такие далекие путешествия крайне умозрительны, говорить о них попросту ненаучно, учитывая пределы нашего текущего понимания законов природы. Вероятно, чем глубже мы будем познавать устройство вселенной, тем больше будет обнаруживаться причин нашему пребыванию именно здесь, у себя дома. Оставив в стороне мечты научной фантастики и научной теории (спекулятивной настолько, что она вполне способна сойти за фантастику), реалистично будет предположить, что мы вряд ли когда-либо сможем выбраться за пределы Солнечной системы, а скорее всего, и того меньше. Человечество не ступало на Луну в течение целого поколения, а мы только начали отдавать себе отчет в том, что даже такие короткие космические прыжки могут вызывать весьма ощутимые психологические травмы. Совсем неясно, во что нам предстоит развиться, чтобы научиться жить где-то помимо Земли, — в какую-то рукотворную постчеловеческую форму жизни? Может быть, наши организмы специально настроены на жизнь на Земле, и подобное знание могло бы подтолкнуть нас лучше заботиться о своей планете. В 2006 году Стивен Хокинг писал, что главная надежда на выживание человечества заключается в том, чтобы оставить Землю и пуститься на поиски нового дома. Может быть, не худо было бы иметь и запасной план на случай, если этот не сработает.

Мне хочется знать, что в этой вселенной меня притягивает, а что отталкивает, а также что притягивает и отталкивает в той методологии, которая эту вселенную описывает. Меня привлекают в науке ее могущество, красота, тайна и призыв жить в неопределенности. Меня отталкивают, опять же, ее мощь, нигилизм и самодовольная материальная уверенность. Вероятно, эти диаметральные противоположности могли бы сойтись в какой-то точке, если бы я понял, чем же ученые занимаются, когда занимаются наукой.

В школе взаимосвязь между наукой и природой (вселенной за нашим порогом) толком никогда не выявлялась. Я даже не уверен, что когда-либо связывал то, что происходило в школьной лаборатории, с природной средой, нас окружающей. На физике мир вокруг моделировался подшипниками и электроприборами (где же их можно встретить в лесах и горах?), на химии мы изучали реакции между химикатами, практически никогда не встречающимися под открытым небом. На уроках биологии, предназначенных для изучения живого мира, чаще всего изучались специально умерщвленные существа. Наука силой принуждала упирающийся мир к подчинению. Кроме всего прочего, была еще и математика, но как она вписывалась в все это? Я слышал, будто она — царица наук, но что это означало? Каким-то образом я уяснил, что вся наука опирается на математику, но никто из математиков, считавших свою науку слишком величественной для лаборатории, не распространялся на эту тему.

Мой школьный научный опыт был достаточно травматичным, чтобы я почувствовал себя аутсайдером, но все же не настолько, чтобы полностью погасить мой интерес к предмету науки. Ощутить себя вне науки несложно. Даже ученых можно извинить за такие чувства. Давно миновали те дни, когда “человек мог иметь дело с законами мироздания у себя в мастерской позади конюшни”. Космические обсерватории и ускорители частиц, которые стоят миллиарды долларов и строятся годами, немало сделали для расширения и демократизации науки. Математика всегда была отдельным клубом для своих, но даже этот клуб сейчас рассыпался на маленькие независимые группы. Некоторые математические доказательства требуют нескольких лет проверок, а понимают их лишь создатели доказательства да еще горстка математиков, как раз вовлеченных в процесс проверки. Если уж сами ученые могут ощущать себя невовлеченными, что говорить о нас, несчастных ошарашенных зеваках, таращащихся сквозь мутное стекло?

В школе у меня обнаружился талант к математике — либо врожденный, либо взращённый усилиями математички мисс Черч. Вероятно, и то и другое. Мисс Черч буквально вытащила это из меня — она занималась настоящим воспитанием в противоположность тому, что ошибочно принимают за обучение и что, наоборот, загоняет информацию внутрь.

В общем, в университете у меня была математика, и мне быстро стало понятно, что я ничего в ней не добьюсь. “Нормально” в математике — это примерно то же самое, что “нормально” в гастрономии или “нормально” в исполнительском мастерстве: гигантская пропасть между любителем и профессионалом. Действительно одаренные люди начинают там, где любители выходят из игры. Хорошее блюдо может быть результатом скрупулезного следования рецепту, но где берутся новые рецепты? Хоть я и мог когда-то вывести эйнштейновские релятивистские уравнения или доказать теорему Геделя с нуля, я не понимал, что делаю, когда словно заклинания повторял проницательные догадки о природе сущего. Несмотря на многолетнее образование, я нисколько не приблизился к пониманию того, что же делают ученые, когда занимаются наукой. Отчасти проблема заключается в том, что большинство ученых вполне счастливы делать то, что делают, не задаваясь лишними вопросами. Философские загадки их не интересуют, их ответом будет остроумное высказывание Ричарда Фейнмана (1918-1988) — “Заткнитесь и считайте!”. Ученые — прагматики. Если все работает, то философские размышления совершенно излишни. Американский физик-теоретик Ли Смолин (1955) пошел даже дальше, провозгласив, что “мы в науке стремимся к объективной картине мира, незагроможденной философскими или теологическими предрассудками”. Но наука не может быть отделена от философии и теологии, словно между ней и другими формами познания бежит отравленная река. Исторически наука произошла от философии и космологии, а то, что знает наука сейчас, — это современная история возникновения мироздания. Ровно в этой реке я и хотел бы находиться.

Я вернулся в университет за последним, как выяснилось, глотком формального образования — курсом истории и философии науки, начавшимся как докторантура, но вскоре сократившимся до одного года. Моим самым ярким воспоминанием стало замечание заведующего кафедрой, которое я запомнил отчасти из-за того, что он сразу же от него отрекся, а отчасти потому, что у меня это связалось с моим постоянным ощущением своего маргинального положения в мире. Завкафедрой стал размышлять, каково это — учить игре на фортепиано, зная только о двух физических переменных: скорости и силе нажатия на клавиши. На секунду задумавшись, он предположил, что хватило бы одной переменной, силы, поскольку действие механизма фортепиано ограничено. Мое сердце забилось от предчувствия интересного, здесь можно было перекинуть мостик через реку. “Но мы что-то углубились в эстетику”, — заключил профессор и сменил тему разговора. В конце года я забрал диплом и не слишком умудренным попал в большой мир.

Мне повезло за последние двадцать лет встретить и опубликовать нескольких наиболее проницательных из современных авторов. Некоторые из них пишут о науке, другие — о переживаниях человеческого сердца. Так что долгое время я был счастлив тому месту между двумя мирами, которое я для себя нашел.

Как и для многих, кто пришел к писательству поздно, главным толчком для меня стал кризис. Независимо от природы этого кризиса результатом его стало четкое осознание: либо я продолжу и дальше искать того, кто напишет книгу, которую я хотел бы прочесть, либо я напишу ее сам. При этом в положении аутсайдера может обнаружиться даже определенное преимущество.

Способен ли дилетант разобраться в научном описании мира? Полагаю, что да. Мы не чувствуем такой отдаленности от других видов доступного человеку познания. Мы можем понимать или не понимать современное искусство, но по меньшей мере мы чувствуем свое право высказывать мнение. На новейшие научные теории уже нельзя ответить “я дома сделаю лучше”, но мы бы охотнее высказывались, скажем, по поводу Большого адронного коллайдера, если бы знали, что такое ускорители и зачем они нужны. Мы могли бы даже иметь право на мнение, если принять во внимание стоимость коллайдера и его значение для современной физики. Разумеется, подобную информацию можно отыскать в специальных журналах и в определенных разделах некоторых газет, но мой воображаемый читатель чувствует себя там тоже не слишком уютно. Этот читатель мечтает пуститься в путешествие по вселенной, но не знает, откуда начать, не говоря о том, куда этот путь приведет. У него нет даже моего скромного научного багажа, но ему, как и мне, хочется узнать, чем занимается наука; как и мне, ему хочется узнать, что наука может рассказать об окружающем нас мире, невзирая на то что это знание способно причинить и неприятные ощущения. Ученые веками смело всматривались во вселенную, будучи вооружены лишь часами и линейкой. Поэтому, видимо, безумие часто и ассоциируется со столь бесстрашными приключениями. С этими магическими амулетами в руках и мы можем проследовать по той же дороге, не слишком осторожничая, но и не поддаваясь безумию и уверенно следуя максиме Т. С. Элиота: “Только тот, кто рискует отправиться в дальний путь, может осознать пределы своих возможностей”.

26 степеней отдаления

Человек есть мера всех вещей существующих, что они существуют, и не существующих, что они не существуют.

Раз мы хотим определить наше место во вселенной, нам нужно узнать, что и где в ней имеется. Ученые измеряют предметы линейкой, вооружимся ею и мы. Посмотрим, что нам удастся обнаружить, а если от размеров вселенной у нас закружится голова — что ж, по крайней мере мы поймем, в каком месте нас начало мутить.

Мы продвигались бы чересчур медленно, если бы измеряли вселенную метрами. От такой обстоятельности можно быстро заскучать. Мы можем двигаться дальше и быстрее, если каждый шаг будет умножаться десятикратно — ученые называют это порядком. Все между метром и десятью метрами — это один порядок, и это наш первый шаг. Следующий шаг (и следующий порядок) — от 10 до 100 м и т. д. Так мы быстро отыщем те адреса, которые искали в детстве, когда и сами были не сильно выше нашей метровой линейки.

1 – 10 м (10 0 – 10 1 м)

Все люди примерно одинакового роста. Джон Китс был ростом 1,54 м, Горацио Нельсон и Мэрилин Монро — 1,65 м. Стивен Кинг имеет такой же рост, какой был у Оскара Уайльда, — 1,9 м. В XVIII и XIX веках американцы европейского происхождения были в среднем самыми высокими людьми на свете. Сейчас самыми высокими считаются жители Боснии и Герцеговины, а также Черногории, где средняя высота мужчины составляет 186 см. Следом идут голландцы — 185 см. В конце XIX века голландцы считались низкорослыми. За последние две тысячи лет самые низкорослые лондонцы жили во времена королевы Виктории, самые высокие — во времена саксов.

Гиганты и лилипуты могут достигать редких крайних значений высоты, отклоняясь до 20% от среднего. Самым высоким человеком был американец Роберт Вадлоу (1918-1940) с ростом 2,72 м.

В основном в нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с объектами размером от 1 до 10 м, все крупные сухопутные животные не выходят за эти рамки. Взрослые жираф обычно достигают высоты от 4,8 до 5,5 м. Самый высокий зафиксированный случай — 5,87 м.

10 – 100 м (10 1 – 10 2 м)

Колонна Нельсона (включая 5,5-метровую статую Нельсона) имеет 51,659 м в высоту (169 футов и 5З/4 дюйма). До 2006 года считалось, что ее высота составляет 185 футов. Никому не приходило в голову измерить.

100 – 1000 м (10 2 – 10 3 м)

С трудом дотягивается до этого диапазона красное дерево — самое высокое растение, высотой 112,51 м, обнаруженное в 2006 году. Некоторые ротанговые пальмы (род Daemonorops ) растут как вьющиеся растения и могут достигать в длину более 200 м.

Дети любят забираться повыше и обозревать окрестности. У взрослых тоже сохраняется эта тяга. Люди всегда строили здания, высота которых ограничивалась только возможностями строителей (и законами физики). Примерно в 2600 году до н. э. розовая пирамида Снофру (Египет) была самой высокой рукотворной постройкой в мире. Другая египетская пирамида, Великая пирамида в Гизе, построенная около 2570 года до н. э., насчитывает 146 м (481 фут) в высоту и оставалась самой высокой существующей постройкой в мире, пока в 1311 году не был закончен Линкольнский собор, который возвышается на 160 м (525 футов). Несколько веков соборы соревновались друг с другом за пальму первенства. Кельнский собор (строился с 1248 по 1880 год) был самым высоким зданием в мире между 1880 и 1884 годами. Следующие пять лет первенство держал мемориал Вашингтона со своими 169 м (555 футов), пока в 1889 не была закончена Эйфелева башня, высота которой составила 300,65 м или 312,27 м вместе с флагштоком.

На короткий промежуток времени небоскреб по адресу Уолл-стрит, 40 стал высочайшим зданием — 282,5 м (927 футов). Его построили за 11 месяцев, но еще до конца стройки вперед вырвался небоскреб “Крайслер”. Втайне достроенный шпиль прибавил “Крайслеру” высоты, которая составила 319 м (1047 футов). Уолтер Крайслер владел самым высоким зданием в мире не больше года. Титул перешел к Эмпайр Стейт Билдинг в 1931 году — 381 м (1250 футов).

Сегодня самой высокой башней в мире является “Бурдж Дубай” в Дубае. В сентябре 2007 она достигла отметки 555,3 м, превысив высоту Си-Эн-Тауэр в Торонто на два метра. Башня была закончена в 2010 году, ее высота составила 828 м.

1 – 10 км (10 3 – 10 4 м)

На местности средней холмистости горизонт находится на расстоянии нескольких километров. Горизонт устанавливает предел возможностям невооруженного глаза, так же как длина руки или шага определяет пределы перемещения нашего тела в пространстве.

Если смотреть вдаль на равнине или в море, при среднем росте смотрящего максимальная удаленность горизонта составит около 5 км (примерно 3 мили) — следствие размеров нашей сферической планеты. Мы видим гораздо дальше, если впереди видны горы. Самая высокая гора в мире — Эверест, 8850 м.

Самая глубокая шахта, золотая шахта Тау-Тона (что означает “Большой лев”), находится в Южной Африке — ее глубина 3,6 км.

Толщина земной коры под океанским дном составляет от 5 до 7 км.

10 – 100 км (10 4 – 10 5 м)

Хотя самое высокое здание на свете не выше одного километра, теоретически из современных материалов можно выстроить башню высотой 18 км.

Самая глубокая точка Тихого океана находится на отметке 11034 м ниже уровня моря.

Многие дети принимаются рыть ямки в надежде докопаться до другого конца Земли. Глубочайшая яма, вырытая когда-либо человеком, была глубиной 12262 м. Этот проект начался 24 мая 1970 года на Кольском полуострове (Россия), недалеко от норвежской границы. Самая глубокая скважина была вырыта в 1989 году. Бурение остановили в 1992 году, когда стало ясно, что при температуре под 3000°C невозможно остановить плавление самого бура.

Толщина земной коры под континентами составляет в среднем 34 км, а максимальные значения достигают 80-90 км.

Самые высокие облака имеют сине-серебристый цвет и обычно образуются в летние месяцы на высоте около 80 тыс. м над полюсами, хотя в последние годы их число выросло и их наблюдали даже в штате Юта.

В США астронавтом называют любого, кто поднимался на высоту более 80,5 км над поверхностью Земли.

У земной атмосферы нет четкой границы, она просто бесконечно утоньшается. Тем не менее 3/4 атмосферной массы содержатся ниже отметки 11 км от поверхности Земли. В практических целях границей атмосферы считается линия Кармана, названная в честь американского инженера венгерского происхождения Теодора фон Кармана (1881-1963), который обнаружил, что на стокилометровой отметке с трудом достигается подъемный эффект крыла.

Когда Земля проходит сквозь облако пыли и мелких обломков — обычно такой мусор остается после комет, — эти частицы разного размера попадают в верхние слои атмосферы. Трение, возникающее в процессе столкновения, мы наблюдаем в виде падающих звезд. Персеиды, или метеоритный дождь, называемый также “слезами св. Лоуренса”, последние 2 тыс. лет каждый август наблюдается в северном полушарии. Каждый год сотни тонн мелких пылевых частиц просто оседают на поверхность Земли из открытого космоса. Более крупные куски материи, достигающие поверхности планеты, называются метеоритами.

100 – 1000 км (10 5 – 10 6 м)

Военные спутники обращаются вокруг Земли на расстоянии 500 км и могут разглядеть на поверхности объекты длиной в 20 см.

В 1990 году был запущен телескоп “Хаббл”. Он располагается над атмосферой Земли, на высоте 600 км. Информация, собранная этим телескопом за ночь, удваивает число известных звезд в нашей галактике — Млечном пути.

1 тыс. – 10 тыс. км (10 6 – 10 7 м)

47 искусственных спутников вращаются на орбитах между 2 тыс. и 35800 км от поверхности планеты, попадая тем самым в оба диапазона — в этот и в следующий. Они называются спутниками средних околоземных орбит. Самый известный из таких спутников — вероятно, первый коммуникационный спутник “Телстар”, запущенный в 1962 году. Сначала он должен был передать приветствие президента Кеннеди, но тот не успел подготовиться, так что пришлось передавать часть игры высшей бейсбольной лиги между “Филадельфия Филлиз” и “Чикаго Кабс”. “Телстар” прекратил вещание в 1963 году, но до сих пор находится на орбите.

Длина Великой китайской стены — около 4 тыс. км. Расстояние до центра Земли — 6370 км. Самая длинная река на свете — Нил, протянувшийся на 6695 км.

10 тыс. – 100 тыс. км (10 7 – 10 8 м)

Ее одно следствие проживания на планете нашего размера: мы никогда не сможем оказаться дальше чем па 19 тыс. км от дома. Если, конечно, не будем ходить кругами или возвращаться длинной дорогой.

Так называемая Голубая жемчужина — фотография Земли, сделанная с высоты 28 тыс. км с “Аполлона-17” в 1972 году, — еще одно изображение, сильно подтолкнувшее энвайронменталистов.

Сегодня на отметке 35786 км и выше вращается 351 искусственный спутник. Это спутники высоких околоземных орбит.

100 тыс. – 1 млн км (10 8 – 10 9 м)

Vela 1А — пример спутника высокой околоземной орбиты. Его запустили в 1963 году, через три дня после подписания договора о запрещении ядерных испытаний, и он был предназначен для обнаружения ядерных взрывов из космоса. Он вращается на орбите чуть больше 100 тыс. км над поверхностью Земли.

Нам остается только покинуть Землю, оставив позади привычные небольшие (в масштабах вселенной) размеры земных объектов. Пришло время выйти за пределы атмосферы, дальше искусственных спутников, и поискать ближайший крупный объект.

Луна, естественный спутник Земли, находится на среднем расстоянии в 384399 км от нас, то есть около четверти миллиона миль. Самая удаленная от Земли точка ее орбиты — 403696 км, самая близкая — 363104 км. Луна освещается Солнцем, как и все в Солнечной системе, поскольку Солнце — звезда, а собственным светом светят только звезды. Луна — второй по яркости объект после Солнца, но то, что мы видим и называем лунным светом, на самом деле лишь отраженный свет Солнца. Луна — самый яркий объект ночного неба, но даже во время полнолуния ее свет уступает по интенсивности солнечному в 500 тыс. раз: он такой слабый, что мы не можем различать цвета. В ясную ночь, когда Луна висит в небе серпом, можно наблюдать солнечный свет, отражаемый обратно к Луне. В такие ночи помимо яркого серпа видны темные очертания всей остальной Луны. Яркий серп — это часть Луны, освещенная Солнцем, а темный контур — Луна, освещенная отраженным светом с Земли. Леонардо да Винчи (1452—1519) первым объяснил это природное явление правильным образом.

1 млн – 10 млн км (10 9 – 10 10 м)

Межзвездное пространство не зря называется именно так. Нужно очень постараться, чтобы встретить в этой зоне что-либо, кроме случайного метеорита или редкого пролетающего астероида. Пространство, однако, вовсе не пустует — излучение и отдельные атомы есть везде.

10 млн – 100 млн км (10 10 – 10 11 м)

Солнце освещает планеты Солнечной системы. Ближайший яркий объект на небе после Луны — Венера, чья видимая яркость довольно низка для ее размера и удаленности от Земли. В ближайшей точке Венера находится в 40 млн км от нас.

100 млн – 1000 млн км (10 11 – 10 12 м)

В среднем Солнце находится на расстоянии 1$о млн км от нас. Среднее расстояние между Солнцем и Землей называется астрономической единицей (а. е.) — это удобная единица измерения, которую астрономы используют для обозначения расстояний внутри Солнечной системы и ее окрестностей. 99,9% материи всей Солнечной системы — это Солнце, поэтому гравитационное воздействие планет на Солнце ничтожно по сравнению с воздействием Солнца на них. Мы обычно говорим, что планеты вращаются вокруг Солнца, но лучше говорить аккуратнее — что они кружат вокруг общего центра масс. Учитывая превосходящую массу Солнца, этот центр масс располагается очень близко к центру самого Солнца.

Хотя мы почти не обратили внимания на Венеру на предыдущем шаге, ее орбита простирается в пределах настоящего диапазона. В среднем орбита Венеры слегка заходит за отметку 100 млн км от нас. Марс и Меркурий сходным образом колеблются между предыдущим и настоящим диапазонами — это зависит оттого, с какой стороны Солнца они оказываются по отношению к Земле.

И здесь нам следует притормозить и задуматься — разумно ли вообще отсчитывать дистанцию до столь далеких от Земли объектов? Солнце заявляет себя центром Солнечной системы по той простой причине, что оно сконцентрировало в себе практически всю се массу (хотя в целом оно весьма неплотно — средняя плотность составляет примерно 1,5 от плотности воды, что означает очень большой его радиус, около 1,4 млн км в поперечнике). Мы можем продолжать измерять расстояния от Земли, но некоторая искусственность такого подхода будет становиться все более заметной. Вселенная проявляет себя как пространство, где материя находится в движении, и, если мы посмотрим на материю и на то, как она двигается, мы заметим, что движение планет соотносится с Солнцем (а вовсе не с Землей). Меркурий находится на ближайшей к Солнцу орбите, следом идет Венера, третья планета — Земля, затем — Марс. Вместе они составляют земную группу планет.

Пояс астероидов — это полоса каменистого мусора, оставшегося со времен возникновения планет. Он отделяет планеты с видимой поверхностью от газообразных планет и охватывает пространство, располагающееся в диапазоне от 270 до 675 млн км от Солнца (или от 1,8 до 4,5 а. е.). Астероиды разнятся в размерах — от пылинки до карликовой планеты Цереры (950 км в диаметре). Там есть еще три крупных осколка, примерно 400 км в диаметре каждый, вместе они составляют основную массу пояса. Слоановский цифровой обзор неба (SDSS), который начал учет небесных объектов в 2000 году, пока что зафиксировал боо тыс. астероидов в поясе. Предполагается, что к 2017 году SDSS сфотографирует уже миллион астероидов.

В настоящий момент зафиксировано 800 так называемых потенциально опасных астероидов. Полагают, что есть еще около 200. По специальному мандату Конгресса США НАСА каталогизирует все околоземные объекты (то есть все, что пересекает земную орбиту, и не только астероиды) более 1 км в поперечнике. Астероид 1940DA, 1 км в поперечнике, может столкнуться с Землей 16 марта 2880 года.

Первая (и самая крупная) газообразная планета, которая нам встречается, — Юпитер. Его масса в два раза превышает остальные планеты вместе взятые. Среднее расстояние его от Солнца составляет чуть больше 778 млн км (около 5 а. е.). Юпитер видится нам четвертым по яркости объектом на небе после Солнца, Луны и Венеры.

1 млрд – 10 млрд км (10 12 – 10 13 м)

Сатурн — шестая планета, если считать от Солнца, и вторая по величине после Юпитера. В среднем он находится на расстоянии чуть большем, чем 1,4 млрд км от Солнца. Мы так далеко углубились в космос, что наши измерения все равно попадают в один диапазон — меряем ли мы от Солнца или от Земли. Расстояние от Сатурна до Земли составляет в среднем немного меньше чем 1,4 млрд км.

Уран — седьмая планета, она находится на расстоянии 2,8 млрд км от нас. Это третья планета по размерам и четвертая по массе. Ее открыли достаточно недавно — 13 марта 1781 года английский астроном Уильям Гершель обнаружил, что объект, считавшийся до того звездой, явно имеет совсем другие свойства. Сперва он принял Уран за комету, но в 1783 году стало ясно, что открыта новая планета. Это открытие впервые в новой истории расширило пределы Солнечной системы, а Хершель получил за него пожизненную пенсию в 200 фунтов годовых от короля Георга III.

Нептун — восьмая планета по удаленности от Солнца, четвертая по размерам и третья по массе. Он находится на расстоянии примерно в 4,5 млрд км от Солнца.

Мы видим благодаря тому, что предметы отражают солнечный свет, но мы можем также “увидеть” гравитационное воздействие одного тела на другое. В самом начале XIX века было замечено, что орбита Урана испытывает искажение, как будто на нее воздействовало какое-то массивное, но невидимое тело. Это наблюдение и привело к открытию Нептуна. Наука часто действует таким методом: предсказание о существовании какого-то объекта направляет ученых на его поиски. Если предсказание справедливо, значит, ученые имеют хорошие шансы вытащить этот объект на свет и как следует его рассмотреть.

Поскольку свет и тяготение являются нашими главными методами наблюдения за тем, что есть в космосе, это наводит на мысль о возможной связи между ними. Что это за связь — на данный вопрос отвечают история современной физики и наша книга.

Уран и Нептун отличаются от прочих газовых планет большим количеством льда, потому что там холоднее, отсюда их название — ледяные гиганты.

Все объекты Солнечной системы, расположенные за орбитой Нептуна, называются транснептуновыми. Плутон, некогда считавшийся самой маленькой планетой Солнечной системы, теперь перешел в разряд транснептуновых объектов вместе с Хароном, который числился луной Плутона, пока тот был планетой. Открытый в 1930 году Плутон перестал быть планетой в августе 2006-го, когда его понизили в статусе до карлика и присвоили номер 134340. Это было похоже на астрономический эквивалент отправки нерадивого ученика на последнюю парту. Когда писалась эта глава, статья о Плутоне на “Википедии” была закрыта из-за вандализма. По всей видимости, предпринимались попытки восстановления его планетарного статуса. Статус Плутона был подорван обнаружением Эриды — транснептунового объекта размером больше Плутона.

Многие транснептуновые объекты располагаются в зоне пояса Койпера, который простирается от Нептуна на расстояние примерно 7,5 млрд км (50 а. е.). В поясе Койпера находится около 35 тыс. малых тел Солнечной системы более 100 км в поперечнике. Все кометы с короткими орбитами живут здесь же, хотя с учетом их расстояния от Солнца слово “короткий” очень относительно. Например, есть комета Галлея, которая возвращается каждые 75 или 76 лет. Кометы состоят из льда и пыли. Некоторые, как и комета Галлея, обладают вытянутыми орбитами, которые приводят их близко к Солнцу. В такие моменты, вырываясь из холодных глубин Солнечной системы, кометы подставляют свой ледяной панцирь под солнечный жар, и лед плавится. Мы с Земли видим это, называя увиденное хвостом, но на самом деле это пар, образующийся перед кометой в результате воздействия частиц, испускаемых Солнцем (так называемый солнечный ветер).

Считается, что обитатели пояса Койпера остались неизменными с самых первых дней возникновения Солнечной системы, что делает эти кометы ценнейшими объектами для исследования. Wild 2 — первоначально принадлежала поясу Койпера, но потом, во времена, когда Солнечная система была моложе и подвижнее, передвинулась на более близкую к Солнцу орбиту под воздействием какого-то большого небесного тела. Это сделало ее особенно интересным объектом для исследования, поскольку до нее теперь проще добраться. Состав кометы должен сообщить нам много интересного о раннем периоде существования Солнечной системы.

10 млрд – 100 млрд км (10 13 – 10 14 м)

Солнечный ветер выталкивает межзвездный газ (водород и гелий, оставшиеся с самого зарождения вселенной), создавая огромный пузырь с радиусом большим, чем расстояние до Седны. Иногда по границам этого пузыря определяют пределы Солнечной системы. Его внешняя граница, проходящая там, где ветер недостаточно силен, чтобы вытолкнуть газ, окружена турбулентностью и называется гелиопаузой (в честь Гелия, греческого бога Солнца).

Самый далекий от нас и самый быстрый рукотворный объект во вселенной приближается к этой зоне турбулентности. “Вояджер-1” начал свой путь за пределы Солнечной системы в 2004 году. Он чуть дальше Седны, в 14,4 млрд км от Солнца, хотя это “чуть” весьма относительно. “Вояджер-1” сейчас отстоит от Седны на шестикратную дистанцию между Солнцем и Землей. Он покинул Землю в 1977 году, чтобы отправиться к Юпитеру и Сатурну.

100 млрд – 1000 млрд км (10 14 – 10 15 м)

Мы пересекаем еще более далекое царство пустоты. Или оно только кажется таковым, потому что мы не можем там ничего разглядеть. Солнце — единственный фонарь в Солнечной системе, поэтому мы видим только то, что попало в круг его света. Чтобы найти другие источники света, нам нужно идти дальше по улице, к другим звездам. Солнце — имя нашей звезды, но это лишь одна из многочисленных звезд, светящихся тел вселенной.

Мы различаем другие солнца (и скопления солнц, называемые галактиками) лучше, чем видим границы собственной Солнечной системы. В определенном смысле мы меньше знаем о Солнечной системе, особенно о ее самых отдаленных уголках, чем о вселенной в целом. Одной из проблем является свет — как освещать эти зоны Солнечной системы, если единственный источник света — Солнце? А на таком расстоянии его свет слабеет. Там может быть много объектов, даже довольно крупных, которые мы просто не можем увидеть, поскольку они не отражают достаточно солнечного света, чтобы быть видимыми, и находятся слишком далеко, чтобы проявиться гравитационно.

Высказывалось предположение, что сильная вытянутость орбиты Седны доказывает наличие темного двойника Солнца. Дело в том, что при образовании звезд наблюдается тенденция к парному образованию — или группами по три. В этом смысле одинокое Солнце было бы достаточно необычным явлением (хотя и не уникальным). Но если Солнце в действительности образует двойную систему, как нам объяснить тот факт, что мы ни разу не видели звезду-напарника? Предполагалось, что мы на самом деле наблюдали ее воздействие — некоторые далекие планеты смещались на более близкие орбиты. Но это небольшое гравитационное воздействие нельзя признать достаточным для того, чтобы предположение перешло в ранг теории.

1 тыс. – 10 тыс. млрд км (10 15 – 10 16 м)

На самой периферии Солнечной системы, на расстоянии, в 50 тыс. раз превосходящем дистанцию от Земли до Солнца, и в тысячу раз дальше, чем самые далекие планеты, на границе солнечного тяготения располагается облако Оорта — или по меньшей мере такова рабочая гипотеза. Прямых доказательств его существования не обнаружено, но в 1950 году голландский астроном Ян Оорт обнаружил, что ни одна комета не появляется из межзвездного пространства, или, иными словами, нет комет, чьи орбиты были бы шире, чем зона солнечной гравитации.

Облако Оорта считается местом обитания комет с длинными орбитами. Их там, вероятно, более миллиарда или даже триллиона (тысячи миллиардов). Предположительно, этот район назван облаком из-за обилия комет. Но кометы так далеки друг от друга и так рассеяны, что слово “облако” скорее сбивает с толку. Любопытно, что облако Оорта населяют объекты, которые раньше были ближе к Солнцу, чем кометы пояса Койпера (расположенного ближе к центру системы). Облако Оорта содержит легкие (и невидимые нам) тела, которые были вытянуты массивными газовыми планетами па более далекие орбиты. Ослабевающее гравитационное поле Солнца и планет еле-еле удерживает их на этих огромных расстояниях. За последние 300 лет было зафиксировано 500 таких длинноорбитных комет.

Как и объекты пояса Койпера, тела, составляющие облако Оорта, не менялись с момента возникновения Солнечной системы.

Есть вероятность, что в этой зоне вокруг Солнца кружит его невидимый двойник. Это темное солнце не обладает достаточной плотностью, чтобы самому испускать свет. Так сложилось, что гравитационная граница Солнечной системы чуть-чуть недотягивает до отметки в 1 световой год. 1016 м — это очень близко к световому году, то есть расстоянию, преодолеваемому светом за год. При текущей скорости 0,006% от скорости света “Вояджер-1” пересечет эту границу примерно через тысячу лет.

Если бы Солнце было единственным массивным телом во вселенной, мы наблюдали бы, как его притяжение распространяется бесконечно, постоянно убывая. На практике на этих расстояниях и по мере того, как мы входим в зону воздействия других массивных тел, сила притяжения Солнца сходит на нет. Световой год — это привычная единица измерения пространства, хотя по звучанию она напоминает единицу времени. Романтичность такого названия намекает на связь пространства и времени, природа которой нам станет яснее в дальнейшем. Когда мы бросаем взгляд в сторону гравитационного края Солнечной системы (которого мы как раз видеть не можем), мы смотрим на целый год назад.

Среднее расстояние между звездами в нашей галактике составляет 3,3 световых года — немногим меньше, чем дистанция между нашим Солнцем и Проксимой Центавра.

10 – 100 световых лет (10 17 – 10 18 м)

Следующие по дальности звездные системы располагаются на отметках 10,32; 10,52; 10,74; 10,92; 11,27; 11,40 светового года и так далее. В гигантской пространственной сфере радиусом 16,31 светового года, окружающей Солнце, на сегодняшний день насчитывается 50 звездных систем. Этот список не окончателен — без сомнения, в ближних окрестностях есть еще не обнаруженные звезды. Исследовательская программа по каталогизации всех близлежащих звездных систем насчитывает 2029 систем в сфере радиусом 32,6 светового года. Эти звезды находятся на самых разных стадиях жизненного цикла. Звезда с массой около 0,5 массы Солнца к концу активного цикла многократно увеличивается. Ее внешние слои рассеиваются, звезда выглядит невероятно огромной. В этой фазе она называется красным гигантом. С нашим собственным солнцем такого не случится еще 5 млрд лет. Арктур — красный гигант на расстоянии 36,7 светового года от нас. Хотя его масса и не превышает полуторной массы Солнца, мощь его излучения превосходит солнечное в 180 раз, что для нас делает Арктур третьей по яркости звездой на небосводе.

51 Пегаса — звезда на расстоянии 50,1 светового года от нас. Это первая зафиксированная в истории человечества солнечная система, отличная от нашей. 51 Пегаса сходна с Солнцем (хотя и немного старше), вокруг нее вращается как минимум одна планета. После открытия этой планеты в 1995 году было открыто около 300 так называемых экзопланет. Теперь считается, что каждая четырнадцатая звезда является центром собственной солнечной системы. Ипсилон Андромеды — тройная звезда, расположенная на расстоянии 44 световых лет от нас, вокруг ее главной звезды обращается несколько планет.

Другой красный гигант — Альдебаран (также известный как Альфа Тельца) — в 65 световых годах от нас. Его диам в 38 раз превышает солнечный, и он в 150 раз ярче. Альдебаран виден с Земли как четырнадцатая по яркости звезда на небосклоне. Акрукс (самая яркая звезда созвездия Южный Крест) — красный гигант в 88 световых годах от Солнца.

Чтобы добраться до этих огромных небесных тел, нам следовало бы отправиться в самых разных направлениях. Мы различаем возможные путешествия между собой, соотнося их с созвездиями на ночном небе Земли. Созвездия — это произвольно выбранные наборы звезд, которые получали разные имена в разных культурах в разное время истории. К примеру, когда мы сегодня говорим, что 51 Пегаса находится в созвездии Пегаса, мы имеем в виду, что могли бы добраться до этой звезды, если бы отправились в направлении кусочка неба, где когда-то наши предки различили очертания крылатого коня. Альдебаран находится в созвездии Тельца, что подразумевает его расположение примерно в том направлении, где древние увидели на небе быка. Созвездия — это компасы, и, как всякий компас, они нам ничего не говорят о дистанции до объекта, на который указывают. Сами созвездия состоят из нескольких ярких объектов, которые могут находиться на весьма и весьма различных расстояниях. Эти странные компасы сами состоят из тех объектов, на которые указывают. Странно и то, что они постоянно изменяются: ведь в течение больших периодов времени (больших, нежели насчитывает история человечества) картина звездного неба менялась. С нашей, человеческой точки зрения, звезды неподвижны, но в действительности они движутся, а нам кажутся неподвижными лишь из-за того, что находятся так далеко. Мы движемся в разных ритмах.

Постепенно материя вокруг ядра звезды рассеется, и, возможно, ядро взорвется, превратившись в сверхновую. На этот счет нет единого мнения, но, если Бетельгейзе станет сверхновой, в течение нескольких месяцев звезда будет сиять так ярко, как Луна. Некоторые ученые полагают, что это уже случилось, просто мы еще не успели об этом узнать. Свет от взорвавшейся звезды будет идти до нас 427 лет.

1 тыс. – 10 тыс. световых лет (10 19 – 10 20 м)

Туманность Ориона, или М42, — разреженное облако пыли и газа в 1500 световых годах от Солнца, тысячи звезд сформировались там из остатков взрыва, когда звезды предыдущего поколения превратились в сверхновые. Туманность насчитывает 30 световых лет в поперечнике и является ближайшей к нашей галактике звездообразующей формацией.

“М42” означает “объект Мессье №42”. Шарль Мессье — французский астроном XIX века, который занимался описанием и каталогизацией звездного неба. Его каталог, где небесным телам присвоены метки от M1 до М103, с семью позднейшими дополнениями используют по сей день.

Большие супергиганты называются гипергигантами. Звезда VY Большого Пса — это гипергигант в 5 тыс. световых лет от нас. Она в два раза больше Бетельгейзе (и в 1800-2100 раз больше Солнца), что делает ее самой большой (хотя и не самой массивной) из известных нам звезд.

Крабовидная туманность находится на расстоянии 6300 световых лет от нас. В отличие от туманности Ориона, это облако образовалось в результате взрыва одной-единственной звезды. В 1054 году ее впервые наблюдали китайские и арабские астрономы, она была самым ярким объектом на звездном небе. В момент взрыва сверхновая превосходит по яркости свою галактику в течение нескольких недель и излучает больше энергии, чем Солнце сможет выбросить за всю свою жизнь, то есть за 10 млрд лет. Сегодня мы наблюдаем эту сверхновую как облако 6 световых лет в поперечнике, названное Крабовидной туманностью третим графом Россом, Уильямом Парсонсом. В 1844 году он зарисовал свои наблюдения, полученные с помощью телескопа, и набросок получился похожим на краба. В 1848 году он опять наблюдал туманность, уже в больший телескоп, и понял, что сходство не так велико, но название прижилось. В 1968 году в центре туманности была обнаружена нейтронная звезда — оставшийся после взрыва сверхновой крайне плотный сгусток материи всего 30 км в поперечнике. Нейтронная звезда в основном состоит из плотно упакованных нейтронов — элементарных частиц, входящих в атомные ядра. Кусочек такого вещества размером с кубик сахара весит 100 млн тонн. Эта нейтронная звезда делает 30 оборотов в секунду вокруг своей оси и излучает радиацию во всех частях спектра — от радиоволн до гамма-излучения. Вращающаяся нейтронная звезда называется пульсаром, и нейтронная звезда Крабовидной туманности стала первым наблюдаемым пульсаром в истории. Пульсары обладают самым сильным магнитным полем во вселенной, примерно в 100 млрд раз сильнее, чем поле Земли.

До сих пор до конца не понятно, почему газовое облако, окружающее звезду в центре туманности Бумеранг, имеет такую низкую температуру. Похоже, оксид углерода выделяется звездой каким-то особенным образом, действуя как очень холодный ветер, который остужает все вокруг. Сама туманность была открыта в 1998 году космическим телескопом “Хаббл”.

10 тыс. – 100 тыс. световых лет (10 20 – 10 21 м)

SN1604, или сверхновая Кеплера, была впервые замечена 9 октября 1604 года. Она названа в честь великого немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571-1630), который в это время находился в Праге. Он был не самым первым наблюдателем этой звезды, но все же в числе первых и опубликовал о ней целую работу. Она находится в 13 тыс. световых лет от нас и на данный момент является последней зафиксированной сверхновой в нашей галактике. Когда звезду впервые стали наблюдать, она светила с яркостью Венеры в течение нескольких недель. Яркий свет, отмеченный наблюдателями в Праге, прошел 13 тыс. световых лет, прежде чем достиг их. Свету Венеры требуется всего лишь несколько минут, чтобы достичь Земли. Мы смотрим на ночное небо и, записывая то, что видим, склонны считать, что зафиксировали момент, некоторое “сейчас”. Но это “сейчас” состоит из множества “сейчас”, наложившихся друг на друга и сложившихся в некое целое, воспринимаемое нами как отражение определенного события жизни вселенной. Где во вселенной находится “сейчас”, ничуть не понятнее того, где ее центр.

Карликовая галактика в Большом Псе, содержащая миллиард звезд (что для галактики немного), является ближайшей из соседних галактик. Она была открыта лишь недавно, в ноябре 2003 года. Иногда бывает трудно рассмотреть то, что находится (с поправкой на астрономию, конечно) прямо у нас перед глазами. Сложно вычислить форму и состав нашей собственной галактики (которую мы назвали Млечным путем), поскольку мы находимся внутри и не имеем возможности взглянуть со стороны. Сходная проблема есть и со вселенной, только сложнее — взгляд извне возможен, пожалуй, только в нашем воображении.

Галактика в Большом Псе отстоит от гравитационного центра Млечного пути на 42 тыс. световых лет, но находится всего в 25 тыс. световых лет от Солнечной системы. И теперь мы должны решить, что является нашим домом, нашей стартовой отметкой — Солнечная система или наша галактика. Мы смещаем центр от Солнца (гравитационного центра Солнечной системы) к гравитационному центру Млечного пути по одной простой и весомой причине — физически доказано, что звезды нашей галактики обращаются вокруг се гравитационного центра.

Когда мы начинаем рассматривать вселенную как систему массивных объектов, движущихся относительно друг друга, становится ясно, что у Солнца более заметная позиция в Солнечной системе, чем у нашей Земли. Теперь, следуя иерархии размеров, мы передаем эстафету центру вселенной. Мы могли бы описать устройство Млечного пути и расположение близлежащих галактик с точки зрения Солнечной системы, но гораздо более изящным образом оно описывается через обращение вокруг общих гравитационных центров все больших и больших структур. Планеты вращаются вокруг солнца, солнце вращается вокруг гравитационного центра галактики. Мы начинаем понимать, что наше путешествие в космос — это обнаружение ряда структур, каждая из которых больше предыдущей.

Типичная галактика имеет около 10 тыс. световых лет в поперечнике, хотя именно наш Млечный путь в 8-10 раз больше среднего. Карликовые галактики, которые гравитационно цепляются к более крупным, как сделала галактика Большого Пса по отношению к нашей, могут быть шириной всего в несколько десятков световых лет.

Считается, что Солнечную систему отделяют от центра Млечного пути 26 тыс. световых лет. Эта оценка менялась за последние годы сильно изменилась, уменьшившись от первоначальной цифры в 35 тыс. световых лет. Не только наша Земля не является центром Солнечной системы, но и сама система находится вовсе не в центре галактики. По сути, мы даже ближе к галактике — спутнику Большого Пса, нежели к центру собственной галактики.

Впрочем, если учесть, что в центре нашей галактики расположена черная дыра по имени Альфа Стрельца, может быть, и неплохо, что мы от него на некотором удалении. Тайна возникновения и существования черных дыр придала им некую романтическую загадочность. Черные дыры являются такими плотными сгустками материи, что даже свет не может оттуда выбраться, — это такая нейтронная звезда, только еще плотнее. Хорошо известный пример: ракета должна достигнуть определенной скорости, чтобы покинуть ноле притяжения Земли, — скорости убегания (она же вторая космическая скорость). Свет движется так быстро (с максимально возможной скоростью, согласно сегодняшнему пониманию законов природы), что для того, чтобы скорость убегания от данного космического тела превышала скорость света, это тело должно обладать невероятной массой (а гравитационное поле, соответственно, должно быть невероятно сильным). Черные дыры именно таковы. Свет не может преодолеть их притяжение.

Альфа Стрельца, чье существование было наконец признано научным сообществом в 1996 году, превосходит массой Солнце в 3 млн раз. Сегодня принято считать, что в центре большинства (если не всех) галактик находится черная дыра.

Оценка количества звезд в Млечном пути колеблется между 200 и 400 млрд. Если большинство из них меньше Солнца, как, в общем-то, считается, то верхняя оценка выглядит более правдоподобной. Наша галактика представляет собой вращающийся плоский диск 100 тыс. световых лет в поперечнике, состоящий из спиралеобразных скоплений звезд, пыли и газа, окруженных большой и не слишком плотно населенной сферой из звезд, называемой гало. Спиральные рукава создают рисунок той же формы, что мы наблюдаем на ракушке моллюска наутилуса или у циклона. Он состоит из четырех основных рукавов: рукав Персея, Стрельца (никак не связан с черной дырой Стрелец А), Центавра и Лебедя. Солнечная система расположена на внутреннем крае рукава Ориона — небольшого рукава, помещающегося между внешним рукавом Персея и внутренним рукавом Стрельца. Орион даже, возможно, просто отросток рукава Персея. Внутри этих спиральных газовых рукавов, с небольшой плотностью населенных молодыми звездами наподобие нашего солнца (звезды популяции I), происходит основное звездоформирование Млечного пути.

В центре этого диска находится утолщение (балдж) около 10 тыс. световых лет шириной и 3 тыс. световых лет толщиной с высокой концентрацией звезд. Поперек центрального утолщения располагается продолговатое звездное образование шириной около 27 тыс. световых лет. Этот “брусок” был открыт в 2005 году, в основном он состоит из старых звезд — либо красных гигантов, либо маленьких тусклых звезд, красных карликов.

Спиральный диск нашей галактики окружен огромной сферой, гало, более чем 200 тыс. световых лет в диаметре, которое переводит нас в следующий диапазон. Гало состоит из старейших звезд галактики, некоторые из них объединились в шаровые скопления. В этих районах уже не происходит формирования новых звезд. Во всем Млечном пути насчитывается порядка 150 шаровых скоплений, но предполагают, что может обнаружиться еще пара десятков. Каждое скопление содержит сотни тысяч старейших звезд галактики, звезд популяции II (старые звезды были сформированы немного иначе, нежели новые вроде нашего солнца). Скопления вращаются вокруг центра галактики на огромных, более 100 тыс. световых лет, расстояниях.

Несколько карликовых галактик — например, галактика в Большом Псе — примкнули к нашей, то есть они не являются гравитационно независимыми. Самая большая из них — Большое Магелланово Облако, оно видимо только в южном полушарии, свое имя получило в честь португальского исследователя Фернана Магеллана (1480-1521). Он наблюдал облако во время знаменитого путешествия 1519 года, когда европейцы впервые пересекли Тихий океан в направлении на Запад. Большое Магелланово Облако также наблюдал итальянский первооткрыватель Америго Веспуччи (1454-1512) несколькими годами ранее. На сотни лет раньше это явление обнаружил персидский астроном Абд-ар-Рахман ас-Суфи и написал об этом в своей “Книге неподвижных звезд” (около 964 года), где он называет облако Белым Буйволом. Большое Магелланово Облако находится на расстоянии в 179 тыс. световых лет от центра, его населяют около 10 млрд звезд. Оно составляет примерно половину ширины от средней галактики (или 5% от диаметра нашей нетипично широкой галактики).

Облаку, хотя оно и оказалось привязано к нашей галактике, предстоит быть поглощенным Андромедой — ближайшей галактикой, гравитационно не зависимой от нас. Карликовая галактика в Большом Псе, напротив, будет присоединена к Млечному пути.

24 февраля 1987 года в Большом Магеллановом Облаке вспыхнула сверхновая звезда. Это самая близкая к нам зафиксированная сверхновая со времен сверхновой Кеплера, вспыхнувшей в 1604 году.

Существует также и Малое Магелланово Облако — карликовая галактика с менее чем миллиардом звезд. Она находится на расстоянии 210 тыс. световых лет от нас.

Возможно, как раз сейчас настал подходящий момент, чтобы отметить: вселенная, описываемая до сих пор, представляет культурный интерес местного значения. У инопланетян были бы собственные достопримечательности, среди которых Большое Магелланово Облако, скорее всего, просто не числилось бы.

1 млн – 10 млн световых лет (10 22 – 10 23 м)

Галактика Барнарда — еще одна карликовая галактика, привязанная к нам гравитацией, — находится на расстоянии 1,6 млн световых лет от нас. Ее диаметр — 200 световых лет. Одна из самых легко наблюдаемых в телескоп галактик, галактика Барнарда была открыта в 1881 году, хотя в то время и не квалифицировалась как галактика. До 20-х годов XX столетия считалось, что есть только одна галактика и что вся вселенная — это Млечный путь.

В 2,5 млн световых лет от нас мы наблюдаем Андромеду — ближайшую крупную галактику-соседку. Она в два раза превышает размеры нашей и имеет 14 галактик-спутников, обе наши галактики нетипично велики. Андромеда, как и Млечный путь, спиральная. Не все галактики устроены так же, некоторые имеют форму эллипса, располагаясь на шкале от Е0 до E8 ( Е0 — наиболее круглые, Е8 — наиболее вытянутые). Галактика, которую нельзя отнести ни к спиральным, ни к эллиптическим, попадает в разряд неправильных. До сих пор неизвестно, каким образом формировались старые эллиптические и неправильные галактики, возможно, они — результат столкновения спиральных галактик.

Андромеда (она же М31, то есть объект каталога Мессье под номером 31) — тот самый далекий объект, который мы можем наблюдать невооруженным глазом: она выглядит как тусклая звезда.

10 млн — 100 млн световых лет (10 23 – 10 24 м)

Сила тяжести тянет галактики друг к другу точно так же, как она сдерживает планеты около солнца или притягивает яблоки к земле. Млечный путь принадлежит к небольшому кластеру гравитационно-связанных галактик, называемому Местной группой. Ее поперечник — около 10 млн световых лет, она состоит примерно из 40 галактик, некоторые из них совсем маленькие — как карликовая в Большом Псе, галактика Барнарда или карликовая эллиптическая в Стрельце. Самыми большими галактиками в группе являются Андромеда и Млечный путь, затем, поотстав, идет галактика Треугольника. Млечный путь располагается не в центре Местной группы, а на ее краю.

Хотя про Млечный путь и Андромеду принято говорить, что они гравитационно независимые, это не совсем так. Судьба карликовых галактик предрешена: они будут поглощены и разорваны на части своими превосходящими хозяевами. Судьба Андромеды и Млечного пути тоже определена, но для этого нужно заглянуть в будущее. Эти две массивные галактики, вращаясь вокруг общего гравитационного центра, похожи на двух борцов, кружащих друг вокруг друга. Через 3 млрд лет они столкнутся, и этот процесс столкновения займет еще несколько миллиардов лет, пока их черные дыры не объединятся, чтобы образовать суперогромную черную дыру в центре новой сверхгалактики.

Ближайшее к нам скопление галактик — это скопление Девы, находящееся на расстоянии 60 млн световых лет от центра Местной группы. Оно настолько велико — в него входят 2500 галактик, — что притягивает Местную группу к себе.

В процессе этого путешествия центр Млечного пути уступил место центру Местной группы, который, в свой черед, уступил место гравитационному центру между Местной группой и скоплением Девы. Охота за центром вселенной продолжается.

100 млн – 1 млрд световых лет (10 24 – 10 25 м)

Галактические скопления, такие как Местная группа н скопление Девы, вместе образуют сверхскопления, то есть скопления скоплений галактик. Местная группа входит в сверхскопление Девы (не путать со скоплением Девы), которое состоит из 2500 ярких галактик — тех, которые мы можем видеть, но вообще-то их может быть больше. В сверхскопление Девы входит около сотни галактических скоплений, его размер — 200 млн световых лет. Местная группа находится на внешнем краю сверхскопления, а скопление Девы по причине своего размера и гравитации оказалось в центре. Мы, и это становится понятнее, всегда находимся в стороне от центра, не считая того, что “мы” включает в себя все больше и больше.

Ближайшим к нам сверхскоплением является сверхскопление Гидры-Центавра в 100-200 млн световых лет. Сверхскопление Волосы Вероники, еще один сосед, — в 300 млн световых лет. Всего же насчитывают около 10 млн сверхскоплений во вселенной и ни одной самостоятельной, не вошедшей ни в одно сверхскопление галактики.

Сверхскопление Волосы Вероники расположено в центре открытой в 1989 году Великой Стены — второй по величине структуры из обнаруженных во вселенной. Это полоса галактических сверхскоплений, которая находится на расстоянии около 200 млн лет от нас и насчитывает около 600 млн, если не больше, световых лет в длину. Ее ширина — 300 млн световых лет, а толщина — всего 15 млн.

1 млрд – 10 млрд световых лет (10 25 – 10 26 м)

Самая крупная структура во вселенной называется Великой Стеной Слоана, она была обнаружена 20 октября 2003 года в данных, собранных Слоановским цифровым обзор неба. Структура находится на расстоянии в миллиард световых лет от нас, а ее протяженность — почти 1,5 млрд световых лет. Потребовалось бы расположить друг за другом 250 000 000 000 000 000 экземпляров Великой китайской стены, чтобы покрыть это расстояние.

За первые пять лет деятельности Слоановского цифрового обзора неба было сфотографировано 200 млн небесных тел. К 2020 году планируется сфотографировать 20 млрд.

Более 10 млрд световых лет (более 10 26 м)

Самые далекие объекты, доступные нашему наблюдению, — это квазары. Некоторые из них находятся на расстоянии 13 млрд световых лет и даже дальше. Это самые старые из известных объектов во вселенной, некоторые из них очень массивные и яркие и превосходят по яркости триллионы звезд. Квазар (от англ, quasi-stellar radio source — квазизвездный радиоисточник) — это гало из материи, окружающей черную дыру и поглощаемой ею. До тех пор пока поблизости есть материя, то есть до тех пор, пока в пределах ее гравитационного поля ничего не останется, черная дыра будет расти в размерах. В то время, когда на этой активной стадии квазара идет поглощение материи, он ярко светит. По сути квазары — это черные дыры, поглощающие материю, именно по этой причине они не только не черные, но и весьма яркие. Великой китайской стены, чтобы покрыть это расстояние.

За первые пять лет деятельности Слоановского цифрового обзора неба было сфотографировано 200 млн небесных тел. К 2020 году планируется сфотографировать 20 млрд.

Более 10 млрд световых лет (более 10 26 м)

Самые далекие объекты, доступные нашему наблюдению, — это квазары. Некоторые из них находятся на расстоянии 13 млрд световых лет и даже дальше. Это самые старые из известных объектов во вселенной, некоторые из них очень массивные и яркие и превосходят по яркости триллионы звезд. Квазар (от англ, quasi-stellar radio source — квазизвездный радиоисточник) — это гало из материи, окружающей черную дыру и поглощаемой ею. До тех пор пока поблизости есть материя, то есть до тех пор, пока в пределах ее гравитационного поля ничего не останется, черная дыра будет расти в размерах. В то время, когда на этой активной стадии квазара идет поглощение материи, он ярко светит. По сути квазары — это черные дыры, поглощающие материю, именно по этой причине они не только не черные, но и весьма яркие.

Такова наша вселенная: 30-50 млрд трлн (3 х 10 22 – 5 х 10 22 ) звезд, организованных в 80-140 млрд галактик. Эти миллиарды галактик, в свою очередь, собираются в скопления, сверхскопления и цепочки сверхскоплений (как Великая стена). Сегодняшний развитой ребенок мог бы записать свой адрес так: Земля, Солнечная система, рукав Ориона, Млечный путь, Местная группа, сверхскопление Девы. Однако можно ли сказать, что мы куда-то продвинулись? Как нам интерпретировать собственное присутствие среди этих звездных структур? И если это самые большие структуры во вселенной, что находится за их пределами? Мы приблизились к краю вселенной, при этом совершенно не представляя себе, как у нее вообще может быть край. Так что не время останавливаться.

Мера за меру

В первоначальном взгляде человека на мир, который мы наблюдаем у примитивных народов, пространство и время являются очень условными величинами. Они стали «жесткими» концепциями только в ходе ментального развития человека, в основном благодаря введению единиц измерения.

Карл-Густав Юнг, “Синхрония”, пер. О. Чистякова и С. Удовик

Очевидно, ученые не отправлялись измерять вселенную с линейками наперевес. Человечество только- только сделало первый шажок в космическое пространство. Все, что мы знаем о вселенной, пришло к нам извне. Это не мы отправились вглубь вселенной, а сама вселенная пришла к нам — в форме света.

Мы верим, что вселенная такова, какой мы ее описываем, потому что мы верим своим средствам измерения и описания, а также благодаря нашей вере в то, что реальность “там” совпадает с реальностью, которую мы наблюдаем на Земле. Мы верим в научный метод. Но что есть научный метод и что мы в действительности делаем, когда производим измерения?

С незапамятных времен человечество пыталось измерить время и пространство. Мы видим мир сконструированным из отдельных предметов, как-то связанных во времени и пространстве, но при этом движущихся. Это наша отправная точка: не то, что мы хотим выяснить о мире, а то, каким он, как мы считаем, безусловно является. Восточного типа мышление утверждает, что верно обратное: вещей вообще не существует, только нераздельное единство цельных явлений, — но такое восприятие реальности труднодостижимо и встречается примерно столь же часто, как будды. Наш естественный ответ миру не таков. Мы абсолютно уверены — так же как в собственном существовании (еще одна иллюзия, сообщают нам философы и мистики), — что пространство простирается (и в нем имеются отдельные объекты), а время течет (позволяя предметам возникать в разных частях пространства). Большинство из нас — тех, кто борется за свое существование (и не имеет возможности на досуге рассматривать вероятность собственного несуществования), — излишне тяжеловесный внешний мир пригибает к земле, загоняя в рамки времени и пространства. Личность может быть плодом воображения, как утверждал шотландский философ XVIII века Дэвид Юм (1711-1776), а время и пространство — иллюзией, как доказывал его современник, немецкий философ Иммануил Кант (1721-1804), но жить в материальном мире — значит жить по правилу доктора Сэмюеля Джонсона: когда мы видим камень, мы знаем, что можем его пнуть.

Нас могут ошеломлять пространство и время, но попытки дать определение тому, что мы называем этими словами, вызывают куда больше проблем.

Мы можем предполагать, что человечество назначило себя отправной точкой для всех измерений. Мы можем видеть в этом эгоцентризм или приписать это простому факту: мы смотрим на мир отсюда, что, вероятно, может объяснять и наш естественный эгоцентризм. В таком случае не слишком удивительно, что километры, метры, сантиметры, а также мили, ярды и дюймы или другие старинные единицы измерения особенно удобны для использования на земле, поскольку и выбирались они из соотношения с человеческим телом и человеческими действиями в окружающем мире, где под миром мы подразумеваем Землю. Слово “фут” говорит само за себя. Происхождение “ярда” неизвестно, хотя, согласно популярной легенде, это длина между кончиком носа и большим пальцем английского короля Генриха I (1068-1135). Но с тем же успехом это может быть (а по некоторым источникам — на самом деле является) мерой талии или шага или просто двумя кубитами (старинная мера длины). Соответствующий египетский иероглиф изображал предплечье, что передает длину кубита — расстояние от локтя до середины ладони. Локоть, некогда бывший в ходу у портных, возник из часто использующегося расстояния от плеча до запястья. Причем английский, шотландский, фламандский и польский локти были разной длины.

Большинство единиц измерения создавались по человеческой мерке — именно поэтому мы легко определяем разницу в пару градусов, чувствуем ушными перепонками, когда давление меняется на несколько сотен миллиметров ртутного столба, легко поднимаем одной рукой несколько килограммов и так далее. Но на первых же измерениях появилась неразрешимая проблема. Как условиться, что мы используем одну меру для своих измерений? Сегодня проблема не сильно уменьшилась. Когда мы меряем протяженность, мы знаем, что такое метр, хотя просто взять и определить его нам не удастся. Дать определение метру — неразрешимая проблема, плотно связанная с нашей неспособностью дать определение времени и пространству.

Древние цивилизации, естественно, не использовали метров или ярдов, но проблемы у них были точно такие же. В Египте был найден кусок черного мрамора длиной в кубит, датируемый 2500 годом до н. э., что делает его самой древней известной мерой длины. Этот каменный кубит подтверждает, что существовало местное соглашение, как мерить длину, и выступает последней инстанцией в вопросе, что такое кубит. Аналогичным образом король Эдуард I (1239-1307) повелел всем английским городам иметь официальную меру, гак называемую палку с локоть, она же — пояс Ориона. Договорившись о мере, можно перейти от “Я нахожусь здесь, я — центр, я — мера всех вещей” к “Мы находимся здесь, мы — центр, мы — мера всех вещей”, что по меньшей мере является небольшим шагом от эгоцентризма.

Человечество не могло прийти к глобальной договоренности о мерах несколько тысяч лет. В разных культурах и нациях существовало бесконечное количество мер для разных субстанций — от золота до яблок. Англия не предпринимала попыток унификации мер вплоть до XIII века. До 1824 года там действовали три разных галлона — для эля, вина и зерна. В Америке и Англии до недавнего времени были разные дюймы, только в июле 1959 года все согласились на 2,54 см, хотя ни одна из этих стран еще не зашла так далеко, чтобы принять метрическую систему мер.

По крайней мере ученые достигли договоренности об использовании метра при измерении длины. Иногда об этом забывают, как случилось в 1998 году. Тогда Mars Climate Explorer врезался в поверхность планеты из-за того, что независимый источник передал НАСА информацию о расположении аппарата в милях вместо километров. Ошибка обошлась в 125 млн долларов.

Первую попытку определить метр сделали во Франции в 1793 году, когда метром назвали “одну десятимиллионную часть расстояния от Северного полюса до экватора по поверхности земного эллипсоида на долготе Парижа”. Даже самый далекий от науки читатель мог бы заподозрить в таком определении что-то неладное, на худой конец — что-то французское.

В последнее время наука пытается давать универсальные определения, которые работали бы во вселенной, а не только в нашем мире. Наука исходит из предположения, что наше местонахождение не играет роли: реальность, которую мы воспринимаем, одна и та же в любом месте. В древности все было иначе — реальность делилась на разные сферы. Земля и ее окрестности протяженностью до Луны (подлунный мир) жили по законам, отличавшимся от законов более далекого пространства. Современная наука исходит из предпосылки, что действительность едина и одинакова в любом месте. Ученые выдвигают императив — когда мы пытаемся описать вселенную посредством измерений, мы должны договориться, чем именно мы ее измеряем.

Эти “мы”, которые описывают вселенную, — странная компания. Мы, земляне, еще не забирались далеко от дома, мы не знаем, занимается ли еще кто-то во вселенной таким же описанием природы, но наука уверена, что существует универсальная перспектива. Это предполагает, что однажды люди смогут путешествовать по вселенной либо что во вселенной уже есть другие формы жизни — инопланетяне, способные к описанию окружающего их мира, — которые занялись тем же научным предприятием, что и земляне. Неудивительно, что ученых особенно интересуют инопланетяне и научная фантастика. Идея инопланетян почти столь же важна, как и их реальное существование. Ученые нуждаются в “другой” перспективе для устранения человеческой предвзятости.

Если существуют инопланетяне, которые меряют реальность палкой, то нам следует убедиться в том, что мы одинаково определяем длину. Если же такой договоренности нет, то всегда будет шанс получить в описаниях две совершенно разные реальности. И кто потом сможет сказать, какая из них настоящая?

Определение метра 1793 года, не говоря об универсальности, не является даже глобальным (от слова “глобус”) — здесь у парижан привилегированное положение. Пожалуй, мы смогли бы убедить всех обитателей вселенной использовать этот специальный кусочек парижского меридиана в качестве единицы измерения длины, только пустив в ход свой авторитет, то есть, видимо, путем войны.

Французская попытка провалилась, но по более приземленным причинам. Не взяли в расчет сплющенность Земли из-за ее вращения. Первый эталон метра, сделанный в 1874 году, получился короче на 0,22 мм. Это упущение указывает на более серьезную проблему: недостаточно было бы (тогда) взять в расчет сплющенность Земли, потому что она медленно изменяется с течением времени. Даже если бы мы чудом уговорили всех обитателей вселенной принять парижский эталон метра, он все равно не был бы универсальным во времени, хотя мог бы и стать таковым в пространстве.

Новый эталон был изготовлен в 1889 году, а новое определение метра появилось сперва в 1927-м, а потом еще одно — в 1960-м, когда метр был определен как число 1650763,74, умноженное на длину волны оранжевой линии спектра, излучаемого изотопом криптона в вакууме. Это определение, возможно, очень точное, вот только более произвольное и громоздкое определение сложно себе представить. Если мы и вправду верим, что вселенная изящно выкроена по неким законам (что и впрямь относится к вере в математику, поддерживающую все прочие научные построения), то вряд ли нас удовлетворит такое уродливое определение столь важного элемента, как мера пространства. С 1983 года метр определяется как расстояние, которое свет преодолевает в вакууме за 1/299792495 секунды, что вряд ли выглядит более убедительно. Но нельзя не признать, что последний вариант наконец может быть признан истинно универсальным.

В данный момент мы верим, что скорость света едина в любой точке вселенной; тем самым, вкладывая нашу веру в это постоянство, мы можем быть уверены, что, используя такую линейку, все, кто во вселенной что-либо измеряет, будут получать одинаковые результаты.

Предположительно внеземные формы жизни вряд ли выбрали метр единицей измерения, но если они достигли достаточного развития, чтобы установить универсальную постоянную скорости света, то мы всегда сможем договориться между собой (путем простого обоюдного перевода мер) о том, как выглядят наши вселенные, будучи подвергнуты измерениям.

Но и с этим определением есть свои проблемы. Недавно сама идея скорости света как константы была подвергнута сомнениям, что означает, что и этот эталон метра окажется проходным эпизодом. То есть действительность внеземных форм жизни, возможно, слегка отличается от нашей — либо по причине их большей развитости, либо из-за другого подхода.

И затруднения на этом не заканчиваются. Наш лучший эталон метра происходит из самых сложных научных понятий и открытий, которые, в свою очередь, базировались на старых определениях метра, вовсе не универсальных. Внутри определения метра обнаруживается вся наука и вся история науки. Мы оказываемся в ловушке. Философский (потому что бессмысленный, с точки зрения многих ученых) вопрос — насколько этот замкнутый круг реален или иллюзорен. Ученые- практики могут сказать, что научный прогресс заключается в постепенном уточнении измерений. А философ возразит, что наука сама определяет прогресс, и это не вызволяет нас из ловушки.

Ученые измеряют вселенную посредством линеек и часов. Сейчас мы определяем длину через время: метр — это расстояние, которое свет преодолеет за крошечную долю секунды. Так что, если мы хотим знать, что такое метр, нам следует хорошенько представлять себе, что такое секунда. Но то, что мы имеем в виду, говоря о времени, гораздо сложнее определить, чем то, что мы имеем в виду, говоря о пространстве. Время течет, но что именно течет? Один момент становится другим, но как? И что такое момент? Почему время течет только в одну сторону — в будущее? И вообще, линейно ли время? Его круговая природа иногда представляется даже более логичной теорией.

Греческий философ Гераклит (535-475 до н. э.) пытался определить время. Один из немногих дошедших до нас отрывков гласит: “На в потоки те же самые входящих натекают все новые воды”. Считается, что это высказывание относится к течению времени или течению существования и обычно переводится свободнее: “В одну и ту же реку нельзя войти дважды, это будет другая река и другой человек”. В любом случае Гераклит говорит, что, несмотря на смену воды, река остается неизменной; эта идея близка к его же фрагменту: “Ты в потоки те же самые дважды не войдешь”. Парменид, философ-досократик, живший в начале V века до н. э., полагал время иллюзией, а глубинную реальность — вечной и неизменной. Большинство греческих философов придерживались мнения, что время не создавалось, оно всегда было. Блаженный Августин (354-430 н. э.) считал время субъективным опытом: “Если никто меня об этом не спрашивает, я знаю, что такое время; если бы я захотел объяснить спрашивающему — нет, не знаю”. Немецкий философ Готфрид Лейбниц (1646-1716) полагал, что категории времени и пространства не имеют реального воплощения, являясь только средствами описания взаимосвязи между материальными объектами. Иммануил Кант описывал время как свойство мышления, которое позволяет управлять нашим восприятием окружающей действительности. Он скептически относился к идее мира, существующего во времени и пространстве, и нас самих, воспринимающих этот мир в ощущениях. В XX веке американский физик Джон Уиллер (1911-2008) определял время как нечто, “что не дает событиям происходить одновременно”. Каковы бы, однако, ни были философские соображения, ни одно из них не помогает ученому, которому нужно практическое определение времени, а не его описание.

Вероятно, впервые необходимость в измерении времени, что бы оно ни значило, возникла около 12 тыс. лет назад, когда человечество занялось земледелием. Сев и сбор урожая лучше всего производить в определенное время года. Для достижения большей эффективности в этой деятельности следует заранее знать, когда какой период наступит, для этого и был создан календарь.

Первые календари строились на астрономических явлениях. День — это время, за которое Земля делает оборот вокруг своей оси. Год — время, за которое Земля делает полный оборот вокруг Солнца. Нет никакого резона полагать, что дни и годы каким-то образом соответствуют друг другу, и это действительно не так. История календаря — это история об их прилаживании друг к другу, а также о встраивании в эту систему дополнительного усложнения в виде Луны. Луной сложно пренебрегать, принимая во внимание эффект приливов два раза в день и ежемесячные воздействия на биологические ритмы. Хотя все это — небесные явления (наши попытки определить метр были привязаны к Земле), но Луна и Солнце — предметы достаточно локальные (как нам скажет любой инопланетянин). Будучи учеными, мы стремимся найти ракурс, общий для землян и инопланетян. Ученые размышляют о мире, который можно увидеть “как он есть”, абстрагировавшись от нас, — тот же самый мир, который можно одинаково наблюдать любому наблюдателю из любой точки.

История календаря так же обусловлена культурой, как ранние попытки определения длины. Юлианский календарь просуществовал без изменений со времени появления (его ввел Юлий Цезарь в 46 году до н. э. в порядке реформы римского календаря), пока его не упорядочили 4 октября 1582 года по инициативе Папы Григория ХIII, и за этим днем сразу последовало 15 октября. Такая поправка требовалась для компенсации сдвига сезонов, который происходил уже несколько веков. Англия и Америка сопротивлялись григорианским нововведениям до 2 сентября 1752 года, Россия — до 1918 года. Точность григорианского календаря составляет 26 секунд в год, или 1 день каждые 3,323 года.

Ученые обращаются с временем как с пространством — считают его измерением, которое может делиться на маленькие части. Науке нужно, чтобы время текло равномерно. Без этого Ньютон (1643-1727) не смог бы сформулировать законы движения. Точный календарь также подразумевает такую природу времени: оно делится на куски — месяцы, дни, часы, минуты. Это было не всегда. В Европе до XIV века было распространено понятие дня в рамках от восхода солнца до его захода, и, соответственно, день делился на часы. В результате дневные и ночные часы оказывались разной протяженности, и это отличие увеличивалось с течением года. Ночные часы ощущались особенно длинными зимой, потому что они и в самом деле были длинными.

В Китае часы известны с VIII века, а в Европе механические часы появились в начале XIV века. Первые такие часы были огромными механизмами, которые размещались в церковных колокольнях. Эти часы используют анкерный механизм — устройство, которое постепенно и плавно переводит вращательную энергию взведенной пружины в колебательное движение маятника. Первые маятниковые часы были изобретены и запатентованы в 1656 году голландским ученым Христианом Гюйгенсом (1629-1695). Первым, кто изучил движение маятника, стал Галилей (1564-1642), это случилось в 1602 году. Галилей понял, что однообразные толчки маятника можно использовать для отсчета времени. С 1637 года он разрабатывал идею создания маятниковых часов, но умер прежде, чем смог воплотить идеи в реальность. Физическое движение маятника позволяет нам считать (независимо от того, как все обстоит на самом деле), что время течет гладко и может быть поделено на части, точно так же, как, мы полагаем, может быть поделено и измерено пространство. Возможно, маятник Галилея был основной причиной того, что научная революция произошла на Западе, а не на Востоке (хотя в эпоху Возрождения там и разворачивались дебаты о линейной или цикличной природе времени). В общих чертах на Востоке и в так называемых примитивных культурах история воспринималась как бесконечный замкнутый цикл. Даже сегодня в языках народа хопи и некоторых других коренных американских племен отсутствуют линейные временные конструкции. Впервые в Западном, а теперь и во всем мире время развернулось в линию, направленную прямо в будущее, — в линию, вдоль которой выстраиваются история и прогресс.

Маятниковое время отличается от небесного, что следует из цикличности сезонов. Собственно, в научных терминах небесное время не является линейным. Земля находится в наиболее удаленной точке от Солнца 4 июля, а в ближайшей — 3 января. Скорость Земли увеличивается по мере ее приближения к Солнцу, поэтому промежуток времени между двумя восходами изменяется. В небесном времяисчислении нет постоянной единицы времени, в отличие от маятникового исчисления, которое позволяет нам представить себе искусственную единицу (секунду), весьма отличающуюся от естественных мер времени (день или год).

Несмотря на это, первые попытки определить секунду относили ее к естественным временным периодам. Некогда секунда определялась как 1/86400 солнечного дня, это определение не было универсальным, а солнечный день сам по себе не был постоянен. Раньше Земля вращалась вокруг своей оси быстрее, и тот период, который мы сегодня называем днем, полмиллиарда лет назад длился на несколько часов меньше. Определение секунды оказывается обусловленным как исторически, так и культурно.

Было несколько разных определений секунды, пока в 1967 году не установилось окончательное: секунда определялась как 9192631770 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями квантового состояния атома цезия-133. Естественно, наше определение оказывается столь же условным, как и определение длины.

Когда мы производим измерения, мы, по всей видимости, не в состоянии отделить единицу измерений от нашей собственной природы. Что, впрочем, не очень беспокоит большинство ученых (“Заткнитесь и считайте!”): хотя мы и не слишком уверены в своих действиях, когда измеряем пространство и время, наука движется вперед и все равно измеряет. История науки — это история все более точных измерений, что, в свою очередь, позволяет все точнее определять единицы измерений. Научный метод имеет важное отличие от философской дилеммы: он работает. Когда мы говорим “работает”, мы имеем в виду то, чему являемся свидетелями, — окружающую нас технологическую реальность (мы называем ее прогрессом), в которой мы живем и которую считаем своим домом. Если идея прогресса есть иллюзия, разворачивающаяся на воображаемой оси времени, это, безусловно, очень устойчивая иллюзия, и имя ей — материализм.

На протяжении всей истории науки вселенная, которую описывали ученые, росла в размерах и возрасте. Хотя нам и кажется, что вселенная сводит наши единицы измерений к ничтожно малым величинам, нельзя быть уверенными, что секунда для вселенной не является очень долгим промежутком времени, а метр — очень большой длиной. Ученые пытаются дать универсальную картину мира, а не домашний вариант, исторически или культурно искаженный; соответственно, они стремятся заменить человеческий фактор чем-то более постоянным. Возможно ли это на самом деле — такой вопрос странным образом остается открытым. Убеждает другое: на научных измерениях (сводимых в конечном итоге к часам и линейке) строятся сложнейшие теории, описывающие многообразие явлений, присущих окружающей действительности. Поэтому наше внимание уже не так приковано к шатким основаниям, на которых выстроено это знание. Мы верим в существование электричества не потому, что знаем, что это такое, — на самом деле мы только догадываемся, — а потому, что его научное описание объясняет большое число разных явлений. Электричество вписывается в общую картину и не противоречит пониманию других явлений — скажем, магнетизма. Мы можем сплести целую описательную паутину, нити которой крепнут, будучи частью общей структуры, охватывающей все больше и больше материальной реальности.

Наука занимается систематическим измерением. Она измеряет вселенную и ее содержимое, а под измерением мы понимаем акт наблюдения за окружающим миром. Наука формализует наблюдение, то есть проводит эксперимент, который, что важно, может быть повторен. Научный эксперимент изолирует некий аспект реальности, наблюдает его и делает знание общедоступным. В принципе любой эксперимент может быть повторен. Хотя на практике это, возможно, труднодостижимо. На данный момент авторитет научного метода держится на доверии и системе экспертных оценок.

Объект научного исследования должен быть воспроизводим и доступен для измерения. План эксперимента предусматривает изоляцию объекта, отделение его от окружающей вселенной, чтобы его можно было измерить. Именно акт отделения превращает это нечто в измеримый объект.

Научный метод заключается в разделении, в делении мира на части и присваивании им имен в качестве первого шага к описанию взаимодействия этих частей между собой. Само слово “наука” ( science ) заимствовано из староанглийского sceans, то есть “разделять”, и из латинского sciens — “знающий”. Но верить в то, что наука сама делится, — значит смешивать методологию с ее объектом. Наука делит на части, чтобы лучше описать объединенную реальность. Части стыкуются друг с другом.

Некоторые явления сложно воспроизвести. Можно даже сказать, что крайне сложно воспроизвести большинство явлений. И ученые отвергают определенные явления как не заслуживающие научного исследования или не подходящие для него — те, которые нельзя изолировать и воспроизвести. Что, например, мы будем делать с причудами любви? Попадают ли подобные явления в отдельную сферу, не имеющую ничего общего с наукой и доступную только поэтам и мистикам, или же они дождутся когда-то материалистического описания? Писательница Хилари Мантел напоминает нам:

Весь наш опытный мир доступен нам субъективно, но это не значит, что мы не можем делать о нем справедливых выводов. Нам просто нужно различать измеряемые и неизмеряемые свойства, не отбраковывая последние как менее полезные. Мы можем проследить электрические импульсы сердца, но не импульсы любви и ненависти. И тем не менее кто может утверждать, что последние не играют в мире никакой роли? Кто не верит в то, что нельзя измерить и исчислить, ступает на шаткую почву: их внутренняя реальность грозит сильно разойтись с реальностью большинства их окружающих.

Любопытным образом один факт, который нам кажется известным, — достоверность нашего собственного существования — закрыт для научного исследования, поскольку по определению не является доступным для общественности. Если цель науки — выявление материалистичного описания всего на свете, то в конечном счете все формы знания должны будут каким-то образом слиться воедино. Тайна материалистичного описания перестанет отличаться от мистики поэтического описания. Либо же этим двум мирам суждено оставаться вечно отделенным друг от друга: “Мы чувствуем в одном мире, мыслим, наименовываем в другом, мы способны установить между двумя мирами соответствие, но неспособны заполнить разделяющее их расстояние.

Технология развивается, потому что теории, описывающие мир, становятся все более сложными, они объединяют больше и больше явлений в едином описании. А теория развивается, потому что мы используем все более сложный математический аппарат для ее создания. Это, возможно, самая большая загадки науки — почему природа описывается математически? Дальше обращаться не к кому: наша научная вера покоится на математике и той совокупности явлений, которую охватывает математическое описание. Технологии — это внешний и хорошо заметный признак веры. Мы больше не верим ни в способность человека к совершенствованию, ни в уроки истории, ни в какую-либо другую форму прогресса, однако научный прогресс не сдает позиций, потому что технологическая сторона нашей жизни постоянно меняется. Материальный мир предоставил человеку возможность запереться дома и полностью с физической и философской точек зрения отгородиться от природы.

Прогресс — это цикл обратной связи между технологией, теорией и математикой. Обновляемая и углубляемая теория переписывается с использованием также обновляемого и усложняемого математического аппарата. Ученые препарируют мир с помощью последних технологических достижений в поисках доказательств теоретических построений. Более глубокое понимание устройства материального мира дает возможность производить все более тонкие измерительные приборы. Наши способности к восприятию мира расширяются при участии таких технических приспособлений, как телескоп пли микроскоп. Хотя скорее можно говорить только об улучшении зрения, так как вселенная недоступна для нас через запах, вкус, тактильные ощущения и даже слух (в том числе и Большой Взрыв).

Наука — это постоянное измерение. Мы ожидаем от мира, что он не изменится к моменту повторного измерения независимо от того, кто будет это измерение производить. Наука подразумевает повторяемость. Феномены, возникающие в нестандартных условиях при посредстве нестандартных индивидуумов, — не самый подходящий объект для научных исследований. Но все мы — нестандартные индивидуумы. Сложноорганизованные индивидуалистические люди всегда будут малодоступны для научного исследования. Наша собственная природа оказывается самым сложным объектом для измерения.

Сама по себе вселенная, видимо, всегда будет недостижима для науки, поскольку чем еще можно измерить вселенную, кроме нее самой? Других вселенных для сравнения нет. На практике же вселенная постоянно находится в процессе переопределения. Всегда имеется новое, расширенное представление о вселенной, с которым сопоставляется “старое”. В компьютерную эпоху мы можем генерировать модели возможных вселенных. Предполагается, что однажды мы будем способны создавать вселенные, подобные нашей, и этот процесс неизбежно сведет понятие вселенной к чему-то более локальному. Парадоксальным образом, если наука когда-либо достигнет своей цели в описании природного единства, чем бы оно ни оказалось, это не будет объектом научного постижения. Научный метод, построенный на сравнении объектов, будет неизбежно приведен единым общим описанием вселенной к полной остановке.

Но, хотя мы все ближе, как нам кажется, приближаемся к полному пониманию, похоже, подобное описание всегда будет держаться за пределами нашей досягаемости. Химера вселенной оборачивается чем-то совершенно иным, Вселенная всегда будет превосходить самые смелые плоды нашего воображения, что вряд ли удивительно, учитывая, что мы сами являемся порождением вселенной, “обнадеживающим и безнадежным стремлением всего живого к самопознанию, к тому, чтобы природа рылась в самой себе — в конечном счете совершенно тщетно, так как природа не может претвориться в познание, жизнь сама не может уловить последние глубины живого”.

Это не про тебя

Не от начала все открыли боги смертным, но постепенно, ища, находят лучшее.

Ксенофан, “Фрагменты”, пер. А. Маковельского

Наше представление об устройстве Большой вселенной, то есть иерархически организованного вращения звезд, есть результат сотен лет научных исследований. Научный метод не всегда был таким, как сегодня. Он развивался нога в ногу с нашим пониманием вселенной и, без сомнения, будет развиваться и дальше, по мере углубления знаний об устройстве вселенной. Наука и вселенная неразделимы.

Чтобы добраться до края вселенной, нам нужно совершить долгое путешествие сквозь историю. Чтобы найти ответ на неприятные вопросы — откуда произошла вселенная, из чего она состоит, — нам нужно вернуться к началу научной мысли и понять, как мы пришли к ее нынешнему состоянию.

Грубо говоря, и наука, и вселенная имеют два прошлых — древнее и современное.

Наука — это коллективное предприятие, хотя и без конституции, и ее значение проявляется с течением времени. До каких бы пределов ни дошла наука сегодня, ее история простирается далеко в прошлое, когда само слово еще не имело смысла. Сегодня мы знаем звездную структуру вселенной, что делает очевидным наше нецентральное положение в ней. Но так было не всегда. Древняя наука началась с другого конца. Во времена Аристотеля (ок. 384-322 до н. э.) Земля неподвижно располагалась в физическом центре вселенной, и эта часть космологии была неизменной с самого начала того, что мы называем цивилизацией.

Цивилизация в нашем понимании зародилась в городах-государствах Ближнего Востока. Самой развитой древней цивилизацией (в западной истории) была Месопотамия — плодородный регион между реками Тигр и Евфрат (современный Ирак). Слово “Месопотамия” происходит от греческого слова “междуречье”. Есть свидетельства, что торговля там началась в 10000 году до н. э., примерно когда на Земле случилось значительное потепление, сделавшее возможным земледелие. Кочевые группы, по 20-30 человек в каждой, находили постоянные стоянки, численность групп увеличивалась. Имеются свидетельства существования укрепленного земледельческого поселения в районе Иерихона площадью около 74 акров, существовавшего примерно за 7 тыс. лет до н. э.

Племя шумеров прибыло в Месопотамию около пятого или четвертого тысячелетия до н. э., причем до сих пор непонятно откуда. Шумерское общество — первое, о котором известно, что там читали и писали. Одно из старейших литературных произведений — датируемый третьим тысячелетием до н. э. “Эпос о Гильгамеше”, собрание легенд Вавилонского царства, южного соседа Месопотамии. В этой истории царя Уруки упоминаются многие из первых городов-государств, положивших начало цивилизации: Ур, Эриду, Лагаш, Ниппур. Также там содержатся первое упоминание о великом наводнении и первое упоминание о сновидениях. В Библии рассказывается, что Авраам, прародитель евреев и арабов (израэлиты произошли от его сына Исаака, а исмаилиты — от сына Исмаила), путешествовал из Ура Халдейского. Халдея была районом Вавилонского царства.

“Энума элиш”, история творения, вероятно, относящаяся к XVIII веку до н. э., рассказывает о создании Месопотамии и человека. Ее пересказывали в храмах в течение сотен лет. Эти первые истории творения были одновременно и первыми проявлениями религии, и первыми космологиями. Элементы “Энума элиш” вошли в еврейскую космологию и в библейский рассказ о сотворении мира. Земля там фигурирует в качестве плоского диска, окруженного водой со всех сторон. Небесный свод удерживает воду от затопления Земли, но пропускает ее в качестве дождя. Снизу вода проступает в форме рек и морей. Шумеры изучали небеса, но скорее в целях получения знамений от богов, чем в астрономических.

В мире развивались и другие цивилизации: в Египте — за 3 тыс. лет до н. э., в долине Инд — за 2700 лет до н. э., в Китае — за 2100. Но, какие бы причины тому ни назывались (а их приводится много), история науки в основном пишется в западном мире. Восточный образ мысли представляется противоположностью идеи прогресса, лежащей в основе науки. Высказывалось предположение, что китайское иероглифическое письмо не способствовало абстрактному мышлению, и, по мнению философа Джона Грея, в результате этого “китайские мыслители не путали идеи с фактами”. От египтян и вавилонян не осталось никаких следов изучения материального мира, хотя в Вавилоне изобрели шестидесятеричную систему счисления, наследие которой мы до сих пор можем видеть в 6о минутах (составляющих час) или в 360 градусах (составляющих полный круг). У египтян был календарь, построенный на наблюдениях за звездами, а самая ранняя записанная дата тоже пришла из Египта — 4236 или 4241 год до н. э. (в зависимости от того, как интерпретировать их календарь).

Начиная с 2000 года до н. э. Эгейское море бороздили греческие племена, иногда обосновываясь на берегах. Олимпийские игры появились в 776 году до н. э. Гомер (который, вероятно, все же был традиционным сказителем, а не самостоятельным писателем) не мог жить ранее VIII века до н. э. Эту цивилизацию немецкий философ Фридрих Ницше (1844-1900) назвал “самой удачной, самой прекрасной, самой завидной”. Некоторые историки считают началом греческой философии 28 мая 585 года до н. э. Считалось, что в этот день Фалес Милетский (624 — 346 год до н. э.), первый из философов-досократиков, предсказал затмение. Сегодня скорее считают, что Фалес наблюдал затмение, а не предсказал его, а знание о нем он получил от вавилонян. Халдейские мудрецы, путешествуя, распространяли познания об астрологии и ранние астрономические наблюдения среди греков и римлян.

Что бы там ему ни приписывали, Фалес, безусловно, затмил своих предшественников, за что его часто и называют отцом науки. Именно он ввел слово “космос” для описания вселенной — это греческое слово помимо значения “порядок” также имеет значение “нечто украшающее” (тот же корень, что в слове “косметика”) и является антонимом греческого слова “хаос”. Фалес считал, что все состоит из воды в той или иной форме. И именно он начал изыскания в целях установления физических компонентов мира — из этого зародился материализм. Фалес не делал различий между живым и неживым. Согласно Фалесу, даже магнитная руда обладает душой — эта мистическая идея дожила до XVI века, где фигурировала в работах английского фишка Уильяма Гилберта (1544-1603), одного из первых и яростных приверженцев гелиоцентрической коперниковской модели вселенной и одного из первых употребивших слово “электричество”.

Древняя греческая философия передавалась от учителя к ученику в традиции менторства. Слово «ментор” произошло из “Одиссеи” Гомера, где Ментор заменял отца Телемаху, когда Одиссей (его настоящий отец) был в военном походе. Фалес был ментором для Анаксимандра (610—546 до н. э.), а Анаксимандр — для Анаксимена (585—525 до н. э.). Все трое родились и Милете, древнем греческом городе, ныне находящемся на территории Турции. Анаксимен вслед за учителями продолжил поиски простого описания мира. По его теории, в основе всего сущего находилась не вода, а воздух.

Самым знаменитым из досократиков стал Пифагор (между 580-572 годами до н. э. и 500-490 годами до н. э.), который первым назвал себя философом, что буквально означает “любитель мудрости”. Он учился у мудрецов в Египте и позднее в Финикии (древняя прибрежная цивилизация, сегодня там находятся Ливан и Сирия). Вероятно, именно в Египте он заинтересовался геометрией и тригонометрией.

Самой совершенной формой природы для пифагорейцев была окружность. Пифагор поместил Землю в центр сферической вселенной, а простые числа описывали движение нескольких известных тогда планет. Поскольку ни сам Пифагор, ни его последователи не оставили практически никаких записей, еще вопрос, что точно можно приписать Пифагору. Сегодня доподлинно известно, что не он сформулировал теорему своею имени и не он открыл связь между музыкальными интервалами и простыми числами (что обычно тоже приписывалось ему).

Гераклит (535-475 до н. э.) описывал то, каким образом космос был создан из первородного хаоса. Космос — это порядок, наведенный в хаосе, то есть то, что мы наблюдаем в качестве материального мира. Упорядочивающий принцип называется logos (отсюда происходит суффиксология), что иногда переводится как “слово” вслед за английским переводом оригинальной греческой версии Евангелия от Иоанна: “В начале было Слово”. А хаос — это состояние, где нет вещей, где ничто не имеет имени. Отсутствие чего-то или ничто — это совсем разные вещи. Именно называние вещей выстраивает космос из хаоса. Очевидно, это и было исходным смыслом акта Сотворения мира, когда Бог выделил из хаоса то, что затем стало вещами со своими именами (свет, земля, рай, ночь, день и т. д.). Идея средневекового богословия о создании мира ex nihilo (из ничего) опиралась именно на этот момент истории творения.

Гераклит писал, что изменение, характеризуемое также как огонь, — фундаментальное свойство мира, это вполне созвучно с современным “все есть форма выделения энергии”.

От философии Парменида (ок. 510 — ок. 450 до н. э.) остались лишь фрагменты одной поэмы. Он писал, что существование вечно и неизменно: то, что мы воспринимаем как изменение, например при движении тел, есть лишь иллюзия. Парменид отрицал небытие и провозглашал реальность неизменной глобальной сущностью. Платон признавал его (“наш отец Парменид”), идеи Парменида значительно повлияли на его философию, но сами они дошли до нас в редуцированной форме латинского изречения ex nihilo nihil fit (из ничего ничто не возникает).

Эмпедокл (ок. 490 до н. э. — 430 до н. э.) синтезировал философии предшественников. Космос Эмпедокла состоял из земли, воздуха, огня и воды, а также из двух принципов — притяжения и отталкивания (они же — любовь и борьба). Эти четыре элемента стали строительными кирпичами материального мира вплоть до европейского Возрождения.

Левкипп жил в первой половине V века до н. э. От него не осталось ни одного слова, и мы знаем о нем лишь потому, что он был ментором Демокрита (ок. 460 до н. э. — ок. 370 до н. э.), который предложил философию атомизма, по-видимому заимствованную у учителя. Аристотель был поклонником Демокрита, и только благодаря аристотелевой критике атомизма мы хоть что-то знаем об этой теории. От большого наследия Демокрита осталось лишь несколько фрагментов, его труды в основном известны через свидетельства других философов. Атомизм гласит, что все состоит из маленьких, неделимых и всегда существовавших частиц, называемых атомами. Некоторые атомы, например, с шипами, другие — круглые. Разница между атомами, их поверхности и формы, то, как они присоединяются друг к другу, — все это объясняет, почему разные субстанции имеют различные свойства. Атомы, из которых состоит пища, воздействуют на язык по-разному, что объясняет вкусовые ощущения. Вкус не является существенным свойством нищи, ее главное свойство — атомарная структура. Даже душа имеет атомарную структуру и состоит из лучших атомов.

Демокрит первым произнес, что во вселенной существуют другие миры с другими солнцами и лунами.

Философия в том виде, в каком она бытовала у древних греков, была верой в то, что мудрость — суть космоса. Досократики унаследовали двухтысячелетнюю традицию поэтической мудрости от шумеров. И если их собственные труды далеко не всегда представали в поэтической форме, они часто имели силу поэзии.

Книги Екклесиаста, Притчи Соломоновы, Иова, Песнь песней и другие библейские тексты были написаны в то же время. Конфуций (551—479 до н. э.) был почти современником Пифагора. Будда, по примерным оценкам, жил между 563 годом до н. э. и 483 годом до н. э., хотя современные ученые склоняются к более поздней дате — вокруг 400 года до н. э. Согласно китайским источникам, философ Лао Цзы жил в VI веке до н. э., хотя теперь историки относят его к IV веку до н. э. Вполне вероятно, что и персидский поэт и пророк Заратустра жил в эту же эпоху, хотя информация о годах его жизни крайне спорна: он мог жить и в 60 веке до н. э.

Сократ (ок. 470 до н. э. — 399 до н. э.) был прозван мудрейшим из греков дельфийским оракулом и был ментором, вероятно, самого знаменитого философа на свете. Английскому математику Альфреду Норту Уайтхеду (1861-1947) принадлежит известное высказывание о Платоне (428 или 427 до н. э. — 348 или 347 до и. э.): все, что было сделано после Платона, — не более чем сноски к философии. Платон основал свою Академию в роще, принадлежавшей Академу, отсюда происходят само слово и выражение “сады Академа”. Академия просуществовала до 529 года н. э., более 900 лет. Оксфорд и Кембридж были основаны в 1231 году — соответственно, только после 2180-го они превзойдут годами школу Платона.

Платон видел, что материальный мир подвержен разрушению и исчезновению, то есть является временным и иллюзорным. Для него реальным миром был вечный мир идеалов. Например, в платоническом мире существуют совершенные геометрические формы. Движение небесных сфер происходит по кругу, как и в философии Пифагора, потому что круг — совершенная, идеальная форма. Небесные тела являются сферами по той же причине. Информация о том, что планетные орбиты являются эллипсами, а не окружностями, до сих пор слегка шокирует нас, настолько мы вслед за древними склонны полагать, что все движение небесных сфер происходит по кругу.

Платон развил модель пифагоровой сферической вселенной как серии вложенных сфер, вращающихся одна внутри другой, с Землей в центре. Всего насчитывалось семь небесных сфер, несущих известные на тот момент планеты и Луну. Бог располагался за седьмым небом. По Платону, природа не чиста, в ней нет совершенных форм. Подлинная сущность вещей постижима только разумом, мудростью. Космос как средоточие порядка и добра — философия, также унаследованная от Пифагора. Вселенная музыкальна и обладает душой, она живет и движется, а Земля является ее центром. При этом Платон был первым, кто задался вопросом о смысле существования вселенной.

Платон настаивал на математических основаниях природы, что мало интересовало его ученика Аристотеля (ок. 384 до н. э. — 322 до н. э.). Аристотелю было интереснее то, как небесные сферы движутся внутри друг друга, чем их идеальная природа. В его космологии насчитывается 54 сферы, включая внешнюю, где располагаются неподвижные звезды. Аристотель заимствовал четыре элемента Эмпедокла и добавил к ним собственный, пятый — тонкую субстанцию, названную эфиром (или квинтэссенцией), из которого состояли небесные сферы и тела. К Средневековью эфир понемногу затвердел и превратился в хрусталь.

Согласно Аристотелю, все изменения происходят только в пространстве от Земли до Луны, вне этой подлунной сферы царит вечный, никогда не изменяющийся эфирный мир. В подлунном мире тяжелые предметы падают на землю, потому что в них больше земли, чем в более легких предметах, что тянет их к месту более присущего им нахождения. Предметы с более воздушной природой, такие как перья, будут стремиться к более воздушной среде. Аристотелевы воззрения на мир слишком обтекаемы, что не очень допустимо в рамках современного научного метода. Чтобы получить из этого точное научное описание, нам следовало бы вычислить количественный состав объектов и вывести математические соотношения, которые выстраивают причинно-следственные связи между явлениями и позволяют делать достоверные предсказания.

Как и многие ученики, Аристотель в чем-то противостоял ментору. В частности, Аристотель верил, что лучшее постижение мира — наблюдение. “Нет ничего в уме, чего первоначально не было бы в чувствах” — этими словами теолог ХIII века Фома Аквинский описывал методологию Аристотеля. Тем не менее Аристотелевы наблюдения никогда не доходили до исследования природы. Он рассматривал мир со стороны и вместо пристального наблюдения, которое характерно для наших нынешних экспериментов, делал выводы о том, каким тот должен быть. Например, Аристотель объявил, что у мужчин и женщин разное количество зубов, хотя даже самое поверхностное наблюдение тут же выявило бы ошибку в рассуждении. Однако вера Аристотеля в физически существующий мир, который можно наблюдать в целях постижения, — шаг по направлению к современному научному методу. Отличие состоит в том, что у Аристотеля человеческое восприятие мира преобладает над исследованием реального положения вещей. Для Аристотеля было очевидным, что тяжелые предметы падают быстрее, чем легкие. Потребовалось 2000 лет исследовать природные явления, чтобы доказать, что это не так.

В IV веке до н. э. самый знаменитый ученик Аристотеля Александр Великий (356 до н. э. — 323 до н. э.) захватил Месопотамию, которая служила перекрестком путей между аккадской, вавилонской и ассирийской (и многими другими) империями, но вскоре после этого ее историческое значение стало уменьшаться. В 331 году до н. э. Александр основал город Александрию. В начале III века до н. э. была построена библиотека, названная храмом муз (отсюда слово “музей”), а первым библиотекарем стал Деметрий, еще один ученик Аристотеля. Библиотека превратилась в самое большое хранилище знаний того времени, ее стены вмещали около полумиллиона манускриптов. Одним из известных хранителей Александрийской библиотеки был Эратосфен (ок. 276 до н. э. — ок. 194 до и. э.), который сделал первый точный расчет длины экватора Земли. К тому времени греки уже знали, что Земля должна иметь форму сферы, поскольку она бросает искривленную тень на поверхность Луны. Использовав полученную от одного из посетителей библиотеки информацию о том, что в полдень солнце светит прямо в колодец неподалеку от Асуана, Эратосфен понял, что сможет вычислить длину окружности Земли. Зная расстояние от Александрии до Асуана, угол тени, отбрасываемой колышком, в полдень в Александрии, и тот факт, что в Асуане в это время тени нет, Эратосфен смог вычислить искривление Земли между двумя точками. Исходя из этих данных было уже делом техники высчитать длину целого круга, сегментом которого была дуга между Асуаном и Александрией. Этот круг — экватор Земли.

Его расчет дал цифру в 250 тыс. стадий, хотя историки до сих пор не могут точно сказать, какова была длина греческой стадии. Современные археологические изыскания позволяют заключить, что расчеты Эратосфена менее чем на процент отклонялись от реальной цифры (чуть более 40 тыс. км). Это самый поразительный расчет в череде точных измерений, сделанных древними греками, не повторенный вплоть до новейшего времени.

Библиотека сгорела при осаде города Юлием Цезарем в 48 г. до н. э., но была восстановлена. Большую часть ее содержимого сожгли в III веке и. э. по приказу императора Аврелиана, а в 391-м оставшиеся спрятанные манускрипты были уничтожены тогдашним епископом Александрии Феофилом вместе с прочими языческими храмами. Последним библиотекарем стал Теон, отец Гипатии, последовательницы платонической школы, математика, астронома и жрицы Изиды. Гипатия была убита — с нее содрали кожу обломками ракушек — бандой христиан в 415 году в возрасте 45 лет. В 642-м оставшиеся в целости манускрипты, по некоторым источникам, использовались арабскими завоевателями Египта в качестве топлива для подогрева ванн. Это, скорее всего, апокриф, сочиненный позднее с целью дискредитировать мусульманских завоевателей, но, как бы то ни было, к концу VIII века от тысячелетней истории библиотеки не осталось ровным счетом ничего.

Ко времени заката Александрийской библиотеки — к слову, она была не единственным хранилищем древнего знания, у нее был соперник в Пергаме в 200 году до н. э. — большая часть накопленного древним миром была либо утрачена навсегда, либо потеряна для Запада на века. В конце IV — начале V века святой Августин переработал идеи Платона в русле христианской веры. Римский философ VI века Аниций Манлий Северин Боэций (480-524 или 525) посвятил жизнь сохранению античного знания, переведя многие греческие тексты на латынь. Он был одним из последних ученых — знатоков греческого языка перед окончательной потерей Западом контакта с классическим миром Античности. Иногда Боэция называют последним классическим автором, его шедевр Consolatio Philosophiae (“Утешение Философией”) был написан в тюрьме в ожидании казни. Трактат перевел на английский язык Джеффри Чосер (ок. 1343 — ок. 1400) в XIV веке, когда западный мир, в особенности Италия, начал восстанавливать свою связь с Античностью.

Возрождение — небывалый расцвет разума, последовавший за Темными веками — обозначило не только повторное открытие Западом классического знания, но и открытие нового, выросшего за века в арабском мире. Багдад был центром цивилизованного мира в течение 100 лет, последовавших после смерти пророка Мухаммеда (ок. 570-632), практически недоступным для Запада. Веками арабский мир охранял и приумножал то, что осталось от античной культуры. Как правило, история науки рассказывается как история Запада, а четыре (или более) сотни лет арабской мысли оказываются на обочине. Порой то самое единое “мы”, которым наука хотела бы оперировать во вселенском масштабе, оборачивается разобщением даже в земном масштабе.

На сотни лет Запад лишился греческого языка. Итальянский поэт Петрарка (1304-1374) пытался изучить греческий, но претерпел неудачу. Данте знал о Гомере, но не мог его читать. Итальянский писатель Боккаччо (1313-1375) был одним из первых, кто научился греческому, и он настоял на том, чтобы его изучали в университете Флоренции. Греческий язык восстановил свои позиции в Италии к середине XV века. Именно изучение греческих религиозных манускриптов привело Мартина Лютера (1483—1546) к идее протестантизма.

В XIII веке философ и теолог Фома Аквинский (ок. 1225-1274) почти в одиночку объединил христианскую мысль с Аристотелем. Эта философская система продержалась весь XVI и весь XVII века и, можно сказать, жива до сих пор. Вселенная же описывалась, пусть и с небольшими изменениями, в терминах космологии Аристотеля даже в самый расцвет Возрождения.

Церковь была последней инстанцией как в вопросах веры, так и в вопросах материальных, и если первым представителем Бога на Земле был папа, то вторым — Аристотель. К Аристотелю волей-неволей сводились все полемические споры. Но даже он ничем не смог помочь Церкви в проблеме со сдвигающейся датой Пасхи: за полторы тысячи лет весеннее равноденствие сдвинулось с 21 на 11 марта. Решение этих календарных проблем принадлежит истории науки, но поиски решения неразрывно вплетены в историю христианства.

Были надежды на то, что Птолемеевы уточнения к Аристотелю, открытые в переводе XV века, помогут разрешить ситуацию. Космология Аристотеля была расширена и улучшена Клавдием Птолемеем (ок. 100 — 170 н. э.), египетским астрономом, который работал в Александрии и писал на греческом языке. Перевод IX века его центральной работы, “Альмагеста”, на арабский не получил на Западе полноценного статуса, а перевод XII века на испанский и более поздний — на латынь не смог передать многие технические детали Птолемеевой космологии. Только восстановление статуса греческого языка к XV веку позволило работам Птолемея занять подобающее им место.

Птолемей был астрономом и мистиком. Как и Аристотель, он помещал Землю (а с ней и человечество) в центр своей космологии, то есть предположительно и в духовный центр космоса. Он также представлял себе ничтожность человечества в ошеломляющих масштабах вселенной. Он писал, что Земля, несмотря на ее центральное положение, может рассматриваться всего лишь как математическая точка (то есть безразмерная величина) по отношению к целой вселенной.

До сих пор неизвестно, насколько Птолемей был оригинален. Похоже, он многое заимствовал у Гиппарха (190-120 до н. э.), который жил тремя веками ранее и чьи труды были утрачены. Название главного трактата Птолемея “Альмагест” — латинская форма арабского слова, означающего “великая книга”, а сам трактат — собрание 8оо-летних астрономических наблюдений, который дает представление о познаниях греков в астрономии. Птолемей, последователь Платона, добавил к совершенным окружностям планетарных орбит так называемые эпициклы, расшатав тем самым физическую реальность аристотелевой космологии. Эпициклы (идея заимствована у Аполлония Пергского, III век до н. э.) — это дополнительные небольшие круговые орбиты, носящие абстрактный математический характер (платонический) и призванные компенсировать наблюдаемое неравномерное движение планет, отклоняющееся от идеальных расчетных орбит.

Птолемей никогда не объявлял свою модель чем-то большим, чем математическое описание. Его система предлагала различные формулы для вычисления позиций каждой планеты, по сути являясь просто сводом таблиц с данными, при этом не всегда точными. Птолемеева система не могла похвастать и большим единообразием — тем, чего мы ждем от современной научной теории. Испанскому королю и астроному Алонсо X (XIII век) приписывают следующий отзыв об эпициклах: “Если б я присутствовал во время творения, я бы дал совет получше”.

Уже XVI веку было ясно, что великий труд Птолемея оказался не тем, чего от него ожидали.

Церковь была вынуждена благословить попытки построить улучшенную космологию, которая обеспечивала бы более надежный календарь. Очевидным источником свежих идей были вновь открываемые античные авторы. Польский астроном и клирик Николай Коперник (1473—1543) вдохновлялся Аристархом (III век до н. э.), чьи идеи дошли до нас только в передаче Архимеда (ок. 287 до н. э. — ок. 212 до н. э.). Аристарх первым предложил модель гелиоцентрического космоса. Он также понимал, что движущаяся земля доказывает удаленность звезд, потому что они-то не движутся. В обычной жизни, когда мы двигаемся вокруг близких предметов, мы замечаем, что их расположение относительно друг друга меняется. Это параллакс — изменение положения объекта относительно его фона при движении наблюдателя. В аристотелевой космической модели между Землей и звездами нет параллакса, потому что все они неподвижны: Земля неподвижно закреплена в центре вселенной, а звезды зафиксированы на неподвижной небесной сфере, расположенной за орбитами Солнца и планет. Любая теория, в которой Земля движется, должна была бы учитывать тот факт, что звезды вроде бы неподвижны. Дело, однако, в том, что параллакс между Землей и звездами имеется, поскольку звезды находятся далеко, они выглядят неподвижными. Столь малое изменение перспективы было так сложно заметить, что звездный параллакс впервые обнаружили лишь в XIX веке, когда достаточно возросла мощность телескопов. В течение многих веков аргумент Аристарха о большой удаленности звезд воспринимался аргументом против его гелиоцентрической теории, а вовсе не в ее поддержку.

Коперник, знавший Птолемеев “Альмагест” вдоль и поперек, понял, что можно упростить модель Птолемея, если расположить Солнце в центре космоса. Его модель, как и модель Аристарха, строго говоря, не столько гелиоцентрична, сколько гелиостатична — неподвижная Земля заменяется на неподвижное Солнце. Коперник продолжал верить в хрустальные сферы, но сократил их количество — в птолемеевой системе их со временем стало около 8о, у Коперника их 34.

С XIII века было известно, что линзы могут приближать далекие предметы, но только в XVII веке телескоп был изобретен голландцами. Новинка использовалась для подсматривания за людьми на улицах. Галилео Галилей (1564-1642) создал первый телескоп, руководствуясь устным описанием голландского изобретения, но даже его улучшенная система линз давала расплывчатое изображение, не имеющее ничего общего с кристально чистыми картинками современных устройств. Галилей, возможно, и наводил свой телескоп на людей, но день, когда он направил его в небо, вошел в историю. Английский астроном Томас Хэрриот (1560-1621), видимо, стал первым человеком, использовавшим телескоп в астрономических целях. В 1609 году он начал картографирование Луны. Но именно Галилей первым понял, что на Луне есть свои горы и долины.

В космосе Аристотеля подлунный мир был местом разложения вещей, поскольку только здесь они подвергались изменениям. Не будучи центром космоса, Земля была дном вселенной, местом падения земных объектов. Такая точка зрения нашла свое отражение в христианской теологии прямиком из времен св. Августина (354-430 н. э.). Данте Алигьери (1265-1321) в “Божественной комедии” располагает ад в центре вселенной, а Сатану — в центре ада. Даже в XVII столетии, во времена Реформации, Земля рассматривалась как самая ничтожная из планет. Гуманизм был реакцией на эту тягостную теологию и попыткой отыскать для человека в космосе место повыше.

В космологии Аристотеля рай начинался от Луны и простирался дальше, оставаясь неизменным, безукоризненным, в буквальном смысле незапятнанным, а в христианской теологии, разумеется, еще и самым желанным местом на свете. Когда Галилей описал наблюдаемые им лунные горы, это дало повод подозревать космологию в изъянах или как минимум в несовершенстве разработки.

Иезуиты утверждали, что наблюдаемые Галилеем искажения идеальной поверхности Луны являются побочным эффектом самих линз, а не отражением реальной ситуации. Но для большинства из нас это стало моментом, когда мы доверили технологии расширить горизонты нашей чувствительности, когда мы поверили, что вселенная обладает многими свойствами, наблюдаемыми нами на Земле, и что рай не так уж серьезно изолирован.

По мере того как Галилей продолжал наблюдения, обе системы — и Аристотеля, и Птолемея — начали рассыпаться. 7 января 1610 года Галилей зафиксировал три “звезды” около Юпитера. В последующие ночи он обнаружил, что они изменили свое положение друг относительно друга, и это сразу выводило их из разряда неподвижных звезд, ю января Галилей заметил исчезновение одной из них. Так состоялось открытие трех лун Венеры, одна из которых скрылась за ней. 13 января была обнаружена четвертая луна. Всего за неделю Галилей получил первое убедительное доказательство того, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли, как предполагалось в рамках системы Птолемея. Позднее Галилей проводил наблюдения за фазами этих лун. Системы Коперника и Птолемея давали разные прогнозы о видимости этих фаз при наблюдении с Земли, наблюдения Галилея согласовывались с гелиоцентрической системой, в которой Венера вращалась вокруг Солнца, а не вокруг Земли.

Серьезный вызов Птолемею мог быть воспринят как вызов авторитету самой Церкви, которая, не отрицая открытий Галилея, не принимала модель Коперника в качестве объяснения. Благосклонность Церкви была отдана другой модели, которая также могла объяснить новые открытия.

Тихо Браге (1546—1601) был датским аристократом, астрономом и астрологом, его главным научным вкладом стала точность астрономических наблюдений. Именно на основании наблюдений Браге немецкий астроном, математик и астролог Иоганн Кеплер (1571-1630) открыл законы движения планет, названные позже его именем. В его модели небесные тела имели эллиптические орбиты, что Галилей странным образом был не готов принять. (Законы Кеплера подтвердились позднее, когда уже был провозглашен закон Ньютона о всемирном тяготении.)

Тихо Браге верил в геоцентричность космоса и разработал модель, которая сохраняла этот аспект птолемеевой системы и одновременно объясняла новые наблюдения Галилея. Модель Тихо Браге допускала вращение вокруг Солнца всех планет, кроме Земли, а само Солнце продолжало вращаться вокруг неподвижной Земли. Математически модели Коперника и Браге эквивалентны. Более того, у системы Коперника есть недостаток — предполагаемое движение Земли и звездный параллакс еще нуждаются в объяснении.

Попытка Галилея выбрать модель Коперника как наиболее соответствующую физической реальности противопоставляла математическую стройность церковному авторитету (подтвержденному Библией), а также некоторым классическим идеям, освященным Церковью. Его могли заставить отступить назад, но прямая апелляция Галилея к математике как к последней инстанции заложила новый научный курс.

Возможно, было обоснованно со стороны Церкви осудить Галилея как зашедшего слишком далеко. В некотором смысле Церковь делала то же самое, что и наука, отказываясь принимать новую модель, пока та не начала описывать больше явлений, к тому же подтверждаемых экспериментальными наблюдениями. Чтобы бросить вызов авторитету Церкви, нужно иметь смелость, точно так же нужно ее иметь, чтобы бросить вызов науке: ни одна ни другая не торопятся раскрывать объятия навстречу чему-то новому. Разница заключается в том, что, несмотря на степень догматизма научного истеблишмента, сама методология науки обеспечивает временный характер всех теорий, на смену которым рано или поздно придут новые, если только прогресс не остановится.

Из боязни перед инквизицией научные исследования в католическом мире приостановились, зато расцвели в Англии и Голландии. Церковь могла сделать ставку на систему Браге, но в повседневном использовании система Коперника негласно завоевывала преимущество, особенно среди мореплавателей, по той причине, что была значительно легче в использовании. Зачем ставить в центр Землю, если в гелиоцентрической модели получаются ровно такие же результаты, только расчеты проще? Даже сегодня невозможно опровергнуть модель Браге, хотя наличие звездного параллакса и относительное движение крупных структур вселенной вокруг своих центров тяжести делают эту теорию как минимум эксцентричной.

Можно сказать, что современная наука началась в 1543 году, когда Коперник убрал Землю из центра вселенной, заменив ее Солнцем. Одним простым движением он установил принцип, которому наука впредь неукоснительно следовала: человечество не находится не только в физическом, но и вообще ни в каком центре вселенной — ни буквально, ни метафорически. Научная революция началась не с помещения Солнца в центр космоса (откуда, впрочем, позже оно было смещено), а с удаления оттуда Земли. Вся эта история не про нас.

Сквозное движение

Наше любопытство простирается до отступающего горизонта.

Две тысячи лет человечество жило с особенным, сформулированным Аристотелем представлением о движении: объекты не движутся без внешнего воздействия и тяжелые объекты падают быстрее, чем легкие.

Галилей потратил значительную часть жизни на описание движения в новом ключе. Его первая работа называлась De Motu (“О движении”), а его последняя книга, “Диалог о двух системах мира” (напечатанная в 1638 году в Нидерландах без разрешения инквизиции), вновь возвращалась к этой теме. Галилей революционизировал идею движения, показав, что все тела независимо от их массы, будучи брошенными с одинаковой высоты, достигают земли в одно и то же время (по меньшей мере в безвоздушном пространстве). Скорее всего, он пришел к этому выводу путем размышлений, а не эксперимента. Связь между размышлениями и измерениями довольно тесна, но и непрочна — знаменитый эксперимент с пушечными ядрами разного размера, падающими с Пизанской башни, в действительности не имел места. Ядра из Галилеева мысленного эксперимента, падающие одновременно только в вакууме, являются платоновской идеализацией мира, подсматриванием за тем, как все устроено на самом деле, а не как предстает перед нами в нашем искаженном мире. Однако из этих идеальных представлений создается теория, которую можно проверить. Эксперименты в конце концов показывают, что мир в действительности не таков, каким он нам представляется. Гений, подобный Галилею, иногда настолько уверен в постигнутом интеллектом устройстве мира, что им уже заранее предусмотрены результаты эксперимента. Галилей, возможно, не всегда проверял свои теории, зато простые смертные их проверяли. В отсутствии гениев наука обычно пользуется этими методами: природу наблюдают и измеряют, а на основании полученных данных выстраивают идеальную теорию. Современный научный метод может быть охарактеризован как продолжение и синтез философий Платона и Аристотеля. Наблюдение унаследовано от Аристотеля, а идеальное математическое описание процесса — от Платона. Хотя существует риск, что такой ретроспективный взгляд устанавливает слишком серьезные различия между двумя великими философами, не имеющие смысла в их собственную эпоху.

Именно Галилей, а не Эйнштейн первым осознал, что все движения относительны. В другом мысленном эксперименте он представил себе два корабля, идущих на постоянной скорости по-пустому и идеально гладкому морю (совершенно платоническая ситуация). Одним только мысленным усилием Галилей пришел к выводу, что пассажиры кораблей не смогут сказать, кто движется, они смогут зафиксировать только движение кораблей друг относительно друга. То есть нет такого эксперимента, который подтвердил бы мое движение, если экспериментатор двигается на другом корабле или мы оба двигаемся. Требуется береговая линия, нечто неподвижное, чтобы измерить движение относительно него. Но и берег не является неподвижным. Если Земля движется, как утверждал Галилей, и все остальные небесные тела тоже движутся относительно друг друга, то во вселенной нет настоящего движения. Во вселенной нет береговой линии, нет даже так называемых неподвижных звезд, потому что на самом деле они только кажутся таковыми из-за своей удаленности от нас.

В космосе Птолемея в центре располагалась неподвижная Земля — береговая линия вселенной, относительно которой можно было судить об остальных движениях. В космосе Галилея неподвижной точки уже нет — как, собственно, нет и самой идеи неподвижности. Отсутствие движения — это очень специфическое движение, которого не существует во вселенной, где все движется друг относительно друга, вселенная не знает отдыха. В мире Галилея каждый имеет собственную систему отсчета, от которой и меряется относительное движение остальной вселенной.

Исаак Ньютон (1643-1727) формализовал и развил идеи Галилея, получились три знаменитых закона движения. Аристотель близко подошел к пониманию принципа инерции: в вакууме, без трения, объекты двигаются до бесконечности, пока их не остановит внешнее воздействие. Но реакция на платоновские идеальные явления (типа вечности, вакуума и абсолютно гладкой поверхности) привела его к обратным выводам. Он стал утверждать, что в вакууме вообще не может быть движения, да и самого вакуума в природе существовать не может. В последующие две тысячи лет принцип инерции открывался несколько раз, в том числе китайским философом Мо-цзы в III веке и арабскими философами в XI веке, но новое понимание движения не вошло в употребление, пока Ньютон его не сформулировал в рамках полного пересмотра нашего понимания физической действительности. Своими тремя законами Ньютон ввел математическое описание физического мира, в котором фигурируют такие понятия, как масса, скорость, ускорение и момент движения. В этом новом мироописании появилась еще одна сила, новая и ни на что не похожая, которой Ньютон посвятил отдельную теорию всемирного тяготения. Как и Коперник, Ньютон постулировал присущее всей материи качество действовать сквозь пространство, притягивая объекты друг к другу. Отличие заключалось в том, что Ньютон придумал, как описать природу этой силы на языке математики. В одном уравнении он показал, что сила тяготения прямо пропорциональна массе тела, на которое действует, и убывает пропорционально квадрату расстояния до него. Ньютон и Галилей придумали, как соотнести математику и познание. Природа “придумана на языке математики, — писал Галилей, — ее буквы — треугольники, круги и другие геометрические фигуры, без них невозможно понять ни слова, без них — тщетное блуждание по темному лабиринту”.

Ньютоновские три закона движения вместе с его теорией тяготения создали целый новый мир, описываемый в терминах силы, массы, тяготения и так далее. Его мир настолько реален для нас, что вряд ли что-то сможет его пошатнуть.

Сила тяготения Ньютона не менее загадочна, чем сила, которую предложил Коперник. Но на этот раз мы даже готовы купить билет, чтобы победить свое недоверие, настолько важной кажется нам теория Ньютона. Сила тяготения объединяет небо и землю, одна и та же сила заставляет яблоко падать, а Луну — вращаться вокруг Земли. В аристотелевой физике для разных частей космоса были разные описания: движение планет объяснялось не так, как движение объектов на Земле. Французский философ Рене Декарт (1596—1650) пытался объяснить движение планет действием воронок в своего рода жидкости, пронизывающей пространство. Ньютон предложил единое описание для больших и малых объектов по всей вселенной, причем не локальное, а подлинно универсальное. Он описывает, как должна выглядеть загадочная сила Коперника, как она должна себя вести с точки зрения математики, если мы жаждем объяснить, почему движение Земли незаметно для нашего глаза. Тяготение жестко скрепляет на Земле все, включая атмосферу, как будто это корабль, бороздящий пустоту. В любом приближении тяготение удерживает космические структуры вместе — планетные системы, галактики, галактические кластеры и кластеры галактических кластеров.

Ньютоновы законы движения объясняют, почему планеты находятся в постоянном движении. Планеты ближе к платоническому идеальному миру в своем бесконечном беге в пространстве без трения. На Земле законы Ньютона не столь очевидны. Двигающиеся объекты замедляются и останавливаются, поскольку наличествует сила трения: движение встречает препятствие, а его истинная, платоническая природа мутнеет.

В сугубо механистическом мировоззрении такую мистическую вещь, как тяготение, следовало бы запретить, но ученые — большие прагматики. Хорошо работающей теории немного мистики не помешает (на время) — это лучше, чем слишком много тайны. Декартова попытка механического объяснения движения планет более соответствует духу материализма, но теория Ньютона, пусть и основанная на нематериальных силах, имеет неоспоримые преимущества — универсальность и математическую стройность. Недаром же ньютоновская теория известна как теория всемирного тяготения.

Галилей и Ньютон устранили неподвижность, лежавшую в основе старого космоса, — заменили покой на относительность. Вращающаяся Земля перемещает людей, находящихся на экваторе, со скоростью полкилометра в секунду относительно Солнца. Земля обращается вокруг Солнца на скорости около 30 км/с, что подразумевает следующее: если предположить, что Солнце неподвижно, Земля движется относительно него со скоростью 30 км/с. Но Солнце движется — например, вращается вокруг центра галактики. Солнечная система оборачивается вокруг центра галактики за 225-250 млн лет, двигаясь на сверхзвуковой скорости 217 км/с. Млечный путь стремится к Андромеде со скоростью 88 км/с. Местная группа движется относительно центра сверхскопления Девы со скоростью 600 км/с. А сверхскопление Девы, в свою очередь, обращается вокруг галактического комплекса под названием Великий аттрактор. Вся вселенная находится в движении независимо от масштаба.

Покой — иллюзия. Мы определяем движение по отношению к осям времени и пространства, которые всегда с нами. Это обнаружил Декарт (1596-1650), который, наблюдая муху, летающую по комнате, понял, что каждый объект может быть описан четырьмя координатами: три координаты в пространстве и одна — во времени. Мы убеждаемся, что равномерное движение повсеместно измеряется одинаково — путем простого прибавления или вычитания, которое переводит его из одной системы координат в другую: я — на Земле, ты — в спиральном рукаве другой галактики. Было бы проявлением крайнего эгоцентризма определять, что будет считаться покоем. Мы, человечество, можем объявить Землю неподвижным центром вселенной разве что на уровне указа.

Ньютоновский универсум из отдельных двигающихся объектов разыгрывается на сцене, обрамленной пространством и временем. Пространство и время неизменны, вечны и бесконечны. Пространство бесконечно в своей протяженности, а время словно отмеряется маятником, раскачивающимся в вечности. В пустой вселенной, утверждает Ньютон, все равно будут присутствовать время и пространство. Пустота будет наделена смыслом. Что бы ни было, пространство и время есть всегда, даже когда нет ничего.

Ньютоновское описание вселенной отлично работало несколько столетий. Но в современном, более быстром мире мы видим, что его теория перестает работать. Она работает для повседневных скоростей, но, приняв менее эгоцентричную точку зрения, мы увидим, что теория не универсальна, она не работает на очень высоких скоростях. Выясняется, что ньютоновская идея движения верна только для некоторых видов движений, что это приблизительное описание, как, впрочем, и любые научные теории.

Иногда теорию можно спасти путем модификации, в иных случаях, для более подробного описания мира, требуется описывать его совсем иначе.

Альберт Эйнштейн (1879-1955) переосмыслил вселенную, чтобы объяснить новые явления, необъяснимые в рамках ньютоновой механики. Эйнштейновское средство получилось сильнодействующим. Время и пространство оказались не просто не абсолютны, какими они были у Ньютона, но даже не таковы, какими мы их себе представляли. Эйнштейн показал, что есть более фундаментальные вещи, чем время и пространство.

Слово “фундаментальный”, как и слово “уникальный”, не предполагает сравнительной или превосходной степени. Не бывает ничего “уникальнее” или “уникальнейшего”. Если что-то фундаментально, ничего фундаментальнее уже не будет, но в научном дискурсе всегда обнаруживается еще одно дно. Мы не можем быть уверены, что какие-то фундаментальные свойства мира останутся таковыми надолго. Истина в науке всегда временна. По сути, наука могла бы вообще оставить идею истины в стороне, поскольку есть только “ближе к истине” и “дальше от истины”. Даже научный прогресс может пониматься как знание того, что есть какое-то еще более фундаментальное свойство.

Эйнштейн выдвинул новую идею о том, что такое движение. Он понял, что все движения суть одно движение света. Чтобы это понять, нужна привычка. В нас настолько сильна идея движения, что воспринять его иначе — почти за пределами нашего воображения. Мы так свыклись с ньютоновской моделью пространства и времени, задающей систему координат всех прочих объектов, что теория Эйнштейна шокирует нас и спустя сто лет.

Эйнштейн заимствовал у Галилея не столько его принцип относительности, сколько идею Коперника, лежащую в основе этого принципа: реальность должна быть одной и той же для всех наблюдателей, движущихся с равномерной скоростью. Эксперименты, проведенные на разных кораблях, движущихся с разными (но постоянными) скоростями, будут давать одни и те же результаты. На Эйнштейна также повлияли работы австрийского философа и физика Эрнста Маха (1838— 1916). Умозрительные эксперименты привели Маха к выводу, что нет смысла рассматривать движение отдельного объекта в пустой вселенной. Мы используем кажущуюся неподвижность далеких звезд как береговую линию для оценки движения нашего корабля — Земли. В ньютоновой вселенной движение отдельного объекта тоже осмысленно, потому что его можно наблюдать относительно вечных осей времени и пространства. Принцип Маха, до сих пор не до конца понятый, утверждает, что в каждом движении задействуется вселенная целиком. Вселенная отвечает противодействием на каждое действие, приложенное к объекту. Используя этот принцип, Эйнштейн смог учесть небольшие колебания Земли, выходящие за рамки ньютоновской механики и обусловленные влиянием остальной вселенной за пределами солнечной системы. Принцип Маха предполагает, что вселенная каким-то образом “узнает” о колебаниях Земли, более того, вселенная “узнает” даже о падении яблока наземь. Но главное, что Мах позволил Эйнштейну уйти от идеи обязательных осей пространства и времени в описании движения. Мах открыл подлинную относительность движения объектов без привязки к этим фундаментальным осям. Не ограничивая вселенную рамками времени и пространства, Эйнштейн смог переместить ее на другую сцену.

Конечная скорость света была известна за века до того, как Эйнштейн установил, что это — самая большая возможная скорость. Французский физик Арман Физо (1819-1896) впервые тщательно замерил скорость света в конце 1840-х годов. К 1862-му погрешность измерения уже составляла не более 1%. Мгновенная передача информации, подразумевавшаяся в ньютоновской теории, была не разрешена в эйнштейновской. В мире Эйнштейна нельзя передать информацию со скоростью большей, чем скорость света, поскольку таковой просто не может быть. Одно только это утверждение подрывает ньютоновскую идею об относительности движения. Эйнштейн утверждает, что движение света не может быть относительным. Независимо от того, каков характер движения какого-либо объекта относительно света, его скорость никогда не будет превышать эту скорость (потому что скорости выше просто не существует). В ньютоновской модели относительная скорость двух пучков света, направленных друг навстречу другу, составит двойную скорость света. В эйнштейновском мире сложение этих скоростей не даст рез

Источник