100 великих заблуждений

Людям свойственно довольно часто смотреть в звездное небо. Однако немногие имеют более-менее внятное представление о том, как устроена Вселенная? Какой, по крайней мере, ее представляют ученые? Через какие мифы и заблуждения им приходится продираться?..

За что сожгли Джордано Бруно?

…В четверг, 17 февраля 1600 года, в два часа ночи зазвонил колокол на башне Братства усекновения головы Иоанна Крестителя. Это означало, что утром кого-то казнят.

В предутренней мгле из ворот братства вышла колонна монахов в низко надвинутых капюшонах. Когда они вошли в тюремную капеллу, еретик уже находился там. Началась панихида – заупокойная месса – по еще живому.

После панихиды процессия двинулась к площади Кампо дель Фьоре, словно бы в насмешку названной так – Площадью Цветов. Трещали факелы… Палачи сорвали с осужденного одежду, накинули на него саван, пропитанный серой и разрисованный языками адского пламени. Затем человека приковали к столбу железной цепью, а кроме того, туго-натуго обкрутили мокрой веревкой. От жара веревка будет сохнуть и сильнее вопьется в тело еретика к вящему удовольствию милосердного господа.

У ног свалили книги, написанные осужденным. Затем подожгли хворост… Так погиб бывший монах, бывший доктор богословия, философ и магистр искусств, еретик и атеист Джордано Бруно. За что же его покарали столь сурово? Оказывается, не только и не столько за то, что он рекламировал учение Коперника, как это принято считать. Дело разрушения геоцентрической системы, возможно, и заглохло бы еще на многие годы – мало ли кто какие пишет книги? – если бы не подрывная деятельность Джордано Бруно.

Джордано Бруно писал о бесконечной Вселенной, состоящей из множества миров, подобных нашей Солнечной системе

Впрочем, поначалу мальчика, родившегося в 1548 году в небольшом итальянском городке Нола, что близ Неаполя, родители назвали Фелиппе. Первоначальное образование он получил в закрытом пансионе своего дяди. А в возрасте 16 лет решил постричься в монахи. При пострижении, как это водится, ему дали другое имя – Джордано. Под ним он и вошел в историю.

Молодой монах ревностно предался научным и литературным занятиям. Он изучал философию, теологию, труды древнегреческих и арабских ученых, книги, написанные в более поздние годы. Немало писал и сам. Причем отнюдь не проповеди – в стенах монастыря, к примеру, им написаны сатирическая комедия «Светильник» и юмористический диалог «Ноев ковчег». Причем такая живая, разговорная форма изложения своих мыслей так понравилась молодому автору, что и потом на протяжении всей жизни он писал произведения в форме диалогов.

Двадцати четырех лет от роду Бруно стал священником одной из церквей в городке Кампанья, а в свободное от служб время читал научные и светские книги. Здесь-то он и познакомился с сочинением Коперника. И, видимо, не сдержавшись, соответствующе прокомментировал его.

Во всяком случае, образ мыслей молодого священника не понравился его начальству, а также коллегам по монашескому ордену доминиканцев, к которому принадлежал Бруно. В Рим был послан соответствующий донос, а вслед за ним туда же отправили и самого Джордано Бруно – для последующего разбирательства.

Поначалу он не ждал ничего для себя особо плохого: подумаешь, прочел книгу каноника Коперника и прокомментировал ее. Но уже в Риме ему становится случайно известно, что братья-доминиканцы провели обыск в его келье и обнаружили немало дополнительных компрометирующих материалов.

Тогда Джордано Бруно совершает побег. Он сбрасывает монашескую одежду и скрытно уезжает в Геную. Затем перебирается в Милан, Турин, Шамберни и, наконец покинув Италию, уезжает в Женеву.

Ему бы вести себя тише воды, ниже травы… Однако не таков характер нашего героя. В Женеве он даже подрался на публичном диспуте с одним из местных философов, за что и попал в тюрьму.

Выйдя из заключения, Бруно покинул Женеву, а затем и Швейцарию. Он снова менял города и дороги, пока, наконец, в Тулузе ему не удалось занять место профессора в местном университете. В течение двух лет Джордано Бруно читал лекции, в которых среди прочего резко критиковал учение Аристотеля и Птолемея. Это опять-таки не понравилось университетскому начальству, и Бруно вынужден покинуть кафедру.

Он уехал в Париж, где приобрел славу ученого, обладающего громадными познаниями и феноменальной памятью. Сам король заинтересовался чужеземцем и попросил посвятить его в тайны «Великого искусства».

Тут надо, наверное, сказать, что «Великое искусство» представляло собой что-то вроде механического компьютера. Логическая машина была изобретена Раймондом Луллой и состояла из нескольких движущихся кругов, на которых были нанесены буквы, обозначающие те или иные логические понятия. Движение кругов с различными скоростями приводило после их остановки к неожиданным сочетаниям понятий. А если еще и их толкователь обладал хорошо подвешенным языком, то слушатели получали немалое удовольствие.

Во всяком случае, королю занятия с логической машиной и в обществе Джордано Бруно так понравились, что Генрих III утвердил итальянца экстраординарным, то есть сверхштатным, профессором Парижского университета.

Но самим преподавателям новый коллега, видимо, не очень пришелся по сердцу. Во всяком случае, странствия Бруно вовсе не закончились. Из Парижа он вскоре едет в Оксфорд, из Оксфорда в Лондон, из Лондона снова в Париж… Потом Бруно отправляется в Германию и, объехав ее почти всю, в конце концов оказывается снова на родине, в Венеции.

Что руководило им, когда он принимал приглашение венецианского дворянина Мочениго погостить у него? Тоска по родине, где он не был столько лет? Наивное ощущение, что все уже забыто? Или ему просто до смерти надоело бегать от ищеек Ватикана по городам и весям Европы?.. Теперь уж мы этого никогда не узнаем.

Дальнейшие же события развивались так. Оказалось, что Мочениго пригласил Джордано Бруно, полагая, что тот владеет тайной изготовления золота и другими алхимическими секретами. Но Джордано Бруно разочаровал его, принявшись рассказывать о бесконечной Вселенной, состоящей из множества миров, подобных нашей Солнечной системе. Он давал высокую оценку Копернику, считая, что тот стоит «много выше Птолемея, Гиппарха и всех других, шедших по их следам». Он полагал, что все части и даже атомы Вселенной находятся в «бесконечном течении и движении, испытывают бесконечные перемены, как по форме, так и по месту. Однако при этом из него нельзя было выдавить ни слова об изготовлении золота методами алхимии. Не говоря уж о самом золоте…

Понятное дело, такой компаньон не устраивал Мочениго. Бруно вскоре понял это и хотел вернуться во Франкфурт. Но коварный венецианец опередил его. Он написал донос в инквизицию, и 23 мая 1592 года бывшего монаха арестовали.

Более семи лет томился Джордано Бруно сначала в венецианской, а потом в римской тюрьме. Тюремщики подвергали его пыткам и истязаниям, стремясь добиться от него как выдачи секретов изготовления золота, так и отречения от его идей. Но как сказал Бруно в одном из своих произведений, «страх смерти был чужд ему, силою характера он обладал более чем кто-либо, и ставил выше всех наслаждений в жизни борьбу за истину».

Истиной же этой Джордано Бруно полагал не только тот факт, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Это еще как-то церковники стерпели. В конце концов, помиловали же они того же Коперника, не стали казнить и Галилео Галилея, твердившего о том же. Избежал насильственной смерти также Иоганн Кеплер, доказавший, что планеты крутятся вокруг Солнца не по круговым орбитам, а эллиптическим. Ему простили даже то, что мать его была ведьмой, позволили спасти от костра и ее… А Исаака Ньютона, вычислившего величину силы, удерживающей планеты на их орбитах, так и вообще почитали как одного из величайших теологов своего времени.

А вот Джордано Бруно поволокли на костер. Почему? Да потому, что ему первому пришла в голову совсем уж кощунственная с точки зрения церковников мысль. Он сделал следующий логический шаг. «Раз планет возле нашего Солнца несколько, и наша Земля лишь одна из них, то быть может и на других планетах тоже может существовать жизнь, подобная нашей», – рассудил он. А там было недалеко и до совсем уж крамольного открытия.

То ли мяч, то ли пузырь…

Вы знаете, какую форму имеет наша Вселенная? Нет… Не огорчайтесь. Точного ответа на этот вопрос пока не знает никто. Есть лишь предположения, многие из которых могут оказаться всего лишь заблуждениями.

Как это ни странно, на первый взгляд, но изменение представлений о форме Вселенной во многом напоминает то, как люди меняли свои представления о форме Земли. Поначалу, как известно, люди полагали, что живут на обширной плоской поверхности, хотя и покрытой кое-где горами и впадинами.

Это убеждение сохранялось на протяжении многих тысяч лет (кое-кто, впрочем, полагает так и поныне). Но вот древнегреческий мудрец Аристотель в IV веке до н. э. заметил, что уходящее вдаль по морю судно пропадает из виду не потому, что по мере удаления уменьшается до недоступных глазу размеров. Нет, даже невооруженным глазом, а уж тем более в подзорную трубу, видно, что сначала исчезает корпус корабля, потом паруса и, наконец, верхушки мачт. Это привело его к заключению, что Земля должна быть круглой, словно шар, и корабль просто скрывается за горизонтом примерно так же, как солнце на закате скрывается за ближайшей горой.

Нечто подобное происходит и с переменной воззрений на форму Вселенной. Наблюдая за окружающими галактиками, астрономы пришли к выводу, что многие из них плоские, словно блин. А точнее, представляют собой спираль, закрученную в одной плоскости. Во всяком случае, именно такую форму имеет наша галактика, Млечный Путь и многие ее соседи.

Схема развития Вселенной после Большого взрыва

Однако если бы это было на самом деле так, что все звезды на ночном небосводе располагались бы примерно так же, как простирается сам Млечный Путь – этакой узкой светящейся дорожкой. Однако на самом деле звезды, созвездия и галактики занимают более-менее равномерно весь небосклон, как в северном, так и в южном полушариях. А значит, Вселенная представляет собой нечто вроде шара.

На ту же мысль наталкивает и гипотеза о Большом взрыве. Если считать, что наша Вселенная некогда (по последним данным, 13,7 млрд лет назад) образовалась в результате некоего взрыва, то по логике всю материю должно было более-менее равномерно разбросать по сферической поверхности.

Причем сфера эта, по идее, все расширяется. Об этом говорит, в частности, красное смещение, открытое еще в 30-е годы ХХ века американским астрономом Эдвином Хабблом. Проанализировав излучение звезд, он пришел к выводу, что спектры смещены в красную сторону (т. е. длинноволнового излучения), что возможно в том случае, если объект движется с большой скоростью, причем удаляясь от наблюдателя.

А если наша Вселенная все расширяется, возникает вопрос: до каких пределов это будет происходить? Ныне есть несколько вариантов ответа на данный вопрос. Одни астрофизики полагают, что это может происходить бесконечно. Другие полагают, что все имеет свое начало и свой конец. И если началом послужил Большой взрыв, то, по идее, сила его должна когда-то иссякнуть. И тогда галактики приостановят свой разбег, а потом начнут двигаться в обратном направлении, движимые силами тяготения. И когда-нибудь они с силой соударятся друг о друга, породив новый Большой взрыв…

Однако наблюдения последнего времени показали, что галактики вовсе не собираются приостанавливаться. Напротив, они движутся от центра, как показывают измерения, все ускоряясь. Полагают, что такое ускорение придает им некая скрытая масса и темная энергия. Но что это такое, никто толком не знает.

И куда стремятся галактики? Есть ли какая-то граница их продвижению. «Наверное, есть, – полагают некоторые космологи. – Если бы наша Вселенная была бесконечна, то в ней должно было находиться неисчислимое количество небесных тел, которые бы залили ночной небосклон своим светом. Между тем даже в сильнейшие телескопы между отдельными небесными телами наблюдаются темные, пустые пространства»…

Кроме того, исследования последних лет космического микроволнового фона, или реликтового излучения – своеобразного эха, оставшегося во Вселенной после Большого взрыва, – показали, что диапазон его излучения ограничен. Между тем если Вселенная имела бы неограниченные размеры, в ней можно было бы найти волны всех вероятных длин.

«Вселенная обладает свойствами музыкального инструмента, – привел наглядную аналогию доктор Френк Штайнер из университета Ульма в Германии. – А длина волн, как известно, не может превосходить длину самого инструмента. В том же рояле не может быть струн неограниченной длины, а стало быть, сверхнизкие ноты ему недоступны. Нечто подобное мы наблюдаем и во Вселенной – она излучает лишь волны определенной длины»…

Но если Вселенная ограничена, то можно говорить о ее размерах и форме. К настоящему времени космологи выдвинули несколько предполагаемых вариантов формы Вселенной.

Самыми популярными стали тыква (либо мяч для американского футбола) и бублик, а также три бублика, причудливым образом соединенные друг с другом. Некоторые физики даже предложили красивую модель, по-видимому, позаимствованную из восточной философии – о Вселенной, представляющий собой коридор зеркал с изображениями различных объектов, которые повторяются в небе много раз. Эти «световые портреты» могут отражаться от предполагаемых стенок Вселенной и таким образом многократно дублироваться.

Глен Старкман из Университета Кейз Вестерн Резерв в Кливленде (Огайо, США) и его коллеги попытались как-то совместить предложенные модели с экспериментальными данными, но пока еще не выбрали, какая форма подходит нашей Вселенной больше всего.

В то же время Штайнер и его коллеги начали повторно анализировать данные, полученные в 2003 году с помощью космического аппарата NASA, известного как «Микроволновой анизотропный зонд Уилкинсона», и попытались использовать и для обоснования гипотезы о том, что Вселенная имеет форму бублика. По их мнению, Вселенная имеет вид бублика-тора, диаметр которого может достичь 56 млрд световых лет.

Однако это не единственный вариант формы. Профессор Жан-Пьер Люмине из Парижской обсерватории во Франции отдает предпочтение форме мяча для американского футбола либо тыквы.

Советский физик Андрей Линде впервые описал сценарий хаотической инфляции в 1983 году, развив первоначальную теорию образования Вселенной американца Алана Гута. Согласно этой концепции, первоначально после Большого взрыва Вселенная начала раздуваться, словно мыльный пузырь.

Причем таких пузырей-баблов может быть множество. То есть, говоря попросту, наша Вселенная не одна, а их много. Располагаются они на некой базовой мембране подобно тому, как для выдувания обычных мыльных пузырей необходима пленка мыльного раствора.

Раздуваясь, пузыри-вселенные могут соприкасаться между собой, образуя структуру, напоминающую пчелиные соты. Каждая ячейка обычных сот заполнена, как правило, медом. Во вселенских сотах в каждой ячейке расположена своя вселенная.

Время от времени некоторые баблы лопаются, а потом начинают раздуваться снова, производя череду больших взрывов, которые, получается, в мирах столь же обыденны, как в нашей Вселенной взрывы сверхновых звезд. Они не так часты, но и не уникальны…

Видимо, чтобы окончательно запудрить нам мозги, некоторые космологи предполагают, что вся эта структура Мультивселенной может располагаться не в привычном нам 4-мерном мире (длина, ширина, высота плюс время), а в неком пространстве, число измерений которого может стремиться к бесконечности. Во всяком случае, согласно теории струн, их, этих самых измерений, никак не меньше 11–12.

Представить, как может выглядеть такое многомерное пространство, наглядно очень трудно. Между тем математики-топологи описывают его с помощью своих формул и вполне тем довольны. Их удовлетворение можно понять, поскольку такое строение мира позволяет предположить, как можно путешествовать из мира в мир, ныряя в пространственные туннели-червоточины, соединяющие их.

Возвращение мирового эфира?

Учебник – вовсе не есть истина в последней инстанции. К такому выводу приходят многие, кто берет на себя труд разобраться в истории с «мировым эфиром» – одной из самых запутанных теорий в естествознании.

А начнем мы вот с чего…

Ох, и наделало дел это яблоко! Упало на голову Исааку Ньютону, а он взял да и открыл закон всемирного тяготения. Так, дескать, и так: два массивных тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорционально произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Спорить с существованием тяготения, конечно, не приходится. Оно денно и нощно подтверждает свое существование на множестве самых различных примеров. И яблоки неизменно падают с деревьев вниз, притягиваемые матушкой Землей, и сами мы с нее не сваливаемся, и даже Луна кружит вокруг Земли, а сама наша планета – вокруг Солнца, благодаря все той же силе тяготения или гравитации.

Но вот что интересно. Ни предшественники Ньютона, много размышлявшие над природой тяготения, ни сам великий английский ученый, ни его последователи до самых наших дней так и не смогли понять, почему сила тяготения действует. Какова природа гравитации? И видно потому, нагородили и вокруг самого Ньютона, и его закона, и силы гравитации бог знает что!..

Оказывается, например, что Ньютон никогда не сидел под деревом в ожидании, что ему на голову свалится то самое историческое яблоко. Анекдот про него придумала его племянница – веселая девушка, которой до смерти надоели расспросы газетных репортеров и просто любопытствующих, как ее дядя делает свои великие открытия.

Сам Ньютон тоже отделался от расспросов довольно туманной фразой. Дескать, если он и видел дальше других, то только потому, что стоял на плечах гигантов. Намекая тем самым на то, что, в частности, природой тяготения до него занимались и итальянец Галилео Галилей, бросавший вниз предметы со знаменитой своим наклоном Пизанской башни, и соотечественник Ньютона Роберт Гук, и многие другие ученые, начиная с древних греков.

Скажем, тот же Гук, докладывая в 1666 году Королевскому обществу об опытах, доказывающих зависимость веса тела от высоты, практически пришел к той же мысли, но не смог ее сформулировать столь же четко, как это сделал Ньютон. А на само явление ученые обратили внимание еще в III веке до н. э., когда впервые было высказано предположение, что приливы и отливы на Земле происходят под влиянием тяготения Луны и Солнца.

Да и сам Ньютон, как показывают нынешние исследования, размышлял над природой тяготения около двадцати лет, прежде чем смог сформулировать свой знаменитый закон. За это время можно было до многого додуматься и без помощи созревшего яблока.

Но вот что интересно. Закон был сформулирован, формула исправно действует и по сей день – полеты современных космических кораблей тому лишнее подтверждение, – однако, как уже говорилось, никто толком не знает, что такое тяготение. Какова механика его действия?

Интерферометр Майкельсона

Разобраться в этом попытался молодой преподаватель математики и физики Георг Луи Лесаж. В один из майских дней 1749 года он объяснял своим воспитанницам закон всемирного тяготения. Но когда одна из особо любопытных учениц спросила, может ли учитель наглядно объяснить, как именно действует это самое тяготение, тот впал в задумчивость. И единственное, что мог придумать для наглядности: дескать, небесные тела окутаны чем-то вроде тончайшей, но прочной кисеи. Она-то и удерживает планеты, звезды и другие небесные тела на своих местах.

Ученицы покивали головами: дескать, насчет кисеи все понятно, но сам учитель остался весьма недоволен своим объяснением. Что это еще за «кисея» такая в мировом пространстве?

Размышляя, однажды он вспомнил слова знаменитого Декарта: «Мы считаем сосуд пустым, когда в нем нет воды. На самом деле в таком сосуде остается воздух. Если из “пустого” сосуда убрать и воздух, в нем опять что-то должно остаться, но мы это “что-то” просто не чувствуем».

И тогда молнией вспыхнула мысль: небесные тела не притягиваются, а подталкиваются друг к другу! И подталкивает их «нечто», которое мы не ощущаем…

После Лесажа подобная мысль приходила в головы многих других ученых. И поначалу все они были счастливы своим открытием. Суть его можно описать так: представим себе, что все пространство между небесными телами заполнено не кисеей, а еще более тонкой субстанцией – неким газом, состоящим из крошечных частиц, летающих во всех направлениях. При определенных условиях, наталкиваясь, скажем, на Солнце и Землю, эти частицы и подталкивают их друг к другу, заставляют нашу планету не удаляться чересчур далеко от светила.

Однако чтобы удовлетворить тем условиям, при которых подобное подталкивание возможно, такие частицы, оказывается, должны обладать удивительными свойствами: двигаться со сверхсветовыми скоростями и, пробегая колоссальные расстояния, не сталкиваться друг с другом. Более того, сами небесные тела тоже не являются преградой для подобных частиц: они пронизывают их насквозь, лишь слегка задерживаясь в своем движении.

Тем не менее, за неимением лучшего, идею приняли в качестве рабочей гипотезы. Газ назвали мировым эфиром, а то, из чего он состоит, – частицами Лесажа.

Теперь оставалось обнаружить хотя бы следы присутствия мирового эфира на практике – и дело в шляпе.

Трудную задачу – поймать неуловимые частицы – взял на себя американский исследователь Альберт Майкельсон. Первый эксперимент был затеян им в 1881 году. Однако его точность не удовлетворила ни самого следователя, ни его последователей, среди которых выделяются своей настойчивостью и тщанием в работе его коллеги и помощники – Морли и Миллер. И они стали повторять опыты вновь и вновь, пока не добились приемлемых результатов.

Суть же идеи заключалась в следующем. Наша планета, как известно, движется по своей орбите вокруг Солнца. Если в этот момент она «обдувается» с какой-либо стороны «эфирным ветром», то логично предположить, что на каком-то участке орбиты этот «ветер» будет попутным, а на каком-то встречным. Стало быть, на одном участке эфир будет помогать солнечным лучам добегать до нашей планеты, подгоняя их, а на другом – напротив, препятствовать их движению.

Скорость света к тому времени уже определили. Округленно она равна 300 тыс. км/с. Приблизительная скорость частиц Лесажа тоже предположительно была известна. Согласно некоторым выкладкам, которые мы здесь приводить не будем, чтобы не загромождать наше повествование, получалось, что она должна быть равна примерно 30 км/с.

Оставалось таким образом в течение года аккуратнейшим образом замерять скорость движения частиц света – фотонов – в надежде зафиксировать изменения их скорости. Для этой цели Майкельсоном, Морли и Миллером была построена уникальная экспериментальная установка – интерферометр Майкельсона.

Схема его такова. Свет, приходящий от солнца, падал на полупрозрачное зеркало, расположенное к нему под углом 45 градусов. Часть его проходила сквозь зеркало, а часть отражалась под прямым углом. Затем оба луча – прошедший прямо и повернувший под прямым углом – доходили до обычных, непрозрачных зеркал, отражались от них и, возвращаясь назад, попадали на то же полупрозрачное зеркало. Теперь часть лучей, прошедших сквозь это зеркало, насквозь могла повернуть под прямым углом, в то время как другая часть лучей, уже однажды совершивших такой поворот, могла пройти сквозь него прямо.

Ход этих лучей для наглядности показан на схеме, так что вы можете проследить, каким образом оба луча попадали на экран и отражались на нем, образуя интерференционную картину, состоящую из светлых и темных полос.

Если для прохождения света по обоим путям требуется одинаковое время, то на экране должна получиться одна картинка, если же разная – вследствие того, что один из лучей должен двигаться по потоку эфира (или против него), а другой поперек, – то и картинка будет другая…

Даже рассказать об этом опыте оказывается непросто, а уж провести его… В общем, команда физиков билась несколько лет, пока у них не стали получаться результаты, которым можно было доверять.