Эволюция Вселенной и происхождение жизни
Шрифт:
Аристарх определил, что Солнце во много раз больше Земли. Вероятно, это привело его к предположению, что маленькая Земля обращается вокруг Солнца. Его собственный труд по этому вопросу потерян, но у нас есть надежный источник — его современник Архимед (287–212 до н. э.). После обучения в Александрии этот великий математик вернулся на свою родную Сицилию, где служил советником царя Гиеро II. Он понял, что если тяжелое тело помещено в сосуд, полный воды, то количество перелившейся через край воды равно объему тела. Поэтому вес тела, деленный на вес вылившейся воды, равен плотности вещества, из которого состоит тело. Не повредив изящную корону, он смог обнаружить мошенничество ювелира, использовавшего при ее изготовлении золото низкой пробы.
В книге Архимеда «Исчисление песчинок» упоминается о потерянной работе Аристарха, посвященной размеру Вселенной. Здесь Архимед представляет новую систему счисления, предназначенную для операций с большими числами [2] . В этой связи он предполагает, что диаметр Вселенной меньше чем 10 млрд стадий (что лишь немногим больше орбиты Юпитера). Архимед вычислил самое большое из возможных чисел — количество песчинок, которыми можно было бы заполнить всю Вселенную. В результате у него получилось 10 63, то есть единица с 63 нулями.
2
Большие числа были слабым местом неуклюжей греческой системы, использующей буквы для обозначения чисел. В этой традиционной системе вычисления были просты до числа 10 000 (обозначим его буквой М), а при некоторых усилиях — даже до М 2= 100 миллионов, но после этого все усложнялось. Архимед принял за новую единицу число 100 миллионов, а следующими единицами стали квадрат, куб и т. д. этого числа. Самым большим числом в новой системе стало М 2, возведенное в степень М 4. В наших обозначениях это соответствует 80 000 000 миллиардам нулей после единицы!
Отметив «общее мнение», высказанное астрономами, Архимед переходит к тому, что он считает по-настоящему альтернативной точкой зрения:
«Но Аристарх опубликовал книгу, состоящую из определенных гипотез, которые содержат ряд предположений о том, что Вселенная во много раз больше рассмотренной нами «Вселенной». Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце не меняют своего положения в пространстве, что Земля движется по окружности вокруг Солнца, находящегося в центре ее орбиты, и что центр сферы неподвижных звезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, что окружность, описываемая, по его предположению, Землей, находится к расстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шара находится к его поверхности» (перевод по: Thomas Heath «Aristarchus of Samos»).
Даже при отсутствии деталей эта запись свидетельствует о том, что в потерянной работе Аристарха были предположения о гелиоцентрической системе. Мы не знаем, что думал Аристарх о других планетах. В приведенном выше отрывке упоминаются только Земля, Солнце и неподвижные звезды. Неизвестно, использовал ли он движение Земли для объяснения остановок и обратных движений планет, как это сделал Коперник (см. главу 5). Архимед упоминает, что, согласно Аристарху, сфера неподвижных звезд намного превышает расстояние до Солнца. Это объясняет, почему не наблюдается годичных изменений в положениях звезд (параллакс), чего можно было бы ожидать при обращении Земли вокруг Солнца.
Модель мира Аристарха была радикальной для своего времени. Теперь мы знаем, что она верна, но в то время еще не было возможности отстаивать свои взгляды, противоречащие общепринятой космологии. Только один ученый поддержал эту модель. Это был Селевк, живший в Вавилоне спустя сто лет. И это неудивительно, если учесть, насколько точные требуются наблюдения для того, чтобы убедиться в реальном движении Земли. Подобные эффекты (аберрация света, звездные параллаксы) настолько малы, что были обнаружены только через два тысячелетия.
Что касается «размера Вселенной», то есть расстояния до самой далекой звездной сферы, то в ту эпоху не было надежных способов его измерения. Птолемей ограничился минимумом, у него орбиты планет упакованы предельно плотно, между ними не оставлено никакого пространства, так что максимальное расстояние, на которое удалялась планета на своем эпицикле, было равно минимальному расстоянию до следующей планеты. Таким способом он определил расстояние до самой далекой планеты Сатурн, и оно получилось равным 19 865 земных радиусов (современное значение превышает 200 000). Таким же было и расстояние до загадочной звездной сферы, за которой ничего нет.
Переход от плоской Земли к измерению нашей сферической планеты был радикальным шагом в мировоззрении. Это пример того, как локальными наблюдениями, подкрепленными математическими рассуждениями, можно в буквальном смысле охватить земной шар, измерить расстояние до Луны и определить ее размер. Мы также увидели первые попытки поместить Землю на ее истинное, подчиненное место в Солнечной системе.
Мы увидели, что некоторые античные астрономы рассматривали эпициклы и дифференты как вычислительный метод, а не реальный космический механизм. Главным для них было объяснить видимые движения планет как комбинацию идеальных равномерных круговых движений, а вовсе не понять их физическую природу, что для нас сейчас выглядит несколько странным. Но подход древних ученых к наблюдениям и позиции, с которых они исследовали мир, сильно отличались от современных. Не считая робких (и порой опасных) предположений, например о том, что Солнце — это раскаленный каменный шар или что Луна светит отраженным солнечным светом, рассуждения о физической природе планет и звезд и об их истинном движении оставались за пределами деятельности древних астрономов.
Глава 4 Средневековая космология
Великолепный Александрийский музей в Египте был основан примерно в 300 году до н. э. одним из генералов Александра Великого. В нем хранилось до полумиллиона рукописей (рулонов папируса), которыми пользовались ученые, занимавшиеся литературой, математикой, астрономией и медициной. Птолемей был последним великим ученым Александрии. Он жил, когда культурное наследие Греции уже пришло в упадок. В течение следующих нескольких столетий творческая активность затухала во всей разрушающейся Римской империи.
В 312 году н. э. Константин Великий принял христианство, которое и стало официальной религией империи. Церковь в первые века своего существования либо была равнодушна к науке, либо же выступала против нее. Имелись и экстремисты, противостоявшие классической культуре и нападавшие на Александрийскую библиотеку и ее сотрудников. При этом в 415 году н. э. была убита математик Гипатия, которая, как принято считать, наряду с другими работами помогала своему отцу Теону составлять комментарии к «Альмагесту». Многие ученые сочли, что безопаснее будет переехать на работу в Афинскую академию или же в Константинополь, который тогда был столицей Восточной Римской империи.
О том, когда была разрушена библиотека и кто ее разрушил, существуют разные мнения. Одна из причин, возможно, в том, что помимо основной библиотеки, в другой части города, в храме Сераписа, был ее «филиал». По рассказу римского историка Плутарха, основной фонд библиотеки сгорел, когда в городе возник пожар при завоевании Юлием Цезарем в 48 году до н. э. Но возможно, это случилось при нападении на город императора Аврелия в III веке н. э. Эдвард Гиббон в книге «Упадок и разрушение Римской империи» ссылается на источники, утверждающие, что патриарх Александрийский Феофил разрушил библиотеку, когда храм Сераписа был превращен в церковь в 391 году н. э. Наконец, последним, кого подозревают в уничтожении библиотеки, стал мусульманский халиф Омар, который, по словам епископа Григория (записанным спустя боо лет), сжег книги библиотеки для нагрева воды в многочисленных городских банях после завоевания им города в 642 году н. э. Таким образом, виноватыми могут быть и язычники, и христиане, и мусульмане. Ясно одно: когда сталкиваются идеологии, в защите нуждаются не только люди, но и книги. Однако после волны мусульманской экспансии, хлынувшей в Европу через ее «ворота» — Испанию, новая исламская империя стала хорошо относиться к классическим наукам.