Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее
Шрифт:
Первой наглядной демонстрацией предсказательной силы ньютоновской теории послужила работа его друга Эдмунда Галлея (1656–1742), замечательного английского астронома. Галлей, видимо, раньше всех ознакомился с результатами Ньютона — он издавал «Начала» на свои средства. Наблюдая в 1682 году комету, Галлей смело отождествил ее с кометами, появлявшимися в 1456, 1531, 1607 годах. Он считал, что это полноправный член Солнечной системы, обладающий очень сильно вытянутой орбитой с периодом около 76 лет (комета Галлея и на самом деле уходит за орбиту Нептуна). В этом плане комета Галлея — крупнейшее открытие нового типа объектов после галилеевских спутников Юпитера. На умы современников сильно подействовало то, что в отличие от других тел Солнечной системы — планет и их лун, движущихся почти по круговым орбитам, — эллипсоидальный характер траектории кометы выбивался за всякие эпициклы и эксцентры. В 1705 году в своем «Очерке кометной астрономии» Галлей на основе расчетов по ньютоновской теории предсказал, что комета вернется в 1758 году, и она действительно вернулась [62] —
62
Правда, несколько позднее — 12 марта 1759 года, что было объяснено более точным учетом возмущений в движении кометы Галлея со стороны Юпитера и Сатурна.
Увлекшись ретроастрономией — анализом старых наблюдений, Галлей не остановился на кометах. Он стал первым астрономом, удачно покусившимся на святая святых — неизменность звездной сферы. Анализируя старые каталоги, Галлей нашел, что три ярких звезды — Сириус, Альдебаран и Арктур — изменили свое положение в созвездиях, то есть являются подвижными телами.
Наряду с этими важнейшими конкретными открытиями происходили и общемировоззренческие сдвиги.
Сам Ньютон, воодушевленный идеями английского деизма, довел в своих работах деистическую концепцию едва ли не до логического конца. Факты вмешательства божественного начала он видел только там, где научный анализ оказывался бессильным. Например, он понимал, что закон всемирного тяготения объясняет лишь форму орбит небесных тел, но одного его недостаточно для объяснения светимости звезд.
Пораженный открывшейся перед ним гармонией, Ньютон писал:
«Эта прекраснейшая система Солнца, планет и комет могла возникнуть только по мысли и воле разумного и могущественного Существа. И если неподвижные звезды являются центрами других таких же систем, то и они, будучи созданы той же мудрой мыслью, должны все подчиняться воле Одного» [63] .
Завершая экскурс в ньютоновскую эпоху, стоит задержать внимание еще на одном обстоятельстве. Как и многие крупнейшие ученые, Ньютон сам творил методологию науки. Огромный успех его механики, математики и оптики на долгое время создал исключительный авторитет его лозунгу «Гипотез не изобретаю». В отличие от Декарта Ньютон допускал в качестве схемы объяснения не любую мысленную конструкцию, согласующуюся с опытом, но только ту, которая как бы из опыта выводится. Тем самым он неявно предполагал, что каждая экспериментальная ситуация может лишь единственным образом описываться в теории. В 3-й книге своих «Начал» («О системе мира») он даже формулирует особые «правила философствования» (1. «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений» и т. д.).
63
Характернейшим образом отразил эту идею и впрочем всю ситуацию английского компромисса религии и науки ученик Ньютона профессор Рожер Котес в предисловии ко 2-му изданию «Начал»: «Надо быть слепым, чтобы из прекраснейшего и мудрейшего строения мира не усмотреть величайшей мудрости и благости всемогущего Творца, надо быть безумцем, чтобы этого не признавать. Поэтому превосходнейшее сочинение Ньютона представляет вернейшую защиту против нападок безбожников, и нигде не найти лучшего оружия против нечестивой шайки, как в этом колчане».
Эти правила очень практичны, если знать заранее, что есть истинная причина и чего именно достаточно для объяснения явлений… На самом деле реальная работа теоретика всегда требовала изобретения гипотез, и Ньютон был искуснейшим их изобретателем, что особенно хорошо видно в его оптике. В каждой области науки существуют десятки ярких примеров, когда к описанию одного и того же явления подходят с разными моделями. Однозначность описания появляется на сравнительно поздних стадиях — при построении общей теории, синтезирующей отдельные частные модели. Видимо, Ньютон полагал, что механика нуждается в чем-то таком — общем.
Его правила заметно повлияли на будущий подход к построению физики. Направленные в первую очередь на борьбу с последователями Декарта (картезианцами) [64] , они в какой-то степени отражали неудовлетворенность Ньютона физическим содержанием закона всемирного тяготения — фактическим отсутствием такого содержания. Трудно было понять, каким образом малейшее изменение относительного расстояния между планетами, разделенными миллионами километров, мгновенно сказывается на поведении обеих планет. Причем сказывается без всякого посредника — представление о гравитационном поле как особом виде материи развилось позднее. И отвергая Декартовы вихри, Ньютон оставался с чисто математической формой…
64
Прямой критике картезианской модели вихрей посвящено немало места во 2-й книге «Начал». Ньютон четко демонстрирует, что из теории Декарта следует не 3-й закон Кеплера, а нечто совсем иное (a12/a22=T1/T2). Но Ньютону важно показать не только недостатки конкретной модели Солнечной системы, но и порочность всей картезианской методологии. Его твердая деистическая позиция не допускает свободы в моделировании единого космического закона, раз и навсегда установленного Творцом, и он уверен, что такой закон может иметь одну и только одну форму, отражающую истинный замысел Всевышнего. В этом, по-моему, суть деизма, взлелеянного в лоне ранних конституционных монархий, питавших иллюзию абсолютной юрисдикции неких безусловно справедливых законов, трактуемых единственным образом любым членом общества. Вероятно, именно у Ньютона религиозный синтез античной натурфилософии, монотеизма и эллинистической космической юрисдикции достигает апогея.
Некоторые последователи Ньютона возвели его разумный рационализм и неудовлетворенность в трактовке гравитации едва ли не в ранг философии науки. Механика стала для них чем-то вроде абсолютного образца в трактовке всех деталей картины Вселенной. Механицизм превращался в своеобразное мировоззрение. Вопросы, на которые не сумел ответить Ньютон, подчас объявлялись бессмысленными.
Но время берет свое — впоследствии обе тенденции, картезианская и ньютонианская, слились в стройном здании теоретической физики 19 века.
Новое и неведомое
Основные результаты Эдмунда Галлея — открытие кометы как нового элемента Солнечной системы и собственного движения звезд — в какой-то степени предопределили главные линии развития астрономии 18–19 веков.
Во-первых, выделилось особое направление поиск — новых объектов в Солнечной системе. Астрономы стремились не только отыскать их, но точнейшим образом определить их движение для дополнительной проверки ньютоновской теории. С другой стороны, интерес исследователей все больше обращался к звездам, чья природа пока казалась загадочной.
Вспыхнувшая сразу вслед за Галлеем охота за кометами необычайно стимулировала наблюдения нестандартных событий.
Историю открытия принципиально новых объектов стоит начать с опубликованной в 1733 году работы Жан-Жака Дорту де Мэрана. В своем «Физическом и историческом трактате о северном сиянии» он смело связал красивейшее явление северного неба с влиянием солнечной активности, а не со свечением вулканических испарений, как это делалось до него. Мэран полагал, что солнечная атмосфера — та корона, которая наблюдается во время солнечных затмений, — может в отдельных случаях простираться на огромные расстояния и достигать Земли, вступая в сильное взаимодействие с земной атмосферой. Иными словами, родилась гипотеза о существовании особого элемента Солнечной системы — того, что сейчас называют солнечным ветром, причем этот элемент должен заметно влиять на состояние околопланетного пространства. Разумеется, в доспутниковую эру не было возможности проверить гипотезу Мэрана прямым экспериментом, но качественно она вполне оправдалась. После ньютоновской теории приливов, обусловленных гравитационным влиянием Луны и Солнца, это была, пожалуй, первая неастрологическая идея о воздействии небесных тел на земные события. В мае 1761 года русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765), человек необычайной одаренности и широты увлечений — от физики до литературы, наблюдал необычное явление. Край Солнца как бы пузырился или размывался при прохождении через него Венеры вокруг диска планеты возникал тончайший светящийся ободок. Этот эффект был правильно истолкован Ломоносовым в его брошюре «Явление Венеры на Солнце, наблюденное в Санкт-Петербургской Академии наук». Размывание солнечного диска он связал с наличием у ближайшей соседки Земли мощной атмосферы «таковою (лишь бы не большею), какова обливается около нашего шара земного». Так — по сути, впервые со времен Галилея — удалось дополнительно доказать схожесть Земли и других планет. Старые сугубо умозрительные гипотезы об атмосферах небесных тел получили столь сильное подтверждение, что фантасты и популяризаторы науки 18–19 веков стали считать чуть ли не само собой разумеющимся, что всякая планета имеет подходящий для человека воздушный океан.
Принципиально новый тип небесного тела — астероид, или малую планету, обнаружил в первый день 19 столетия итальянский астроном Джузеппе Пиацци (1746–1826). Орбита первого астероида, названного Церерой, была заключена между орбитами Марса и Юпитера. В течение нескольких следующих лет немецкий астроном Генрих Вильгельм Ольберс (1758–1840) снова зарегистрировал Цереру и обнаружил два других астероида — Палладу и Весту. Вскоре между орбитами Марса и Юпитера были найдены и другие планетки. Это позволило Ольберсу предложить гипотезу о существовании в очень давние времена особой планеты Фаэтона, которая по неизвестным причинам взорвалась, и ее осколки образовали астероидный пояс. Эту идею до сих пор трудно обосновать или окончательно опровергнуть, но она, бесспорно, стимулировала интерес к законам эволюции Солнечной системы и отдельных планет.
Так обогащались представления о Солнечной системе, но самое впечатляющее открытие этого времени, завершившееся триумфом ньютоновской теории, было опять-таки связано с кометным бумом.
13 марта 1781 года 42-летний астроном-любитель Вильям Гершель открыл, как ему показалось, новую комету, наблюдая звезды между созвездиями Тельца и Близнецов.
Фридрих Вильгельм Гершель (1738–1822), сын ганноверского военного музыканта, сам композитор и музыкант, приехал в Англию 18-летним юношей. Здесь он, преобразовавшись в Вильяма, длительное время зарабатывал на жизнь музыкальными уроками. Постепенно он увлекся астрономией, и к 33 годам осознал, что только этот предмет по-настоящему для него интересен. Свой первый телескоп Гершель достроил в 1773 году и через год приступил к систематическим наблюдениям. К моменту упомянутого открытия он все еще оставался любителем, хотя и проявил незаурядное упорство в конструировании телескопов и наблюдениях.