Расплетая радугу: наука, заблуждения и тяга к чудесам
Шрифт:
В отличие от птиц, обладающих превосходным цветным зрением, многие млекопитающие не обладают истинным цветным зрением. Другие же, включая некоторых людей, страдающих дальтонизмом, используют двухцветную систему, основанную на двух видах колбочек. Высококачественное цветное зрение с трёх-цветной системой могло эволюционировать у наших предков-приматов как помощь в нахождении фруктов в зелёном лесу. Психолог из Кембриджа, Джон Моллон, даже намекал, что трёхцветная система «это устройство, изобретённое некоторыми фруктовыми деревьями, чтобы распространяться»: оригинальный способ привлечь внимание к факту, что деревья получают выгоду, привлекая млекопитающих есть их фрукты и распространять их семена. Некоторые обезьяны Нового Света практикуют странные схемы, в которых различные особи вида имеют различные комбинации двухцветных систем, и таким образом специализированы, чтобы видеть различные вещи. Никто не знает, какую пользу это им приносит,
Расплетая более широкую радугу, двигаясь в другие части электромагнитного спектра, мы отличаем станцию от станции на шкале радиоприемника, мы отделяем разговор от разговора в мобильной телефонной сети. Без точного расплетания электромагнитной радуги мы услышали бы все разговоры одновременно и все частоты на шкале радиоприемника в галдеже белого шума. Другим способом, благодаря специальным компьютерам, расплетание радуги лежит в основе магнитно-резонансной томографии, блистательной технологии, с помощью которой врачи сегодня могут разглядеть трехмерную структуру наших внутренних органов.
Когда источник волн сам движется относительно детектора, случается нечто особое. Существует доплеровское смещение длин волн при их детектировании. Его легко заметить в случае звуковых волн, потому что они распространяются медленно. Звук автомобильного двигателя отчетливо выше, когда приближается, чем когда удаляется. Именно поэтому мы слышим характерный двухтональный звук eee-aaa, когда автомобиль проноситься мимо. Голландский ученый Бейс-Баллот в 1845 году впервые проверил предсказание Доплера, наняв духовой оркестр играть в открытом железнодорожном вагоне, мчавшемся мимо публики. Световые волны распространяются настолько быстро, что мы замечаем доплеровское смещение, только если движемся очень быстро к источнику света (в этом случае свет сдвигается к синему концу спектра), или удаляемся от него (при этом свет смещается к красному). Это верно для отдаленных галактик. Факт, что они быстро удаляются от нас, был впервые обнаружен благодаря доплеровскому смещению их света. Он более красный, чем должен быть, последовательно смещенный к длинноволновому, красному концу спектра.
Откуда мы знаем, что свет, пришедший от далёкой галактики, сдвинут к красному? Откуда мы знаем что он не был изначально красным? Это можно сказать, используя Фраунгоферовы линии в качестве маркеров. Помните, каждый элемент подписывается своим уникальным штрих-кодом линий. Расстояния между линиями индивидуальны, как отпечатки пальцев, но также определена точная позиция каждой линии вдоль радуги. Свет от далёкой галактики демонстрирует штрих-коды, для которых имеются узнаваемые картины расстояний. Именно эта узнаваемость и говорит нам, что другие галактики сделаны из тех же веществ, что и наша. Но вся картина полос сдвинута на определённое расстояние к длинноволновому концу спектра: он краснее чем должен быть. В 1920, американский астроном Эдвин Хаббл (в честь которого назван Космический Телескоп Хаббл) открыл, что удалённые галактики обладают спектрами, сдвинутыми к красному. Галактики с наиболее выраженным смещением к красному, также наиболее удалены, судя по слабости их света. Известное заключение Хаббла (хотя такие предположения делались ранее другими) было то, что вселенная расширяется, и с любой точки, галактики наблюдаются удаляющимися с ускорением.
Когда мы смотрим на далёкую галактику, мы смотрим в далёкое прошлое, так как свету требуются миллиарды лет, чтобы достигнуть нас. Он становится тусклым, от чего мы знаем, что он пришёл с большого расстояния. Скорость с которой наша галактика удаляется от другой галактики приводит к эффекту смещения спектра в сторону красного. Отношение между расстоянием и скоростью отдаления подчинено законам (это называется «закон Хаббла»). Экстраполируя эти количественные отношения в обратную сторону, мы можем предположить, когда вселенная начала расширяться. Используя язык превалирующей сейчас теории «Большого взрыва», вселенная началась в гигантском взрыве между 10 и 20 миллиардами лет назад. Всё это мы заключили, расплетая радугу. Дальнейшее развитие теории, поддерживаемое всеми доступными доказательствами, предполагает, что само время началось в этом величайшем катаклизме. Вы, вероятно, не понимаете, и я, конечно, тоже, что это может значить, что время само началось в какой-то конкретный момент. Но, ещё раз, это ограничение нашего разума, который был создан ладить с медленными, достаточно крупными объектами в Африканских саваннах, где события происходят последовательно, и для каждого очередного есть предыдущее. Событие, которое не имеет предыдущего, пугает наш бедный разум. Может быть, мы можем принять это только через поэзию. Китс, ты должен был жить в этот час.
Есть ли глаза, где-то там средь галактик, смотрящие назад на нас? И слово Назад — самое подходящее слово, поскольку они могут видеть только наше прошлое. Обитатели мира на расстоянии 100 миллионов световых лет в этот момент видят, если они могут что-нибудь разглядеть на нашей планете, сдвинутых-к-красному динозавров, бегающих по розоватой поверхности. Увы, даже если существуют другие существа во вселенной, и даже если у них есть глаза, маловероятно что их телескопам, какими бы мощными они ни были, хватит разрешения чтобы разглядеть нашу планету, не то что отдельных её обитателей. Мы сами никогда не видели других планет вне нашей солнечной системы. Мы даже не знали обо всех планетах в нашей солнечной системе до последних веков. Нептун и Плутон слишком тусклы, чтобы увидеть их невооружённым глазом. Единственная причина, по которой мы знаем куда направлять телескоп — это вычисления на основе крошечных отклонений в орбитах ближайших планет. В 1846 году два астронома математика Джон Кауч Адамс в Англии и Урбен Леверье во Франции, были независимо озадачены несоответствием между фактическим положением планеты Уран и положением, где он теоретически должен был быть. Оба вычислили, что возмущение может быть вызвано притяжением невидимой массивной планеты находящейся в определенном месте. Немецкий астроном Иоганн Готфрид Галле должным образом установил свой телескоп в нужном направлении и обнаружил Нептун. Плутон был обнаружен таким же образом, уже в 1930 американским астрономом К.В.Томбо, высчитавшим его (гораздо меньшее), гравитационное воздействие на орбиту Нептуна. Джон Китс высоко ценил душеное волнение, которое ощущали те астрономы:
Я счастлив. Так ликует звездочет, Когда, вглядевшись в звездные глубины, Он вдруг светило новое найдет. Так счастлив Кортес был, чей взор орлиный Однажды различил над гладью вод Безмолвных Андов снежные вершины.Я испытываю особую привязанность к этим строкам с тех пор, как они были процитированы мне издателем при первом чтении рукописи «Слепого Часовщика».
Но существуют ли планеты, обращающиеся вокруг других звезд? Это важный вопрос, ответ на который затрагивает нашу оценку повсеместности жизни во Вселенной. Если есть только одна звезда во Вселенной, которая имеет планеты, то эта звезда должна быть нашим Солнцем, и мы очень, очень одиноки. В другой крайности, если каждая звезда — центр солнечной системы, число планет, потенциально доступных для жизни, превосходит любые оценки. Почти вне зависимости от вероятности жизни на каждой отдельной планете, если мы находим планеты, движущиеся вокруг типичных звезд, таких как Солнце, мы чувствуем себя заметно менее одинокими.
Планеты находятся слишком близко к своим солнцам и слишком приглушены их яркостью, чтобы обычно видеть их в наши телескопы. Главное — мы знаем, что у других звезд есть планеты — их открытие ожидало до 1990-ых — снова же, благодаря орбитальным возмущениям, на сей раз обнаруженным с помощью допплеровского смещения в цветах света. Вот как это работает. Мы думаем о Солнце как о центре, вокруг которого вращаются планеты. Но Ньютон говорит нам, что два тела обращаются друг вокруг друга. Если две звезды имеют схожую массу, они называются двойной системой и обращаются друг вокруг друга, как пара гантелей. Чем больше они неравны, тем больше кажется, что более легкая звезда обращается вокруг более тяжелой, которая остается почти неподвижной. Когда одно тело намного больше, чем другое, например солнце с Юпитером, более тяжелое только немного колеблется, в то время как более легкое носится вокруг, как терьер вокруг своего владельца на прогулке.
Именно такие колебания в положениях звезд выдают присутствие невидимых планет, обращающихся вокруг них. Но колебания сами слишком малы, чтобы увидеть их непосредственно. Разрешение наших телескопов не в состоянии отметить такие небольшие изменения в положении, на самом деле, это еще труднее, чем рассмотреть сами планеты. Опять же, на помощь приходит расплетение радуги. Когда звезда колеблется вперед и назад под воздействием обращающейся планеты, свет от нее достигает нас с красным смещением, если она удаляется, и с синим, если она движется к нам. Планеты выдают себя, вызывая крошечные, но измеримые, красно-синие колебания света, достигающего нас от их родительских звезд. Таким же образом, жители на отдаленных планетах могут легко обнаружить присутствие Юпитера, наблюдая за периодическими изменениями оттенка солнца. Юпитер — вероятно, единственная из планет нашего солнца, достаточно большая, чтобы быть обнаруженной таким образом. Наша скромная планета является слишком крошечной, чтобы сделать гравитационную рябь заметной для инопланетян.