Тайны мозга. Почему мы во все верим

Шермер Майкл

«Когда уважаемый, но пожилой ученый утверждает, что что-то возможно, он почти наверняка прав. Когда он утверждает, что что-то невозможно, он, весьма вероятно, ошибается». – Артур Кларк.

«Весомое свидетельство в пользу широко известной теории «островов вселенной»

Последние детали этой загадочной небесной мозаики сложились в Калифорнии, сначала в Ликской обсерватории, а затем в Маунт-Уилсон, в двух первых в мире обсерваториях на вершинах гор, в свое время находившихся в авангарде изучения дальнего космоса и ретроспективного времени. В конце XIX века баснословно богатый промышленник Джеймс Лик в поисках самого внушительного и большого памятника, которому можно было бы присвоить его имя, выделил миллион долларов на строительство обсерватории на горе Гамильтон в горной цепи Дьябло, чуть удаленной вглубь материка от Сан-Хосе. В этой обсерватории был воздвигнут «Большой ликский телескоп-рефрактор» – тридцатишестидюймовое стекло на конце на удивление узкой трубки, – который до сих пор остается одним из прекраснейших астрономических приборов, поистине олицетворением элегантности в науке. Этот телескоп, один из последних больших рефракторов,

использовался главным образом для изучения планет и звезд – занятия, которому астрономы посвящали себя полностью. Поэтому когда в обсерваторию пришел работать молодой и перспективный астроном Джеймс Килер, специализировавшийся на спектроскопии, его отправили на другой конец долины, к другой горе, где во второстепенной обсерватории помещался отнюдь не элегантный рабочий телескоп-рефлектор с тридцатишестидюймовым зеркалом и образующими костяк опорами вместо трубки.

Этот переход от старого к новому, от рефракторной линзы к отражающему зеркалу, был не просто символичным (рис. 19). Размеры линзы были ограничены ее весом, так как опираться она могла только по краям. Со временем она начинала проседать и давать искажения. А зеркало можно было полностью поддерживать снизу, поэтому телескоп-рефлектор удавалось сделать достаточно большим, чтобы улавливать драгоценные немногочисленные фотоны света, прибывающие из дальних уголков вселенной. Телескоп Кроссли, названный по фамилии богатого производителя ткани, который купил этот телескоп в 1885 году, а затем пожертвовал Ликской обсерватории, имел еще одно преимущество для специалиста по спектрографии: стеклянные линзы выборочно поглощали волны одной длины лучше, чем волны всех остальных длин, ограничивая масштабы и качество спектрального анализа, в то время как зеркало отражало в равной степени волны любой длины, представляя более точное отображение содержимого таинственных туманностей. [371]

371

Я признателен нынешнему директору Ликской обсерватории Майклу Болту, а также астроному Ремингтону Стоуну за персональную экскурсию по обсерватории и показ телескопов, а также за воодушевленный рассказ о строительстве, развитии и истории этого памятника науки.

Одним из первых снимков с длительной экспозицией, сделанных Килером с помощью телескопа Кроссли, стал спорный снимок галактики М51 «Водоворот», поразивший даже самых консервативных астрономов явной спиральной формой, подразумевающей движение, а также внутренней структурой в виде выраженных рукавов. В качестве дополнительного преимущества четырехчасовая экспозиция выявила семь ранее неизвестных туманностей, указывая, что их гораздо больше, чем можно было вообразить ранее. Со временем каталог Мессье был вытеснен Новым общим каталогом (NGC), в котором упомянуты тысячи туманностей. Направляя телескоп Кроссли на разные участки неба и снимая с длительной экспозицией то один, то другой объект из Нового общего каталога, Килер увидел паттерн: сплющенные диски со спиральными рукавами, вращающимися вокруг яркого центра. На фоне находились бесчисленные, еще не внесенные в каталог мельчайшие светящиеся пятнышки. Сегодня мы назвали бы эту картину фрактальным паттерном: с каждым увеличением конкретного участка неба появлялся схожий паттерн рассеянных туманностей, находящихся позади основной цели, взятой в видоискатель. Экстраполируя полученные данные, в среднем три туманности на квадратный градус неба, Килер определил, что таких небесных сфинксов должно насчитываться не менее 120 тысяч, но втайне подозревал, что их гораздо больше, возможно, на порядки.

a. Телескоп Кроссли в Ликской обсерватории снабжен тридцатишестидюймовым зеркалом в нижней части и вторым зеркалом в верхней части трубки, вместе они отражают сфокусированный свет в окуляр или спектроскоп сбоку от трубки. С помощью этого прибора Джеймс Килер сумел изучить тысячи туманностей. Фото автора.

b. Одной такой туманностью была NGC 891 (891-й объект в Новом общем каталоге объектов дальнего космоса), которая, как оказалось при ближайшем рассмотрении, содержит многие другие туманности, из чего Килер сделал вывод, что они представляют собой обособленные «острова вселенной» за пределами галактики Млечный Путь. Увеличенный фрагмент, на котором отдельные туманности обозначены стрелками и видны три яркие звезды, соответствует верхнему правому углу широкоугольного снимка галактики NGC 891. Снимок любезно предоставлен Ликской обсерваторией.

Рис. 19. Телескоп из Ликской обсерватории и открытые с его помощью туманности

И опять-таки задним числом нам остается лишь гадать, как Килер и его коллеги не сразу сделали вывод о спиральных рукавах как бесчисленном множестве чрезвычайно далеких звезд, однако в то время преобладала теория образования звезд, согласно которой сжимающаяся туманная масса вращалась при сжатии, таким образом у планет появлялись общая плоскость и направление вращения вокруг звезды, как мы видим на примере нашей Солнечной системы. В этом и заключается проблема выявления паттерна и проверки гипотезы, чтобы определить, что именно представляют паттерны туманностей – развивающиеся звездные и планетарные системы в пределах нашей галактики или далекие галактики как острова вселенной. Килеру с его способностями к астрофотосъемке и спектроскопии понадобилось бы совсем немного времени, чтобы провести решающий эксперимент с телескопом Кроссли и определить, какой из паттернов реален, однако он скоропостижно скончался в возрасте сорока двух лет в августе 1900 года, а его труд в 1910-е годы продолжал Гебер Кертис, стремясь опередить астрономов из Маунт-Уилсон в гонке, призом в которой должна была стать сама вселенная.

Кертис классифицировал туманности по характеристикам – пятнистая, ветвистая, неправильная, удлиненно-овальная, симметричная – и не прекращал поиски значимого паттерна среди данных, который указал бы на правильную гипотезу. В надежде

оценить вращение он начал с повторного фотографирования спиралей, уже снятых Килером несколько лет назад. Ничего не обнаружив, Кертис пришел к выводу: «Невозможность обнаружить какие-либо свидетельства вращения указывает на то, что размер спиралей должен быть поистине колоссальным, как и удаленность от нас». Или туманности находятся неподалеку и не вращаются – кто знает? Джордж Ричи – вот кто. В 1917 году сделанный им с длительной экспозицией снимок объекта NGC 6946, увиденного в новый шестидесятидюймовый телескоп Хейла в Маунт-Уилсон (телескоп назван в честь астронома Джорджа Эллери Хейла, конструктора крупнейших телескопов мира, установившего один из них там), помог обнаружить вспышку новой звезды. Это выяснилось при сравнении с прежними фотографиями того же объекта. По сравнению с новой звездой, найденной в 1885 году в Туманности Андромеды, находка оказалась в 1600 раз тусклее, из чего Ричи сделал вывод, что она находится в 1600 раз дальше. Разумеется, если это не две разновидности новых звезд, потусклее и поярче (так и оказалось), для которых требовались больше данных и усовершенствованная теория. Кертис продолжал работу, фотографировал ранее обнаруженные туманности и сравнивал снимки в поисках новых светящихся точек. Он нашел их и заключил, что одна конкретная должна находиться на расстоянии не менее двадцати миллионов световых лет, что побудило его отметить: «Новые звезды спиральных рукавов служат веским свидетельством в пользу широко известной теории «островов вселенной». [372]

372

Процитировано в: Роберт Смит, «Расширяющаяся вселенная» (Robert Smith, The Expanding Universe, New York: Cambridge University Press, 1982), 43.

Вопрос мог бы считаться решенным, если бы не отсутствие надежного метода измерения расстояний. Как отмечал британский астроном Э. К. Кроммелин в своем всеобъемлющем труде 1918 года, взвешивая свидетельства за и против теории островов вселенной, «независимо от того, верна она или ошибочна, эта гипотеза внешних галактик безусловно элегантна и великолепна. Вместо единственной звездной системы она представляет нам тысячу таких систем, из которых одни велики и заметны, а другие едва различимы из-за их невероятной удаленности. Выводы в науке должны опираться на доказательства, а не на чувство. Однако можно выразить надежду на то, что эта элегантная концепция выдержит проверку дальнейшими исследованиями». [373]

373

Э. К. Д. Кроммелин, «Являются ли спиральные туманности внешними галактиками?» (A. C. D. Crommelin, “Are the Spiral Nebulae External Galaxies?” Journal of the Royal Astronomical Society of Canada 12, 1918), 46.

Красное смещение и переменные звезды

Однако «элегантная концепция» островов вселенной не была готова занять наиболее видное место. Выдающийся британский астрофизик Джеймс Джинс разработал модель эволюции солнечных систем, которая выглядела поразительно похожей на то, что, как казалось астрономам, они видели на примере туманностей. В эту модель входили звезды, проходившие вблизи туманного облака и придававшие частицам спиральные формы, из которых в итоге возникали планеты. В обсерватории Лоуэлла в Аризоне колоритный и влиятельный астроном Персиваль Лоуэлл всем своим немалым авторитетом встал на защиту небулярной гипотезы и был непоколебимо убежден, что размытые пятна представляют собой формирующиеся солнечные системы. В подкрепление этой убежденности он поручил своему молодому подчиненному Весто Слайферу выполнить спектральный анализ туманностей, чтобы выявить характерные для планет линии, которые, как он твердо ожидал, обнаружатся в спектре размытых структур наряду с лучевой скоростью – быстротой приближения туманностей к нам или удаления от нас. Эти последние показатели опровергли теорию Лоуэлла.

Во время ночного марафона в сентябре 1912 года Слайфер на протяжении 13,5 часов снимал Туманность Андромеды. На спектрографической пластинке обнаружилось смещение линий к синему краю спектра. [374] В настоящее время астрономам известно, что смещение линий к синему концу спектра означает, что объект движется к нам, а к красному концу – что объект удаляется от нас. Это так называемый эффект Доплера, открытый австрийским физиком Кристианом Доплером, который заметил, что световые волны, движущиеся к наблюдателю, будут сплющенными и, следовательно, смещенными к более высокочастотному синему краю спектра, а волны, движущиеся от наблюдателя, оказываются растянутыми и, следовательно, смещенными к более низкочастотному красному краю спектра. Для Туманности Андромеды смещение оказалось синим. Действительно синим, порядка трехсот километров в секунду по подсчетам Слайфера, и это означало, что с астрономической точки зрения Андромеда находится далеко за пределами диапазона когда-либо измеренных перемещений отдельных звезд. Как мог объект, перемещающийся настолько быстро, находиться в пределах Млечного Пути?

374

Весто Слайфер, «Спектрографические наблюдения за туманностями» (Vesto Slipher, “Spectrographic Observations of Nebulae”, Popular Astronomy 23, 1915), 21–24.

Дополнительные исследования спектральных смещений подтвердили первоначальные результаты Слайфера. Туманность М81 двигалась со скоростью тысяча километров в секунду, втрое больше скорости Андромеды, причем удалялась от нас. К 1914 году Слайфер определил скорости более чем дюжины туманностей, находящихся в пределах, определенных для Андромеды и М81, примерно в 25 раз быстрее средней звездной скорости и преимущественно удаляющихся от нас. Благодаря этим скоростям и определенным размерам Млечного Пути многим астрономам стало ясно, что упомянутые туманности никак не могут находиться в пределах Млечного Пути. Теория островов вселенной получила развитие, в почву упали семена развивающейся теории вселенной.