В погоне за Солнцем
Шрифт:
Мне показалось хорошей идеей вернуться назад к Эдди и его древесным кольцам, чтобы проверить сегодняшние взгляды. В январе 2005 года я посетил Майка Байи, почетного профессора в Школе географии, археологии и палеологии Университета Квинс (Белфаст), специалиста по дендрохронологии. Несмотря на составленную им таблицу древесных колец, простирающуюся на 7 тыс. лет назад, Байи демонстрирует здоровый скептицизм (и язвительный юмор) в отношении собственной научной области. “Мы в самом деле не знаем, какова связь между солнечными пятнами и древесными кольцами, – признается он, пока мы сидим над различными бумагами в его тесном кабинете примерно того же размера, что у отца Касановаса, но на другом конце спектра чистоты. – Эдди предполагает, что до начала древесной хронологии не было “глобальных событий”, затем обнаруживается, что они были. Кроме того, следует быть аккуратнее: солнечный цикл в 22,2 года не превращается автоматически в два одинадцатилетних цикла” [384] .
384
В конце ХХ века выражение “солнечные пятна” стало у экономистов обозначением любой внешней неопределенности, запускающей кризисный процесс – неожиданное произвольное событие, которое, изменяя ожидания,
С этими словами он поднялся с кресла, отодвинув два кусочка камня и стопку студенческих работ, чтобы отыскать тоненький журнал The Three– Ring Bulletin (“Бюллетень древесных колец”), где опубликована большая статья двух исследователей из Аризонского университета [385] . “Это вышло в 1972 году, – говорит Байи, стоя надо мной, пока я читаю. – С тех пор ничего лучше не выходило”. Эдди опубликовал свое основополагающее сочинение четырьмя годами позже и даже не упомянул эту работу. Он снова уселся в кресло: “Конечно, солнечные пятна, вероятно, действительно воздействуют на климат, но это касается и многих других факторов…” На мгновение он погружается в собственные мысли: “Мы не знаем, какой эффект вызывают вулканы. У нас нет точных сведений о цунами прошлых лет или о том, как часто Земля сталкивалась с чем-то в космосе, но люди считают, что только псих будет обо всем этом беспокоиться” [386] .
385
Valmore C. La Marche, Jr., Harold C. Fritts, Tree-Rings and Sunspot Numbers, Tree-Ring Bulletin. Vol. 32. 1972. Р. 19–33.
386
См.: Mike Baillie, Tree-Rings Focus Attention on Global Environmental Events That Could Be Caused by Extraterrestrial Forcing, School of Archaeology and Palaeoecology, Queen’s University, Belfast. См. также: P. D. Jones, E. Mann, Climate over Past Millennia, Review of Geophysics. 2004. Май. Р. 21.
Он вовсе не производит впечатления психа. Байи говорил об этом за несколько лет до извержения Эйяфьятлайокудль в апреле 2010-го, но выброс индонезийской Тамборы в 1815 году был гораздо сильнее – настолько велик, что треть вулкана обратилась в камни и пыль. Возможно, это было самое крупное извержение в истории: 10 тыс. человек погибли сразу, когда пепел и серная кислота ударили в атмосферу столбом высотой в 27 миль. Глобальные температуры упали, цены на пищу взлетели, в Европе вспыхивали бунты, голод и эпидемии [387] . Байрон написал поэму о погасшем солнце: “Я видел сон… Не все в нем было сном. / Погасло солнце светлое, и звезды / Скиталися без цели, без лучей / В пространстве вечном; льдистая земля / Носилась слепо в воздухе безлунном” [388] .
387
См.: Paul Simons, Summer 1816, London Times. 2008. 1 октября. Р. 9.
388
Пер. И. Тургенева.
Так что не очень помогает, когда ученые предлагают сразу много циклов и сопоставляют их с многими событиями: кроме одиннадцатилетнего цикла Солнце предположительно обнаруживает двадцатисеми– и стопятидесятичетырехдневные циклы, двадцатилетний цикл магнитной смены полярностей (открытый Хейлом), цикл Гляйсберга, около восьмидесяти лет, и двухсотлетний цикл Сьюсса (или Де Фриза). Очевидно, на многие вопросы еще нет ответов. Тем временем постоянно возникают новые направления исследований. Недавние данные с SOHO свидетельствовали, что поток газа, влияющий на магнитные поля в районе солнечных полюсов, может отвечать за отсутствие пятен, вспышек и прочих возмущений с 2008 до первой половины 2009 года, что удлинило обычное затишье в конце одиннадцатилетнего солнечного цикла на дополнительные пятнадцать месяцев, когда солнечные пятна практически исчезли [389] . Но к середине апреля 2010 года Солнце вновь начало просыпаться, и гигантский коронарный массовый выброс выплеснулся из него на скорости 1,1 млн миль в час и разбился о внешнюю атмосферу Земли, вызвав ослепительные сияния в Арктике и Антарктике – самая впечатляющая солнечная буря за последние три года [390] . Мы вновь оказались там, откуда начали: Солнце явно формирует климат, но как сильно оно его меняет? Жизненно важный вопрос, учитывая его связь с глобальным потеплением.
389
См.: Science News. 2010. 10 апреля. Р. 8.
390
См.: Paul Simons, Weather Eye, London Times. 2010. 10 апреля. Р. 85.
Глава 14
Свойства света
Пока я жив, буду размышлять о том, что есть свет [391] .
Мы говорим “свет”, но видим солнце [392] .
Вполне понятно, что мой рассказ о Солнце залит светом. Эта глава начинается с попыток человека измерить скорость света, изучает явление цвета, затем сдвигается в область истории культуры, следуя по пути уменьшения яркости света до наступления полной темноты.
391
Цит.
392
Пер. Н. Волжиной.
Что есть свет? Поэт и философ Эмпедокл, современник Пифагора, проявил блестящую интуицию, предполагая, что свет есть текучая субстанция, но отметил, что из-за высокой скорости мы не замечаем его движения. Как и Платон, он считал, что существовал некий “огонь в глазу” и мы смотрим будто через своего рода светильник. Более традиционное мнение заключалось в том, что предметы испускали частицы света, которые попадали в глаза наблюдателя, свет при этом передавался мгновенно.
Идея о том, что свет может обладать измеримой скоростью, не возникала до 1632 года, когда Галилей в своем “Диалоге о двух главнейших мировых системах” вложил эту мысль в уста наивного Симпличио:
Повседневный опыт показывает, что распространение света совершается мгновенно. Если вы наблюдаете с большого расстояния действие артиллерии, то свет от пламени выстрелов без всякой потери времени запечатлевается в нашем глазу в противоположность звуку, который доходит до уха через значительный промежуток времени [393] .
Галилей был уверен, что свет обладает конечной скоростью, но его эксперименты были довольно неточными (он просто ставил два светильника на вершинах холмов менее чем в миле друг от друга), и он даже не приблизился к оценке той невероятной скорости, что в действительности имеет место. Первая серьезная оценка, сделанная датским астрономом Оле Ремером (1644–1710), составляла около 220 тыс. км в секунду, но она осталась в тени дискуссии между Гюйгенсом и Ньютоном о волновой и корпускулярной природе света. В 1728 году английский ученый Джейм Брэдли, исходя из предположения, что скорость распространения света в 10 тыс. раз превышает скорость перемещения Земли по орбите, пришел к удивительно близкой цифре в 295 тыс. км / с, что означало семь с половиной минут на дорогу от Солнца до Земли.
393
Пер. А. Долгова.
Почти столетие спустя дальнейшие эксперименты французских физиков Ипполита Физо и Леона Фуко (один использовал вращающиеся зубчатые колеса, другой – вращающиеся зеркала) показали цифру 309 тыс. км / с [394] . В 1859 году последовало открытие Густава Кирхофа (1824–1887), физика из Восточной Пруссии, – он показал, что изучение света, излучаемого небесными телами, может дать много информации о самих телах. Это стало важной вехой и заложило основу новой научной дисциплины – астрофизики, что совпало с еще одним научным прорывом – уравнениями Максвелла, которые Эйнштейн назвал “самым глубоким и плодотворным достижением в физике со времен Ньютона”. Великий шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) открыл, что частица света (фотон) в действительности является пучком электрических и магнитных полей. Как отмечает физик Митио Каку, “Максвелл внезапно понял, что все – и сияние летнего восхода, и яростные лучи заходящего солнца, и ослепительные цвета радуги, и звезды на ночном небосклоне – можно описать при помощи волн, которые он небрежно изобразил на клочке бумаги” [395] . Максвелл смог вычислить скорость света исходя из базовых параметров электричества и магнетизма. А еще позже квантовая физика покажет, что, хотя в пространстве свет ведет себя как волна, при столкновении с материей он проявляет свойства частицы.
394
Вращающееся колесо Физо имело небольшие прорези. Свет от источника отражался от зеркала и, если колесо вращалось достаточно быстро, возвращался через другое отверстие. Скорость рассчитывалась из расстояния между зеркалом и колесом, скоростью вращения последнего и расстоянием между прорезями. Фуко модифицировал метод Физо и сделал вращающимся само зеркало. Луч от источника света падал на зеркало, отражался на далекое второе зеркало (неподвижное и вогнутое) и вновь попадал на вращающееся. При вращении зеркала на достаточно большой скорости луч падал с небольшим сдвигом. Скорость света могла быть измерена с учетом скорости вращения зеркала, размером сдвига и расстоянием между зеркалами. См.: Katie McCullough, Speed of Light Formal Report (The Foucault Method),projects/speed_of_light/cache/2/lightspeedformal.htm
395
Пер. Н. Лисовой.
В 1887 году Альберт Майкельсон (1852–1931), польский еврей, бежавший в США, модифицировал эксперимент Фуко и получил величину скорости света, равную 297 тыс. км / с – в двадцать раз точнее Фуко и достаточную для того, чтобы сделать ученого знаменитым [396] . В 1880-е годы полагали, что световые волны распространяются через “люминофорный” (светоносный) эфир, который считался невидимым и вездесущим. В сотрудничестве с химиком Эдвардом Морли (1838–1923) Майкельсон выдвинул гипотезу того, что свет не нуждается ни в какой среде, а его скорость постоянна и ни от чего не зависит: луч света фары движущегося поезда не будет двигаться быстрее, чем свет станционного фонаря. В этом он перестарался, и Эйнштейн потом доказал, что скорость все-таки может меняться: в глубоком космосе, в абсолютном вакууме и далеко от массивных тел свет будет двигаться медленнее, чем вблизи Земли или других крупных тел (но дело не только в массе – сквозь алмаз свет также движется почти в два раза медленнее).
396
Dorothy Michelson Livingston, The Master of Light. Chicago, 1973; Joel Achenbach, The Power of Light, National Geographic. 2001. Октябрь. Р. 15.
До недавнего времени самая низкая скорость света была зафиксирована на отметке около 60 км / ч – медленнее, чем велогонщик, – при прохождении через натрий при температуре –272 °C. В 2000 году в Гарварде ученым удалось остановить свет посредством конденсата Бозе – Эйнштейна (агрегатное состояние вещества, состоящего из сильно охлажденных бозонов) [397] . Так что свет не только может перемещаться на разных скоростях, удивительным образом он может и вовсе остановиться.
397
John Lloyd, John Mitchinson, The Book of General Ignorance. London: Harmony, 2007. Р. 57.