Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

В 1901 г. герой романа Герберта Уэллса «Первые люди на Луне», незадачливый лондонский бизнесмен Арнольд Бедфорд, решает уехать в деревню, надеясь написать пьесу и так поправить свои дела. Как вы, возможно, догадались из названия, вместо этого он отправляется на Луну. Изобретение его другом-физиком Кейвором материала, названного кейворитом, — особой пасты, которая позволяет отклонять гравитацию от всего, что ею покрыто, — делает путешествие возможным. По сюжету, воспользовавшись покрытым кейворитом металлическим шаром, Бедфорд и Кейвор попадают на Луну, откуда после приключений удается благополучно вернуться только Бедфорду, а Кейвор останется томиться узником у жителей Луны, селенитов {1} .

В сюжете этого романа мастерски использован вечный интерес человечества к одному из центральных законов физики. Но в XX в. противодействие гравитации вышло за пределы чистой фантазии. В 1948 г. выпускник Массачусетского технологического института, инженер и предприниматель Роджер Бэбсон опубликовал эссе под угрожающим названием «Гравитация — наш враг номер один!». Страстное желание как-то победить силы гравитации Бэбсон объяснял особыми обстоятельствами своей биографии — ему пришлось дважды пережить смерть близких людей в результате одинаковых трагических событий (в юности утонула его сестра, а когда он уже был в зрелом возрасте — любимый внук), так что он испытывал к гравитации личную неприязнь. Бэбсон писал: «…постепенно я убедился, что именно сила тяжести не только ежегодно убивает миллионы людей, но и является причиной множества несчастных случаев и происшествий. Переломы бедра и других костей, а также многие болезни различных внутренних систем организма, от сердечно-сосудистой до пищеварительной, происходят вследствие нашей неспособности противостоять силам гравитации в критические моменты жизни». Бэбсон сделал успешную деловую карьеру, создав новый метод статистического анализа биржевых курсов, и заработал на этом капитал, достаточный для основания в 1948 г. двух организаций: существующей до сих пор школы бизнеса и предпринимательства Бэбсон-колледж (Babson College) и научно-исследовательского Фонда изучения гравитации (Gravity Research Foundation). Понятно, что от Фонда, ставящего своей целью изучение и борьбу с одной из фундаментальных сил природы, трудно ожидать практических результатов, поэтому неудивительно, что в 1960-х гг., после смерти Бэбсона, учреждение прекратило свою деятельность. Однако позднее Фонд восстановили, и он стал известен ежегодными премиями, присуждаемыми безо всяких условий выдающимся ученым, опубликовавшим заметные работы по теории гравитации и смежным вопросам. Этой чести уже удостоились многие известные специалисты, включая Стивена Хокинга {2} .

Хотя некоторые идеи Бэбсона казались чудачеством даже с точки зрения научной фантастики, стоит отметить, что существует загадочная сила противодействия гравитации. Сегодня наиболее близкой к придуманному Уэллсом кейвориту субстанцией можно считать ставшую в последние годы весьма популярной так называемую темную энергию. Считается, что эта таинственная сила, открытая в 1998 г., пронизывает все пространство космоса, заставляя нашу Вселенную расширяться с ускорением. Как и в случае с упоминавшейся выше темной материей, мы можем наблюдать и даже измерять последствия существования темной энергии, но не можем определить ее фундаментальную природу. Более того, сейчас физики рассматривают темную энергию в качестве доминанты, то есть главного фактора развития Вселенной. Свидетельства об этом накапливались постепенно, начиная с 1980-х гг., но лишь прямое измерение ускорения Вселенной и открытие отклонений от точного соответствия закону Хаббла это подтвердили.

В 1920-х гг. очень непросто было принять открытия и идеи Хаббла, которые говорили о том, что Вселенная не статична. Кроме того, они подразумевали возможность расширения Вселенной даже с некоторым ускорением, что дополнительно осложняло общую картину ее развития. В отличие от многих других идей, обсуждаемых в этой книге, природа и сущность темной энергии пока не получили никакого объяснения, и мы не имеем ее теоретического описания. Более того, как справедливо отмечает историк науки Ричард Панек, «…само использование прилагательного или эпитета темный по отношению к таким понятиям, как материя и энергия , способно привести нас к безнадежной семантической путанице или ловушке. Дело в том, что в отношении материи и энергии прилагательное „темный“ вовсе не означает темноту черной дыры или дальнего космоса. Применительно к материи и энергии слово темный означает лишь то, что мы не понимаем смысл используемых понятий и, возможно, никогда не поймем» {3} . Наше нынешнее понимание — это просто временная «заглушка», с которой предстоит разобраться, если мы вообще когда-нибудь сумеем разгадать природу темной энергии.

Попытки понять тайну, связанную с силами гравитации, начались очень давно, задолго до фантастического путешествия героев Уэллса. Еще в 1692 г. молодой английский теолог Ричард Бентли расспрашивал самого Исаака Ньютона о наиболее фундаментальной загадке, скрытой в теории тяготения. Вопрос относился к устойчивости Вселенной, описываемой теорией Ньютона, и был сформулирован следующим образом: если Вселенная заполнена материей, которая притягивает другую «материю» посредством силы гравитации, то почему такая Вселенная остается в равновесном состоянии, а не коллапсирует? Вопрос возник в связи с тем, что Бентли готовил первый цикл лекций Роберта Бойля — особая честь, которой он был обязан политическому маневрированию Ньютона. Бойль прославился своими исследованиями свойств газов, но был также весьма набожным человеком и поэтому предложил из собственных средств денежную награду за цикл лекций в защиту христианства. Именно в процессе работы над ними Бентли тщательно изучил книгу и задал вопрос Ньютону, как раз когда трудился над своими лекциями. В своем ответе Ньютон признавал, что его теория требует, чтобы «…все такие материальные частицы, расположенные в бесконечном пространстве, должны быть настолько точно сбалансированы друг с другом, чтобы они могли находиться в идеальном равновесии. Я абсолютно убежден, что это трудно сделать, причем не c одной иглой, а с их бесконечным числом (так как их так же много, как частиц в бесконечном пространстве) точно расположенных в своих точках» {4} .

Позднее, в 1700 г., Бентли стал магистром Тринити-колледжа в Кембридже (alma mater Исаака Ньютона, где он учился и работал) и занимал этот пост около 30 лет. Он был честолюбивым и надменным человеком, вследствие чего стиль его руководства считается до сих пор противоречивым и спорным. Тем не менее, несмотря на несколько попыток, его так и не удалось сместить. Однако именно Ньютона Бентли постоянно поддерживал и даже курировал второе издание его великой книги «Начала» в издательстве Cambridge University Press, которым руководил как владелец. Их дружба началась до правления Бентли в Тринити, в то время, когда он просил содействия Ньютона в использовании теории гравитации для доказательства и демонстрации того, что Солнечная система была создана Божественным провидением. Бентли искал свидетельства проявления воли Бога и считал таковыми физические взаимодействия между материальными телами. Упомянутый выше вопрос, заданный им Ньютону, имеет очень глубокий физический смысл. Он затрагивает самую сущность рассматриваемой проблемы гравитации, а именно принцип мгновенного действия на расстоянии, который подразумевается теорией гравитации, о чем Ньютон дискутировал в кратком заявлении в первом издании «Начал» в 1687 г. После бесед и переписки с Бентли Ньютон заменил это краткое утверждение на более подробный и детализированный раздел во втором издании (1713 г.), названный им «Общей схолией». В новом издании Ньютон прямо использовал представление о Божественном действии, объясняя его так: «…чтобы системы неподвижных звезд не падали друг на друга под воздействием сил тяготения, Бог разместил их на достаточно больших удалениях друг от друга». Ньютону пришлось обратиться к представлению о Божественной воле, поскольку верил, что простая случайность не могла бы создать необходимую для равновесия звездную конфигурацию и сохранять ее в течение достаточно долгого времени. Отвечая Бентли, Ньютон утверждал: «Гравитация должна вызываться агентом, действующим постоянно и по определенным законам, а является этот агент материальным или нематериальным — я предоставляю размышлению своих читателей» {5} . Это утверждение было, конечно, вполне убедительной основой, позволяющей Бентли в упомянутых выше лекциях для Бойля доказывать существование установленного Богом порядка, однако при этом сам поставленный вопрос остался без ответа, поскольку физическая природа гравитации осталась неясной.