Эрик Асфог - Когда у Земли было две Луны. Планеты-каннибалы, ледяные гиганты, грязевые кометы и другие светила ночного неба

Хаббл оценил возраст Вселенной, вычислив время, которое потребовалось бы галактикам, чтобы занять свое текущее положение, если они отправились в путь из некой теоретической критической точки, где начались пространство и время (полностью сдутый шарик). Этот промежуток времени (хотя мы и не понимаем, что он означает) также, как оказалось, измеряется миллиардами лет – как и возраст пластов осадочных пород, и отсчет ураново-свинцовых часов в минералах, и длительность биологической эволюции. Очень быстро стало предельно ясно, что сотворение мира произошло гораздо раньше, чем мы когда-либо себе представляли, и что его история простирается гораздо дальше в будущее, чем просуществует человеческий род.

Исаак Ньютон рос в середине XVII в., уже зная законы Кеплера. Одним из главных достижений великого английского ученого стало обобщение этих законов как зависимостей между массой, временем и пространством. Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который гласит, что два объекта притягиваются друг к другу пропорционально их массам, деленным на квадрат расстояния между ними. С момента появления этот закон в целом неизменно доказывал свою справедливость, причем он настолько элегантен, что, кажется, существовал всегда, будучи встроенным в саму природу и просто дожидаясь, пока его откроют [67]. Но закон всемирного тяготения не идеально точен, и поэтому он ничего не дожидался, но обязан быть лишь человеческим изобретением, отражающим нашу приверженность к простым теориям. Окончательной не является и общая теория относительности Эйнштейна; это еще одно человеческое изобретение, модификация теории Ньютона, ведущая к более точным предсказаниям и иной реальности, скрывающейся за уравнениями. Точно так же произойдет и когда последующие теории – дальнейшие модификации, новые шаги вперед – потребуются для объяснения свежих данных и более точного знания. Но после Ньютона физические споры шли на языке математики с использованием явно определенных значений массы, времени и расстояния.

Крупнейшие научные достижения рождаются из внимания к мельчайшим несоответствиям. Кеплера беспокоило, что круговые орбиты не совсем соответствуют результатам наблюдения. К концу XIX в. стало ясно, что у орбиты Меркурия слишком большая прецессия. Эта орбита имеет большой эксцентриситет [68], и точка перигелия (в которой планета ближе всего к Солнцу) каждый меркурианский год немного меняет свое расположение. Орбита прецессирует, и планета вычерчивает сложный узор, словно спирограф [69]. Прецессия по большей части связана с влиянием других планет, но тут что-то не сходилось; должно было иметься еще какое-то значительное возмущение, которое не учитывается законом Ньютона. Может, существует некий материальный «эфир» – вещество, заполняющее все космическое пространство и тормозящее Меркурий? Нет, в таком случае Меркурий упал бы на Солнце по спирали. Может, на орбиту Меркурия влияет еще не открытая планета Вулкан? Нет, Вулкан давно бы обнаружили.

И тут появляется физик Альберт Эйнштейн, чья сформулированная в 1916 г. теория тяготения, известная как общая теория относительности, предсказала прецессию орбиты Меркурия, объяснив наблюдаемое несоответствие. Астрономы обрадовались и перешли к обсуждению следующего несоответствия. Но для физиков мир навсегда изменился, а к Вселенной добавилось еще одно измерение. Общая теория относительности не отменяет закон Ньютона, но дает ему геометрическое обоснование: изменение кривизны пространства-времени. Гравитация – это не сила, а градиент потенциального поля . Для большинства же из нас это различие не существенно: закон всемирного тяготения Ньютона достаточно точен, чтобы описывать и обычное движение планет и спутников, и меня в моем гамаке, и даже ракеты, способные достигать дальнего космоса.

Люди, столь же одаренные, как Ньютон, встречались в каждом поколении начиная с каменного века. Ископаемые останки показывают, что черепная коробка человека за миллион лет увеличилась в размерах вдвое, но мы, возможно, никогда не узнаем, в чем было дело. Люди использовали этот увеличившийся мозг, чтобы производить каменные орудия со все возрастающим мастерством: они становились более ровными, делались из лучших материалов, получали более выраженные режущие кромки и разные варианты исполнения. Инструменты лучшего качества позволили добывать более калорийную пищу, необходимую для работы такого более энергозатратного мозга. Изготовление любого инструмента – это труднейшая задача, как и каждая охота или каждая миграция на новые территории. Люди выучили свойства горных пород, а также траектории Луны, звезд и того, что мы теперь знаем как планеты.

Просвещение стало периодом общего пробуждения, когда лучшие умы человечества смогли заблистать по-настоящему. Как писал Ньютон в письме к Роберту Гуку, мы «стоим на плечах гигантов». Наука стала возможной благодаря появлению глобально взаимосвязанной культуры, которая позволила ей двигаться вперед, следя за каждым новым и подробным наблюдением близких или далеких явлений – колодца в Асуане, скал в горах Тайханшань, Магеллановых Облаков. Кроме того, ученые эпохи Просвещения рождались в мире, готовом принимать новое, относительно свободном от доктринальных оков [70], организованном вокруг системы проверки, обсуждения и передачи коллективного знания и освоившем методики формального рассуждения (особенно математического), которые позволят им взвесить планеты и измерить заряд электрона.

Гигантский спутник Сатурна Титан открыли в 1655 г., когда Ньютону исполнилось 12 лет. Движение галилеевых спутников Юпитера было описано за полвека до этого, то есть мальчик рос, зная о количественных характеристиках обращения спутников вокруг планет и обращения планет вокруг Солнца. Он заметил, что спутники следуют законам, аналогичным законам Кеплера: чем ближе их орбита к планете, тем короче период обращения, если, конечно, принять во внимание, что Юпитер и Сатурн менее массивны, чем Солнце, и, следовательно, притягивают свои спутники слабее. Материя является причиной гравитации – в этом заключается теория Ньютона. И материя претерпевает ускорение под действием гравитации, отчего спутники обращаются вокруг планет.

Приложив свой закон всемирного тяготения к периодам планет и спутников, Ньютон вычислил относительные массы Юпитера, Сатурна, Земли, Луны и Солнца. Третий закон Кеплера гласит, что период обращения пропорционален радиусу орбиты в степени 3/2 (по более отдаленным орбитам тело движется гораздо дольше), деленному на квадратный корень из общей массы [71]. Измерьте период и расстояние от светила до орбиты, и получите из этого уравнения массу планеты. (Вы можете проверить это по таблице в начале книги.)