Концепции современного естествознания

Кетлица, Антарктида, Новозеландская территория. Длина85 км; ширина около 13 км у края.

A PROPOS (фр.) – кстати Высочайшие вершины континентов

Австралия – Косцюшко, НЮУ, 2230 м. Азия – Эверест, Непал/Китай, 8848 м. Антарктида – массив Винсон, 5140 м.

Африка – Килиманджаро, Танзания, 5895 м. Европа – Монблан, Франция, 4807 м. С.Америка – Мак-Кинли, Аляска, 6194 м. Ю.Америка – Аконкагуа, Аргентина, 6960 м.

Высочайшие вершины мира

Эверест, Непал/Китай, 8848 м. «К-2», Пакистан/Китай, 8611 м.

Канченджанга, Непал/Индия, 8585 м. Лхоцзе-1, Непал/Китай, 8501 м. Макалу, Непал/Китай, 8481 м.

10.4.Наш лучший из миров

Ивсе, и вся Материя живет,

Смерть – это лишь существованья вид. Как пузыри средь водного покрова, Мы лопаемся, став водою снова.

А. Поуп

Незадолго до смерти, в 1924 году, В. Брюсов написал стихотворение «Мир N измерений». Начиналось оно так:

Высь, ширь, глубь. Лишь три координаты. Мимо них где путь? Засов закрыт.

С Пифагором слушай сфер сонаты, Атомам дли счет, как Демокрит.

Дальше поэт говорит о мирах N измерений. О том, что тем, кто в них живет (эти существа он условно называет богами), наш мир кажется ограниченным и смешным.

Наши солнца, звезды, все в пространстве, Вся безгранность, где и свет бескрыл, Лишь фестон в том праздничном убранстве, Чем их мир свой гордый облик скрыл.

471

не схлопнулись, а, наоборот, стали «выпячиваться», «раздуваться» до гигантских размеров, составив то, что и называется ныне нашей Вселенной.

Вот так оказывается, что разговоры об N-мирах не пустые слова. И эту интересную тему можно продолжить в несколько ином направлении. Можно объяснить (наука на это уже способна!), почему мы живем именно в трехмерном мире.

Разгадка этого вопроса такова. Двухмерие слишком бедно возможностями, слишком «тесно» для возникновения в нем сложных форм материи, полноценная жизнь там развиваться не может хотя бы потому, что в двухмерном мире атомы были бы сверхстабильными – электроны было бы невозможно оторвать от ядер. В 1907 году в Лондоне был издан роман с необычным содержанием «Эпизод во Флетленде» – так он назывался. В нем было все – и любовь, и война, и катастрофы, и желанный хэппи энд – счастливый конец. Отсутствовало в романе лишь… третье измерение.

Во Флетленде – стране плоскатиков – жили двумерцы, существа, выдуманные автором книги, преподавателем математики Г. Хинтоном. Жили в буквальном смысле плоско, трудно (обойти дерево двумерец не мог должен был его по крайне мере свалить), ущербно, убого…

Но отправимся теперь на другой «полюс» – в четырехмерное (время не

всчет!), к примеру, пространство. Казалось бы, сколько тут открывается возможностей!

Однако заметим, подобные путешествия (не то, что экскурсия по Флетленду) непросты. Наш интеллект легко может вообразить себе огнедышащего дракона с двенадцатью хвостами, но четырехмерный куб – простая вроде фигура! – представить себе очень нелегко. С этим справляется только натренированный и изощренный ум математиков.

Ученые мысленно проникали в многомерные миры и убедились – вход

вних нам, людям, также категорически заказан. Еще в начале века нидерландский физик П. Эренфест показал, что в пространствах, где координат больше трех, устойчивые системы существовать не могут. Тут проявляет себя другая крайность – сверхстабильность. В таком мире планеты быстро бы по спирали упали на Солнце или улетели бы от него в бесконечность. И электроны не смогли бы устойчиво обращаться вокруг ядер.

Выходит, наше счастье, что страна N = мерие, в котором мы живем, имеет «номерной знак» N = 3. а точнее следовало бы выразиться так: если бы Вселенная не была трехмерной, жизнь в ней, видимо, просто бы не возникла. И уж если продолжить тему «везения», то его признаки, это легко показать, проявляют себя буквально на каждом шагу. Ну хотя бы такой факт «удачи». Вселенная наша расширяется именно с такой скоростью, которая необходима для зарождения в ней разумной жизни. Можно

473

показать, что при других темпах расширения биологическая эволюция просто не успела бы (если считать, что расширение Вселенной должно смениться ее сжатием!) совершиться…

Персонаж одной из философских повестей Вольтера Панглосс («Всезнайка»), который, как известно, преподавал юному кандидату метафизи- ко-теолого-космологонигологию, очень любил распространяться о том, что наш мир лучший из миров (точнее, он выражался так: «В этом лучшем из возможных миров замок монсеньора барона был прекраснейшим из замков, а его супруга была лучшей из баронесс»).

В этих иронических словах проглядывает старая претензия человека считать себя центром мироздания, средоточием, пупом Вселенной. Н. Коперник, Д. Бруно и другие мыслители покончили с подобным самомнением; с мнением, что человек якобы занимает во Вселенной центральное, привилегированное положение.

Но, к сожалению, как это часто случается, в дальнейшем повсеместное распространение идей Коперника и Бруно привело к антидогме. Стали полагать, что жизнь, словно сорная трава, может произрастать на любой, даже очень каменистой, почве. Стало само собой разумеющимся считать, что вообще положение человека в мироздании не может быть привилегированным ни в каком смысле, что, конечно же, неверно, ибо необходимыми предпосылками существования жизни является целый ряд специальных благоприятствующих условий: температура, химический состав окружающей среды (ведь нет же жизни на ближайших к нам Марсе и Венере!) и многое другое.

И вот сейчас космологи хотят выправить крен, сформировать правильное уравновешенное понимание природы мироздания и нашего истинного места в нем. И итоги получаются удивительные: выходит, что мы таки все же живем в лучшем из миров! Мы обитаем в метагалактике, «сработанной» удивительно тонко и гармонично. Это чрезвычайно удачное сочетание физических констант (в частности, электрон просто обязан быть лилипутом среди других элементарных частиц) представлялось бы просто невероятным, если существование «наблюдателей», то есть нас с вами, не было бы бесспорным фактом. И жизни необычайно повезло, что в момент Большого Взрыва набор основных физических констант оказался столь уникальным. Другие сочетания дали бы негармонические миры. В них ядра, атомы, звезды, галактики, не говоря уже о высокоорганизованных формах существования материи – живых созданиях, скорее всего бы отсутствовали…

«Я не нашел в Вашей «Небесной механике» бога, сударь», – сказал Наполеон Бонапарт выдающемуся французскому астроному и математику

474

П. Лапласу. «Я не нуждаюсь в этой гипотезе, чтобы построить картину мира», – вежливо ответил ученый.

Этот обмен репликами состоялся примерно два века назад. Но и в наши дни любой любознательный, но далекий от науки человек может сделать космологу замечание а-ля Наполеон Бонапарт. Услышав рассказ о Большом Взрыве, трудно удержаться от мыслей о каких-то сверхъестественных силах. Слова «бог», «создатель» так и просятся на язык.

«Есть два взгляда на этот счет. Многие ученые на Западе склоняются к теологической точке зрения. Фактически они толкуют об акте творения, о том, что мир создан (слово «господь-бог» тут можно произносить явно или нет – это роли не играет) именно таким, чтобы в нем мог существовать человек».

«Что же этому можно противопоставить?» «То, что мир не один-единственный, что он вовсе не создан творцом, а

что есть множество миров, образующихся по законам случая. И что со Вселенной нам просто чертовски повезло – мы вытянули, так сказать, счастливый номер в лотерее жизни, могли быть варианты, которые не оставляли бы для высокоразвитой жизни никаких шансов…»

История науки хранит в своей памяти следующий курьезный случай. В 1912 году немецкий физик (не теоретик!) Дж. Франк принимал кафедру физики в Пражском университете. Заканчивая беседу с ним, декан сказал:

–Мы хотим от вас только одного – нормального поведения.

–Как? – поразился Дж. Франк. – Неужели для физики это такая редкость?

–Не хотите же вы сказать, что ваш предшественник был нормальным человеком? – возразил декан…

а предшественником Дж. Франка был Альберт Эйнштейн.

Наука XX века требовала бунтарей, еретиков, радикалов, безумцев, восставших против очевидностей физики XIX века. Настоятельно требовалось и постепенно оформилась в физике (как из маленькой затравки в расплаве вырастает прекрасный кристалл) и совершенно новая, необычная профессия, профессия, требующая большого напряжения духовных сил, умения в мыслях ворочать целыми мирами, из мертвых математических символов и животворных факторов эксперимента лепить правильно работающую физику. Короче, наука требовала профессии физикатеоретика.

Первыми задумались об устройстве мира и о своем месте в нем древние греки. Эти поиски они называли философией (буквально с греческого

–любовь к мудрости или любомудрие).

И отголоски этой страсти к знаниям у древних эллинов живы в науке и

475

сейчас. Еще и в наши дни на Западе ученый после защиты диссертации – неважно, в области математики это или биологии – удостаивается степени доктора философии, хотя естественно было бы употребить тут слова «доктор такой-то науки».

На фоне поисков, длящихся долгие тысячелетия, удивительно, что слово «ученый» – изобретение сравнительно недавнего времени.

В английском (видимо, и в других языках) еще века полтора назад этого слова не было. Тогда исследователей законов природы просто называли «людьми науки».

Даже в 1895 году лондонская газета «Дейли ньюс» объявила слово ученый американским новшеством, а английский писатель-фантаст Г. Уэллс до конца своих дней считал выражение «человек науки» наиболее правильным.

Показательно и то, что еще пару веков назад тон в науке задавали непрофессионалы (сейчас бы их назвали дилетантами, любителями).

Открывший людям с помощью микроскопа мир микроорганизмов А. Ван Левенгук был купцом, занимался торговлей мануфактурой и галантереей. Cоздатель учения о фотосинтезе Дж. Пристли был священником. Один из основоположников термодинамики, С. Карно, был профессиональным военным.

Ах, эти блаженные дни, дни юности науки! В созданном людьми науки «Лунном обществе» (Англия) живо и непринужденно обсуждались проблемы не только научные. Изобретатель паровой машины Д. Уатт спорил о музыке с крупнейшим астрономом и музыкантом В. Гершелем. Э. Дарвин размышлял об эволюции – теорию которой суждено было создать его внуку Ч. Дарвину, – а по пути домой сочинял стихи.

Но времена менялись. Постепенно а Англии – она была тогда самой развитой капиталистической державой – стали возникать чисто научные учреждения: Лондонское королевское общество, позднее – Королевский институт Вселенной. В 1900 году была основа Британская академия… Согласно теории Большого Взрыва, при рождении Вселенной ее энергия была сосредоточена в таком малом объеме, что существовала только в одной форме. Это и есть та «материя», из которой состоит мир. Веществом ее не назовешь – температура была слишком высока для образования устойчивых фундаментальных частиц – непрерывно возникали и распадались (аннигилировали) пары частиц и их античастиц. Это и не волны, по-

скольку им негде было распространяться и остывать.

За непредставимо короткое время 10–43 с – от единой, универсальной силы отделилась гравитация. Ровно через 10–35 с обособилось сильное взаимодействие. Наконец через 10–10 с разделились слабое взаимодействие

476

иэлектромагнетизм. В возрасте 10–4 с Вселенная стала достаточно зрелой

ихолодной для образования кварков, объединившихся в фундаментальные частицы. Первые атомные ядра возникли через 100 с, однако пространство между ними стало прозрачным для излучения, которое начало свободно «путешествовать» по Вселенной только через 300 тыс. лет (до этого излучения взаимодействовало с ионизированным веществом). Через миллиард лет после Большого Взрыва начали формироваться галактики.

Эта теория описывает эволюцию Вселенной на основе новейших физических представлений. Станет ли она вечной истиной? Как известно ничего вечного в нашем мире нет. Уже получены снимки в 4 раза более четкие, чем сделал в 1989 году спутник «СОВЕ». Они показывают, что край Вселенной «плоский» а не криволинейный, как считалось ранее. Итак, истина все еще за горизонтом?

PELE-MELE (фр.) – смесь

Вероятность возникновения жизни во Вселенной настолько мала, что ученые задумались над тем, какие особенности Земли обеспечили зарождение на ней жизни. Некоторые вещи очевидны: температура, атмосфера, вода, радиация. Однако сейчас важную роль эволюции живого приписывают и Луне. Когда Земля только сформировалась, сутки длились на ней всего 10 часов. Постепенно лунное притяжение замедлило вращение нашей планеты до нынешнего уровня.

Как это повлияло на жизнь? Во-первых, длинный день способствует фотосинтезу и обогащению атмосферы кислородом. Во-вторых, Луна служит щитом, прикрывающим Землю от метеоритов и астероидов. Это легко понять, сравнив количество кратеров на поверхности обоих небесных тел. Вероятно, Луна не раз защищала жизнь на Земле от глобальных катастроф и массовых вымираний. Некоторые астрономы считали, что для успешной биологической эволюции любой планеты необходим крупный спутник.

Можно ли считать простоту синонимом истинности? Существует ли особый «принцип простоты»? подобного рода вопросы не только философски интересны, но, возможно, имеют и практический аспект.

Допустим, есть две конкурирующие теории. Обе кажутся верными и требуют экспериментальной проверки. Но эксперименты ныне стоят больших денег. Так вот, если бы простоту можно было бы измерять и если простота наиболее простая из теорий самая верная, то, измерив простоту и проведя сперва испытание более простой теории, мы сразу же сэкономили бы немалые средства.

Мистика простоты явно сквозит в трудах многих признанных классиков науки. Мы не удивляемся, если самая простая гипотеза одержива-

477

ет верх над соперницами.

Гелиоцентрическая сфера поляка Н. Коперника (1473 – 1543 гг.) гораздо проще объяснила суть истинного движения планет относительно неподвижных звезд, чем неуклюжая модель грека К. Птолемея (II век новой эры), включающая громоздкий набор небесных сфер.

Этот и другие примеры из истории науки настойчиво внушают мысль о простоте мира. И немало философов от науки усматривают тут стремление Природы к своеобразной экономии своих средств. Но, безусловно, все это спорные вопросы.

Что есть истина? Что такое простота? Как их строго определить? И можно ли? А что, коли в природе существует не один вид простоты, а несколько – целевая иерархия? Не следует ли к простоте относиться диалектически? Английский философ и математик А. Уайтхед (1861 – 1947 гг.) учил, что лозунгом каждого настоящего ученого должен быть: «Ищи простоту и не верь ей!»

Пример того, что простота может быть совсем не простой, приводит американский популяризатор науки М. Гарднер. Он вспоминает о серии комиксов «До нашей эры», где на одной из картинок показано, как пещерный житель изобрел квадратное… колесо.

Полуголый изобретатель рад, вот только пассажиры (колесо-то с углами) в претензии: зверски трясет! Тогда одетый в шкуры конструктор в муках рождает новый проект – «более простое» колесо треугольной формы.

Конечно, число «встрясок» за один оборот колеса сведено к минимуму, но очевидно, что древний новатор еще дальше ушел от идеала, от простейшего колеса – круга, у которого вовсе нет углов. И это вопреки тому, что круг представляет собой самое сложное изо всех колес – ведь это многоугольник с бесконечным числом углов!

А теперь вновь вернемся к проблеме распадающегося протона. «Великое объединение» многое упрощает, сводя тройку сил к одной.

Но какое это разочаровывающее упрощение! Нежданно-негаданно физики вдруг очутились в «калибровочной» пустыне. Они привыкли к тому, что каждое новое поколение ускорителей, каждое новое продвижение по шкале до сих пор открывало и новые физические явления. Количество неизменно и довольно быстро переходило в качество.

Сейчас экспериментально физики добрались до размеров 10–16 сантиметра. Если протон смертен, им сразу откроются и масштабы, соизмеримые с 10–29 сантиметра. Они получат возможность заглянуть на 14 порядков вперед по длинам и энергиям!

И на этих громадных «пространствах» им не встретится, есть та-

478

кие подозрения, ни одного существенно нового явления – пустыня!

Если протон развалится-таки, то этот эксперимент определит развитие физики высоких энергий на долгие годы. Он, как камертон, настроит физику на «дали», где видится предельная, минимально возможная в природе длина – 10–29 сантиметра. В какой-то мере идейно физика как наука будет исчерпана, а физики, словно путешественники, начнут буксовать, как вездеход, тонущий в сыпучих барханах знойной пустыни.

TUTTI FRUTTI (ит.) – всякая всячина

Каждые 15 миллионов лет полярность магнитного поля Земли меняется, и это происходит уже в течение ста миллиона лет. К такому мнению пришли ученые Парижского университета. Сведения об изменении геомагнитных свойств получены при изучении древних геологических образцов. Почему это происходит, пока остается загадкой. Несомненно, ученые обнаружили одно из наиболее устойчивых долгопериодических явлений в геофизике, сопровождающих какие-то пока неизвестные процессы в ядре Земли.

…земной погоде свойственны 200-летние циклы… …на поверхности Земли обнаружено около 90 кратеров, образовав-

шихся в результате падения комет… …Луна удаляется от Земли со скоростью 4 см. в год… …у Солнца обнаружено пылевое кольцо…

…4 млрд. назад у Луны были свои спутники… …диаметр Солнца уменьшается примерно на 10 км в год…

10.5.Начало космической эры

Улюдей разные звезды. Для путешественников звезды – указатели пути. Для других это только маленькие огоньки. Для ученых звезды – это проблемы…

Антуан де Сент-Экзюпери

Врамках Международного Геофизического Года 4 октября 1957 г. в 22 часа 28 минут московского времени с космодрома Байконур в СССР

принял старт первый в мире искусственный спутник Земли (ИСЗ). При поперечнике 580 мм масса первого спутника составляла 83,6 кг. Он просуществовал 92 суток.

По решению Международной астронавтической федерации день 4 октября 1957 года был официально провозглашен началом космической эры.

Месяцем позже в СССР был успешно запущен второй искусственный спутник Земли, в котором отправлялась в полет собака Лайка.

479

На исходе января 1958 г. к двум советским спутникам присоединился первый американский ИСЗ «Эксплорер-1».

В 1783 г. на воздушном шаре, наполненном горячим воздухом, взмыли ввысь первые «воздухоплаватели». Ими были, разумеется, не люди, а животные – петух, утка и баран. Почти два века спустя животные вновь прокладывают человеку дорогу в неизведанные дали околоземного космического пространства.

С 1951 г. на советских геофизических ракетах несколько десятков раз летали разные животные: кролики, крысы, мыши, собаки. Американцы в качестве подопытных животных использовали еще и шимпанзе, а французы кота.

Чтобы открыть человеку дорогу в Космос предстояло решить множество медико-биологических проблем. Было необходимо изучить влияние на живой организм факторов космического полета, таких, например, как перегрузки на старте и невесомость после выхода на орбиту шумы и вибрации. Требовалось обеспечить нормальные условия жизнедеятельности человека в полете: питание, отдых, работу. Наконец, надлежало разработать эффективные методы медицинского отбора космонавтов, их тренировок, контроля состояния их здоровья в полете.

Среди подопытных животных встречаются свои герои. В августе 1960 г. на втором советском космическом корабле-спутнике отправились в полет собаки-пассажиры Белка и Стрелка, которые предварительно прошли продолжительные тренировки. Собаки приучались к жизни в небольшом контейнере с ограниченными движениями. Они носили на себе фиксирующую одежду, контрольные медицинские датчики, и свой собственный портативный «туалет». Их приучали питаться по командам специально приготовленными смесями. После 18 витков на орбите вокруг планеты корабль был приведен на траекторию спуска на поверхность Земли, а его пассажиры благополучно катапультированы. Обе собаки чувствовали себя прекрасно и в последующем продолжали верно трудиться на благо космической медицины.

Первооткрывателям неизведанного во все времена требовались исключительное мужество и отвага. Они были необходимы Колумбу и Магеллану, капитанам первых подводных лодок, летчикам полярной авиации. Потребовались они как профессиональные качества и будущим «колумбам Вселенной».

По условиям своего труда ближе всех к будущей профессии космонавта подходили летчики-испытатели и летчики военной авиации, и именно из них были укомплектованы первые отряды космонавтов в нашей стране и в США. С годами требования снижались. В отряды космонавтов стали

480