Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса

Натараджан Приямвада

С древних времен мы наслаждаемся величием ночного неба, состоящего из тысяч неподвижных точек света – звезд, восходивших и заходивших в одно и то же время. Однако в 1718 г. британский астроном Эдмунд Галлей, второй по значимости астроном Королевства Великобритании, обнаружил, что координаты звезд постепенно меняются. Например, звезды Сириус, Арктур и Альдебаран сместились далеко от тех мест, которые описаны древнегреческим астрономом Гиппархом около 2000 лет назад. По-видимому, «неподвижные» звезды блуждали.

Такие неожиданные, дезориентирующие открытия распространены в космологии, и нынешнее понимание расширяющейся с ускорением Вселенной аналогично перевернуло наши привычные представления. Все началось в 1543 г., когда Николай Коперник переместил ось вращения мира с Земли на Солнце, вокруг которого мы «с тех пор» обращаемся. Теперь общеизвестно, что речь идет о Солнечной системе, но в то время считалось, что Солнце – центр Вселенной. Открытие движения звезд привело к еще большим изменениям нашего понимания Вселенной. В 1920-х

гг. были открыты другие галактики, что говорило о том, что Млечный Путь – всего лишь одно скопление звезд среди многих, а затем было доказано, что Вселенная расширяется, и астроном Эдвин Хаббл подступил к изучению происхождения и эволюции Вселенной. Сегодня у нас есть изображения нескольких миллионов галактик и данные о них, многие из которых настолько далеки, что их свет, который мы видим, возник, когда Вселенная находилась в зачаточном состоянии, то есть в возрасте миллиарда лет при нынешних 13,8 млрд. Эти открытия являются частью более обширной истории о том, как мы пришли к некоторым из самых замечательных идей в космологии за последние 100 лет и как эти идеи получили развитие. Человеческий фактор науки, изобилующий личным соперничеством, столкновениями амбиций и поиском славы, тормозил или же, наоборот, продвигал многие открытия. Человеческое стремление к безопасности и сохранение статус-кво вступают в действие, когда мы сталкиваемся с драматическими изменениями. Эта инстинктивная инертная реакция на новые радикальные идеи препятствует принятию перемен в нашем глубоко укоренившемся мировоззрении. Ученые не освобождаются от этого и часто сопротивляются новому, пока не примут убедительные доказательства.

Понятие Вселенной как часового механизма, управляемого универсальными законами, такими как законы Ньютона, были быстро приняты, потому что картина такого мира давала ощущение стабильной и неизменной Вселенной. Даже революционная гелиоцентрическая система мира Коперника, поначалу воспринятая в штыки, в конце концов прижилась, поскольку сохраняла понятия неподвижной Вселенной, просто ее центр переместился от нас к Солнцу.

Революционные космологические открытия XX и XXI вв. – расширяющаяся Вселенная, темная материя, черные дыры, модель Большого взрыва, многочисленные экзопланеты – перевернули наше представление о Вселенной. Она предстала перед нами как нечто постоянно меняющееся, где мы одновременно уникальны и в то же время ничтожны в грандиозном мире.

В этой книге я прослежу развитие космологических идей из концепций к закономерностям, подчеркивая их неожиданные повороты и отмечая мощное преобразующее воздействие на эволюцию нашего мировоззрения. Этот тектонический сдвиг понимания Вселенной как неподвижной и статичной структуры к структуре постоянно меняющейся требует постоянного преобразования нашего видения космоса. Новые открытия в космологии лишают нас точки опоры и часто вызывают дискомфорт даже у самих открывателей. Наблюдение за постепенной эволюцией ученых, появление у них способности принимать новые идеи и перестраивать карты знаний не только показывают, как работает наука, но и дают представление о том, что становится катализатором изменения мировоззрения. Преображающее влияние науки как объективного метода познания окружающего мира раскрывает эмоции и страсти, захватывающие ученых. По своей сути внутренняя природа этого познания лучше всего иллюстрируется тем фактом, что научный прогресс, сопровождаемый внезапными озарениями, приводит к непредвиденным и изначально непостижимым последствиям. Я раскрываю этот сложный, волнующий процесс в свете меняющейся практики науки. Мы вступили в эпоху большой науки, которой предоставляются огромные инвестиции человеческого интеллектуального капитала и других ресурсов, а также работа с крупными командами и опыт многих технических квалифицированных исследователей. Этот сдвиг в масштабах исследовательских усилий ученых затронул и работы, связанные с космологией.

Например, широкомасштабный проект «Слоуновский цифровой небесный обзор» (Sloan Digital Sky Survey), целью которого было составить подробные трехмерные карты трети всего неба, опирался на команду из нескольких сотен ученых из более чем 40 научно-исследовательских институтов по всему миру. Хотя научные исследования в космологии не так масштабны, как в экспериментальной физике частиц, где задействованы тысячи ученых, астрономия стала свидетельницей резкого увеличения рабочих групп, которые каких-то 30 лет назад состояли из 2–3 человек. По мере развития космологии, требующей использования все более сложных инструментов и технологий, требуется больше ресурсов. Драматические изменения в способах исследования и сложность новых инструментов породили новые междисциплинарные области науки, такие как, например, астрофизика частиц, находящаяся на стыке астрофизики и физики частиц. Эта трансформация масштаба и культуры науки привела к исчезновению образа ученого как чудака с неопрятной шевелюрой. Сегодняшняя большая наука имеет огромный потенциал для ускорения исследований и получения результатов, а также самый разнообразный характер вопросов, которые ученые могут задавать и исследовать.

В наше время происходят эпохальные события в науке, и важно понимать, как она работает. Я считаю, что более точное представление о том, как ученые проводят исследования и совершают открытия, даст более глубокое понимание природы самой науки. Статистика сообщает, что большая

часть населения не в состоянии понять суть современных научных исследований и с подозрением относится к работе ученых. Сложный процесс самоидентификации, а не аргументация формирует доверие. Психология человека играет важную роль в принятии изменений. Наше отношение к изменениям глубоко связано с нашим самоощущением. В быстро меняющемся мире, где с головокружительной скоростью развиваются наука и технологии, мы пытаемся обрести ощущение стабильности, поскольку она придает смысл нашей жизни. Многие недавние публичные дискуссии отвергли научные выводы, как и «голую теорию», будто некий недостаток. Но красота науки заключается в том, что, хотя теория всегда условна, она предоставляет лучшие доказательства и объяснения для текущего момента. Несмотря на то что в науке по мере появления новых данных некоторые теории периодически пересматриваются, она основана на воспроизводимых доказательствах, которые дают научную оценку гипотезам.

Понимание силы и условного характера научного мышления – вызов нашего времени, и на последующих страницах я предлагаю взглянуть на мир с позиции космологии – сложной и условной стороны астрономии. Мы увидим, как выдающиеся ученые неоднократно боролись за принятие радикальных новых идей и в конце концов им это удавалось. Надеюсь, книга поможет вам понять (или подтвердить свое понимание), что, хотя наука как человеческое стремление не является абсолютно объективной, она по-прежнему предлагает лучшие рецепты для получения доказательств и познания нашего мира. Наука сама корректирует свои отклонения в ту или иную сторону. Она – лучший для нас способ ориентироваться в этой чудесной Вселенной и понимать ее. На протяжении веков именно наука помогала нам составлять чертеж взаимосвязей естественного мира. И как любая хорошая карта, он указывает, куда двигаться.

1. Древние карты неба

Первоначально человек владел всего одним инструментом для изучения космоса – своими глазами. Люди тех времен воспринимали мир через призму мифа, а не науки, и любые невидимые, таинственные, сверхъестественные силы, которые управляли движением планет и звезд, ассоциировались с деяниями богов. Когда в древности люди поднимали взгляд к небесам, они ожидали от них благоприятных и предсказуемых действий. И точно так же, как и мы сейчас, наши предки фиксировали результаты своих космологических изысканий: они создавали карты.

Одним из первых изображений звездного неба стала выполненная из меди и золота чеканная пластина, датируемая периодом с 2000 по 1600 г. до н. э. Она относится к унетицкой культуре бронзового века. Находка была обнаружена в регионе Саксония-Анхальт на территории Восточной Германии. Судя по всему, на пластине изображено Солнце или полная Луна, лунный серп и звезды. С точки зрения современного человека, на ней также присутствуют Плеяды, что вполне возможно, так как это звездное скопление отчетливо видно на ночном небе даже невооруженным глазом. Металлический диск, вероятно, служил своего рода дневником наблюдений, в который с течением времени добавляли новую информацию. Одно такое дополнение выглядит как две золотые дуги по бокам диска, которые, судя по всему, обозначают местоположение закатного Солнца в дни летнего и зимнего солнцестояния, фиксируя, таким образом, позиции Солнца в самый длинный и самый короткий день в году. Также мы можем видеть дугу в нижней части диска, от которой расходятся многочисленные линии. Она имеет множество толкований: Млечный Путь, радуга или многовесельная солнечная лодка – мифологический способ передвижения Солнца. Мы почти ничего не знаем о способах использования этого предмета. Но можем предположить, что люди, которые пользовались пластиной, каким-либо образом связывали происходящее на Земле с небесными событиями.

Жители Вавилона, которые заинтересовались небом спустя приблизительно девять столетий после появления Небесного диска, с большой тщательностью относились к записи данных астрономических наблюдений. Британский археолог Остен Генри Лейард и его экспедиция, организованная в XIX в. с целью проведения раскопок на месте великих библейских городов в Месопотамии (Междуречье), обнаружили и восстановили целый клад, состоящий из скрупулезно систематизированных данных астрономических наблюдений. Их находка включала копии еще более древних наблюдений, которые были собраны и записаны жителями Месопотамии. Среди тысяч клинописных табличек, которые Лейард и его коллеги обнаружили на территории современного Ирака, был найден документ, содержащий наблюдения Венеры [1] .

1

Детальное описание исследования Лейарда от первого лица можно найти в: Austen Henry Layard, A Popular Account of Discoveries at Nineveh (New York: Derby, 1854). Кстати, 40 000 клинописных таблиц хранятся в Йельской Вавилонской коллекции.