Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой

Докинз Ричард

Теперь, вместо того, чтобы смотреть на палец палец, посмотрите на звезды в ночном небе, переключаясь с глазу на глаз. Звезда не будет прыгать вообще. Она слишком далека. Чтобы заставить звезду 'прыгать' из стороны в сторону, ваши глаза должны быть в миллионах километров друг от друга! Как мы можем достичь того же эффекта, что и при переключении глаз, находящихся в миллионах километров друг от друга? Мы можем использовать тот факт, что орбита Земли вокруг Солнца имеет в диаметре 300 миллионов километров. Мы измеряем положение соседней звезды, на фоне других звёзд. Затем, спустя шесть месяцев, когда Земля находится в 300 миллионов километров, на противоположной стороне своей орбиты, мы измеряем видимое положение звезды снова. Если звезда довольно близка, её видимое положение будет 'прыгать'. По длине прыжка легко рассчитать, насколько далека эта

звезда.

К сожалению, метод параллакса работает только для ближайших звёзд. Для отдалённых звёзд, и конечно, для других галактик, наши два чередующихся глаза должны были бы быть расположены намного далее друг от друга, чем 300 миллионов километров. Нам надо найти другой способ. Вы можете подумать, что это можно сделать путём измерения яркости свечения галактики: наверное, более далёкая галактика должна быть тусклее, чем более близкая? Беда в том, что две галактики действительно могут быть разной яркости. Это все равно, что оценивать, насколько далеко находится зажжённая свеча. Если одна свеча ярче другой, как вы узнаете, видите ли вы яркую свечу далеко, или тусклую рядом?

К счастью, астрономы имеют доказательства того, что существуют некоторые особые разновидности звёзд, которые они называют «стандартными свечами». Они понимают достаточно из того, что происходит в этих звёздах, дах, чтобы знать, насколько они ярки — не то, какими мы их видим, а их фактическую яркость, интенсивность света (или это могут быть рентгеновские лучи или другие виды излучения, которое мы можем измерить), прежде чем он начнёт своё долгое путешествие к нашим телескопам. Они также знают, как определить эти особые свечи; и таким образом, поскольку они могут найти, по крайней мере, одну из них в галактике, астрономы могут использовать её, с помощью общепринятых математических вычислений, чтобы оценить, насколько далека эта галактика.

Таким образом, у нас есть метод параллакса для измерения очень малых расстояний; и есть 'набор' различных видов стандартных свечей, которые мы можем использовать для того, чтобы измерить диапазон все больших и больших расстояний, протянувшийся даже к очень отдалённым галактикам.

Радуги и красное смещение

Хорошо. Итак, теперь мы знаем, что такое галактика и как узнать расстояние от неё до нас. Для следующего шага в наших рассуждениях мы должны воспользоваться световым спектром, который мы встретили в главе 7 о радуге. Однажды меня попросили поучаствовать в работе над главой книги, в которой учёным было предложено выделить наиболее важные изобретения человечества. Это было забавно, но я присоединился к авторам довольно поздно, и все очевидные изобретения были уже разобраны: колесо, печатный станок, телефон, компьютер и так далее. Поэтому я выбрал инструмент, который, я был уверен, никто другой не мог выбрать, и, конечно, очень важный, хотя не многие люди когда-либо использовали его (и я должен признаться, что я никогда не пользовался им). Я выбрал спектроскоп.

Это машина радуги. Если он соединён с телескопом, то он принимает свет от какой-либо звезды или галактики и развёртывает его в виде спектра, точно так же как Ньютон своей призмой. Но он более совершенен, чем призма Ньютона, так как позволяет производить точные измерения вдоль всего развёрнутого спектра звёздного света. Измерения чего? Что мы будем измерять в радуге? Что ж, это именно то, что начинает становиться действительно интересным. Свет от различных звёзд создаёт «радуги», несхожие в различных очень особых отношениях, и они многое могут рассказать нам о звёздах.

Означает ли это, что звёздный свет обладает полным разнообразием незнакомых новых цветов, цветов, которые мы никогда не видели на Земле? Наверняка нет. Вы уже видели на Земле все цвета, которые ваши глаза способны увидеть. Вас это разочаровывает? Меня разочаровало, когда я впервые это понял. Когда я был ребёнком, я

любил книги Хью Лофтинга о Докторе Дулиттле. В одной из книг доктор летит на Луну и зачарованно наблюдает абсолютно новый диапазон цветов, никогда прежде невиданных человеческими глазами. Мне понравилась эта мысль. Для меня это обозначало захватывающую идею, что наша собственная знакомая Земля может не быть типичной для вселенной. К сожалению, хотя идея имеет смысл, история была неправдой, и не могла быть правдой. Это следует из открытия Ньютона, что все цвета, которые мы видим, содержатся в белом свете, и все они обнаружились, когда белый свет был разложен призмой. Нет никаких цветов вне диапазона, к которому мы привыкли. Художники могут встретиться с любым количеством различных красок и оттенков, но все они являются сочетаниями тех основных составляющих составляющих цветов белого света. Цвета, которые мы видим в наших головах — в действительности лишь ярлыки, созданные мозгом для идентификации света различных длин волн. Мы уже столкнулись с полным спектром длин волны здесь на Земле. Ни Луна, ни звезды не имеют каких-либо сюрпризов в области цветов. Увы.

Итак, что я имел в виду, когда говорил о том, что разные звёзды создают различные радуги с различиями, которые мы можем измерять, используя спектроскоп? Что ж, оказывается, что когда звёздный свет разлагается спектроскопом, странные узоры тонких чёрных линий появляются в весьма определённых местах вдоль спектра. Или иногда линии не чёрные, а цветные, а фон чёрный — различие, которое я объясню чуть позже. Узор линий выглядит как штрихкод, подобно штрихкоду, который вы видите на вещах, покупаемых в магазине, чтобы идентифицировать их кассовым аппаратом. Различные звезды имеют одинаковую радугу, но разные узоры линий вдоль неё — и эти узоры действительно являются своего рода штрихкодом, потому что они рассказывают нам о звезде и из чего она сделана.

Не только свет звёзд демонстрирует линии штрихкода. Их также демонстрируют огни на Земле, поэтому мы можем исследовать в лаборатории, что их вызывает. И оказывается, что эти штрихкоды создаются различными элементами. Натрий, к примеру, имеет характерные линии в жёлтой части спектра. Свет натрия (произведённый электрической дугой в парах натрия) светится жёлтым цветом. Причина этого этого очевидна учёным — физикам, но не мне, потому что я учёный — биолог, который не понимает квантовой теории.

Когда я ходил в школу в городе Солсбери в Южной Англии, я помню, как был совершенно очарован странным видом своей ярко красной школьной шапочки в жёлтом свете уличных фонарей. Она теперь выглядела не красной, а желтовато — коричневой. Как и ярко — красные двухэтажные автобусы. И вот по какой причине. Подобно многим другим английским городам в те дни, Солсбери использовал для своего уличного освещения лампы на парах натрия. Они испускают свет только в узких областях спектра, покрываемых характерными линиями натрия, и наиболее яркие линии натрия находятся в жёлтом цвете. Как бы то ни было, натриевые огни светятся чистым жёлтым светом, очень отличающимся от белого солнечного света или неопределённо желтоватого света обычной электрической лампочки. Поскольку красного света практически нет вообще в свете, обеспечиваемом натриевыми лампами, никакой красный свет не мог отражаться от моей кепки. Если вам интересно, что делает кепку или автобус красным вообще, ответ заключается в том, что молекулы красителя или краски поглощают большую часть света всех цветов, кроме красного. Поэтому в белом свете, который содержит все длины волн, отражается главным образом красный свет. Под уличными фонарями, использующими пары натрия, нет никакого красного света, чтобы отражаться — отсюда желтовато — коричневый цвет.

Натрий — лишь один из примеров. Вы помните из главы 4, что каждый элемент имеет своё собственное уникальное «атомное число», представляющее собой число протонов в ядре (а также число электронов, вращающихся вокруг него). Что ж, по причинам, связанным с орбитами его электронов, каждый элемент также имеет свой собственный уникальный световой эффект. Уникальный, как штрихкод… фактически, штрихкод представляет собой то, чем в значительной степени является картина линий в спектре звёзд. Вы можете сказать, какие из 92 природных элементов присутствуют в звезде, разлагая свет звезды в спектроскопе и глядя на линии штрихкода в спектре.