Откуда у древних майя были столь обширные познания по астрономии?
В 1518 г. испанский конкистадор Эрнан Кортес и его соратники захватили Теночтитлан, столицу государства ацтеков (сейчас это город Мехико). Тогда никто из них не имел представления о той великой культуре, которую им предстояло вскоре уничтожить. Испанцы презрительно отмечали, что индейцы Нового Света, несмотря на величественную архитектуру ацтеков и роскошные золотые украшения их правителей, не освоили даже простейших повозок на колесах. Не произвели впечатление на более поздних исследователей и сохранившиеся в джунглях полуострова Юкатан величественные следы культуры древнего народа майя. Некоторые католические священники‑миссионеры понимали значение увиденного ими. Особо важную роль сыграл испанский администратор Юкатана этого времени, воспитанный инквизицией французский монах по имени Диего де Ланда. Он был послан в Юкатан с целью не только полного искоренения религиозных культов майя, но и сожжения всех древних иероглифических манускриптов. По иронии судьбы де Ланда был так восхищен культурой майя, которую ему надлежало уничтожить, что сделал копии многих документов, на основе которых позднее, в 1560‑х годах, он написал трактат о народе майя. Трактат Диего де Ланда затерялся в архивах почти на триста лет и был обнаружен в Мадриде лишь в 1863 г. (к сожалению, в неполном объеме). Именно он и стал ключом к дешифровке трех сохранившихся рукописей, кодексов древних майя, которые случайно уцелели при тотальном уничтожении культурных ценностей самим де Ланда.
|
|
|
Наиболее известным из них является Дрезденский кодекс, обнаруженный в Вене в 1739 г. (предполагается, что его вывезли из Юкатана в качестве своеобразного сувенира). Ученые до сих пор сожалеют, что среди сохранившихся рукописей нет ни одной, посвященной истории майя. Дрезденский кодекс относится в основном к астрономическим познаниям майя. Так называемый Трокортезианский кодекс посвящен религиозным обрядам и предсказаниям, а Парижский кодекс – проблемам, связанным с исключительно сложным календарем древних майя.
Страница Дрезденского кодекса, наиболее известного из трех сохранившихся рукописных сборников майя, содержащая таблицы расчета лунных затмений. Документ представляет собой 39 листов, свернутых в ленту длиной около 3,5 м. (Любезно предоставлено Университетом Пенсильвании.)
Лишь в конце XIX века ученым из разных стран, в том числе французу Леону де Росней, американцу Сайрусу Томасу и немецкому филологу Эрнсту Фёстерману, удалось расшифровать их содержание. В 1897 г. ими занялся калифорнийский издатель Джозеф Т. Гудман, который весьма беззастенчиво пользовался результатами Фёстермана. В 1905 г. Гудман установил связь календаря майя с современным календарем, что остается важнейшим достижением в изучении культуры древнего народа майя.
|
|
|
В частности, Гудман выяснил, что майя придавали огромное значение планете Венере и именно ее поведение легло в основу созданного ими сложного календаря. Этот факт не стал сюрпризом для ученых. Венера, не считая Луны, является самым ярким объектом ночного неба, и эта «вечерняя звезда» играла важную роль во многих древних религиозных системах, начиная с шумерской (третье тысячелетие до н.э). Многие астрономы древности следили за движением Венеры, но никто из них не смог добиться той точности наблюдений, которая характерна для календаря майя. В так называемый классический период развития цивилизации майя (этот термин выбран по аналогии с классическим периодом в истории Древней Греции), соответствующий 300–900 гг. н. э., астрономы майя разработали методику наблюдения за Венерой с точностью, которую европейским ученым удалось достичь лишь в XVIII веке, после применения телескопов. Например, майя определили период небесного цикла Венеры в 584 дня, что почти точно совпадает с результатом 583,92 дня, полученным в наше время с использованием современных приборов. Непонятным остается не только методика, позволившая им достичь столь высокой точности, но и то, с какой целью астрономы майя добивались этого.
|
|
|
Как ни странно, но ответить на вторую часть вопроса, легче, чем на первую. Дело в том, что древние майя с неимоверным интересом занимались проблемой «течения времени» и придавали ей огромное значение. В этой связи Анн Бенсон Гайлс и Хлоя Сайер [2] в своей книге пишут: «Прошлое и будущее причудливо переплетались в сознании древних майя, которые пытались измерить процесс течения времени и понять его загадки. Изучая длительность лунных циклов и смену времен года, наблюдая равноденствия и солнцестояния, движение Венеры по орбите, они сумели выработать свою собственную, весьма точную систему измерения времени».
На основе разнообразных астрономических наблюдений (они, хотя и в меньшей степени, следили также за движением Марса и Юпитера) астрономы майя разработали три разных календаря для каждого года, один более долгосрочный календарь (объединявший другие календари), а также «линию времени» – календарь, обращенный в далекое прошлое. Один из трех основных календарей назывался цолькин и описывал священный год, содержащий 260 дней (возможно, майя унаследовали его от еще более ранней, тольтекской культуры). Второй годовой календарь, тун, соответствовал году в 360 дней (18 месяцев по 20 дней). И наконец, третий годичный календарь, называвшийся хааб, соответствовал привычному нам году в 365 дней (дополнительные 5 дней считались в нем несчастливыми и были выделены в особый месяц). Все эти казавшиеся сложными и неудобными для расчетов периоды времени объединялись в единую систему, именуемую Календарным Кругом.
|
|
|
Календарный Круг включал в себя 18 980 дней, каждый из которых имел собственное ритуальное значение. Эта цифра одновременно соответствует числу дней первого календаря, умноженному на 73, и числу дней в 52 годах с обычной протяженностью 365 дней (260 х 73 = 365 х 52 = 18 980), вследствие чего возникал новый цикл длительностью в 52 года. Есть свидетельства того, что жители разных городов майя, удаленных друг от друга на 500 километров, каждые 52 года предпринимали утомительные путешествия через джунгли Юкатана с целью удостовериться в точности и синхронности всех своих календарных систем.
Указанные выше периоды времени кажутся ничтожными по сравнению с еще одной календарной системой майя, известной под названием Длинный Счет и являющейся, по‑видимому, наиболее точным календарем из всех созданных древними цивилизациями. Эта система подробно описана в книге Чарльза Галленкампа «Maya», изданной в 1985 г [1]. В качестве единицы времени использовался кин, просто равный одному дню, из которого последовательно получались следующие единицы:
20 кин = 1 юналь (20 дней),
18 юналей = 1 тун (360 дней),
20 тунов = 1 катун (7200 дней),
20 катунов = 1 бактун (144 000 дней),
20 бактунов = 1 пиктун (2 880 000 дней).
Существовали еще три уровня усложнения, приводящие нас к совершенно чудовищному по длительности промежутку времени в 23 040 000 000 дней, называвшемуся алатун. Из приводимых цифр видно, что майя имели представление о нуле (они обозначали его знаком‑иероглифом, напоминавшим изображение ракушки). Всего лишь три культуры в истории человечества (Вавилон, Индия, майя) сумели «изобрести» нуль. Первыми это сделали вавилоняне, но с гибелью их цивилизации изобретение было забыто и вновь открыто индийцами в девятом веке, что привело к созданию современной математики. В Европе новая система записи появилась лишь в конце Средневековья, когда она сменила громоздкую запись римскими цифрами. Таким образом, в этой области древние майя почти на тысячу лет опередили «цивилизованный мир», который позднее уничтожил их культуру.
Календарь майя включал и обратный отсчет времени, приводящий к некоторому «началу времени», т. е. сотворению мира (по расчетам ученых это соответствует 3113 году до н. э.). Недавно, используя компьютер, удалось показать, что Длинный Счет обладал точностью до одного дня на протяжении 6000 лет. Поражает не столько математический гений древних майя, сколько тот факт, что каждый из дней имел особое значение. Майя верили, что разные дни «принадлежат» разным богам в бесконечно повторяющемся цикле. Одни боги были добрыми, другие – злыми, в соответствии с чем некоторым дням (включая дополнительные пять дней каждого года) сопутствовали несчастья. Более того, Календарный Круг и Длинный Счет включали в себя целые периоды длительностью в несколько лет, которые считались особо опасными.
Астрономией и математикой у древних майя занималось могущественное и влиятельное сословие жрецов. Руководствуясь «космическими» указаниями священных книг, жрецы предупреждали народ и правителей о наступлении опасных дней, назначали сроки сельскохозяйственных работ, регулировали повседневную жизнь. Жизнь древних майя была заполнена огромным числом ритуалов, из которых для нас понятна лишь небольшая часть. Хотя обычно обряды совершались для того, чтобы умилостивить связанных с этими днями богов, возникает впечатление, что древние майя были убежденными фаталистами. Они, по‑видимому, были твердо убеждены в цикличности времени и его особенностей, описываемых Календарным Кругом в 52 года, а возможность избежать несчастий возникала благодаря сложным закономерностям внутри Длинного Счета.
Вполне возможно, что именно фатализм древних майя стал одной из причин гибели их цивилизации. Ученые до сих пор не могут объяснить, что внезапно произошло с городами и культурой майя около 900 года н. э. По одной из версий, причиной гибели стали перенаселенность главных городов майя и отсутствие пахотных земель. Другие, более драматичные сценарии связывают закат цивилизации майя с землетрясениями, извержениями вулканов, тропическими ураганами или эпидемиями, которые могли поразить самих жителей или выращиваемые ими сельскохозяйственные культуры, в частности, кукурузу, основной продукт питания. Есть свидетельства, что города‑государства майя часто соперничали друг с другом и вели войны, истощавшие их ресурсы. Некоторые исследователи считают причиной гибели культуры социальные конфликты, восстания крестьян против правления жрецов и аристократического сословия. При всем разнообразии внешних причин гибели цивилизации майя (землетрясения, эпидемии, восстания) ее время совпадает с предсказаниями календаря майя. Существуют веские доказательства того, что времена тяжелейших испытаний были заранее известны, но правящая верхушка не пыталась бороться с ними, поскольку воспринимала несчастья и гибель в качестве неизбежных этапов великих циклов времени. Если это так, то конец классического периода цивилизации майя выглядит естественным следствием разработанной ими сложнейшей математической и астрономической концепции, в которой течение времени играло важнейшую роль.
Мы в состоянии понять, каким образом религия и мировозрение побуждали майя к развитию математики и астрономии до высокого уровня, значительно превосходящего уровень развития соответствующих наук в период от 300 до 900 г. в Европе, однако мы почти ничего не знаем о том, как это делалось. Хотя в расположении многих храмов и других сооружений можно уловить связь с астрономическими ориентирами (в частности, с направлением наблюдения солнцестояний), однако пока не найдены какие‑либо объекты, сравнимые, например, с комплексом Стоунхендж в Англии. В стенах некоторых сооружений имеются прорези, которые могли бы использоваться для астрономических наблюдений, однако обычно они обработаны весьма грубо, что никак не вяжется с высочайшей точностью календаря, характерного для этой культуры. Скульпторы майя умели вырезать очень сложные и изящные барельефы, так что для них не составило бы труда создать каменные астрономические инструменты, например, для наблюдений за Венерой, но пока не найдено ни одного подобного устройства.
Первые европейцы, оказавшиеся в Центральной Америке, часто изумлялись поразительной архитектуре майя, но их приводило в недоумение полное отсутствие колесного транспорта.
Этот удивительный факт был одной из причин того, что европейцы относились к ацтекам и потомкам древних майя, которые и поныне живут на полуострове Юкатан, как к дикарям. Теперь мы знаем, что древние майя имели представление о колесе. Археологи обнаружили миниатюрные колесные повозки, снабженные осями, которые оказались детскими игрушками. Возможно, майя не применяли колеса по той причине, что во влажных тропических джунглях Юкатана деревянные колеса увязали в почве или быстро гнили. Кстати, некоторые специалисты полагают, что астрономические инструменты майя изготовлялись из дерева и были устроены довольно просто – крестообразные комбинации реек с отметками. Подобные хрупкие и недолговечные приборы вряд ли могли сохраняться до появления первых европейцев, поскольку испанцы высадились на берег американского континента через шесть веков после того, как пришли в запустение города майя с их величественными пирамидами и не стало жрецов‑астрономов, так много знавших о планете Венере. Но это всего лишь предположение.
В гл. 8 отмечалось, что самые ранние формы письменности и математики, обнаруженные в древнем Шумере и Египте, возникли в связи с хозяйственными задачами. Необходимость учета сбора налогов привела к изобретению письменности примерно за три тысячи лет до рождения Христа. Именно к этому моменту нас возвращает исходная точка Длинного Счета, связанного у майя с удивительными математическими сверхструктурами. По подсчетам ученых, эта точка соответствует 3113 году до н. э., и, возможно, с этой датой следует связывать не сотворение мира в обычном смысле этого слова, а скорее возникновение математики. Бросается в глаза, что древние майя придавали числам в астрономии и математике совершенно иное значение, чем египтяне и шумеры, у которых математика использовалась для учета реальных ценностей и продуктов. Майя же применяли математику для нахождения ритма, с которым могущественные боги осуществляли течение времени, изо дня в день передавая его друг другу. Именно эта сакральная, мистическая проблема была источником вдохновения для древних астрономов Центральной Америки.
В гл. 1 отмечалось, что некоторые современные теории возникновения вселенной сходны с теологическими построениями. Отношение майя к математике неожиданно заставляет нас по‑новому отнестись к тем сложнейшим и малопонятным для непосвященных достижениям современной высшей математики и теоретической физики, в которых возникают религиозные «мотивы». Для древних майя боги и числа были неразделимы. Поэтому естественно возникает вопрос, можем ли мы считать их астрономические наблюдения или исключительно сложные календари тем, что в наши дни относится к «науке»? С одной стороны, мы ничего не знаем о методах измерений и не понимаем целей, ради которых астрономы майя столь тщательно прослеживали и регистрировали закономерности в движении Венеры. С другой стороны, они значительно опередили европейских астрономов и определили движение Венеры по небосклону с точностью, которая стала доступна лишь современным компьютерам.
В двух последующих главах рассказывается о жизни и деятельности сэра Исаака Ньютона, теоретические и экспериментальные работы которого стали основой современного научного метода. Ньютону удалось сформулировать законы распространения света (см. гл. 15), используя в своих опытах простейшие средства – деревянные доски, стеклянные призмы и свет от окна. Мы можем сравнить его со жрецами‑астрономами майя, которые, наблюдая за ночным небом, возможно, тоже пользовались лишь простейшими приборами типа крестовин из реек. Конечно, различие подходов очевидно, однако в чем‑то можно усмотреть и сходство.
Литература для дальнейшего чтения
1. Gallenkamp, Charles. Maya. New York: Viking Penguin, 1985. Третье, дополненное и переработанное издание прекрасного очерка истории народа майя. Несмотря на то что первое издание вышло еще в 1959 г., книга не потеряла своей ценности. Ч. Галленкамп был координатором известной выставки «Сокровища майя», которая с успехом прошла по многим музеям США в 1985‑1987 гг. [Имеется перевод: Галленкамп Ч. Майя. Загадка исчезнувшей цивилизации. – М., 1996].
2. Gyles, Anna Benson and Chloe Sayer. Of Gods and Men: The Heritage of Ancient Mexico. New York: Harper & Row, 1980. Еще одна старая, но очень интересная книга по истории майя. Снабжена множеством черно‑белых фотографий и посвящена главным образом истории города Мехико‑сити. 3. Krupp, E. С. Echoes of the Ancient Skies: The Astronomy of Lost Civilizations. New York: Harper & Row, 1983. В книге уделяется не очень много места истории майя, но она содержит блестящий очерк развития астрономии в древних культурах.
4*. Галич М. История доколумбовых цивилизаций. – М.: Мысль, 1990.
5*. Керам К. Боги, гробницы, ученые. – М.: Мысль, 1988. Подробное и интересное изложение проблем, связанных с календарем древних майя.
6*. Кинжалов Р. В. Культура древних майя. – Л.: Наука, 1971.
Глава 14.
Что такое гравитация?
Каждому школьнику известна история о том, как на голову Исаака Ньютона упало яблоко, после чего он, по‑видимому, воскликнул: «Bay!.. Это проделки силы тяжести!» В действительности, конечно, все было гораздо сложнее. Еще Галилео Галилей представлял, что два предмета, имеющие различные размеры и вес (например, яблоко и дыня), сброшенные с одинаковой высоты, достигнут поверхности земли за одно и то же время. Галилей много лет изучал закон падения тел и опубликовал свои результаты в книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (известной под кратким латинским названием «Discourses»), опубликованной в 1638 г., за четыре года до рождения Ньютона.
Однако Ньютону удалось продвинуться гораздо дальше. После окончания Кембриджского университета в 1665 г. (Ньютону было тогда 23 года) ему пришлось из‑за эпидемии чумы на два года вернуться домой в Линкольншир. Там он сделал открытие, равного которому в истории науки не было вплоть до гениального научного подвига Эйнштейна (1905 г.). Открытия Ньютона были связаны с созданием дифференциального и интегрального исчислений, разложением при помощи призмы белого света на отдельные компоненты и, что стало вершиной его творчества, формулировкой трех основных законов механики и закона всемирного тяготения.
Однако прошел 21 год, прежде чем он опубликовал законы механики и всемирного тяготения. Прежде всего Ньютон напечатал свои работы по математике, поскольку выяснилось, что открытие дифференциального и интегрального исчислений оспаривается немецким математиком Готфридом Лейбницем. Ньютон подозревал, что Лейбниц похитил его идеи, хотя на самом деле оба ученых пришли к одинаковым выводам совершенно независимо и почти одновременно. В науке это происходит довольно часто и свидетельствует о том, что «пришло время таких открытий». Однако болезненно подозрительный Ньютон после этого двадцать лет скрывал свои работы по механике и гравитации. После долгих уговоров его друг Эдмунд Галлей, носивший звание Королевского астронома, сумел убедить Ньютона, что рано или поздно кто‑нибудь все равно узнает о его работах. Галлей не только помог Ньютону в работе над рукописью книги «Principia Mathematica», опубликованной в 1687 г., но и оплатил ее издание, хотя не был особо богатым человеком. Его великодушие было вознаграждено сторицей. Используя ньютоновский закон всемирного тяготения, Галлей сумел рассчитать эллиптическую орбиту большой кометы, которой было присвоено его имя, и предсказать 76‑летний цикл ее появлений на небосклоне.
Ньютон определил гравитацию как силу притяжения между любыми обладающими массой телами, которая возрастает с увеличением их массы, а также при их сближении. Строго говоря, гравитационная сила пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Мяч, подброшенный в воздух, возвращается на Землю, поскольку она обладает значительно большей массой. Если мяч подбросить на очень большую высоту, то он будет падать гораздо дольше. При этом необходимо четко различать понятия массы и веса тел. Масса космонавта на Луне остается такой же, как и на Земле, однако гравитационное притяжение Луны, которое определяет вес космонавта на Луне, составляет лишь одну шестую от земного. Сила притяжения изменяется вследствие изменения отношения массы тел (космонавт/Земля и космонавт/Луна), однако гравитационное взаимодействие определяется тем же самым единым законом всемирного тяготения.
Одна из наиболее известных гравюр знаменитого английского философа, художника и поэта Уильяма Блейка, посвященная Ньютону. Блейку были чужды ньютоновские представления о механистической вселенной и строгой причинности законов природы, однако он понимал величие идей Ньютона и попытался выразить на гравюре одиночество гения. (Lutheran Church in America, Glen Foerd at Torresdale, Philadelphia.) [7]
Сейчас нам трудно представить себе в полном объеме воздействие идей Ньютона на его современников и на дальнейшее развитие всей науки. В качестве сравнения напомню любителям кино, как режиссер Жан‑Люк Годар в 1960 г., при работе над фильмом «На последнем дыхании» применил революционный приём монтажа, названный впоследствии «качающимся кадром». Сейчас этот метод стал одним из самых распространенных, однако у видевших его впервые знатоков кино от волнения буквально перехватывало дыхание. Точно такой же эффект произвели законы Ньютона. Они раскрепостили сознание современников, и поразили их своей смелостью, простотой и ясностью. Ньютону удалось связать такие, казалось бы, далекие друг от друга процессы, как падение яблока и вращение Луны вокруг Земли. Он показал, что движение подходящего типа и направления может уравновесить или даже преодолеть силу тяжести. Законы Ньютона объяснили, почему Луна остается на своей орбите и не падает на Землю, позволили рассчитать траекторию полета на Луну космического аппарата «Аполло‑11» и преодолеть силы земного притяжения.
Для мира, предложенного Ньютоном, характерны механистичность и строгая детерминированность, т. е в нем следствия однозначно определяются причинами и исходными условиями. Если заданы начальное положение и скорость любого тела, неважно мяча или ракеты, то можно совершенно точно определить его поведение в будущем. Если мяч не попадает в нужное место на спортивной площадке или ракета не выходит на заданную орбиту, то это означает, что им не была придана скорость, необходимая для преодоления силы тяжести и достижения требуемой траектории. С идей и теорий Ньютона начался так называемый Век Просвещения, или Век Разума, как было принято называть восемнадцатый век. Человечество открыло для себя устройство Вселенной, что принципиально изменило представление о роли Бога. Несколько лет назад Папа Римский Иоанн‑Павел II извинился от имени католической церкви за суд над Галилео Галилеем, проведенный 360 лет тому назад. Церковь тогда справедливо оценила опасность его идей для религиозного сознания, хотя им была пройдена лишь часть пути к познанию законов Вселенной.
Открытия Ньютона способствовали преобразованию не только науки, но и путей общественного переустройства. Американская революция и Великая французская революция явились своеобразным откликом на его рациональное объяснение физического мира в конце XVIII века. Для тех, кто понял, что звездами управляют законы природы, не было нужды в исполнении воли монархов. Влияние открытых Ньютоном универсальных законов было столь велико, что к концу XIX века многие ученые пришли к выводу, что все законы природы уже открыты. Это подтверждали такие достижения научно‑технического прогресса, как электричество, телефон, фотография, двигатель внутреннего сгорания. Возникла мысль о создании летательных аппаратов. Многим подобная идея казалась неосуществимой, хотя законы Ньютона указывали на возможность решить эту задачу. И эта техническая идея воплотилась в жизнь на рубеже веков. В 1903 г. братья Райт сумели, наконец, придать своему летательному аппарату необходимую для преодоления силы тяжести скорость и осуществили первый воздушный полет, доказав еще раз полную правоту законов Ньютона. Однако всего два года спустя началась новая научная революция.
В 1905 г. никому неизвестный сотрудник патентного бюро в Швейцарии Альберт Эйнштейн опубликовал четыре научные статьи, которые повлияли на мировую науку не меньше, чем законы Ньютона в 1687 г. Когда Эйнштейну было 16 лет, его преподаватель греческого языка в мюнхенской гимназии считал, что этому мальчику не удастся ничего добиться в жизни, поскольку он постоянно размышлял о совершенно посторонних предметах, как это случается с выдающимися умами. Возможно, впрочем, что педагог не изменил своего мнения даже после этих публикаций. Очень немногие познакомились с ними, и лишь некоторые сумели понять их смысл. Однако среди тех, кто обратил внимание на работы Эйнштейна 1905 года, был Макс Планк, поскольку Эйнштейн развивал предложенную Планком в 1900 г. квантовую теорию. Прочитав работы Эйнштейна, Планк пришел к выводу, что ньютоновская модель мира ушла в прошлое. Разумеется, открытые Ньютоном законы продолжали описывать окружающий нас мир, но Эйнштейн открыл путь к познанию вселенной совершенно иного типа, которую физики до сих пор пытаются согласовать с ньютоновской.
Возвращаясь к ньютоновской теории гравитации, следует отметить, что еще Ньютон признавал существование важной проблемы, связанной с «передачей» гравитационных сил через пустое пространство. Ньютон писал: «Нельзя себе представить, что неодушевленная материя может без посредника или чего‑либо еще нематериального воздействовать при отсутствии контакта на другую материю. Мысль о том, что гравитация представляет собой просто естественное свойство материи, позволяющее телам взаимодействовать через вакуум на расстоянии без каких‑либо промежуточных носителей, обеспечивающих передачу сил и взаимодействий из одной точки пространства в другую, кажется мне совершенно абсурдной. Я считаю, что ни один человек с философским складом ума никогда не поверит в это. У гравитации должен существовать постоянно действующий агент в соответствии с определенными законами, и я предоставляю читателю самому решить вопрос, является ли этот агент материальным или нематериальным». Короче говоря, Ньютону было ясно, что гравитация существует, но ему было непонятно, что является носителем этого взаимодействия.
Читатели, к которым обращался Ньютон, или, по крайней мере, ученые предпочли считать агент нематериальным, и в науке надолго утвердилась точка зрения, что пространство заполнено невидимой и не оказывающей сопротивления средой, в которой гравитация и свет распространяются подобно волнам в океане. Эта среда была названа эфиром. Идея эфира оказалась не только ошибочной, но и исключительно живучей. Ее можно сравнить с идеей о том, что некоторые виды птиц не мигрируют на зимний сезон, а впадают в спячку. В течение долгого периода времени никто не предложил ничего более разумного. Лишь в 1887 г. эксперименты американских физиков Альберта Майкельсона и Эдварда Морли продемонстрировали, что эфира не существует. После этого вновь возник вопрос: каким образом гравитация передается через пустое пространство?
В поисках ответа Эйнштейн в 1905 г. сформулировал специальную теорию относительности, а в статье 1907 года предложил знаменитую формулу Е = mc2, демонстрирующую эквивалентность энергии и массы и возможность их взаимного превращения. При этом «обменный курс» массы и энергии в отличие от курса обмена разных национальных валют должен быть постоянным. Энергия Ей масса т могут меняться, но коэффициент, связывающий эти фундаментальные понятия, всегда равен с2, квадрату скорости света. Огромное числовое значение этого коэффициента означает, что в очень небольшой массе может быть запасена чудовищная энергия. Это доказали не только взрывы атомных бомб, но и тот факт, что полет «Аполло‑11» на Луну потребовал, строго говоря, не очень много энергии (читатель может, кстати, сопоставить мощь многоступенчатой ракеты, запущенной с мыса Канаверал во Флориде, с энергией той скромной установки, которая позволила вернуть «Аполло‑11» с Луны на Землю).
Проблема гравитации в полной мере привлекла всеобщее внимание в связи с разработкой в 1915 г. общей теории относительности, которая не нуждалась в понятии эфира. Этой теорией Эйнштейн окончательно порвал с ньютоновскими силами. Созданная Ньютоном модель Вселенной была статичной, а Эйнштейн предложил динамичную модель мира, в соответствии с которой само пространство обладало «упругостью» и было способно искривляться, растягиваться и даже деформироваться под действием массы тел. Оказалось, что гравитационное поле Солнца искажает пространство и искривляет проходящие вблизи него лучи света. Более крупные звезды еще сильнее деформируют пространство, а черные дыры, как стало в конце концов ясно, влияют на пространство совершенно немыслимым образом. Идея Эйнштейна заключалась в том, что материальные тела искривляют пространство.
Математический аппарат теории Эйнштейна был чрезвычайно изящным, что весьма высоко оценивается физиками. Однако эффекты, предсказываемые новой теорией, было необходимо проверить на опыте. Такая возможность представилась спустя три года, когда знаменитый английский астроном Артур Эддингтон организовал экспедицию на остров Принсипи (близ берегов Экваториальной Африки) для наблюдений полного солнечного затмения 29 мая 1919 г. Согласно общей теории относительности, в короткий период полного затмения должно было наблюдаться смещение положения некоторых звезд, расположенных вблизи солнечного диска. Зарегистрированные астрономами смещения полностью совпали с предсказаниями теории относительности. На вопрос, что бы он сделал, если бы наблюдения не подтвердили его теорию, Эйнштейн ответил: «Я бы выразил Богу свои соболезнования. Моя теория точна!» Похоже, Эйнштейн вовсе не был столь скромным и застенчивым, каким его принято представлять.
Теория гравитации Эйнштейна вовсе не уничтожила ньютоновскую механику, которая по‑прежнему точно описывает поведение тел в Солнечной системе и, естественно, в окружающей нас повседневной жизни. Проблемы с ньютоновской механикой возникают, лишь когда мы пытаемся использовать ее для описания крупномасштабных явлений и тел. Например, мы не можем в рамках механики Ньютона рассчитать поведение черных дыр, гравитационные поля которых столь велики, что свет не может вырваться из них наружу. Теория Эйнштейна четко предупреждает о возникновении необычной ситуации в условиях, когда сверхвысокая плотность вещества будет приводить к «захвату» света.
С развитием физики роль ньютоновской гравитации стала более скромной. Во времена Ньютона гравитационные силы, управляющие движением звезд и планет, казались наиболее существенным фактором. Однако современная наука выяснила, что гравитация, хотя и играет важную роль, способствуя определенному порядку во Вселенной, оказывается лишь одним из четырех видов взаимодействий, существующих в природе, причем самым слабым. Для характеристики этих сил представим себе бейсбольный матч на стадионе, электроснабжение которого обеспечивает атомная станция. Движение мяча по стадиону определяется гравитационными силами Земли, работу светящегося табло на стадионе обеспечивают электромагнитные силы, а электричество вырабатывается на АЭС под действием ядерных сил (они проявляются при распаде атомных ядер). И наконец, всё на этой картине (включая зрителей, поедаемые ими бутерброды, скамейки, скамьи, биты, мячи и т. д.) построено из атомов, включающих атомные ядра, внутри которых существует сильное взаимодействие.
При изучении элементарных частиц можно полностью пренебречь гравитационными силами. Электрон и протон объединяются в атом водорода не за счет взаимного гравитационного притяжения, а под действием значительно более сильного электромагнитного взаимодействия, причем электрические силы превосходят гравитационные примерно в 1040 (единица с сорока нулями!) раз. Французский физик и писатель вьетнамского происхождения Трин Хуан Туан замечает по этому поводу: «Если бы электрическое взаимодействие отсутствовало, то атом водорода под воздействием гравитационной силы стал бы «разбухать» и «размазываться» по всей Вселенной. Гравитационное притяжение настолько слабо, что оно удерживало бы электрон и протон на расстоянии в десятки миллиардов световых лет».
Лишь в случае немыслимо большого количества собранных вместе атомов возникают достаточно заметные гравитационные силы. Притяжение между горой Эверест и человеком совершенно ничтожно. Те очень смелые или очень глупые люди, которые любят лазить по горам, должны полагаться лишь на собственные силы. Поднимаясь на вершину, они преодолевают тяготение не Эвереста, а всей планеты. Именно притяжение Земли может сорвать альпиниста со скалы и даже лишить его жизни, но с физической точки зрения гравитационные силы играют незначительную роль. Листок бумаги спокойно лежит на столе, несмотря на притяжение всей массы Земли. Гравитация – самое слабое из четырех известных типов взаимодействий, однако именно она по иронии судьбы создает одну из самых сложных проблем современной физики.
Дело в том, что квантовая физика, на которой основана теория Большого Взрыва, породившего нашу Вселенную, предсказывает наличие определенного единства лишь трех фундаментальных взаимодействий, которые принято называть слабыми, сильными и электромагнитными, тогда как гравитация (и в ньютоновской, и в эйнштейновской трактовке) оказывается в изоляции. Между тем физики мечтают об объединении гравитации с тремя другими фундаментальными взаимодействиями в «теорию всего сущего». Физики уже затратили массу усилий, чтобы включить в квантовую механику электромагнитные силы. Для этого пришлось разработать специальные методы «перенормировки», позволяющие избежать появления в расчетах так называемых расходимостей, т. е. бесконечно больших величин, бич современной физики. Ныне покойный Ричард Фейнман, не только блестящий физик, но и автор популярных и остроумных книг, когда‑то даже пошутил, что Нобелевскую премию ему присудили за то, что ему удалось «убрать бесконечности подобно тому, как хозяйка заметает мусор под коврик».
Однако для гравитационных сил методы перенормировки оказываются неэффективными, и Дэвид Линдли [2] пишет по этому поводу: «Для удаления двух тел друг от друга необходимо затратить энергию, которая должна выделяться при их сближении. Но согласно знаменитому результату Эйнштейна, энергия эквивалентна массе, а масса участвует в гравитационном взаимодействии. Получается, что гравитация сама себя порождает». Иными словами, масса и энергия взаимосвязаны сложным образом, и возникающие в случае гравитации расходимости, используя выражение Фейнмана, никак не удается «замести подобно мусору под коврик».
Проблема снова возвращается к вопросу, который Ньютон задал своим читателям: что является средой, переносящей гравитационные силы через пустое пространство? Многие физики уверены, что ответ связан с существованием гипотетической субатомной частицы – гравитона (квантовой частицы, аналогичной фотону, который является переносчиком света). И хорошо известный физикам фотон, и гипотетический гравитон относятся к классу частиц‑переносчиков взаимодействия, именуемых бозонами. Можно утверждать, что гравитон обязан существовать, поскольку в противном случае придется переосмысливать или кардинально преобразовывать квантовую механику.
Обнаружение гравитона давно стало самой заветной мечтой физиков. Взрывы сверхновых звезд, столкновения галактик и другие события, происходящие во Вселенной, порождают гравитационные волны, которые достигают Земли. Для их регистрации и исследования в штатах Луизиана и Вашингтон были созданы две крупные гравитационные обсерватории (с антеннами размером около 3,5 км). Особенно большие надежды ученые возлагают на установку LIGO (Laser Interferometer Gravitational Observatories), которая, возможно, позволит наконец зарегистрировать таинственные гравитоны. Однако сейчас мы знаем о переносчике гравитационных сил не больше, чем Исаак Ньютон.
Литература для дальнейшего чтения
1. Greene, Brian. The Elegant Universe. New York: Norton, 1999. Прекрасная книга, в которой с предельной ясностью (когда материал это позволяет) излагаются новейшие идеи физики. Автор, профессор Колумбийского университета, является сторонником «теории струн» (см. гл. 20). Содержание книги может показаться сложным, но в ней очень удачно отражены драматические моменты в истории физики.
2. Lindley, David. The End of Physics: The Myth of Unified Theory. New York: Basic Books, 1993. Книга направлена против многих абстрактных теорий в современной физике типа упомянутой выше теории струн. Подобно другим критическим работам она читается и воспринимается легче, чем книги, посвященные поддержке новейших идей и теорий, и поэтому удачно дополняет книгу Б. Грина, несмотря на идейные разногласия.
3. Suplee, Curt. Physics in the Twentieth Century. New York: Abrams, 1999. Книга издана по рекомендации Американского физического общества и Института физики. Она содержит массу прекрасных иллюстраций и является, возможно, наиболее подходящей для неподготовленного читателя, желающего быстро ознакомиться с новейшими достижениями физики.
4. Ferris, Timothy. Coming of Age in the Milky Way. New York: Morrow, 1988. Книга получила премию Американского института физики и остается прекрасным введением в проблемы космологии.
5. Thuan, Trinh Xuan. The Secret Melody. New York: Oxford University Press, 1995. Книга является одновременно научной и поэтической, что придает ей особое очарование. Описание роли фундаментальных взаимодействий в нашей жизни (на примере стадиона) навеяно картиной грозы в маленьком городе, использованной Туаном для иллюстрации действия различных сил в природе.
6. Bodanis, David. E – тс2: A Biography of the World's Famous Equation. New York: Walker, 2000. Новейшая книга, представляющая очень удачную попытку разъяснить широкой публике смысл знаменитой формулы Эйнштейна. Автор даже разыскал раннюю работу Дж. К. Максвелла, использованную Эйнштейном, и включил много занимательных материалов исторического и биографического характера.
7*. Фридман А. А. Мир как пространство и время. – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. Популярное изложение теории относительности, а также представлений о тяготении и материи.
8*. Вавилов С. И. Исаак Ньютон. – М. – Л.: АН СССР, 1945.
Глава 15.
Что такое свет?
«Да будет свет!»
Библия. Первая Книга Моисея «Бытие»
Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет!
И вот явился Ньютон.
Александр Поуп. Эпитафия, посвященная И. Ньютону, перевод С. Я. Маршака
В древних мифах сотворение мира почти всегда связывалось с возникновением света, что нашло отражение в прекрасных стихотворениях многих великих поэтов. Задолго до появления того, что можно назвать наукой, человечество осознало, что свет служит источником жизни. Потребовалось много времени, чтобы природа света получила научное обоснование, однако до сих пор связанные с ним явления остаются не вполне понятными.
В 1666 г. Ньютон не только сформулировал три основных закона механики и закон всемирного тяготения, но и провел эксперименты со светом. Во все времена люди восхищались многоцветным великолепием радуги, возникавшей обычно после грозы. В эпоху Ньютона уже были известны разнообразные призмы, светильники и люстры, создающие цветовые эффекты, подобные радуге, однако считалось, что свет сам по себе является белым, а поражающие нас цвета возникают под воздействием ряда факторов, связанных с состоянием послегрозовой атмосферы или с составом стекла, через которое проходят лучи света. Сам Ньютон о начале своих работ по оптике позднее кратко сообщает, что «в 1666 году (когда я приступил к шлифовке оптических стекол и несферических объектов) я изготовил треугольную стеклянную призму и стал изучать световые явления».
Проведенный Ньютоном эксперимент был крайне прост, но никто ранее не догадался провести его. Через небольшое отверстие в ставне Ньютон пропустил в темную комнату тонкий луч белого света, затем он поместил на пути луча свою призму. На стене за призмой возник спектр цветов. Затем Ньютон сделал чрезвычайно важный шаг. Он поместил на пути светового луча две доски, в каждой из которых были проделаны маленькие отверстия. Первую он расположил между отверстием в ставне и призмой (сделав луч света предельно узким), а вторую – между призмой и стеной, причем отверстие «выделяло» из спектра единственный цвет. За этим отверстием Ньютон расположил ещё одну призму и обнаружил, что пропускаемый через вторую призму свет не изменяет окраску. Он многократно повторял эксперименты с каждым из цветов спектра, пока не убедился, что свет, прошедший через вторую призму, не менял окраску. Таким образом, возникновение цветов оказалось связанным не с составом преломляющей среды, а с ее воздействием, т. е. свет сам содержит все цвета спектра и их можно наблюдать, когда призма разлагает свет на различные цвета. Это позволило объяснить причину появления радуги тем, что в грозовой атмосфере присутствуют капельки дождя, преломляющие свет подобно маленьким призмам и создающие высоко в небе разноцветную дугу.
В дальнейшем Ньютон провел другие эксперименты с линзами, в частности, он с помощью второй призмы смешал цвета спектра и получил из них белый цвет. Эти опыты он описал в книге «Optics» («Оптика»), изданной в 1704 г. Выяснив, что свет имеет сложную структуру, Ньютон смог решить и другую очень важную задачу, которая беспокоила создателей оптических приборов. Проблема заключалась в том, что четкость изображения в микроскопах и телескопах значительно ухудшалась из‑за цветовых полос на краях поля зрения (микроскоп изобрел голландец Захариас Янсен в 1609 г., а телескоп построил в том же году Галилео Галилей, используя линзы, изобретенные за год до этого голландским оптиком Хансом Липперсгеем). Цветовые полосы особенно мешали при попытках увеличить изображение. В 1668 г. Ньютон спроектировал телескоп с вогнутым зеркалом, в котором полосы не возникали, поскольку зеркало отражает световые лучи, а не преломляет их подобно линзе. Кроме того, зеркала оказались значительно проще и дешевле линз в производстве, так что предложенная Ньютоном конструкция до сих пор широко применяется в больших современных телескопах.
Ньютон высказал также предположение, что свет состоит из очень маленьких частиц (названных им «корпускулами» по аналогии с уже известными кровяными тельцами), которые вылетают из источника подобно дробинкам из ствола ружья. Эта идея получила признание, хотя природа самих частиц света оставалась неясной еще в течение более двухсот лет. Тем временем другое важное открытие было сделано датским астрономом Оле Рёмером в 1676 г. С античных времен люди были уверены, что свет распространяется с бесконечно большой скоростью. Этот принцип был сформулирован еще в 350 году до н.э. Аристотелем, авторитет которого был столь велик, что никто не осмеливался опровергать даже его ошибочные теории (например, предложенная им геоцентрическая модель строения Солнечной системы была заменена гелиоцентрической системой Галилея и Коперника лишь в XVII веке). Наблюдая в мощный телескоп Парижской обсерватории затмение Ио (одного из спутников Юпитера), Рёмер заметил, что время затмения зависит от расстояния между Землей и Юпитером, т. е. обнаружил, что свет распространяется не мгновенно, а с некоторой конечной скоростью. Идея быстро получила широкое признание, а вычисленное Рёмером на основе наблюдений значение скорости оказалось поразительно точным (298 050 км/с) и почти совпадает с данными, получаемыми самыми современными методами.
К началу восемнадцатого века о свете было известно следующее: он представляется белым, но слагается из многих цветов; он распространяется с конечной (хотя и весьма высокой) скоростью, превосходящей скорость звука в миллионы раз; он, по‑видимому, состоит из отдельных частиц. Эти представления просуществовали в науке около 200 лет, пока в 1900 г. немецкий физик Макс Планк не опубликовал первую статью, послужившую началом квантовой физики, которая во многом противоречила классической физике Ньютона. Планк обнаружил, что нагретые тела излучают энергию только строго определенными порциями, которые он назвал квантами. До этого считалось, что излучение «возбужденных» атомов происходит непрерывным образом. Из теории же Планка следовало и было подтверждено экспериментально, что энергия излучения распадается на огромное количество крошечных «порций», или квантов, и энергия каждого из них определяется их частотой.
Работа Планка началась с попытки согласовать два разных закона излучения, которые получили еще в 1890‑х годах Вильгельм Вин и лорд Рэлей (Джон Уильям Стретт) отдельно для высокочастотной (Вин) и низкочастотной (Рэлей) областей спектра излучения. Оба закона были получены в предположении волновой природы света, однако Планку, рассматривающему свет как поток частиц, удалось вывести общий закон излучения, справедливый во всем диапазоне частот и температур. Уравнение Планка содержало константу, которая оказалась фундаментальной. За эту работу Планк в 1918 г. был удостоен Нобелевской премии, а константа была названа постоянной Планка.
Концепция, согласно которой энергия представляла собой поток «частиц», была подхвачена и развита Альбертом Эйнштейном. В 1905 г. он опубликовал четыре работы, сыгравшие важную роль в истории физики. В последней из них он применил теорию Планка для объяснения фотоэлектрического эффекта, заключающегося в том, что частицы света могут выбивать электроны с поверхности некоторых металлов. Порции световой энергии (сам Эйнштейн называл их световыми квантами, но позднее за ними закрепилось название фотоны) в теории Эйнштейна выглядели скорее частицами, чем волнами.
В статье 1905 г., заложившей основы специальной теории относительности (в 1916 г. была развита общая теория относительности), Эйнштейн рассмотрел другую характеристику света, а именно скорость, и предположил, что она постоянна для любого наблюдателя независимо оттого, приближается он к источнику света или удаляется от него. Из этого утверждения вытекает целый ряд важных следствий, одно из которых заключается в том, что в системе координат, связанной с наблюдателем, размеры предметов сокращаются, время замедляется, а масса тел увеличивается. При обычных скоростях этот эффект практически незаметен, законы Ньютона выполняются, однако при высоких скоростях, сравнимых со скоростью света или близких к ней, изменения, например замедление течения, времени, становятся заметными. Если бы какое‑то тело (скажем, космический корабль) удалось разогнать до скорости света (или большей), то время на корабле остановилось бы, его размеры сократились бы до точки, а масса стала бесконечно большой. Таким образом, теория Эйнштейна демонстрирует невозможность достичь (или превысить) скорость света.
Альберт Эйнштейн (одетый с неожиданным щегольством) за работой в Патентном бюро в Берне, Швейцария, в 1905 г. В этом году он опубликовал первые четыре статьи, сыгравшие очень важную роль в науке XX века и кардинально изменившие привычную ньютоновскую картину строения Вселенной. (Фотография Лотты Джакоби, любезно предоставлена архивом Лотты Джакоби, Университет Нью‑Гемпшир.)
Природа света, о которой размышлял Ньютон, теперь получила свое объяснение, однако при этом выяснилось, что наша Вселенная устроена еще более странно, чем он мог предположить. Модель Вселенной в теории относительности долгое время увлекала и одновременно сбивала с толку писателей‑фантастов. Они в сюжетах многочисленных романов и рассказов с восторгом обыгрывали «загадки времени» или необычные ситуации, связанные с космическим путешественниками, которые после длительного полета в другие галактики возвращаются на Землю молодыми, в то время как все их сверстники давно умерли. С другой стороны, даже фантастам было не под силу описать все «загадки скорости», вынуждающие создавать для космических путешествий причудливые устройства типа использованных в известном сериале «Стар Трек».
Идеи Эйнштейна о природе света лишили покоя многих физиков. Ранее предполагалось, что свет подобно гравитации распространяется в мировом эфире, однако эксперименты по измерению скорости света (проведенные в 1889 г. Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли) показали, что никакого эфира не существует и, следовательно, ни свет, ни гравитация не могут распространяться таким образом. Результаты опытов по измерению скорости света оказались совершенно неожиданными для самих экспериментаторов. Майкельсон был одним из самых блестящих молодых ученых Америки (за четыре года до знаменитого эксперимента он был первым в выпуске Военно‑морского училища США в Аннаполисе) и ставил своей целью вместе с известнейшим химиком Морли раз и навсегда решить проблему эфира. Для этого он спроектировал оптический интерферометр, в котором одновременно измерялось время прохождения двух пучков света, один из которых двигался вдоль, а второй – поперек предлагаемого «эфирного ветра». Поскольку считалось, что эфирные волны имеют определенное направление, экспериментаторы ожидали, что скорость света вдоль «ветра» будет больше, чем в поперечном направлении (аналогично тому, как скорость корабля при движении по течению превышает его скорость при движении поперек течения). Однако никакой разницы в скоростях обнаружить не удалось.
Исключение эфира из физической картины мира способствовало утверждению идей Планка, Эйнштейна и других основателей квантовой теории. С другой стороны, при этом многие физики потеряли интерес к волновым теориям вообще и стали считать, что природные процессы сводятся исключительно к взаимодействию частиц. Разумеется, нашлись физики, которые не собирались отказываться от волновых представлений, поскольку во многих случаях отрицать волновую природу света было почти невозможно. Например, на границах или поверхностях сред могут происходить отражение, преломление (если свет падает под углом к границе) или дифракция (размытие около края препятствия) света, что свидетельствует о его волновой природе. Свет во всех этих случаях ведет себя аналогично звуковым, морским и любым другим волнам. Таким образом, его следует считать волной в соответствии с известной американской поговоркой «Если ходит, как утка, плавает, как утка, то это и есть утка!».
С другой стороны, развитие экспериментальной техники позволило физикам за последнее столетие открывать одну элементарную частицу за другой, причем существование многих из них удалось предсказать задолго до их обнаружения, что очевидно доказывало правоту квантовой теории. Правило «утиной походки» работает и в этом случае. Впрочем, следует говорить, по крайней мере, о двух «утках», поскольку двойственность имеет место, и справочник QPB Science Encyclopedia (1998), например, определяет фотон как «элементарную частицу или сгусток энергии, в виде которых испускаются свет и другое электромагнитное излучение. Фотон обладает одновременно характеристиками и частицы, и волны».
В каких условиях фотон ведет себя как частица, а в каких – как волна? Вообще говоря, при распространении в пустом пространстве свет представляет собой обычную волну, которая «превращается» в частицу при взаимодействии с каким‑либо объектом. Волновая природа света широко используется астрономами при определении «красного смещения», которое, в свою очередь, позволяет определить расстояние от Земли до звезды или галактики. С другой стороны, квантовая природа света проявляется в работе лазеров. Некоторых физиков подобная двойственность продолжает беспокоить. Некоторые из них считают свет «скорее волнами, чем частицами», а другие – «скорее частицами, чем волнами». Между тем обе точки зрения справедливы, но относятся к поведению света в разных ситуациях. Разумеется, многие ученые мечтают разрешить эту проблему раз и навсегда, что, кстати, было бы весьма полезным в педагогических целях, поскольку сейчас большинство студентов‑физиков обучается в соответствии с «точкой зрения» руководителя факультета или заведующего соответствующей кафедрой. Академические веб‑сайты в Интернете, естественно, по той же причине дают противоречивые определения всех понятий, связанных с природой света.
В описанной ситуации нельзя никого винить. Физик Сидней Перковиц в книге «Empire of Light» («Империя света», 1996) подробно описывает, как эксперименты со светом, осуществленные в течение XX столетия самыми выдающимися учеными, весьма убедительно демонстрировали, что свет представляет собой и волны, и частицы. Дело заключается в том, что характер эксперимента может влиять на его результаты, хотя каждый из экспериментов в отдельности отвечает самым строгим научным стандартам. Эта ситуация просто отражает основной парадокс квантовой теории, который рассматривается в следующей главе и в соответствии с которым поведение электронов и фотонов непосредственно связано с влиянием приборов.
Волна или частица? Имеет ли это какое‑нибудь значение? Если свет ведет себя «непоследовательно», стоит ли спорить о терминах? Возможно, проблема возникает из‑за навязчивого стремления ученых дать строгие определения всем наблюдаемым предметам и явлениям. Упомянутая выше книга Перковица посвящена природе света, но имеет любопытный подзаголовок «История открытий в науке и искусстве». Автор одинаково серьезно и глубоко обсуждает проблемы искусства и физики, что делает рассматриваемые им противоречивые дуальности более очевидными. Например, Перковиц завершает главу, посвященную спорам о корпускулярной и волновой природе света, следующим глубокомысленным афоризмом известного художника Жоржа Брака, который наряду с Пикассо был одним из основателей кубизма: «Истина существует, изобретаются лишь вымыслы». Перковиц считает, что «этот принцип должен быть основополагающим в наших попытках понять природу света. Свет есть нечто реальное, а все научные истории, которые мы придумываем, чтобы объяснить связанные с ним необычные явления, всего лишь отражают степень нашего неведения. Реальность спокойно существует и функционирует в соответствии со своими законами независимо от наших измышлений. Если сознание и материя действительно связаны, то афоризм Брака приобретает важный смысл. Может оказаться, что связанная со светом истина и наши вымыслы взаимно дополняют друг друга».
Некоторые загадки науки раздражают нас, ставя в тупик перед теми вопросами, которые, казалось бы, нетрудно понять, например, как мы учимся языку или умеют ли разговаривать дельфины?
Я умышленно объединил эти два примера, поскольку они наглядно демонстрируют нашу собственную ограниченность. Стоит ли рассуждать о языке дельфинов, если мы не можем объяснить, как сами овладеваем родным или иностранным языком? Иные проблемы важны тем, что без их понимания мы не можем чего‑то достичь или избежать каких‑то опасностей. Например, загадка ледниковых периодов имеет отношение к проблеме глобального потепления, и, возможно, нам следует интенсивно изучать закономерности температурного режима своей планеты.
Загадки природы света могут показаться менее драматичными по сравнению с прочими. За последние сто лет мы прошли путь от электрической лампочки до мощных лазеров. Изобретение лампочки дало людям возможность читать не только днем, но и ночью, а лазерный луч позволяет, например, легко удалять с глаз катаракты, возвращая способность видеть и читать. Мы научились не только с огромной пользой применять свет, хотя некоторые его тайны остаются неразгаданными. Мы знаем, как использовать в своих целях дуализм света, т. е. его волновую и корпускулярную природу. Признание дуальной природы света обогащает нас.
Да будет свет!
Литература для дальнейшего чтения
1. Perkowitz, Sidney. Empire of Light: A History of Discovery in Science and Art. New York: Holt, 1996. Эту прекрасную и очень небольшую по объему книгу можно рекомендовать в качестве дополнения не только к данной главе, но и ко всей книге в целом.
2. Feynman, Richard P. QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1985. Книга рассчитана на достаточно подготовленного читателя. Как и другие книги Фейнмана, она отличается блестящим стилем и своеобразным юмором.
3. Westfall, Richard S. The Life of Isaac Newton. Cambridge, England: Cambridge University Press, 1993. Интересно изложенная биография одного из величайших гениев в истории человечества, написанная в несколько академическом стиле.
4*. Трофимова Т. И. Оптика и атомная физика. – М: Высшая школа, 1999. Содержит определения и интерпретацию физических понятий и законов оптики, включая интерференцию, дифракцию, поляризацию света, распространение света в веществе и др.
Глава 16.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 189; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!