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}.
Археологи считают, что табличка с данными о Венере была создана во времена правления царя Амми-цадуки и что это один из сотен тысяч документов, которые демонстрируют степень интереса вавилонян к записи данных астрономических наблюдений. Переводы клинописной таблички показывают, что жители Вавилона понимали различие между мерцающими звездами и планетами, которые сияют, испуская ровный свет. Они знали, что на небе есть пять подобных блуждающих точек, которые двигаются отдельно от звезд. Слово «планета» отражает подобные ранние описания, так как происходит от греческого слова πλανήτης — «блуждающий». Одно из небесных тел двигалось с запада на восток относительно других звезд. Самым странным было то, что примерно каждые два года оно радикально меняло направление движения на 90 дней, а затем возвращалось к своему восточному маршруту. В Вавилоне зарегистрировали этот объект и его удивительный ход в обратную сторону. Сегодня мы понимаем, что такая особенность в движении Марса является результатом сочетания маршрутов двух планет: когда Земля и Марс проходят по своим орбитам вокруг Солнца, для наблюдателя с Земли Марс поворачивает в обратную сторону. Вавилоняне искали закономерности и вели подробные наблюдения за странным движением Красной планеты, включая ее необычный возвратный маршрут. Кометы, которые могут появиться на любом участке небосвода, считались предвестниками беды, плохими предзнаменованиями, предрекающими земные катаклизмы. На основании хронологии движения небесных тел в ночном небе можно догадаться, что многие древние цивилизации отмечали регулярность небесной активности и пытались предсказать будущее положение объектов. Вероятно, успех в данном мероприятии помогал им примириться с природой. Карты древности связывали мир небожителей с земным миром