Немає нічого складнішого «дитячих» питань. Чому небо блакитне, а трава зелена? Чому у людей дві ноги, а у кішок чотири. Відповіді на такі питання вимагають або гарного почуття гумору [1]. або детального знання предмета.
Моя книга присвячена одному з таких «дитячих» питань - чому нічне небо темне? При всій зовнішній наївності це питання зачіпає уявлення про найзагальнішому пристрої нашого Всесвіту - кінцева вона в просторі і в часі, коли у Всесвіті виникли перші об'єкти? Темрява нічного неба, цілком очевидний і простий факт, є насправді найважливішим і історично найпершим космологічним наглядом, що зіграв свою роль в нашому розумінні навколишнього світу.
Для більшості людей подібні питання, мабуть, вже не дуже цікаві. Ще в дитинстві ми отримуємо стандартний набір відповідей на стандартні дитячі питання про пристрій навколишнього світу. Ці відповіді є в цілому правильними, але часто дуже нудними і малозрозумілими. Шкільний курс астрономії, якщо він взагалі був, дуже короткий і, напередодні закінчення школи і проблеми вибору майбутньої професії, зазвичай проходить майже непоміченим. В результаті рівень астрономічних, та й будь-яких природничо-наукових знань у суспільстві дуже низький. Найкращий доказ цього - щоденні астрологічні прогнози по телебаченню і в газетах, шоу екстрасенсів, галас, що влаштовується з приводу сонячних і місячних затемнень, не кажучи вже про запуск Великого адронного коллайдера ... Досить запитати кого-небудь про причини зміни пір року - в кращому випадку співрозмовник відповість щось на кшталт того, що Земля то наближається до Сонця, то віддаляється. А про те, що в різних півкулях пори року наступають у різний час, люди начебто знають, але не замислюються про виникає суперечність. Так що там пори року - соціологічні опитування показують, що багато наших сучасників вважають, що Сонце обертається навколо Землі!
Втім, так було завжди - кожному наступному поколінню здається, що рівень освіти весь час падає. Звичайно, це не може бути вірним, так як людство все-таки розвивається. Однак, схоже, що середній рівень знань про навколишній світ і про закони, їм керуючих (до цих знань не належать вміння включити комп'ютер або завести машину), майже не змінюється. Одним із засобів боротьби з таким неминущим невіглаством є науково-популярні книги. Бажано, звичайно, щоб вони були дуже хорошими і цікавими як, наприклад, книги Карла Сагана або Стівена Вайнберга, але й не настільки блискучі книги можуть бути корисними.
На жаль, на російській мові не так вже й багато популярних книг, в яких є і не дуже побіжно пояснювалися б основні теоретичні та експериментальні факти, на яких базується сучасна картина світу. Недоліком багатьох книг є спроба «обійняти неосяжне», яка веде до надто спрощеним і схематично викладу. В результаті у читачів складається уявлення про науку, як про неврегульованих складі розрізнених фактів, розбавлених голослівними твердженнями теоретиків.
Щоб не скотитися в таке дуже популярне виклад, я розповім лише про одну проблему - про те, чому вночі темно, або, іншими словами, про тлі нічного неба. Навіть ця, здавалося б, приватна тема насправді дуже обширна, і мені доведеться торкнутися багато важливих питань сучасної космології і позагалактичної астрономії.
Розбираючись із загадкою нічного неба, ми спочатку познайомимося з багатьма мислителями минулого, обратившими увагу на цю проблему. Деякі з цих знайомств будуть несподіваними - наприклад, ми зустрінемося з можливим прототипом принца Гамлета і з Едгаром Алланом По. Детально розповісти про всіх учасників цієї історії просто неможливо і тому особливу увагу буде приділено щодо маловідомим обставинам.
Далі будуть підсумовані основні спостережні факти і припущення про структуру нашого Всесвіту, а потім буде розказано про те, як вирішується загадка нічного неба сучасною наукою. Місцями ця книга може здатися трохи складною, але перед вами не просто популярна, а все-таки науково-популярна книга.
Глава 1. Історія фотометричного парадоксу
Коли я дивлюся на небосхил, що кишить зірками, у мене з голови вилітають навіть ті скупі відомості з астрономії, які були.
Станіслав Єжи Лец
Вид ясного нічного неба - одне з дуже небагатьох видовищ, на які можна дивитися нескінченно. Мається на увазі не міське небо, на якому через потужну підсвічування, крім Місяця і яскравих зірок, нічого не видно. На небо треба дивитися далеко від міст, а ще краще - в горах.
Споглядання темного небосхилу, посипаного мерехтливими зірками, його величне обертання - все це доставляє колосальне естетичне задоволення. У всі часи вид зоряного неба служив джерелом натхнення для поетів, письменників і художників.
Виблискують зірки, - снігові вершини Сяють в місячному світлі. - Дивний вигляд! Люблю я ніч, - мені образ ночі ближче, Чим образ людини; в спогляданні Її спокійній, сумної краси Я вивчаю мову іншого світу. (Пер. І. Буніна)
А ось як це зробив Олександр Купрін:
«Я ліг на спину і довго дивився на темне, спокійне, безхмарне небо, - до того довго, що хвилинами мені здавалося, ніби я дивлюся в глибоку прірву, і тоді у мене починала слабо, але приємно кружляти голова. А в душу мою сходив якийсь томний, зігріваючий світ. Хтось стирав з неї владної рукою всю гіркоту минулих невдач, дрібну і озлоблену суєту міських інтересів, нестерпний сором скривдженого самолюбства, ніколи не засинає турботу про хліб насущний ».
Зі словами Купріна перегукуються рядки Афанасія Фета:
На стозі сіна вночі південної Обличчям до тверді я лежав, І хор світил, живий і дружний, Кругом, розкинувшись, тремтів. Земля, як сумний сон німа, Безвісно неслася геть, І я, як перший житель раю, Один в обличчя побачив ніч. Я ль нісся до безодні опівнічної, Иль сонми зірок до мене неслися? Здавалося, ніби в долоні потужної Над цією безоднею я повис.
Іноді поети просто милуються зоряним небом:
... Поглянь, як небосхил Весь викладений кружками золотими; І найменший, якщо подивитися, Співає в своєму рух, немов ангел, І вторить юнооокім херувимам. (В. Шекспір)
Небесний звід, палаючий славою зоряної, Таємниче дивиться з глибини - І ми летимо, полум'я безоднею З усіх боків оточені. (Ф. Тютчев)
Давньоримський письменник і філософ Сенека в I столітті н. е. висловив своє захоплення красою неба так: «Якби на Землі було тільки одне місце, звідки видно зоряне небо, то до нього з усіх кінців стікалися б натовпу людей, спраглих побачити це диво». Майже через два тисячоліття Сенеку вторить інший філософ - Іммануїл Кант: «Всесвіт з його незмірні величчю, з його сяючими звідусіль нескінченними різноманітністю і красою призводить нас в безмовне здивування», або, одне з його найвідоміших висловлювань, - «Дві речі наповнюють душу завжди новим і усе більш сильним подивом і благоговінням, чим частіше і триваліше ми міркуємо про них, - це зоряне небо наді мною і моральний закон в мені ».
Дуже важливою особливістю небесних явищ, різко відрізняє їх від повної випадків повсякденному житті людини, є їх періодичність і передбачуваність. Спостереження за цими явищами - за рухом Місяця і її фазами, переміщенням Сонця, добовим обертанням небесної сфери, систематичним зміною зоряного візерунка протягом року - дали стародавній людині практичну можливість орієнтації в часі і просторі. Вивчення небесних закономірностей дозволило вперше сформулювати уявлення про існування непорушних законів, які керують навколишнім світом. Розвиток цих ідей привело до виникнення науки в сучасному розумінні. Хрестоматійним прикладом є відкриття Ісааком Ньютоном закону всесвітнього тяжіння на основі астрономічних даних про рух Місяця. Найбільші математики минулого - Ейлер, Лагранж, Лаплас, Гаусс, Пуанкаре - створювали нові математичні методи і відточували вже існуючі при вирішенні суто астрономічних завдань, пов'язаних з описом видимих переміщень небесних об'єктів. Саме це мав на увазі Альберт Ейнштейн, коли писав, що «інтелектуальні знаряддя, без яких був би неможливий розвиток сучасної техніки, прийшли в основному від спостереження зірок».
Ось як про це ж писав Анрі Пуанкаре: «Скільки разів фізики могли впасти духом від безлічі випробовуваних невдач, якби в них не підтримував віри блискучий приклад успіху астрономів! Цей успіх показував їм, що природа підпорядкована законам ... Мало того. Астрономія не тільки відкрила нам існування законів; вона навчила нас, що ці закони будуть правдою, що йти проти них неможливо. Скільки часу знадобилося б нам для засвоєння цієї думки, якби ми знали тільки земний світ? »
Світ, в якому не видно зірок, описаний братами Стругацькими в романі «Залюднений острів»: «Воно тут було низьке і якесь тверде, без легковажної прозорості, яка натякає на бездонність космосу і множинність населених світів, - справжня біблійна твердь, гладка і непроникна ». Унікальні властивості атмосфери цієї планети - велике поглинання і сильна рефракція - привели її мешканців до такої картині всесвіту: «Залюднений острів був Світом, єдиним світом у Всесвіті. Під ногами аборигенів була тверда поверхня Сфери Світу. Над головами аборигенів мав місце гігантський, але кінцевого обсягу газова куля невідомого поки що складу і що володіє не зовсім ясними поки фізичними властивостями ... Коротше кажучи, населений острів існував на внутрішній поверхні величезного міхура в нескінченній тверді, що заповнює решту всесвіт ». Зрозуміло, що наука на цій планеті перебувала на досить низькому рівні.
- Як ти думаєш, - запитав Кемпбелл Азімова, - якби й справді люди бачили зірки раз в тисячу років, що б відбувалося?
Азімов знизав плечима.
- Так вони б з розуму сходили! - заявив Кемпбелл. - Іди додому і пиши розповідь.
Через два тижні Азімов приніс розповідь «Прихід ночі». Його дія відбувається на планеті, що входить в систему з шести зірок, і лише раз в приблизно дві тисячі років складаються умови, коли на кілька годин планета занурюється в темряву - п'ять її сонць знаходяться під горизонтом, а шість затьмарюється супутником. Мешканці планети, що ніколи не бачили зірок - про них існують лише легенди - і ніколи довго не бували в темряві, з жахом чекають приходу ночі. І вона приходить ... Цивілізація гине у вогні згарищ, запалених збожеволілими від страху людьми. А потім почнеться новий двохтисячорічний цикл розвитку, під кінець якого мешканці планети тільки-тільки встигнуть відкрити закон всесвітнього тяжіння і усвідомити, що їх чекає новий Апокаліпсис, який знову відкине їх цивілізацію в майже первісний стан. Розповідь Азімова, звичайно, перебільшення, проте він дуже рельєфно підкреслює значення споглядання і дослідження нічного неба для формування світогляду людини і розвитку науки.
Наприклад, «Людина роздвоєний знизу, а не зверху, - для того, що дві опори надійніше однієї» (Козьма Прутков).