Pro темную материю - Виктор де Касто

Николай Коперник, великий польский астроном, механик, математик, автор гелиоцентрической системы мира, положившей начало первой научной революции (1473–1543)

Математик, астроном и священник-иезуит Христофор Клавий (1537–1612) признавал допустимость и пользу гипотезы Коперника, если не считать ее описанием реальности. Но в 1616 году комиссия из 11 экспертов-богословов, собранная по инициативе кардинала Роберта Белармина, главного инквизитора священной канцелярии, приняла решение о еретичности учения о неподвижности Солнца, а учение о движении Земли признало не еретичным, но ошибочным. На основании этого книга Коперника была включена в «Индекс запрещенных книг» и пробыла там до 1828 года, хотя официальный запрет поддерживать учение о движении Земли был снят Папой Бенедиктом XIV в 1757 году.

Как и древние, Коперник не предлагал никакую новую Вселенную, причем как «физически», так и философски. Он пытался объяснить существующую, то есть видимую и известную. Но истинные движения этой Вселенной и того, что в ней имеется, оставалось вне пределов досягаемости. Так было всегда и, похоже, будет в дальнейшем. Мы пытаемся объяснить Вселенную и происходящие в ней процессы, имея все больше и больше материала и средств, но не можем это проверить! Такова история нашей Вселенной – или, правильнее будет сказать, нашей цивилизации.

Первые зрительные трубы Галилея. Из астрономических наблюдений 1923 года с помощью этих труб следует, что одна из них имела разрешающую способность 20” и поле зрения 15’

Но до чего-то мы все же добираемся – с каждым годом, веком и поколением видим больше и можем больше объяснить.

Если вернуться в прошлое, то пришло время поговорить о Галилео Галилее (1564–1642), итальянском физике, астрономе, математике и философе. Именно он первым провел астрологические наблюдения с помощью телескопа (зрительной трубы) в 1609 году. Этот телескоп хранится в музее Флоренции. Называть прибор, использованный Галилеем, телескопом, предложил греческий математик Иоаннис Демисианос. Зрительную трубу одновременно изобрели несколько человек. На роль изобретателя претендовали три голландских мастера: Иоганн Липперсгрей, Захарий Янсен и Якоб Метиус, годом изобретения считается 1608. Однако самые первые чертежи простейшего линзового телескопа (причем как однолинзового, так и двухлинзового) были обнаружены в записях Леонардо да Винчи, датируемых 1509 годом.

Галилей создал свою первую зрительную трубу с трехкратным увеличением в 1609 году. В том же году он построил телескоп с восьмикратным увеличением, его длина составляла около полуметра. Позже Галилей создал телескоп с 32-кратным увеличением длиной около метра и диаметром объектива 4,5 см. Это был очень несовершенный инструмент, но с его помощью Галилей сделал ряд важных открытий. Например, открыл спутники Юпитера, горы на Луне, солнечные пятна, фазы у Венеры, сотни звезд. Именно он обнаружил, что Вселенная состоит из гораздо большего, чем видит обычный человек невооруженным глазом. Галилей увидел то, что до него не видел никто.

Зарисовки Луны из рабочей тетради Галилея

Благодаря Галилею у человечества появилась новая Вселенная, а не только видимая невооруженным глазом. В последующие годы и до нашего времени к ней будут добавляться новые луны вокруг других планет, новые планеты вокруг Солнца, сотни планет вокруг других звезд, сотни миллионов звезд в нашей галактике, сотни миллионов галактик. Изобретение телескопа, первого инструмента в истории, усиливающего возможности одного из органов чувств, изменило наше видение космоса.

Галилей подтвердил правильность разработанной Коперником гелиоцентрической системы. Он доказал, что Земля является планетой и вместе с другими планетами вращается вокруг Солнца. Более того, он заявил, что в намерение авторов Библии не входило учить астрономии, а вопросы, решаемые естественнонаучными методами, не относятся к вопросам веры. Он сделал попытку «гелиоцентрического» истолкования тех частей Библии, в которых, как тогда считали богословы, говорится о неподвижности Земли. Инквизиция начала против Галилея судебный процесс после выхода книги «Диалог о двух важнейших системах мира» (1632), которая фактически являлась скрытой защитой учения Коперника. Галилей был вынужден отречься от этого учения и в качестве наказания до самой смерти находился под домашним арестом. Галилей был реабилитирован лишь в 1992 году. Папа Иоанн Павел II заявил, что в вопросах толкования Священного Писания Галилей был ближе к истине, чем профессиональные богословы, его противники. То есть обвинение в ереси было официально снято с ученого только в наше время.

Исаак Ньютон, великий английский физик, математик, механик и астроном (1643–1727)

Но после открытий Галилео Галилея люди все равно не могли отправиться на небеса и проверить, как именно происходит все то движение, которое он описал. Факты требовали объяснений.

В 1687 году два объяснения предложил Исаак Ньютон. Он решил, что раз Земля – это планета, то формулы, которые можно применить к земному пространству, должны относиться и к небесному. Ньютон строил свою работу на математике Кеплера, наблюдениях Галилея и его последователей-астрономов, и пришел к выводу, что движение в небесах можно объяснить не дюжинами сфер или эпициклов, а одним законом, который получил название закона всемирного тяготения.

В 1705 году друг и спонсор Ньютона Эдмонд Галлей (1656–1742), английский астроном и геофизик, применил закон Ньютона к уже имевшимся наблюдениям комет, которые подлетали близко к Земле в 1531, 1607 и 1682 годах. В результате он пришел к выводу, что это одна и та же комета (названная кометой Галлея), которая вернется в 1758 году, уже после его смерти. Так и случилось. Галлей доказал наличие периодичности в движении комет, вычислил орбиты более 20 комет, составил первый каталог звезд Южного неба.

Что мы получили к XVIII веку после всех этих открытий? Если взять закон всемирного тяготения Ньютона, применить его к наблюдениям, которые с помощью телескопов становятся все более и более точными, – получится упорядоченная и предсказуемая Вселенная, в целом не меняющаяся. Космос, который работает как часы.

Пополнение каталога Вселенной

От наблюдений Галилея, первого человека, использовавшего телескоп, нас отделяют четыре века. За это время «каталог» содержимого Вселенной постоянно пополнялся, обычно это происходило после каждого усовершенствования телескопа. Астрономы регулярно обнаруживали новые луны вокруг планет, новые планеты, новые звезды. К началу ХХ века астрономы определили, что все звезды, которые видны по ночам, будь то невооруженным глазом или с помощью самых современных телескопов, являются частью одного огромного скопления звезд, насчитывающего десятки миллионов, если не миллиардов звезд. Это скопление получило название Млечный Путь из-за своего внешнего вида. Огромное количество визуально неразличимых звезд выглядит как неярко светящаяся полоса, пересекающая небо. Существуют ли другие скопления звезд, с десятком миллионов единиц в каждом, за границами Млечного Пути? Астрономы предположили, что да, и назвали этот класс небесных объектов «островными вселенными».

Схема Вселенной Томаса Райта, 1750. Слева – схема строения Солнечной системы, справа – множественность звездных систем.

Вообще, появление концепции островных вселенных связывается в истории науки с именем английского астронома-самоучки Томаса Райта (1711–1786). Эта концепция с середины XVIII века и до первых десятилетий XX века была предметом острых дискуссий. Райт знал об открытии Галлеем собственных движений у трех ярких звезд и сделал первый правильный вывод о том, что звезды должны обращаться вокруг общего центра тяготения (по аналогии с планетами). Но центр звездной Вселенной Райт представлял как «божественный», то есть пытался объединить естественное со сверхъестественным. Он изобразил Вселенную как систему сферических областей вокруг ее не только физического центра тяготения, но одновременно и «священного престола», или даже «ока» бога. Рядом с ним располагается область «рая», далее материальная область смертных («бездна времени, или область смертных») и, наконец, царство «тьмы и отчаяния», то есть ад. Таким образом, материальную Вселенную Райт считал конечной. Близкие звезды видны по отдельности, а далекие, разбросанные беспорядочно по всему пространству, сливаются в беловатое сияние. Звезды беспорядочно раскиданы по всему небу, но заключены в некоем сферическом слое, окружающем некий центр.

В дальнейшем Райт предложил второй вариант решения космологической проблемы. В этом варианте звезды располагались вокруг «божественного центра» кольцом и как бы повторяли в больших масштабах систему Сатурна. Райт предполагал существование и других «божественных центров» со своими системами звезд вокруг них. Таким образом, он первым выдвинул идею островных вселенных в рамках гравитационной картины мира.