Дэйв Голдберг - Вселенная в зеркале заднего вида. Был ли Бог правшой? Или скрытая симметрия, антивещество и бозон Хиггса
Это совсем не (только) шутка. Вообразить себя центром мироздания, и в буквальном, и в переносном смысле легко, очень легко. Выйдите за дверь и поглядите в небо. Солнце, планеты, звезды — все это, судя по тому, что мы видим, вращается вокруг нас. То, чего ждешь от Вселенной, во многом зависит от ощущения собственной важности.
Подобные предположения так глубоко укоренены в нас, что, чего доброго, можно услышать умный вопрос и даже не понять, насколько он умный. Вот, например, если я спрошу первого встречного: «Почему ночью темно?», первый встречный, скорее всего, рассердится и ответит что-нибудь вроде «Да потому что солнце с другой стороны земли, дурачина!» Так вот, это, во‑первых, грубо, во‑вторых, неверно. Почему ночью темно, далеко не так очевидно, чем вам кажется. А почему вопрос на самом деле очень глубокий и как на него нужно отвечать, подскажет симметрия.
Центр мироздания
Для древних в ночной темноте не было ничего непонятного. А все потому, что они совершенно ошибочно представляли себе устройство мироздания. Как я уже упоминал, особенно крупно ошибался во всем, что касается физического мира, Аристотель: и в природе пяти стихий[37], в устройстве гравитации, а хуже всего — в том, что Солнце вращается вокруг Земли. Давайте лучше скажем, что он внес куда больший вклад в развитие этических категорий.
В каком-то смысле его ошибки были понятны и естественны. В IV веке до нашей эры физика как область науки была еще так неразвита, что Аристотелю пришлось даже придумать ей название — это он ввел в обращение слово «физика» в привычном нам смысле. И к тому же все, что писал Аристотель о материальном мире, интуитивно кажется правильным.
Ну, например, тяжелые предметы и правда падают обычно быстрее легких, но это просто потому, что для них сопротивление воздуха относительно менее важно. Когда смотришь на Солнце и звезды, действительно кажется, будто они вращаются вокруг Земли.
Солнце и Земля вращаются по орбитам, центр которых находится примерно в 450 километрах от центра Солнца. В сущности, Солнце, можно сказать, колеблется вокруг этой точки, что часто ускользает от внимания. Солнце, Земля и вся остальная Солнечная система вращаются вокруг центра галактики Млечный Путь, который находится приблизительно в 27 000 световых лет от нас, а вся галактика летает вокруг Сверхскопления Девы — гигантской области, поперечный размер которой превышает 100 миллионов световых лет.
То есть Аристотель был интуитивно прав в одном: вселенной правят скрытые симметрии. В своем трактате «Физика» он пишет:
Вполне основательно выходит, что именно круговое движение едино и непрерывно, а не движение по прямой, так как на прямой определены и начало, и конец, и середина и она все заключает в себе, так что есть [место], откуда начинается движение и где оно кончится (ведь в конечных пунктах, откуда и куда [идет движение], все покоится); в круговом же движении ничто не определено, ибо почему та или иная [точка] будет в большей степени границей на [круговой] линии, чем другая? Ведь каждая [точка) одинаково и начало, и середина и конец, так что [на окружности] всегда и никогда находишься в начале и в конце. (Пер. В. Карпова)
В окружности и — шире — в сфере есть что-то особенное. Как ни верти, они выглядят одинаково. А по Аристотелю сферическим было все на свете. Неподвижная Земля была идеальной сферой. Она помещалась в центре примерно пятидесяти концентрических сферических оболочек, содержащих Луну, планеты, Солнце, далекие звезды и в конце концов сам «неподвижный двигатель».
Постойте! Ведь древние вроде бы считали, что Земля плоская?!
А вот и нет. Древние часто заблуждались, но, как ни странно, именно здесь понимали все правильно.
Если вспомнить хотя бы Пифагора (того самого, который специалист по треугольникам), то в его время — в VI веке до нашей эры — все, кого интересовали подобные материи, соглашались, что Земля круглая. Об этом писал популяризатор науки Стивен Джей Гулд:
Среди ученых никогда не было периода «помутнения», когда они считали, будто Земля плоская — независимо от того, как представляла себе нашу планету в те или иные времена широкая публика. Древнегреческое представление о сферичности никогда не меркло, и все крупные средневековые ученые были согласны, что Земля круглая: для них это был установленный космологический факт.
Круглая, но не идеально. В конце XVII века Исаак Ньютон показал, что Земля представляет собой сплюснутый сфероид, диаметр которого у экватора немного больше, чем по оси, проходящей через полюса. Это открытие он сделал, исходя из чисто теоретических предположений — и лишь в следующем столетии, когда было организовано несколько экспедиций с целью измерить Землю, стало ясно, что Земля — не идеальный шар. Экваториальный радиус Земли длиннее полярного примерно на 30 км.
Однако до того, насколько идеален земной шар, дело даже не дошло: простые наблюдения показывали, что модель Аристотеля обладает множеством фундаментальных недостатков. Уже довольно давно было известно, что планеты не просто движутся по ночному небу в одном направлении — время от времени они возвращаются обратно. Более того, на протяжении цикла яркость у них меняется, причем согласно сложным закономерностям. Сферы Аристотеля ничего такого не предполагали.
Во II веке Клавдий Птолемей усовершенствовал аристотелеву геоцентрическую модель в своем трактате «Альмагест» (буквально «Величайший»[38]). Птолемей предположил, что планеты во вселенной движутся по эпициклам — то есть по малым кругам, центры которых движутся по большим — что позволяло делать на удивление точные прогнозы положения планет на ночном небе. Птолемеева модель быстро стала общепринятой и в науке, и в религии и сохраняла свой статус до XVII века.
Невежество древних вполне простительно: представьте себе, что никому и в голову не приходило поставить в центр мироздания Солнце. Однако более чем за 400 лет до Птолемея греческий астроном Аристарх Самосский описал гелиоцентрическую систему мира[39]. Из трудов Аристарха до нас дошло очень мало, в основном отрывки, однако его часто цитируют и пересказывают другие авторы, в том числе математик Архимед:
Но Аристарх Самосский выпустил в свет книгу о некоторых гипотезах, из которых следует, что мир гораздо больше, чем понимают обычно. Действительно, он предполагает, что неподвижные звезды и Солнце находятся в покое, а Земля обращается по окружности круга… между Солнцем и неподвижными звездами, а сфера звезд… так велика, что круг, по которому… обращается Земля, так же относится к расстоянию до неподвижных звезд, как центр сферы к ее поверхности.
(Пер. И. Веселовского)
Модель Аристарха была простой и довольно точной — и уж точно соответствовала измерениям, проделанным на тот момент. Однако у нее был один колоссальный недочет — она предполагала, что в людях нет ничего особенного, что звезды вроде Солнца есть повсюду и что Земля не центр мироздания.
Что было дальше, вам, наверное, известно. Птолемееву модель признала католическая церковь, и стало ересью утверждать, что Земля так или иначе не служит центром вселенной. Так было до 1543 года, когда польский астроном Николай Коперник опубликовал трактат «De revolutionibus orbium coelestium», в котором заново открыл модель Аристарха. От греха подальше[40] Коперник написал для своей книги довольно-таки лукавое предисловие[41]:
Те, кто знает, что вот уже много сотен лет всеобщим согласием узаконено представление, что Земля покоится посреди небесной сферы и служит ее центром, полагаю, сочтут безумием, если я заявлю противоположное — что Земля движется… Я решил, что мне тоже охотно позволят пояснить, какие доводы, более здравые, чем доводы моих предшественников, можно найти в пользу вращения небесных сфер, исходя из предположения, что Земля как-то движется.
Иными словами, «не волнуйтесь, это все просто математические упражнения и не обязательно имеет отношение к подлинному устройству вселенной».
Кроме того, Коперника благоразумно решил писать по-латыни, чтобы его книга не стала достоянием простого люда, и еще благоразумнее предпочел умереть вскоре после ее публикации.
Не все были столь предусмотрительны. Джордано Бруно, который прежде всего был монахом-доминиканцем, пошел гораздо дальше Коперника. Он не просто заявил, что Солнце — центр мироздания, но и понял — и, как выяснилось, не ошибся — что все звезды представляют собой такие же солнца, как наше. Джордано Бруно не стал маскировать свои идеи под гипотезы. Он прямо провозгласил:
В космосе бесчисленное множество созвездий, планет и солнц; мы видим одни лишь солнца, поскольку они дают свет; планеты остаются невидимыми, поскольку они маленькие и темные. Кроме того, существует бесчисленное множество земель, и они вращаются вокруг своих солнц — не хуже и не меньше, чем наш земной шар. Ведь ни один здравый разум не может предположить, что небесные тела, которые, вероятно, много величественнее нашего, не несут на себе созданий, подобных жителям человеческой Земли или даже превосходящих их.
