Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни

• Название: Эволюция Вселенной и происхождение жизни
• Автор: Пекка Теерикор
• Издательство: Эксмо
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2010

Сэр Исаак Ньютон сказал по поводу открытий знаменитую фразу: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов».

«Эволюция Вселенной и происхождение жизни — описывает восхождение на эти метафорические плечи, проделанное величайшими учеными, а также увлекательные детали биографии этих мыслителей. Впервые с помощью одной книги читатель может совершить путешествие по истории Вселенной, какой она представлялась на всем пути познания ее природы человеком. Эта книга охватывает всю науку о нашем происхождении — от субатомных частиц к белковым цепочкам, формирующим жизнь, и далее, расширяя масштаб до Вселенной в целом.

«Эволюция Вселенной и происхождение жизни» включает в себя широкий диапазон знаний — от астрономии и физики до химии и биологии. Богатый иллюстративный материал облегчает понимание как фундаментальных, так и современных научных концепций. Текст не перегружен терминами и формулами и прекрасно подходит для всех интересующихся наукой и се историей.

---

Темное Средневековье было долгим периодом, «мрачность» которого в разных областях культуры в Европе часто переоценивают. В разгар Высокого Средневековья, в XII веке, люди начали переводить греческие тексты на латынь, в основном с арабского языка. Работы Аристотеля и других были с энтузиазмом приняты учеными Европы. Астрономы начали постигать наследие Птолемея, сохраненное и развитое арабскими учеными. Слова Бернарда из Шартра, французского ученого XII века, передают впечатление, какой им открылся клад: «Мы карлики, поднявшиеся на плечи гигантов. Вот почему мы видим больше и дальше, чем они: не потому, что наше зрение острее или же мы выше, а потому, что они подняли нас ввысь своим гигантским ростом…» Спустя несколько веков Исаак Ньютон использовал похожие слова, чтобы отдать дань своим предшественникам.

Вначале церковь не была в восторге от рациональных взглядов Аристотеля на космос и законы природы, ибо они ставили под сомнение всесилие божественной воли. Их неоднократно запрещали преподавать в Парижском университете. Но затем работавший в этом университете святой Фома Аквинский (1225–1274) объединил Писание с классическими идеями. В результате была создана уникальная средневековая космология, которая властвовала и над учеными, и над мирянами. Она включала в себя Бога и Человека, Небеса и Землю. Это учение превратило физику и космологию Аристотеля в официальную доктрину, которая преподавалась в школах и университетах. Вселенная сфер уже не противоречила догмам католической церкви. Бог создал неподвижную Землю, и все остальное обращается вокруг Человека, грешного, но все же венца Творения.

В своей «Божественной комедии» Данте Алигьери (1265–1321) изобразил впечатляющую картину средневековой космологии. Он написал поэму, когда по политическим мотивам был изгнан из родного города Флоренции. Он описывает визит в ад, чистилище и рай. Ад представляет собой конус, простирающийся вниз к центру Земли. Чистилище — это коническая гора с противоположной стороны. Посетив не очень приятные места (где он обнаружил своих политических противников!), Данте наконец поднимается в рай и через все более приятные уровни (планетные сферы) достигает Эмпиреев, места обитания Бога. Прямо под этими благословенными местами находится сфера Primum Mobile, или «перводвигатель». Эту новую часть к небесному механизму добавили арабские астрономы для объяснения медленного колебания восьмой сферы неподвижных звезд (движение точки весеннего равноденствия обсуждалось в предыдущей главе).

Небесный мир резко отличается от земного, поэтому смертные там жить не могут. Но если кто-то как-то сможет вырваться за его пределы, то увидит изменение физической реальности, пространство и время потеряют свои привычные свойства. Данте представляет, что «расстояние не может мгновенно уменьшиться и не увеличиться в том мире, которым управляет Бог, но там этот закон Природы не действует».

Данте не интересовался эпициклами и прочими математическими подробностями, которые изучают астрономы. Для него был важен смысл общей структуры Вселенной в связи с человеком. У человечества всегда было два конкурирующих естественных направления движения. Баланс между материальной и духовной составляющими человека определяет, попадет ли он в Ад или вознесется на Небеса. Это единение науки с верой вело к укреплению позиций гуманизма, приобретающего космическое значение, и кое-что из этого было потеряно в период коперниканской революции (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Средневековый космос был ограничен сферой Primum Mobile, перводвигателя. Эта сфера располагалась сразу же за сферой неподвижных звезд.

Схоластика — средневековая наука.

Наука Средневековья, схоластика, больше интересовалась мнениями и взглядами, чем самим физическим миром. Поэтому последнее слово всегда было за Аристотелем. В попытке что-либо понять люди обращались к созданной Аристотелем логике. Например, главной проблемой той эпохи был вопрос, являются ли классы предметов, такие как кошки или звезды, сами по себе реальными предметами или всего лишь названиями, придуманными человеком (что привело к жестокой борьбе между «реалистами» и «номиналистами»).

Сухой анализ — пресловутая схоластика — привел к обсуждению вопросов о физической доктрине. В XIV веке в Парижском университете Жан Буридан (около 1297–1358) и его ученик Николай Орем (он же Орезмский) критически изучили понятие силы Аристотеля, «все, что в движении, должно чем-то двигаться». Стрела летит вперед, толкаемая воздухом. Но во всем этом была интересная загадка, и Буридан предположил, что нечто, названное им impetus, присоединяется к телу, когда оно запущено на свою траекторию, и поддерживает движение тела. Импетус стал предтечей теории о сохранении импульса, столь важного в современной физике. В XV веке теория импетуса заменила механику Аристотеля и стала основной точкой зрения на физику движения.

Удивительно, что Буридан применил прозаическую теорию импетуса к вращающимся небесным сферам. Принято было считать, как в «Божественной комедии» Данте, что ангелы вращают внешние звездные сферы. Гигантские планетные сферы вращались под действием силы, исходящей от движимой ангелами сферы звезд. Однако, — рассуждал Буридан, — Библия ничего об этом не говорит. Возможно, Бог привел сферы в движение при творении. Сохраняя свой импетус, они вращаются до сегодняшнего дня. Это равномерное движение происходит без трения, что позволяет нам наблюдать импетус в чистом виде — и днем, и ночью прямо над головой. Этот замечательный шаг продемонстрировал близость перемен, когда будет обнаружено, что небеса следуют тем же физическим законам, которые действуют на Земле.

Если движение не нуждается в подталкивающей силе, то, возможно, мы можем двигаться, не осознавая этого? Может быть, и Земля вращается? Николай Орем (около 1320–1382) не поверил доказательствам Аристотеля о неподвижности Земли. Он возражал, что всякое движение относительно. Земля может вращаться вокруг своей оси (как уже предполагал Гераклид), создавая впечатление, что вращается небо, «как человек на плывущем корабле думает, что это деревья на берегу движутся». Аристотель знал об этой альтернативе, но выступал против, указывая, что камень, подброшенный прямо вверх, падает вниз в ту же точку. По мнению Аристотеля, если бы Земля вращалась, то место, из которого был брошен камень, должно было бы сместиться к моменту возвращения камня. А Орезм видел в этом работу импетуса: камень сохраняет свою долю импетуса, которая поворачивает его вместе с Землей. Поэтому и камень, и поверхность вращающейся Земли сдвигаются одинаково при возвращении камня на землю.

Может показаться странным, что после таких рассуждений Буридан и Орем пришли к выводу, что Земля неподвижна. Как настоящие схоласты они считали, что истину можно отстаивать только неотразимыми аргументами. Но теперь мы понимаем, что их анализ идей Аристотеля о физическом движении немного приблизил их к современной точке зрения на покой, равномерное движение и относительность.

Труды Аристотеля подтолкнули к размышлениям о том, что же такое наука. Вспомним, что его наука начинается с абсолютно верных аксиом, от которых в результате логических рассуждений можно прийти к новым истинам. Но как найти первые правильные аксиомы? Аристотель говорил, что нужно наблюдать природные явления и пользоваться интуицией. Роберт Гроссетест (около 1168–1253) и его ученик Роджер Бэкон (около 1214–1292), изучавшие в Оксфорде философию и богословие, думали о способах решения этой проблемы. Они предположили, что прежде, чем принять любое утверждение и объяснение, полученное с помощью наблюдения природных явлений, его нужно проверить. Например, могут быть два различных объяснения одного явления, но с помощью эксперимента можно отбросить неправильное или найти подтверждение для правильного. В этом рассуждении можно заметить зерна современной экспериментальной науки, расцвет которой спустя четыре века пришелся на времена Галилея.

Говорят, что авторитет Аристотеля замедлил развитие науки в Европе. Но эта точка зрения выглядит весьма узкой, если учесть, что в целом научная активность веками оставалась «на задворках». Она возродилась вместе с текстами Аристотеля и других классиков. Разумеется, Аристотель не виноват, что последователи читали его книги как истину в последней инстанции, не понимая, что наука — это деятельность, способная к самоорганизации, которая изменяет смысл таких книг. Идеи Аристотеля, даже ошибочные, стимулировали независимое мышление. Постепенно люди начали готовиться к чтению «книги природы» вместо древних книг.

Бесконечность там, где центр везде…

Конечная сферическая Вселенная, которая была популярна и во времена Античности, и в Средневековье, имела центральную точку и, поскольку была окружена гигантской внешней сферой, обладала некоторой степенью локальной изотропии: расстояние от центра до сферы было одинаковым во всех направлениях. Но на практике измерить расстояние до сферы было невозможно, поэтому вывод о нашем расположении в центре мог быть сделан лишь на основе видимого вращения небесных тел вокруг нас. Вспомним: Анаксимандр утверждал, что Земля неподвижно находится в центре мира, где нет предпочтительных направлений. И Аристотель тоже утверждал (см. главу 2), что вращение свидетельствует о том, что размер мира конечен, иначе его бесконечно далекие части двигались бы с невероятной, бесконечной скоростью. Таким образом, космическое вращение, наличие центра и конечный размер Вселенной были взаимосвязаны.