Наука в поисках Бога - Карл Эдвард Саган

Одна из многочисленных выдающихся заслуг Ньютона заключается в том, что из нескольких простых и отнюдь не произвольных законов природы он с высокой точностью вывел траектории движения планет Солнечной системы. К методу Ньютона ученые прибегают по сей день. Именно ньютоновская физика повсеместно используется в моей области, в отправке космических кораблей к этим самым планетам, о чем, возможно, вы хотите сказать, думал Ньютон, хотя на самом деле он даже и не мечтал об этом. Однако он предвидел, по крайней мере, запуск физических тел на орбиту Земли.

Ньютон обнаружил, что у Солнечной системы имеется отчетливая плоскость орбит. Первым это предположил еще Коперник, однако Ньютон подробно показал, как она устроена. Планеты обращаются по своим орбитам вокруг Солнца, и все они движутся вблизи плоскости эклиптики, называемой также зодиакальной (поскольку она проходит через зодиакальные созвездия). Поэтому планеты, Солнце и Луна перемещаются по созвездиям зодиака. «Почему все такое упорядоченное? — спрашивал Ньютон. — Почему все планеты в одной плоскости? Почему все они обращаются вокруг Солнца в одном направлении?» Ведь нет такого, чтобы Меркурий двигался в одну сторону, а Венера в другую. Направление движения у всех планет одно. И, насколько ему было в то время известно, вращаются они тоже в одну сторону. Планеты отличались поразительным постоянством, тогда как известные во времена Ньютона кометы двигались хаотически. Их орбиты пролегали под всеми мыслимыми углами к плоскости эклиптики. Какие-тообращались вокруг Солнца в прямом направлении, какие-то в обратном, ретроградном. И с наклонением у них творился такой же беспорядок.

Ньютон полагал, что распределение кометных орбит — это природное состояние и планеты двигались бы точно так же, если бы не стороннее вмешательство. Он считал, что изначальные условия для планет задал Господь, заставив их все двигаться вокруг Солнца в одном направлении, в одной плоскости и с сопоставимым направлением вращения.

Вывод, прямо скажем, не самый убедительный. Необыкновенная прозорливость Ньютона проявилась во множестве областей, но в этом вопросе она его подвела.

В общих чертах решение этой проблемы наметили — независимо друг от друга, насколько нам известно, — Иммануил Кант и Пьер-Симон, маркиз де Лаплас.

И Ньютон, и Лаплас, и Кант жили уже после изобретения телескопа и, соответственно, открытия у Сатурна системы потрясающих колец, часть которых вы видите на этом снимке. Это плоскость, состоящая из мелких частиц. Убедительно продемонстрировать, что она действительно состоит из частиц и это не монолит, первым удалось шотландскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу.

Вот кольца Сатурна с меньшего расстояния. Мы видим огромное число этих колец и разрыв между ними — так называемую щель Кассини.

Илл. 15. Сатурн, снятый общим планом

Газовый гигант Сатурн отбрасывает тень на свой невероятный пояс из вращающихся колец. Самый заметный разрыв между кольцами называется щелью Кассини — в честь франко-итальянского астронома XVII в. Джованни Доменико Кассини, сделавшего ряд важных открытий в Солнечной системе. Теперь его дело продолжает носящий то же имя космический аппарат — от него и получено это изображение.

Илл. 16. Крупный план колец Сатурна

На этом снимке, сделанном аппаратом «Кассини» в контровом свете, Солнце подсвечивает кольца Сатурна сзади, выявляя тонкую спиральную структуру многочисленных колец.

На крупном плане мы видим концентрические кольца. Теперь мы знаем, что таких колец многие сотни, все они лежат в одной плоскости, и еще мы знаем — а Кант и Лаплас лишь догадывались, — что они состоят из глыб и пылевых частиц. Кстати, соотношение между толщиной и шириной колец Сатурна меньше, чем у листа бумаги.

Кроме того, Канту были известны небесные объекты, называвшиеся тогда туманностями. В то время еще не удалось установить, где они находятся — внутри Млечного Пути или за его пределами, но теперь мы, конечно, знаем, что за пределами в большинстве своем. Часть туманностей тоже представляет собой плоские системы, состоящие, как выяснилось, из звезд.

И вот Кант и Лаплас, явно ссылаясь на кольца Сатурна, а Кант еще и упоминая эллиптическую туманность, предположили, что Солнечная система произошла из такого вот плоского диска, в котором из сгустившихся частиц образовались планеты. Но если это так, то диск вообще-то вращается. И все сгустившееся внутри него будет вращаться в том же направлении. И если задуматься, станет очевидно, что и направление вращения вокруг своей оси у тел, которые формируются из собирающихся вместе частиц, тоже будет общим.

Кант и Лаплас предложили модель так называемой солнечной туманности, или аккреционного диска, выступившего прародителем планет, поэтому нетрудно понять, почему планеты находятся в одной плоскости, движутся в одном направлении и вращаются одинаково.

Более того, теперь мы знаем, что беспорядочная ориентация комет не была такой изначально: скорее всего, они тоже зарождались в солнечной туманности, обращались вокруг Солнца в одном направлении, были выброшены из нее в ходе гравитационного взаимодействия с основными планетами, а потом их орбиты расстроились в результате гравитационного возмущения, вызываемого звездами.

Таким образом, Ньютон ошибся дважды: а) полагая, что хаотичное распределение кометных орбит присуще системе изначально, и б) не допуская, что упорядоченность в движении планет могла возникнуть естественным путем, без божественного вмешательства, из чего он и делал вывод о существовании Создателя.

Что ж, если даже Ньютона удалось ввести в заблуждение, тут есть о чем задуматься. Это значит, что и мы, заведомо уступающие этому интеллектуальному гиганту, не застрахованы от такой же ошибки.

А сейчас я хотел бы подкрепить сказанное выше о солнечной туманности еще тремя изображениями.

Это попытка проиллюстрировать описанное ранее. Изначально беспорядочное межзвездное облако вращается, сжимаясь за счет гравитации, то есть стягивается за счет собственного тяготения. В силу сохранения углового момента оно сплющивается в диск. Нужно иметь в виду, что центробежная сила не противодействует сжатию по оси вращения, но препятствует сжатию в плоскости вращения. Поэтому в конечном результате получается диск. В ходе процессов, на которых мы сейчас задерживаться не будем (хотя в их понимании за последние десятилетия удалось существенно продвинуться), возникает гравитационная неустойчивость, в которой образуется большое количество тел, которые затем объединяются в результате столкновений, соответственно уменьшаясь в количестве.

Илл. 17. Солнечная туманность