Чудеса Вселенной [Эндрю Коэн] (pdf) читать онлайн

ВСЕЛЕННОЙ
ПРОФЕССОР

БРАЙАН КОКС
И ЭНДРЮ КОЭН

ТАЙНЫ АНДРОМЕДЫ *' ПРОИСХОЖДЕНИЕ МЛЕЧНОГО ПУТИ
КОСМИЧЕСКАЯ МАШИНА ВРЕМЕНИ * РОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

ЧУДЕСА
ВСЕЛЕННОЙ

эксмо

МОСКВА

2013

ГЛА ВА 1

ГЛ АВ А 2

ПОСЛАННИКИ

ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

16

ИСТОРИЯ СВЕТА

78
ПРОИСХОЖДЕНИЕ БЫТИЯ

Наше место во Вселенной

Круг жизни

Соседи нашей галактики

Отображение ночного неба

Отображение галактики Млечный Путь

«Звездные ясли»

Форма нашей галактики

Как найти экзопланеты

Звезда родилась

Происхождение жизни
Периодическая таблица

32
ЧТО ТАКОЕ СВЕТ?

Двухщелевой эксперимент Юнга
Посланники из-за космического океана

Химический состав Вселенной
Из чего сделаны звезды

Погоня за скоростью света

102
РАННЯЯ ВСЕЛЕННАЯ

Поиск космических часов

Гейзеры Эль-Татио, Чили

Ограничители скорости

Большой Взрыв
Субатомные частицы

44
ПУТЕШЕСТВИЕ

К началу времен
Найденная Андромеда

Хронология Вселенной:
от Большого Взрыва до наших дней
Материя в цифрах
Самый мощный взрыв на Земле

Телескоп Хаббл

Все цвета радуги

118
ОТ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА ДО СОЛНЕЧНОГО СВЕТА:
ПЕРВЫЕ ЗВЕЗДЫ

Расширение Хаббла

Красный гигант

Красное смещение

Смерть звезды

Самая важная фотография Хаббла

66

Планетарная туманность

РОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Редчайшие

Видимый свет

Сверхновая: жизненный цикл звезд

Фотографируя прошлое

Начало и конец

Первый взгляд

Происхождение жизни

Г Л АВ А 3

ГЛА ВА 4

ПАДЕНИЕ

СУДЬБА

140
ПОЛНАЯ СИЛА

200
ХОД ВРЕМЕНИ

Невидимая нить

Космические часы

Яблоко, которое никогда не падало

Галактические часы

Великая скульптура

Древняя жизнь

Геоид

«Стрела времени»
Порядок беспорядка

160
БУКСИР ЛУНЫ

Ложный рассвет
«Голубой мрамор»
Галактические каннибалы

Энтропия в действии
Цикл жизни Вселенной
Жизнь Вселенной

Встречный курс

228
СУДЬБА ЗВЕЗД

Когда сливаются галактики

Смерть нашей Вселенной
Смерть Солнца

172
ЧУВСТВО СИЛЫ

Гравитационный парадокс
Страна маленьких зеленых человечков

Последние звезды
Начало конца
Драгоценное время

Что такое гравитация?
Общая теория относительности Эйнштейна
Во тьме
Анатомия черной дыры

244 —Алфавитный указатель
255 —Список иллюстраций
256 —Благодарности

ак доказала современная наука, примерный воз­
раст Вселенной — 13,7 миллиарда лет, а размеры —
около 45 миллиардов световых лет в поперечнике;
она наполнена 100 миллиардами галактик, каждая из
которых включает в себя сотни миллиардов звезд. Все­
ленная поражает своими масштабами и ослепительной
красотой. Парадоксально, но по мере того, как наши зна­
ния о Вселенной расширялись, словно размывалась гра­
ница между нами и Космосом. Вселенная может ока­
заться бесконечной по объему и полной чужеродных
миров, выходящих за пределы воображения, однако
в настоящее время научное мышление предполагает, что
нам все это нужно для того, чтобы существовать. Без
звезд не было бы и материалов для строения нашего орга­
низма. Если бы наша Вселенная была моложе, у звезд
не хватило бы времени на сотворение своей «алхимии».
Вселенная не может быть достаточно древней, не будучи
огромной, не может быть никаких отходов или избыточ­
ности на этой потенциально бесконечной арене, и, если
вообразить себя наблюдателем, можно представить себе
первый взгляд на ее чудеса.
История Вселенной, следовательно, — это и наша
история. Наше происхождение можно увидеть далеко за
пределами рассвета человечества, за пределами проис­
хождения жизни на Земле и даже за пределами формиро­
вания самой Земли. История Вселенной возвращает нас
к событиям, — возможно, неизбежно, возможно, един­
ственно верно, — которые произошли менее чем через
миллиардные доли секунды после начала Вселенной.

К

ДРЕВНЕЕ ЧУДО

В канун Рождества 1968 года «Аполлон-8» прошел
во тьме позади Луны, и Фрэнк Борман, Джим Ловелл
и Уильям Андерс стали первыми людьми в истории, кото­
рые упустили из виду Землю. Когда они вышли из лунной
тени, они увидели, как на фоне черноты Космоса растет
полумесяц Земли, и выбрали для трансляции людям исто­
рию создания их родной планеты. За четверть миллиона
миль от дома пилот лунного модуля Уильям Андерс начал:
«Мы приближаемся к лунному восходу, и у экипажа
«Аполлона-8» есть сообщение для всех людей Земли,
которое мы хотели бы передать. В начале сотворил Бог
небо и Землю. И Земля была безвидна и пуста, и тьма
над бездною. И Дух Божий носился над водою. И сказал
Бог: да будет свет, и стал свет. И увидел Бог свет, что он
хорош, и отделил Бог свет от тьмы».
Отделение света от тьмы играет центральную роль
в мифологиях многих культур. Вселенная начинается
с пустоты; маори называли ее Те Коре — это то же, что
и греческий Хаос. Египтяне представляли себе время до
начала творения как бесконечный, бездонный океан, из
которого появились Земля и боги. В некоторых культурах
Бог вечен: Он создал Вселенную из ничего и переживет
ее гибель. В других, например, в индуистских традициях,
огромный первичный океан существовал еще до небес
и Земли. Бог Вишну плавал по воде и спал на берегу оке­
ана, обвитый кольцами гигантской кобры, и только когда
появился свет, и тьма была изгнана, он проснулся и рас­
порядился о сотворении мира.
ВСЕЛЕННАЯ

«Космос — это самая малень­
кая
дырка, какую только спосо­
бен человек удерживать в своем
сознании»
Г. К Честертон

Мыдосихпор незнаем, какпоявилась Вселенная, ноу нас
есть вполне достойные доказательства того, что 13,75 мил­
лиарда лет назад произошло Нечто, что можно интерпре­
тировать как начало нашей Вселенной. Мы называем это
Большим Взрывом. Мы должны быть осторожны с выбо­
ром слов, потому что это научная книга, а ключ к хоро­
шей науке — умение отделить известное из неизвест­
ного. Это интересное событие и повлекло за собой про­
исхождение всего, что теперь существует в небе. Все
ингредиенты, необходимые для создания сотен мил­
лиардов галактик и тысяч триллионов солнц содержа­
лись когда-то в объеме значительно меньшем, чем один
атом. Невообразимо плотное и непредставимо горячее,

это крошечное семя расширялось и охлаждалось в тече­
ние последних 13,75 миллиарда лет, так что у него было
достаточно времени для формирования законов природы
и собирания всех сложностей и красот, которые и состав­
ляют сущность Вселенной. Эти естественные процессы
породили и Землю, и жизнь на Земле, и сознание, кото­
рое гораздо сложнее понять, чем простое явление, каза­
лось бы, бесконечной звезды.
Мы можем рассуждать лишь о порядке, потому что
самое начало, под которым мы подразумеваем собы­
тия, происшедшие в эпоху Планка, — время до миллио­
нов миллионов миллионов миллионов миллионов мил­
лионов миллионных долей секунды с момента Большого
ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

«Если
выотправились в Итак
желаю вам долгой дороги, пол­
ной приключений и знаний»
К. И. Кавафис
Взрыва, — сейчас находится за пределами нашего пони­
мания. Это потому, что нам не хватает нашей теории про­
странства и времени, чтобы «дотянуться» до этой точки,
и, следовательно, мы очень мало что можем сказать об
этом. Такая теория — теория квантовой гравитации —
это Святой Грааль современной теоретической физики.
В настоящее время подходы к ней активно ищут сотни
ученых всего мира. Альберт Эйнштейн посвятил послед­
ние десятилетия своей жизни ее напрасному поиску.
Традиционное мышление полагает, что время и про­
странство начались в некий нулевой момент времени —
в начале эпохи Планка. Большой Взрыв поэтому может
рассматриваться как Начало Времени как такового, а сам
он стал Началом Вселенной.
Однако существует альтернатива. По одной из теорий
Большой Взрыв и начало Вселенной были вызваны стол­
кновением двух частей пространства и времени — бран,
которые плавали вечно в бесконечности уже существу­
ющего пространства. То, что мы обозначили как начало
начал, было не более значительно, чем космическое стол­
кновение двух «пластов» пространства и времени.
Вполне возможно, что вопрос: «Почему существует
Вселенная?» —навсегда останется за пределами нашего
понимания; может быть, нам удастся ответить на него
в течение нашей жизни, но на сегодняшний день наши
исследования оказались более ценными, чем найденные
ответы, потому что с древних времен поиск причин про­
исхождения Вселенной находится в самом сердце миро­
вой науки. И в самом деле, он лежит в основе большей
части человеческихустремлений и культурного развития.
Желание понять внеземные события, кажется, врож­
денное, потому что его разделяли все великие древние
цивилизации. Развивая свою историю о начале времен,
они размышляли об истоках мира и о его конце. Только
совсем недавно мы обнаружили, что эти изыскания
полезны и в практическом смысле. В сочетании с науч­
ным методом они позволили нам не только лучше понять
природу, но и манипулировать и управлять ею для обо­
гащения нашей жизни с помощью технологий. Источник
всего, что мы придумали и что считаем само собой разу­
меющимся, от медицинской науки до межконтиненталь­
ных воздушных путешествий, —наше любопытство.
ЦЕННОСТЬ ЧУДА

Идея путешествия на край Вселенной, исключительно
важная для нашей повседневной жизни, лежит в основе
«Чудес Вселенной». Я не могу не подчеркнуть свою твер­
дую убежденность в том, что исследования, как интел­
лектуальные, так и физические, — самое важное достиВСЕЛЕННАЯ

ПРЕДЫДУЩЕЕ ФОТО И СЛЕВА:

Работа космических программ по
всему миру не может рассматри­
ваться как роскошь, но только как
необходимость. Именно благо­
даря миссии космических челно­
ков, таких как «Атлантис» (слева)

и «Индевор» (предыдущая стра­
ница), мы по-настоящему начи­
наем понимать истоки и принципы
существования и функционирова­
ния Вселенной и использовать эту
информацию для планирования
нашего будущего на Земле.

жение нашей цивилизации. Поэтому, перефразируя
моего любимого Олдэма, хотя строительство ракет для
полетов на Луну и телескопов для фотографирования
света самых далеких звезд может показаться увлека­
тельной роскошью, такой взгляд был бы поверхностным,
неправильным и просто глупым. Мы —часть Вселенной,
ее судьба —это наша судьба, потому что мы живем в ней,
и она живет в нас. Что может быть более важным, акту­
альным и полезным, чем понимание того, как она устро­
ена и как она действует.
Когда мы задумали сериал, мы хотели сделать про­
грамму более глубокую, чем простое знакомство с досто­
примечательностями Вселенной. Конечно, черные дыры,
сталкивающиеся галактики и звезды на краю света заво­
раживают, и мы видим все это при помощи наших при­
боров, но если бы, знакомясь с древней наукой астро­
номией, мы поступали бы как зрители спортивной про­
граммы, мы упустили бы свой шанс постижения неиз­
веданного. Чудеса, которые мы видим через наши теле­
скопы, мы должны рассмотреть в лабораториях, где мы
можем проверить наше понимание естественного мира в
условиях столь экстремальных, что мы с большим тру­
дом можем воспроизвести их на Земле. Имея это в виду,
мы решили распределить программы по научным темам,
а не по самим «чудесам».
«Мессенджер» сейчас пребывает на краю света, он —
наша единственная связь с далекой Вселенной, которая
вечно будет находиться вне нашей досягаемости. Но речь
идет и об информации, носителем которой является свет
сам по себе, и о том, как эта информация была получена;
следы химических элементов можно найти в самом отда­
ленном звездном свете, что позволяет нам точно узнать
состав самой далекой звезды.
«Стардаст» вновь задается древним вопросом: что
представляют собой блоки, из которых строится Вселен­
ная? Каким было сырье человеческого существа, собран­
ного из обломков Большого Взрыва? Вероятно, оно было
болезненно-горячим, но прекрасным упорядоченным
огненным шаром без какой-либо заметной структуры.
«Фоллинг» расскажет нам историю великого скуль­
птора Вселенной: гравитации. По каким-то непонят­
ным нам причинам гравитация — самая слабая из четы­
рех фундаментальных сил Вселенной, а потому она имеет
безграничный диапазон и действует на все существую­
щее, ее влияние пронизывает все. Наша самая точная
теория — это теория гравитации. Общая теория отно­
сительности Эйнштейна датируется 1915 годом, сле­
довательно, это одна из старейших современных тео­
рий сил. Теория электромагнитных сил, квантовая
ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

СПРАВА: Вооруженные великим
знанием и пониманием нашей
Вселенной, обладая новейшими
технологиями и современными
подходами в науке, мы можем
обнаружить чудеса Вселенной,
которые оставались скрытыми
от нас много веков назад. Такие

галактики, как спиралевидная
Двингело 1, были недавно обна­
ружены, поскольку от нас они
скрыты Млечным Путем. Это
открытие подтверждает то, что
мы уже знаем: что есть много дру­
гих чудес во Вселенной, которые
нам еще предстоит обнаружить.

гравитации Эйнштейна — наше лучшее описание ткани
Вселенной —прогнозирует ее смерть внутри черных дыр.
Разрушающиеся остатки самой яркой звезды представ­
ляют собой предел нашего понимания законов физики и,
следовательно, предел нашего понимания чудес Вселен­
ной. Именно там захотел бы оказаться каждый ученый.
Наука —это слово, которое имеет много значений; можно
сказать, что наука — это совокупность наших знаний
о Вселенной, большая библиотека известного, но прак­
тическая наука разворачивается на границе известного
и неизвестного. Стоя на плечах гигантов, мы вглядыва­
емся в темноту широко открытыми глазами —не в страхе,
но в изумлении. Искренне надеемся на то, любой уче­
ный может увидеть нечто такое, что потребует не только
новых деталей в научной теории, но потребует заменить
целиком старую теорию новой. Наша «большая библи­
отека» постоянно переписывается; здесь нет священных
томов, нет неприкасаемых истин, нет никакой уверен­
ности в окончательности сделанных выводов, есть про­
сто наилучшее в данный момент времени описание Все­
ленной, основанное только на наших наблюдениях за ее
чудесами.
Научный проект, в конечном счете, скромнее: он не
стремится ни к универсальным истинам, ни к абсолюту,
он просто стремится понять суть вещей — и в этом его
сила и ценность. Наука дала нам современное понимание
мира, в этом не может быть никаких сомнений. Она улуч­
шила нашу жизнь сверх всякой меры: увеличилась про­
должительность жизни, снизилась детская смертность,
исчезли многие заболевания. В целом можно сказать, что
произошло ослабление влияния неблагоприятных фак­
торов на человечество. Она дала многим из нас дар вре­
мени, освободила нас от тяжелой работы, от необходи­
мости простого выживания, позволила нам открыть наш
ум и сердце навстречу новому и неисследованному. Поэ­
тому наука — это круг добродетели, ее открытия соз­
дали большие богатства и освободили время, которое мы
можем, если будем мудры, инвестировать в дальнейшие
исследования и открытия. Но при всей своей несомнен­
ной полезности, я утверждаю, что наука подпитывалась
не утилитарным желанием «жить лучше», а любопыт­
ством. Изучение Вселенной и ее чудес так же важно, как
и поиск новых методов лечения, новых источников энер­
гии или новых технологий, потому что, в конечном счете,
все эти полноценные достижения опираются на понима­
ние основных законов Вселенной, которые регулируют
000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 .000 . все в природе, от атомов до «черных дыр» и всего того,
000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 лет. что находится между ними. Именно поэтому управля­
емая любопытством наука — наиболее ценное занятие,
Неплохо для «пионеров» парового века!
По мере того, как мы смотрим в будущее и исследуем и именно поэтому мы должны продолжать наше «путе­
чудеса нашей Вселенной, мы обнаруживаем, что теория шествие во тьме». ®

электродинамика сложилась к 1950-м годам, а теория
сильного ядерного взаимодействия — между 1960-ми
и 1970-ми годами. Наше описание последней из четы­
рех — слабой ядерной силы — раскрывается в стандарт­
ной модели физических элементарных частиц. Эта тео­
рия, созданная в 1970-х годах, объединяет описание сла­
бого ядерного взаимодействия с квантовой электродина­
микой, хотя в ней есть недостающий элемент, так называ­
емый бозон Хиггса, который в настоящее время ищут на
Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе в Женеве. Пока
бозон Хиггса или любая другая частица, решающая ту же
задачу, не будет найден, мы не можем утверждать «рабо­
чее описание» слабого ядерного взаимодействия и харак­
тер его связи с электромагнетизмом.
Однако несмотря на длинную родословную и краси­
вую точность и элегантность теории гравитации Эйн­
штейна, она, как известно, неполная. Наше описа­
ние Вселенной рассыпается и утрачивает стройность,
когда мы приближаемся к постижению самых запоми­
нающихся чудес Вселенной. Черные дыры, как известно,
существуют в центрах галактик, например, на Млечном
Пути, и разбросаны по всему Космосу. Они представляют
собой сердце наиболее массивных звезд во Вселенной.
Мы ощущаем их присутствие по их влиянию на пронося­
щиеся мимо звезды, обнаруживая интенсивное излуче­
ние газа и пыли, имевших несчастье проходить слишком
близко от места событий. Мы видели следы их образо­
вания в самых жестоких космических происшествиях —
взрывах сверхновых. Это означает разрушение звезды:
то, что так ярко пылало на протяжении тысячелетий, гас­
нет в течение нескольких минут.
В заключительной главе «Судьба» мы углубляемся
в далекое прошлое и далекое будущее, следуя непрерыв­
ному тиканью универсальных часов Вселенной. Кроме
того, в этой главе самым непосредственным образом изу­
чается большой вклад инженерной и технологической
мысли в нашу историю. Наука термодинамика, кото­
рая стала нашим гидом в путешествии по пути разви­
тия дальнейшей судьбы Вселенной, возникла в XIX веке
для достижения эффективности паровых двигателей,
а не из желания взглянуть в направлении возможного
бесконечного будущего. В «Судьбе» мы описываем тер­
модинамику в деталях и показываем, как эта типичная
для XIX века наука позволяет нам спекулировать неко­
торым «приземлением» событий, которые на самом деле
произойдут через 10.000.000.000.000.000.000.000.000.

ВСЕЛЕННАЯ

ИСТОРИЯ СВЕТА
На протяжении истории человечества
люди смотрели в небо и искали смысл,
скрытый в небесах. Астрономия теперь
вооружена телескопами и межпланетными
миссиями. Они добывают для нас инфор­
мацию, которая наводит на размышле­
ния, но все современные открытия опи­
раются на наследие, которое насчиты­
вает тысячи лет. Все начиналось с про­
стого вопроса: «Что там?». Свет - это
единственная наша связь со Вселенной
за пределами нашей Солнечной системы
и единственная связь, которая была
у наших предков
с иными мирами
за пределами Земли. Следуя за светом,
мы можем путешествовать с нашей пла­
неты в другие миры, которые вращаются
вокруг Солнца, не используя никаких
космических аппаратов. Глядя вверх, мы
оглядываемся назад во времени, потому
что древние лучи света - посланники
далекого прошлого Вселенной. Теперь,
в XX веке, мы научились читать исто­
рию, которую несет нам древний свет,
и он рассказывает нам о происхождении
Вселенной.

арнакский храм, дом Амона-Ра, всемирного бога,
стоит напротив Долины царей на противоположной
стороне Нила в городе Луксор. В древности Лук­
сор называли Фивами, и был он столицей Египта во вре­
мена роскошного и мощного Нового царства. В течение
3500 лет Карнакский храм был чудом техники, с тыся­
чами идеально пропорциональных иероглифов, начер­
танных на его стенах, архитектурным шедевром золотого
века древнего Египта; это место глубокой силы и кра­
соты. В его стенах поместится десять европейских собо­
ров; один только гипостильный зал — ошеломляющая
долина возвышающихся столбов, которые когда-то под­
нимали вверх гигантские крыши, — мог бы комфортно
вместить Собор Парижской Богоматери.
Религиозная и церемониальная архитектура претер­
певала множество изменений на протяжении всей челове­
ческой истории. Политически эти монументальные соору­
жения служат цементом власти, которую они окормляют,
но не только великие достижения человеческой цивили­
зации здесь поражают воображение. Думая так, мы упу­
скаем важнейший момент истории. Карнакский храм —
это реакция людей на что-то гораздо более роскошное
и древнее. Масштаб архитектуры насильственно выры­
вает сознание из житейских проблем и увлекает его за
пределы Земли. Такое сооружение могло быть постро­
ено только людьми, испытавшими глубокое почтение
к Вселенной. Карнак —одновременно и летопись в камне,
и своеобразный мостик к ответу на вечный вопрос: «Что
там?». Это и обсерватория, и библиотека, и экспрессия,
вырванные у пустыни из космологического любопытства
и желания исследовать мир.

К

Египетская религиозная мифология богата и сложна.
Имея почти 1500 известных божеств, бесчисленные
храмы и гробницы и подробную сохранившуюся литера­
туру, мифология великой цивилизации Нила считается
одной из самых сложных религиозных систем среди всех,
известных человечеству. Центральное место в жизни
и мифологии египтян занимали воды Нила, великого
кормильца этих пустынных жителей. Ежегодные наво­
днения создавали плодородную полосу вдоль реки, кото­
рая разительно отличается от соседних земель, что пре­
красно видно с воздуха при перелете в Луксор из Каира,
хотя с 1970 года Асуанская плотина приостановила древ­
ний цикл роста и падения воды, и сегодня в египетских
землях используют современные методы орошения.
Летом дожди по-прежнему идут в горах к югу от Египта,
и перед плотиной поднимаются воды Нила и затопляют
низинные земли. В сентябре дожди прекращаются,
и вода отступает, оставляя за собой живительную плодо­
родную почву.
Доминирование великой реки в египетской жизни
нашло свое отражение в религиозной традиции египтян,
и это неудивительно. Небо они представляли себе огром­
ным океаном, по которому боги путешествовали в лод­
ках. Египетские истории о сотворении мира повествуют
о бесконечном первичном океане, из которого поднялся
один земной холм (материк). Цветок лотоса расцвел на
вершине этого холма и родил Солнце. В этой традиции
каждый из первичных элементов связан с богом. Земной
холм в океане —это бог Татенен, что означает «поднима­
ющаяся земля», кроме того, он бог плодородной земли,
возникающей всякий раз после наводнений Нила. ЦвеЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

НА

ПРЕДЫДУЩЕЙ

СТРАНИЦЕ:

Захватывающие
высоченные
столпы Карнакского храма —
свидетельство египетской веры
в силу и значение Амона-Ра, бога
Солнца, и самого Солнца в их
повседневной жизни.
СЛЕВА: Власть верховного бога
Амона-Ра ощущается в Карнаке повсюду. Его изображения
покрывают стены. Резьба изо­
бражает его человеком в короне
с двойными перьями рядом с
фараоном, а иногда и в животной
форме —форме барана.

ток лотоса — это бог Нефертум, бог духов. Самым важ­
ный из них — бог Солнца, рожденный лотосом, который
мог принимать разные формы, но всегда оставался цен­
тром египетской религиозной мысли более 3000 лет. Это
именно бог Солнца принес свет в Космос, а со светом
появились и все творения божеские.
В Карнаке бог Солнца царит как Амон-Ра, слияние
бога Амона, местного божества Фив, и древнего еги­
петского бога Солнца Ра. Тенденция объединять богов
была широко распространена в египетской мифологии,
а за слиянием богов следовало усложнение богосло­
вия. Амона можно понимать как скрытый аспект Солнца,
может быть, связанный с его ночными «путешестви­
ями по подземному миру». В египетской «Книге Мерт­
вых» Амон упоминается как «старший из богов восточ­
ного неба», что символизирует его появление на рассвете
в качестве солнечного божества. Как Амон-Ра он стал
верховным божеством, а как Зевс-Аммон сохранился и до
греческих и римских времен, тем более что эти цивилиза­
ции находились в постоянном и тесном взаимодействии.
Культ Амона-Ра как верховного бога распространился
так широко и укрепился настолько прочно, что египет­
ская религия стала почти монотеистической во времена
Нового царства. Амон-Ра, как говорили, существует во
всех вещах, и считалось, что он преодолевает границы
пространства и времени, что позволяет ему быть всеви­
дящим и вечным. В этом смысле мы можем думать о нем
как о предвестнике богов иудео-христианской и ислам­
ской традиции.
ПОСЛАННИКИ

ВНИЗУ И СПРАВА: Размещение
и координация этого впечатля­
ющего здания, как и все осталь­
ное здесь, имеет смысл. У егип­
тологов имеются доказатель­
ства, подтверждающие их веру
в то, что храм был построен
как своего рода календарь: две
колонны образуют рамку, в кото­
рую падает свет солнца, когда оно
приближается к зимнему солнце­
стоянию.

Стены Карнакского храма буквально покрыты изо­
бражениями Амона-Ра. Значение его обычного изобра­
жения в человеческом обличье с короной из двойных
перьев египтологи точно объяснить не могут. Часто его
изображали фараоном или рядом с фараоном, но иногда
и в облике барана.
Самая зрелищная часть храма, посвященного
Амону-Ра, однако, заключается в том, как Карнак ори­
ентирован по отношению к просторам Вселенной. Вели­
кий гипостильный зал, доминанта храма, выстроен так,
что 21 декабря, в день зимнего солнцестояния и в самый
короткий день в Северном полушарии, диск Солнца под­
нимается между великих столпов и наполняет простран­
ство храма светом, который проходит непосредственно
над небольшим зданием, внутри которого, как считали,
проживает сам Амон-Ра. Наблюдать восход Солнца
в день зимнего солнцестояния, стоя рядом с огромными
каменными колоннами, — это потрясающая мощь и уди­
вительный сакральный опыт. Это связывает тебя непо­
средственно с великими фараонами Древнего Египта,
поскольку Аменхотеп III, Тутанхамон и Рамзее II стояли
здесь, приветствуя восход декабрьского Солнца более
трех тысячелетий назад.
Солнце восходит по утрам в разных местах на гори­
зонте, потому что ось Земли наклонена на 23,5 градуса
по отношению к плоскости ее орбиты. Это означает, что
зимой в северном полушарии Северный полюс Земли
склонен в сторону от Солнца, и Солнце остается сто­
ять низко над горизонтом. По мере того, как Земля дви-

жется вокруг Солнца, Северный полюс постепенно скло­
няется в сторону Солнца, а Солнце ежедневно поднима­
ется по дуге выше по небу вплоть до середины лета, когда
оно достигает своей наивысшей точки. Эти постепенные
склонения земной оси назад и вперед в течение года озна­
чают, что точка, в которой Солнце восходит на восточном
горизонте, каждый день перемещается. Если вы стоите
лицом к востоку, самая южная точка восхода приходится
на день зимнего солнцестояния. Затем постепенно вос­
ход дрейфует на север, пока не достигает самой северной
точки в день летнего солнцестояния. Древние, конечно,
не знали причин этого явления, но они должны были
заметить и заметили, что точка восхода Солнца в день
зимнего солнцестояния останавливается на горизонте
на несколько дней, а затем меняет свой путь и дрейфует в
другом направлении.
Улика, убеждающая большинство египтологов в том,
что Карнак был ориентирован по солнцестоянию, и это
было преднамеренным действием, —две колонны по обе
стороны здания, в котором «живет» Амона-Ра. Когда мы
смотрим в сторону восхода, одна из них располагается
слева от входа, а другая —справа. Эти колонны покрыты
изящной резьбой, и надписи на них указывают на то,
что ориентация колонн по восходу была преднамерен­
ной. На левой колонне изображен фараон, обнимающий
Амона-Ра, и на одной из ее сторон —три резных папируса,
стебли растения, которое встречается только по север­
ному течению Нила. Правая колонна похожа на левую,
но на ней вместо фараона, обнимающего Амона-Ра, изо­

бражена корона Верхнего Египта, расположенного к югу
от Карнака. Три резных стебля на этой колонне —цветки
лотоса, которые растут только на юге. Сердце этого зда­
ния было предназначено для захвата света во время важ­
ного небесного события — восхода Солнца в середине
зимы, в день зимнего солнцестояния.
Храм отражает очарование, которое испытывали древ­
ние египтяне перед небесными огнями, которые они видели
в небе. Их инстинктивное поклонение этим огням было
донаучным, но этот храм, как представляется, закрепил
углубленное понимание геометрии Космоса — видимых
с Земли небесных сфер. Наблюдая различные положения
восхода Солнца, они понимали земные природные циклы
и сезоны, в которых содержится важная информация для
посева и уборки урожая в оптимальные сроки. Разви­
тие более совершенных методов ведения сельского хозяй­
ства сделало цивилизацию процветающей, предоставляя
людям, в конечном счете, больше времени для размышле­
ний, философии, математики и естественных наук.
«Шаг» от наблюдения закономерностей в движении
небесных огней к современной науке занял большую
часть человеческой истории. Древние греки начали тру­
диться в этом направлении, но корректное описание дви­
жения Солнца, Луны и планет по небу было сделано лишь
в XVII веке Иоганном Кеплером. Снять завесу с истинной
божественной красоты Космоса было долгим делом, но
дары, полученные человечеством благодаря этому врож­
денному увлечению игрой огней в небе, оказались неис­
числимыми. ®
ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

Следуя за светом, мы нанесли
на карту место нашего пребы­
вания среди сотен миллиардов
звезд, составляющих Млечный
Путь. Мы посетили ближай­
шую к нам звезду Проксима Цен­
тавра и постигли ее химический
состав и состав тысячи других
звезд в небе. Мы даже отпра­
вились вглубь Млечного Пути
и заглянули в «черную дыру»,
которая находится в центре
нашего галактического дома.
Но это только начало...

СПРАВА: Вселенная — впечатля­

ющее место, полное чудес и тре­
бующее ответов на множество
вопросов. Нам нужно так мно­
гому научиться и исследовать еще
так много.

ПОСЛАННИКИ

ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

НАШЕ МЕСТО
ВО ВСЕЛЕННОЙ
Масштабы ' Вселенной
практически
невозможно представить, #и все же мы
смогли сделать это, избрав точкой
зрения наблюдателя маленький камен­
ный шарик под названием Земля. Зна­
ние великих циклов, которые разыгры­
ваются над нашими головаки, позво­
лило нам понять, что мы* - лишь
часть структуры, которая простира­
ется далеко за Пределы нашей. Солнеч­
ной системы.и 200 миллиардов звезд,
.составляющих нашу Галактику.

СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

СОСЕДИ
НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ

Ближайшая к нам звезда, Солнце, располо­
жена на расстоянии 150 миллионов километров
(93 миллионов миль) от нас, но каждый вечер,
когда эта звезда исчезает из поля зрения,
тысячи других звезд заполняют наше ночное
небо.
Галактика - богатейшая коллекция звезд,
состоящих из газа и пыли, связанных между
собой силой тяжести. Считается, что она обла­
дает гигантскими ореолами темной материи новой формой материи, отличающейся от всего,
что мы можем найти на Земле. Такая материя
слабо взаимодействует с обычной материей.
Несмотря на это, ее гравитационный эффект
доминирует над поведением галактик сегодня
и, скорее всего, доминировал над образова­
нием галактик на ранних стадиях развития
Вселенной. Поэтому мы теперь думаем, что
около 95 процентов массы галактик, таких как
наш Млечный Путь, должны состоять из темной
материи. В некотором смысле она позволяет
светиться звездам, планетам, газам и пыли,
которых, по всей вероятности, уже не суще­
ствует в природе. Но поскольку очень мало­
вероятно, что темная материя может формиро­
ваться в такие сложные и красивые структуры,
как звезды, планеты и люди, можно почти
наверняка утверждать, что она куда менее
интересна, чем обычная, «светлая материя».
Поиск природы темной материи - одна из важ­
нейших задач физики XXI века. Мы еще вер­
немся в конце книги к увлекательной теме
темной материи.
Слово «галактика» происходит от грече­
ского слова Galaxias, означающего «молоч­
ный круг». В греческой мифологии этот эфир­
ный свет был описан как молоко, пролитое из
груди жены Зевса Геры, отчего появились тон­
кие белесые полосы в ночном небе. Эта приду­
манная греками история происхождения эфир­
ного света дала современное название нашей
галактике - Млечный Путь. Это имя вошло
в английский язык не благодаря ученым, но
из-под пера средневекового поэта Джеффри
Чосера:
Смотри, вон там, внизу, галактика,
Что человек назвал Молочный Путь,
Поскольку белая... ®

ПОСЛАННИКИ

М87

Дева А

НАВЕРХУ: М87 - Дева А и Мессье 87 - ги­

гантская эллиптическая галактика, распо­
ложенная в 54 миллионах световых лет от
Земли в скоплении Девы. На этом снимке
ее центральной струи видно, как мощный
луч горячего газа выделяется из массив­
ной черной дыры в ядре галактики.

М31

Галактика
Туманность Андромеды

М51

Галактика
Млечный Путь

Это самое детальное фото галактики Туманность Андромеды сделано в
2010 году, иначе ее называют М31. Это самая большая из
близких к нам галактика, и на
этом снимке ясно видно, как
развиваются кольца новообразованных звезд.
НАВЕРХУ:

Галактика
Водоворот

ВЫШЕ:
На этом снимке галактики М51 четко видно, почему она получила другое название: галактика Водоворот,
Здесь совершенно очевидна
спиральная форма галактики с
изогнутыми розово-красными
рукавами в областях звездообразования и голубыми звездными скоплениями.

МЗЗ

Галактика
Треугольника

NUBECULA MINOR

Малое
Магелланово
Облако

НАВЕРХУ: Раньше думали, что
Zwicky 1 8 - молодая галактика,
так как предполагалось, что ее
ярким звездам всего 500 миллионов лет. Однако недавние
фото с космического телескопа Хаббл выявили в ней более
старые звезды, что делает эту
галактику такой же старой, как
и другие, просто в ней есть но­
вообразованные звезды.

КАРЛИКОВАЯ
ГАЛАКТИКА

Zwicky 18

МЗЗ - галактика Треугольника или Вертушка - третья по величине в локальной
группе галактик после Млечного Пути и Туманности Андромеды, спутником которых она
считается,
ВЫШЕ:

ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

ОТОБРАЖЕНИЕ
МЛЕЧНОГО ПУТИ
аша галактика, Млечный Путь, содержит около
200-400 миллиардов звезд, в зависимости от того,
какое количество слабых звезд-карликов мы учи­
тываем, так как их трудно обнаружить. Большинство
звезд расположены в диске диаметром около 100 000
световых лет и около 1 000 световых лет толщиной. Эти
огромные расстояния очень трудно вообразить себе.
Расстояние в 100 000 световых лет означает, что свету,
скорость движения которого составляет 300 000 км
(186 000 миль) в секунду, потребуется 100 000 лет, чтобы
пролететь по нашей галактике из конца в конец. Иначе
говоря, расстояние между Солнцем и внешней планетой
нашей Солнечной системы, Нептуном, составляет около
четырех световых часов — это одна шестая часть свето­
вого дня. Вам пришлось бы пересечь около 220 миллио­
нов Солнечных систем, чтобы пересечь нашу Галактику.

Н

ПОСЛАННИКИ

В центре нашей Галактики, и, возможно, каж­
дой галактики во Вселенной, как считается, распло­
жены сверхмассивные черные дыры. Астрономы пола­
гают, что это так, учитывая точное измерение орбиты
звезды S2. Она вращается вокруг интенсивного источ­
ника радиоволн, который принято называть Стрелец А*
(читай: «Стрелец A-звезда»), который находится в цен­
тре Галактики. Орбитальный период S2 составляет чуть
более пятнадцати лет, что делает ее самым быстрым из
известных нам орбитальных объектов — ее скорость
достигает 2-х процентов от скорости света. Если изве­
стен точный орбитальный путь объекта, можно рас­
считать массу вращающихся вокруг него предметов,
а масса Стрельца А* огромна — она превышает массу
нашего Солнца в 4,1 миллиона раз. Так как звезда S2
приближается к объекту с максимальной скоростью
семнадцать световых часов, то Стрелец А* должна
быть меньше, чем S2, в противном случае S2 буквально
врежется в нее. Единственное, что может превышать
в 4.1 миллиона раз массу Солнца в пространстве мень­
шем, чем 17 световых часов в поперечнике, —это черная
дыра, именно поэтому астрономы настолько уверены,

Расстояние между Солнцем
и внешней планетой нашей
Солнечной системы Непту­
ном составляет около четы­
рех световых часов — это одна
шестая часть светового дня.
Вам пришлось бы пересечь около
220
миллионов
Солнечных
систем, чтобы пересечь нашу
Галактику.
СЛЕВА: Этот продукт воображе­

ния художника показывает нам
Скопление Арки — плотнейшее
из известных на Млечном Пути
скопление молодых звезд.

ВНИЗУ СЛЕВА: Как и Скопление
Арки, Скопление Квинтиплета
расположено близко к центру
галактики Млечный Путь.
НАВЕРХУ СПРАВА: Яркая белая
точка в центре этой фотогра­
фии — Звезда Пистолет, одна из
ярчайших звезд в нашей Галак­
тике.

что в центре Млечного Пути находится гигантская
черная дыра.
За S -звездами расположен галактический центр,
который представляет собой «плавильный котел» астро­
номической активности, наполненный самыми раз­
ными системами, взаимодействующими друг с дру­
гом и влияющими друг на друга. Скопление Арки уми­
рает и находится на грани превращения в сверхновую
(см. С. 130-131). Центральные скопления: Скопление
Арки или Скопление Квинтиплета — имеют максималь­
ную плотность звезд в нашей Галактике, какую только
можно себе представить. По мере нашего отдаления
от «переполненного» звездами галактического центра
уменьшается и количество звезд, пока мы не достигнем
редких облаков газа в дальних пределах Млечного Пути.
Они носят название Галактическое гало.
В 2007 году учеными с помощью Очень Большого
Телескопа (ОБТ) в обсерватории Паранал в Чили удалось
обнаружить звезду в Галактическом гало, которая счи­
тается старейшим объектом Млечного Пути. НЕ 15230901 — звезда на последней стадии своей жизни, это
красный гигант. Она намного больше нашего Солнца,
но ее поверхность гораздо холоднее. НЕ 1523-0901 инте­
ресна тем, что астрономы смогли измерить точное коли­
чество составляющих ее пяти радиоактивных элементов:
урана, тория, европия, осмия и иридия. Используя тех­
нику, очень похожую на ту, что применяется для радиоу­
глеродного анализа, астрономы смогли определить воз­
раст этой древней звезды. Этой умирающей звезде около
13,2 миллиарда лет, она почти так же стара, как и сама
Вселенная. Радиоактивные элементы в этой звезде были
образованы агонией первого поколения звезд, которые
закончили свою жизнь во взрывах сверхновых в пер­
вой половине первого миллиарда лет жизни Вселенной
(см. Главу 2). ®
ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

ФОРМА
НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ
Помимо того, что наша Галактика огромная
и очень-очень старая, она еще и прекрасно
структурирована.
Она представляет
собой
спиральную галактику с перемычкой и состоит
из брускового ядра, окруженного диском газа,
пыли и звезд, которые создают отдельные спи­
ральные рукава, скручивающиеся из центра.
До недавнего времени считалось, что наша
Галактика содержит только четыре спиральных
рукава
- Персея,
Нормы,
Щитка-Центавра
и Стрельца-Киля, с нашим Солнцем в ответ­
влении последнего рукава, называемого рукав
Шпоры Ориона, - но сейчас считается, что
существует еще один дополнительный рукав
под названием Внешний рукав, расширение
рукава Нормы.
Близко к внутреннему краю Шпоры Ориона
расположено Солнце, которое когда-то счита­
лось средней звездой, но мы теперь знаем, что
оно светит ярче, чем 95 процентов всех дру­
гих звезд в Млечном Пути. Оно представляет
собой звезду главной последовательности. ®
СПИРАЛЬНЫЕ РУКАВА ГАЛАКТИКИ МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ
НОВЫЙ ВНЕШНИЙ РУКАВ
— ПЕРСЕЙ
СТРЕЛЕЦ-КИЛЬ
ЩИТОК-ЦЕНТАВРА
— ШПОРА ОРИОНА

ПОСЛАННИКИ

ТРИ ОСНОВНЫХ ТИПА ГАЛАКТИК:
ЭЛЛИПТИЧЕСКАЯ, СПИРАЛЬНАЯ И СПИРАЛЬНАЯ С ПЕРЕМЫЧКОЙ

ЗВЕЗДА РОДИЛАСЬ
аше Солнце в середине своего жизненного цикла, но
посмотрите внимательно на Млечный Путь, и вы
увидите, как протекает весь цикл звездной жизни.
Примерно раз в год в нашей Галактике появляется новый
свет, а где-то в Космосе на Млечном Пути рождается новая
звезда.
Туманность Лагуна —одна из таких «звездных яслей»:
внутри этого гигантского межзвездного облака газа
и пыли создаются новые звезды. Открытая француз­
ским астрономом Гийомом Ле Жантилем в 1747 году, это
одна из немногих активных областей звездообразования
в нашей Галактике, видных невооруженным глазом. Это
огромное облако медленно рушится под действием соб­
ственной гравитации, но чуть более плотные его регионы
постепенно все больше и больше обрастают материей, и
со временем эти скопления становятся достаточно мас­
сивными, чтобы превратиться в звезды.
В центре этих огромных «звездных яслей» —туманно­
сти Песочные часы — светится интригующий объект под
названием Гершель 36. Эта звезда считается звездой
«ZAMS»1, потому что она только что начала производить
в своем ядре доминирующую часть своей энергии, синтези­
руя ее из водорода. Недавние измерения показывают, что
Гершель 36 может фактически быть тремя крупными моло­
дыми звездами, вращающимися вокруг друг друга, состав­
ляя собственную систему с совокупной массой, более чем
в пятьдесят раз превышающей массу нашего Солнца. Это
делает Гершель 36 поистине гигантской системой.

Н

ГалактикаТуманность
Андромеды, наш ближайший
галактический сосед, и наша
галактика — Млечный Путь, —
как полагают, очень похожи друг
на друга.
ВНИЗУ:

НИЖЕ: Расположенная за 5 000
световых лет от Земли, туман­
ность Лагуна — одна из немно­
гих областей активного звездоо­
бразования в нашей Галактике,
видных с Земли невооруженным
глазом.

1 ZAMS — zero ago main sequence — ноль назад в основной последова­
тельности (прим. пер.).

ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

В конце концов, Гершель 36, как и все звезды на Млеч­
ном Пути, умрет, и когда это случится, многие другие
звезды выйдут к нам во всем блеске своей славы.
Эта Киля — пар от клубящихся газовых и пылевых
облаков — представляет собой остатки взрыва звезды
с неустойчивой звездной системой. Эта система, вероятно,
состоит из двух гигантских звезд, сияющих с яркостью,
в четыре миллиона раз превышающей яркость нашего
Солнца. Считается, что одна из этих звезд — звезда
Вольфа-Райе. Эти звезды огромные —их масса более чем
в двадцать раз превышает массу нашего Солнца, и нахо­
дятся они в постоянной борьбе между собой, стреми­
тельно перемещая вещество из ядра к своим внешним
слоям и теряя каждую секунду огромные объемы массы
в мощном солнечном ветре. В 1843 году Эта Киля взорва­
лась и стала одной из самых ярких звезд во Вселенной.
Взрыв выбросил материю со скоростью почти в 2,5 милли­
она километров (1,5 миллиона миль) в час и был настолько
ярким, что его посчитали взрывом сверхновой. Эта Киля
пока еще существует и по-прежнему похоронена в глуби­
нах газовых облаков, но ее дни сочтены. Из-за своей
огромной массы, звезда Вольфа-Райе набирает бешеную
скорость, используя водородное топливо своего ядра.
Ожидается, что в течение нескольких сотен тысяч лет

ПОСЛАННИКИ

Глядя на Млечный
мы
можем видеть, как протекает
весь цикл звездной жизни: при­
мерно раз в год появляется
новый свет — где-то в Космосе
на Млечном Пути рождается
новая звезда.

Эта Киля — одна из
самых массивных звезд, види­
мых в ночном небе, но из-за своей
массы она еще и одна из самых
нестабильных звезд; именно она
может взорваться в самом бли­
жайшем будущем.
СЛЕВА:

ВНИЗУ: В конечном счете, все
звезды в Млечном Пути умрут,
многие из них переживут при
этом эффектный взрыв. Гершель 36 сформировалась как
раз в результате такого звезд­
ного взрыва, который произошел
в системе Эта Киля.

звезда взорвется и станет сверхновой или даже в гиперно­
вой, как называют самый большой взрыв, известный нам
во Вселенной, хотя ее судьба может решиться и гораздо
раньше. В 2004 году в галактике, расположенной более
чем в семидесяти миллионах световых лет от Млечного
Пути, был замечен взрыв, который, как считается, похож
на взрыв Эта Киля в 1843 году. Всего два года спустя эта
звезда взорвалась как сверхновая. Эта Киля намного
ближе к нам —на расстоянии всего 7 500 световых лет, так
что сверхновая звезда может светить так ярко, что ее будет
видно с Земли даже при дневном свете.
Наблюдения света этих далеких миров и жизненного
цикла Вселенной, которая находится в постоянном движе­
нии и развитии, — это захватывающее дух напоминание
нам о том, что именно свет представляет собой послан­
ника, несущего нам информацию о чудесах Вселенной
через межзвездные и межгалактические пространства.
Но свет может гораздо больше, чем просто показать нам
эти далекие миры. Он позволяет нам совершить путеше­
ствие назад во времени, обеспечивая прямую и реальную
связь с нашим прошлым. Это на первый взгляд невозмож­
ное положение вещей сложилось не только потому, что
свет несет нам определенную информацию, но и из-за
свойств самого света. ®

ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

ЧТО ТАКОЕ СВЕТ?
Если мы стремимся понять мир вокруг
нас, один из самых основных вопро­
сов, который мы должны задать себе,
вопрос о природе света. Именно благо­
даря свету мы видим нашу собственную
планету, и только с его помощью мы смо­
жем когда-нибудь исследовать Вселен­
ную за пределами нашей Галактики. Пока
что звезды находятся далеко за преде­
лами нашей досягаемости, и мы полага­
емся только на их свет, чтобы полу­
чить информацию о них. В XVII веке
многие известные ученые изучали свой­
ства света в деталях и параллельно
совершали открытия в области техники
и науки, которые, при условии их глу­
бокого понимания, служили друг другу
катализаторами. Исследования Кеплера,
Галилея, Декарта и некоторых других
поистине великих физиков - Гюйгенса,
Гука и Ньютона - направлялись жела­
нием построить такие линзы для микро­
скопов и телескопов, чтобы исследовать
Вселенную в любом масштабе и делать
великие научные открытия в области
фундаментальных наук.

ДВУХЩЕЛЕВОИ
ЭКСПЕРИМЕНТ ЮНГА

К концу XVII века возникли две конкурирую­
щие теории света, и обе они оказались пра­
вильными. По одну сторону был сэр Исаак
Ньютон, который считал, что свет состоит
из частиц - или «корпускул», как он назвал
их в своей «Гипотезе света», опубликованной
в 1675 году. С другой стороны были великие
научные противники Ньютона - Роберт Гук и
голландский физик и астроном Христиан Гюй­
генс. Они отстаивали волновую теорию света.
Частице-волновые дискуссии «грохотали» до
тех пор, пока на рубеже XVIII - XIX веков
большинство физиков не согласилось с Нью­
тоном.
Существовали
некоторые
заметные
исключения, в том числе великий математик
Леонард Эйлер, который считал, что явление
дифракции может быть объяснено только вол­
новой теорией. В 1801 году появился англий­
ский врач Томас Юнг. Именно ему выпала честь
урегулировать этот вопрос раз и навсегда:
он сообщил о результатах своего знаменитого
двухщелевого эксперимента, в котором четко
показал, что свет дифрагирован и, следова­
тельно, должен проходить в виде волны.
Дифракция - это интересное и красивое
явление, которое очень трудно объяснить,
не учитывая волновую природу света. Если

ПОСЛАННИКИ

ВНИЗУ: Результаты двухщеле­

вого эксперимента Юнга рас­
крываются на этой подробной
пространной картине. Экспе­
римент показывает, что приро­
да света представляет собой
неразрывность волны и части­
цы; такова же природа и дру­
гих квантовых частиц.

направить свет на экран через барьер с очень
тонкой разрезающей его щелью, вы не увидите
яркого света на экране напротив щели, но
вместо этого вы увидите сложные, но регуляр­
ные светлые и темные полосы.
Объясняется это тем, что, когда вы сме­
шиваете много волн, они не просто смешива­
ются. Представьте себе две волны строго оди­
наковой длины и высоты, направленные друг
на друга (технически это называется ампли­
тудой), но выравнивающиеся именно так, что
пик одной волны приходится непосредственно
на прогиб другой, то есть, говоря техниче­
ским языком, волны имеют 180 градусов по
фазе, и поэтому они компенсируют друг друга.
Если это световые волны, то вы получите
тьму! Именно ее я видел через маленькие щели
в дифракционных экспериментах. Щели дей­
ствуют, как множество мелких источников света,
все они несколько, смещены относительно друг
друга. Это означает, что за щелями будут
места, где волны компенсируют друг друга,
и места, где они будут суммироваться, что
воспринимается как светлые и темные обла­
сти, которые и наблюдал Юнг. Это было явным
свидетельством того, что свет представляет
собой волну. Вот только волну чего? ®

ДВУХЩЕЛЕВОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ТОМАСА ЮНГА

СОЛНЕЧНЫЙ СВЕТ

ДИФРАГИРОВАННЫЙ
КОГЕРЕНТНЫЙ
СФЕРИЧЕСКИЙ
ВОЛНОВОЙ ФРОНТ

\

ЭКРАН-ИНДИКАТОР

ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

трического тока. Один ампер определяется как ток, кото­
рый должен протекать по двум параллельным проводам
бесконечной длины и незначительного диаметра, про­
изводя силу притяжения в 0.0000007 ньютонов между
ними. Каждый раз, заменяя тринадцатиамперный уси­
литель в вилке, вы отдаете малую дань работе Ампера.
Сегодня математическая формула этого закона называ­
ак это часто бывает в науке, правильное объясне­ ется законом Ампера.
К 1860 году уже многое было известно об электриче­
ние природы света пришло из неожиданного источника. В середине XIX века изучением электриче­ стве и магнетизме. Магниты могут быть использованы
ства и магнетизма занимались многие великие научные для производства электрического тока, а текущий по про­
умы. В Королевском институте в Лондоне Майкл Фара­ водам электрический ток может отклонить иглу компаса
дей был занят тем, что ученые делают лучше всего, — таким же образом, как и магниты. Существовала четкая
играл с проводами и магнитами. Он обнаружил, что если связь между этими двумя явлениями, но никто не приду­
нажать на магнит катушкой с проводом, то электриче­ мал для этого единого и полного описания. Это сделал
ский ток будет идти через проволоку, пока магнит дви­ шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. В серии
жется. Это — генератор, вещь, которая имеется сейчас работ в 1861 — 1862 годов он разработал единую тео­
на всех электростанциях всего мира, вырабатывая для рию электричества и магнетизма, которая смогла объ­
нас электричество. Фарадей не был заинтересован в изо­ яснить все экспериментальные работы Фарадея, Ампера
бретении «основы основ» современного мира, он просто и других исследователей. Однако триумф Максвелла
хотел больше узнать об электричестве и магнетизме. Он пришелся на 1864 год, когда он опубликовал статью,
закодировал результаты своих экспериментов в матема­ которая, несомненно, является одним из величайших
тической формуле, которую сегодня мы называем зако­ достижений в истории науки. Альберт Эйнштейн позже
ном электромагнитной индукции Фарадея. Примерно в то описал работы Максвелла 1860-х годов как «самые
же время французский физик и математик Андре-Мари глубокие и самые плодотворные в экспериментальной
Ампер обнаружил, что два параллельных провода про­ физике со времен Ньютона». Максвелл обнаружил, что
водят электрический ток благодаря силе, возникающей благодаря объединению электрических и магнитных
между ними. Эта сила до сих пор используется для опре­ явлений в единую математическую теорию становятся
деления ампера или ампа1 — единицы измерения элек­ возможны поразительные предсказания.
Электричество и магнетизм можно объединить, введя
1В отечественной науке принято единицу измерения электрического тока два новых понятия: электрическое и магнитное поля.
Идея поля занимает центральное место в современной
называть «ампером», а по-английски ее называют «амп» (прим, пер.)

ПОСЛАННИКИ
КОСМИЧЕСКОГО
ОКЕАНА

К

ПОСЛАННИКИ

СЛЕВА: Движение волн через
океан можно описать набором
уравнений; Максвелл открыл
аналогичный вид уравнения, опи­
сывающий движение волн в маг­
нитных полях.

ВНИЗУ: Эти фотографии иллю­
стрируют полосы карты галак­
тики Млечный Путь по мере их
появления на разных участках
длины волны.

РАДИО
Связь между электриче­
ством, магнетизмом и ско­
ростью света обобщена
в уравнении:
С —
скорость света,
а количества р0и в0свя­
заны с сильными электри­
ческим
и
магнитным
полями. Тот факт, что ско­
рость света может быть
измерена в настольном
эксперименте с прово­
дами и магнитами, был
ключевой частью доказа­
тельства того, что свет
представляет собой элек­
тромагнитные волны.

Уравнения Максвелла имеют
точно такой же вид, что
и уравнения, описывающие рас­
пространение звуковых волн
по воздуху или водяных волн по
океану.
физике. Можно ввести понятие магнитного поля, удер­
живая компас около проволоки, по которой пропущен
электрический ток, и записывая, насколько отклоняется
его стрелка и в каком направлении. Максвеллу удалось
единым набором уравнений описать все известные нам
электрические и магнитные явления.
На этом этапе вы можете задаться вопросом: какое
все это имеет отношение к истории света? Максвелл
сумел «перелить» эти уравнения в более компактную
и волшебно-совершенную форму. Его новые уравнения
приняли форму волновых уравнений. Следовательно, они
имели точно такой же вид, что и уравнения, описывающие
процесс перемещения звуковых волн по воздуху или водя­
ных волн, бегущих по океану. Но по-прежнему оставался
открытым вопрос: волны чего? «Волны Максвелла» опи­
сывали волны в электрических и магнитных полях. Его
уравнения показали, что по мере того как электрическое
поле изменяется, оно создает переменное магнитное поле.

В свою очередь, по мере изменения магнитного поля, оно
создает переменное электрическое поле, которое создает
переменное магнитное поле, и так далее. Другими сло­
вами, стоит вам сдвинуть несколько электрических заря­
дов, чтобы изменить электрическое и магнитное поля, вы
можете убрать заряды, а поля будут продолжать «пле­
скаться», причем когда одно из них падает, другое растет.
Уравнения Максвелла точно предсказали, насколько
быстро эти волны должны «улетать» от создавших их
электрических зарядов. Скорость распространения волн
представляет собой отношение напряженностей элек­
трического и магнитного полей — величин, которые были
измерены Фарадеем, Ампером и другими и которые были
хорошо известны Максвеллу. Когда Максвелл получил
эти числа, он, должно быть, упал со стула. Он обнаружил,
что его уравнения предсказали, что волны в электрических
и магнитных полях движутся со скоростью света! Другими
словами, Максвелл обнаружил, что свет есть не что иное,
как переменные электрическое и магнитное поля, которые
«плещутся» взад и вперед и «перебрасывают» друг друга
сквозь пространство. Как прекрасно, что «игра» Фара­
дея, Ампера и других с катушкой провода и кусочками маг­
нитов может привести к такому глубокому выводу, если
к этому прибавить немного математики и брызжущего
шотландского гения! На современном языке мы бы ска­
зали, что свет —это электромагнитная волна.
Но для того, чтобы прозреть, Максвеллу необходимо
было точно знать скорость света. Примечательно, что тот
факт, что свет распространяется очень быстро, но не бес­
конечно быстро, был уже известен в течение почти двух­
сот лет. Как мы теперь знаем, она впервые была измерена
Оле Рёмером в 1676 году. ®
ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

ПОГОНЯ ЗА СКОРОСТЬЮ
СВЕТА

ВНИЗУ: Вопрос, насколько высока скорость света, преследует
ученых на протяжении тысяч лет.
Отчасти ответ был найден при

осмотрите на мир широко открытыми глазами:
свет, кажется, «прыгает» с предметов на сетчатку,
мгновенно образуя целостную картину мира. Свет,
кажется, движется бесконечно быстро, поэтому неуди­
вительно мнение Аристотеля и многих других философов
и ученых, которые считали, что свет передвигается «без
движения». Однако в то время как греческие философы
размышляли о природе света, следующие дискуссии раз­
ворачивались вокруг скорости его передвижения, и про­
должались они в течение тысячелетий.
В одном ряду оказались Евклид, Кеплер и Декарт,
которые присоединились к Аристотелю, полагая, что
свет распространяется бесконечно быстро. В другом —
Эмпедокл и Галилей, разделенные почти двумя тысяче­
летиями и считавшие, что свет должен двигаться если
и очень быстро, то все-таки скорость его должна быть
конечна. Рассуждения Эмпедокла были элегантны
и предшествовали мнению Аристотеля. Он считал, что
свет, распространяясь через огромное расстояние от
Солнца до Земли, во время своего путешествия от одной
точки к другой должен сохраняться в пути. Другими сло­
вами, свет должен где-то пребывать в пространстве
между Солнцем и Землей после своего выхода из Солнца
и прежде, чем он достигнет Земли. Это означает, что
он должен двигаться с конечной скоростью. Аристо­
тель отклонил этот аргумент, ссылаясь на то, что свет —

это просто «присутствующее нечто», а не то, что дви­
жется между предметами. Без экспериментальных дан­
ных невозможно было бы выбрать между этими двумя
позициями, просто размышляя об этом!
Галилей предлагал измерять скорость света при
помощи двух ламп. Он держал одну лампу и отправил
помощника на большое расстояние с другой. Когда они
были на местах, Галилей открыл затвор своей лампы,
выпуская свет. Когда его помощник увидел вспышку,
он открыл свой затвор, и Галилей попытался записать
временную задержку между открытием своего затвора
и наблюдением вспышки от лампы его ассистента. Его
вывод: свет должен двигаться чрезвычайно быстро,
потому что ему не удалось определить его скорость.
Галилею, однако, удалось определить «предельную» ско­
рость света, отметив, что она должна быть, по крайней
мере, в десять раз выше скорости звука. Ему удалось сде­
лать это, потому что, если бы она была меньше, он бы
смог измерить время задержки. Таким образом, неспо­
собность Галилея измерить скорость света не рассма­
тривалась как «отсутствие результата», но она на деле
показала, что свет распространяется быстрее, чем такой
эксперимент может определить.
Первое экспериментальное определение того, что
скорость света не бесконечна, было сделано в XVII веке
датским астрономом Оле Рёмером. В 1676 году Рёмер

П

ПОСЛАННИКИ

наблюдении того, как свет распространяется между двумя точками: от Солнца к Земле.

ВНИЗУ:
Эти
захватывающие
следы звезд в небе — результат
суточного движения. Это движе­
ние создается вращением Земли
вокруг своей оси, которое, в свою

очередь, вызывает отклонение
на пятнадцать градусов каждый
час, совершая полный оборот один
раз за двадцать четыре часа.

пытался решить одну из великих научных и инженер­
ных задач: речь идет о времени в море. Определение
точного времени было необходимым условием обеспе­
чения безопасности плавания через океаны, но механи­
ческие часы на основе маятников или пружин не годи­
лись для этой цели, так как сбивались с ритма из-за
океанских волн и вскоре рассинхронизировались. Для
того чтобы точно определить свое положение на Земле,
необходимо знать широту и долготу. Широту опре­
делить легко: в Северном полушарии угол склонения
Полярной звезды (Polaris) по отношению к горизонту
и будет вашей широтой. В Южном полушарии дело
обстоит сложнее, потому что там нет звезды, располо­
женной непосредственно над Южным полюсом, но это
возможно при наличии небольших знаний астрономии
и тригонометрии, которые необходимы для определе­
ния своей широты с достаточной точностью, что обеспе­
чивает безопасность судоходства.
Долготу определить намного сложнее, потому что
нельзя просто определить ее, глядя на звезды. Нужно
знать, в каком часовой поясе вы находитесь. Через Грин­
вич в Лондоне проходит нулевой меридиан; если вы путе­
шествуете на запад от Гринвича через Атлантический
океан, ваш часовой пояс сдвигается, и в Нью-Йорке он
окажется на день раньше, чем в Лондоне. С другой сто­
роны, если вы путешествуете востоку от Гринвича, ваш

часовой пояс сдвигается в обратную сторону: в Москве
или Токио он окажется на день позже, чем в Лондоне.
Ваш точный часовой пояс на земной поверхности
определяется точкой, в которой Солнце пересекает вооб­
ражаемую дугу на небе между севером и югом —точками
на вашем горизонте, — проходящую через полюс (точка,
отмеченная по Полярной звезде в Северном полуша­
рии). Астрономы называют эту дугу меридианом. Точка,
в которой Солнце пересекает меридиан, является также
точкой, в которой оно достигает своей высшей позиции
в небе в любой день своего путешествия от рассвета на
востоке до заката на западе. Мы называем это время зени­
том или полднем. Земля делает один оборот вокруг своей
оси примерно каждые двадцать четыре часа — пятнад­
цать градусов в час. Это означает, что две точки на зем­
ной поверхности, разделенные пятнадцатью градусами
долготы, будут измерять полдень со смещением ровно на
один час. Таким образом, чтобы определить вашу дол­
готу, поставьте часы так, чтобы они показывали 12:00,
когда Солнце достигает высшей точки в небе в Грин­
виче. Если они показывают 14:00, когда Солнце дости­
гает своей высшей точки в небе там, где вы находитесь, —
вы в тридцати градусах к западу от Гринвича. Сделать это
легко, только вам понадобятся очень точные часы, кото­
рые не будут отставать долго, в течение недель или меся­
цев подряд. ®

ЧУДЕСА ВСЕЛЕННОЙ

Цвета Юпитера на
этом снимке, сделанном ближ­
ней инфракрасной камерой
космического
телескопа
Хаббл, кажутся искусственны­
ми. Три черных пятна - это

тени
спутников
Ганимеда
(вверху слева), Ио (слева) и
Каллисто. Белое пятно чуть
выше центра - это Ио, а синее
пятно (вверху справа) - Ганимед. Каллисто выходит за пре­
делы фотографии вправо.

ПОИСК КОСМИЧЕСКИХ
ЧАСОВ

СПРАВА:

В начале XVII века король Испании Филипп
III предложил вознаграждение тому, кто смо­
жет разработать метод точного расчета дол­
готы, находясь вдалеке от суши. Техноло­
гическая задача создания достаточно точных
часов была слишком трудна, поэтому ученые
начали искать высокоточные природные часы,
и казалось, что вполне разумно будет обра­
титься к небесам. Галилей, открывший спут­
ники Юпитера, был убежден, что он мог бы
использовать их орбиты как часы, так как
они регулярно входят в тень планеты-гиганта
и выходят из нее. Используя систему Юпитера
в качестве космических часов, Галилей раз­
работал точную систему слежения за време­
нем. Однако наблюдение с подвижного корабля
затмений этих крошечных точек света, рас­
положенных примерно за три четверти мил­
лиарда километров (полмиллиарда миль) от

Земли, было нецелесообразным, поэтому, хотя
логика была очевидной, он не смог выиграть
приз короля. Несмотря на это стало ясно, что
этот метод может быть использован для точ­
ного измерения долготы на суше, при ста­
бильных условиях и при наличии телескопов
высокого качества. Таким образом, наблюдения
и каталогизация затмений спутников Юпитера,
в частности, Ио, стали ценной астрономиче­
ской информацией.
В
середине
XVII
века
Джованни
Кас­
сини исследовал спутники Юпитера. Он пер­
вым использовал затмения Ио для измере­
ния долготы и опубликовал подробные таблицы
с датами затмений. В обсерватории Ураниборга, недалеко от Копенгагена, Жан Пикар
и Оле Рёмер в течение нескольких меся­
цев 1671 года наблюдали более ста затмений
Ио и отметили время затмений и интервалы

MOJED1CEORVM

PLA N ETA RV M

a d inuiccm, ct a d I O V E M С 6nfUlutioncs ^Juturte m JK m sib u s Jffartio
ctyfp rtlc.A n :M D СХ Ш a G A L IL E O G . L . earundem
StellarS, nec nan 'Periatitcarum ip serum motuum
C l/~
..
H-eperiore prtmxs, Cekults collect* a d
— a ir tp
^ ’efJdtlanutn, yiormtue. ...

Q)ic t //or ?

tf o r .r -

*

Q .

.

q

.

.

Ъ ’г схЖ з
Ы с з Х з

_

— *

•

4

tte*

w*