Красота физики. Постигая устройство природы

Как мы знаем, естественные процессы изменяют и в конце концов разрушают весь порядок и размеры как Земли, так и всей Солнечной системы. Но если случались и вновь могут случиться катастрофы, если старые системы могут разрушаться и на их развалинах могут возникать новые системы, то молекулы, из которых эти системы построены, неразрушимы и неизменны – это краеугольные камни материальной Вселенной.

Сейчас молекулы также неизменны по своему числу, по своим размерам и по весу, как и в то время, когда они были сотворены. Из этой неизменяемости их свойств мы можем заключить, что стремление к точности измерений, к правдивости в суждениях и к справедливости в поступках, почитаемых нами как благороднейшие черты человека, присущи нам потому, что они представляют сущность образа того, кто сотворил не только небо и Землю, но и материю, из которой они составлены[63].

Ньютон не был убежден в стабильности Солнечной системы (и считал, что она нуждается в том, чтобы Творец ее время от времени ремонтировал). Здесь по похожим, но даже более веским причинам Максвелл сомневается в стабильности материальных структур, доказанной их точным сходством и возможностью добиваться точности в химии.

Атомы против солнечных систем

Если не по божественному повелению, то как же иначе тогда современные химические атомы со своими повторяемыми, стабильными свойствами возникают из уравнений, которые первоначально являются уравнениями, описывающими изменения?

Чтобы оценить значение этого вопроса, давайте сравним его с похожим на вид вопросом, который имеет совершенно иной ответ. Это вопрос, который, как мы увидели, вдохновлял Кеплера: что определяет размер и форму нашей Солнечной системы?

На вопрос Кеплера современный ответ будет, в сущности, такой: «Случайность. Никакие фундаментальные принципы не определяют размер и форму Солнечной системы». Существует множество возможных способов, как вещество могло соединиться в звезду, окруженную планетами и их спутниками, точно так же, как существует множество возможных раздач в покере: какую вы получите, зависит от чистой случайности. В самом деле, сейчас астрономы открывают и изучают системы планет, обращающихся вокруг других звезд, и видят, что они организованы совершенно по-разному. Все эти системы подчиняются законам физики и развиваются согласно им. Но это динамические законы. Они не фиксируют начальной точки. Ньютоновская динамическая точка зрения на мир победила стремление Кеплера к геометрическому идеалу.

Говорит ли это о том, что возможно все, что угодно? Совсем нет. Мы можем отнести многие черты размера и формы Солнечной системы к фундаментальным. Некоторые можно проследить вплоть до их появления в ходе гравитационного коллапса из огромного газопылевого облака. (Мы видим, как этот процесс происходит в других частях Галактики, в частности – в туманности Ориона.) И то, что большая часть массы уходит на образование центральной звезды, такой как наше Солнце, – это логическое следствие. Всемирное притяжение способствует аккумуляции материи, а очень большие скопления масс создают в центре давление, достаточное для вспышки ядерной реакции: так и возникает звезда. Факты, которые производили такое впечатление на Ньютона, – то, что орбиты всех планет расположены примерно в одной плоскости (плоскости эклиптики) и планеты движутся в одном направлении, – отражает их роль как носителей момента импульса, полученного ими, когда сконцентрировалось первичное газовое облако. Другие характеристики отражают долгую историю, как старая обувь несет следы внешних воздействий на выступающих частях. Одна из таких черт – это то, что Луна всегда повернута к Земле одной стороной: вращение Луны вызвало бы в ней мощные приливы, которые бы действовали наподобие трения. Предположительно, в далеком прошлом такое вращение имело место, но со временем затухло. (По сходным причинам растет длина земных суток. Геологические данные, которые отражают суточные колебания в приливно-отливных отложениях, показывают, что в кембрийскую эру[64], 650 миллионов лет назад, сутки составляли примерно 21 час.)