Остров знаний

В период между зарождением микроскопической теории газов и атомистическим объяснением химических реакций, разработанным Дальтоном, представление о том, что материя имеет корпускулярную структуру, постепенно набирало вес. Взлет и падение флогистона и теплорода в качестве объяснений процесса горения и тепла ярко иллюстрируют процессы, происходящие в науке. По мере того как ученые пытаются объяснить природные явления, они создают все новые и новые гипотезы и готовы яростно их защищать. Так и должно быть, учитывая, что чем более убедительной является идея, тем больше чувств она вызывает у своих создателей и последователей. Однако научные гипотезы должны постоянно подвергаться эмпирической проверке, поэтому они остаются в силе ровно до тех пор, пока не будут опровергнуты или ограничены. Объяснение может казаться достаточным для описания данных («сохранения фактов», как говорил Платон), даже если по сути оно неверно. Эпициклы были совершенно искусственным понятием, но описывали движение небесных светил с достаточной точностью. Флогистон и теплород были далеки от реальной физики, но хорошо объясняли горение и существование тепла. Способность науки добиваться все более и более точных описаний физической реальности основывается на нашем умении проверять верность предположений со все возрастающей точностью. Если движение к большей точности блокируется или прерывается, научный прогресс останавливается. Исследования расширяют границы Острова знаний (а иногда и, наоборот, отодвигают их назад). То, что в океане неведомого вокруг него нет ни одного маяка, чтобы указать нам путь, делает научный поиск одновременно и сложнее, и интереснее. И нет лучшего примера этого поиска, чем изучение света и его туманной природы.

Глава 20. Таинственный свет в которой мы узнаем, как загадочные свойства света стали причиной целых двух научных революций в начале ХХ века

Мы создания света, этого таинственного и странного явления, которое и сегодня остается загадкой для многих из нас.

Свет, который мы получаем от Солнца, представляет собой совокупность множества электромагнитных волн, каждая из которых имеет свою длину. Небольшая видимая часть этого множества, спектр от красного до фиолетового цвета, состоит из волн длиной от 400 до 650 миллиардных долей метра (нанометров). Длина волны – это расстояние между двумя ее последовательно идущими гребнями. Соответственно, когда мы говорим о коротких волнах, мы имеем в виду, что их гребни расположены плотно. В длинных же волнах дистанция между двумя гребнями больше.

По сути, все мы продукты эволюции, происходившей на нашей планете в течение четырех миллиардов лет под ярким солнечным светом. Солнце, поверхность которого имеет температуру около 5500 градусов Цельсия, в соответствии с неформальной классификацией звезд считается желтым карликом и испускает большую часть света в желто-зеленом спектре. На самом деле поверхность Солнца белая, а желтоватый цвет, который мы видим с Земли, объясняется рассеиванием синих частот при прохождении солнечного света через атмосферу. В дневные часы Солнце кажется нам очень ярким, потому что свет отражается от молекул азота и кислорода в воздухе. Этим же объясняется и голубой цвет неба: воздух гораздо эффективнее рассеивает короткие волны, чем длинные, а синий имеет меньшую длину волны, чем красный или желтый. Если посмотреть на небо в сторону от Солнца, мы увидим ту часть солнечного света, которая рассеивается лучше всего, то есть синий и немного белого цвета.[109] Учитывая, что размеры молекул воздуха в тысячи раз меньше стандартной длины волны, можно понять, почему синий цвет рассеивается лучше всего. Желтый и красный цвета с большой длиной волны прокатываются по воздуху, как волны по каменистому берегу, не замечая мелких преград на своем пути. На закате солнечный свет падает на Землю по касательной, и ему требуется больше времени на прохождение через атмосферу. Поэтому большая часть синего цвета рассеивается еще до того, как свет достигнет низкой высоты. В результате мы видим больше красного и оранжевого, чем синего и зеленого. В пасмурные дни капли воды и кристаллики льда, из которых состоят облака, рассеивают все волны, из которых состоит солнечный свет, равномерно, и в результате он приобретает белесый цвет.

Вопреки нашим наивным предположениям, свет, который воспринимают наши глаза, составляет менее половины всего излучения, которое Земля получает от Солнца. Без научных приборов, регистрирующих то, что невидимо для глаз, наши знания о физической реальности были бы крайне ограниченны. Но, даже располагая необходимыми инструментами, мы должны помнить, что их возможности имеют границы, и обзор с нашего Острова знаний обладает своим горизонтом. Чем больше мы видим, тем к большему стремимся.