Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться

Уникальность «штрихкода» химического элемента заключается не только в расстояниях между линиями, но и в их местоположении на радужном фоне. Точно и детально «штрихкоды» водорода и всех прочих элементов объяснила квантовая теория, но здесь мы подходим к тому рубежу, где я вынужден извиниться и откланяться. Иногда мне кажется, что я способен оценить поэзию квантовой теории, но мне еще далеко до понимания, достаточно глубокого для того, чтобы объяснять ее другим. На самом деле не исключено, что никто по-настоящему не понимает этой теории — возможно, потому что наш мозг был отлажен естественным отбором для выживания в мире больших и медленных предметов, где квантовые эффекты сглажены. Эту мысль хорошо изложил Ричард Фейнман, которому также приписывают следующее высказывание: «Если вы думаете, что понимаете квантовую теорию, — значит, вы не понимаете квантовой теории!» Мне кажется, что я сильно приблизился к ее пониманию благодаря опубликованным фейнмановским лекциям, а также изумительной и сбивающей с толку книге Дэвида Дойча «Структура реальности» (1997 г.). (Особенно она сбивает с толку тем, что в ней трудно различить, где заканчивается общепризнанная физика и начинаются дерзкие умопостроения самого автора.) Но каковы бы ни были сомнения физиков относительно того, как толковать квантовую теорию, ее феноменальная способность точнейшим образом предсказывать результаты экспериментов несомненна. И к счастью, для целей настоящей главы нам достаточно знать то, что известно еще со времен Фраунгофера: каждому химическому элементу достоверно свойственен уникальный «штрихкод» из узких линий, определенным образом расположенных на фоне спектра.

Фраунгоферовы линии можно увидеть двумя способами. До сих пор я вел речь только о темных линиях на радужном фоне. Они возникают потому, что химический элемент, находящийся на пути у луча, поглощает световые волны определенных длин, избирательно отнимая их у видимого нами спектра. Но можно получить и аналогичный рисунок из ярких цветных линий на темном фоне, если заставить тот же самый элемент светиться — как это бывает в тех случаях, когда он входит в состав какой-нибудь звезды.

Усовершенствование ньютоновского расплетания радуги, предложенное Фраунгофером, уже было известно, когда французский философ Огюст Конт написал о звездах следующие опрометчивые строки:

Никогда, никаким методом мы не сможем изучить их химический состав и минералогическую структуру… Наше позитивное знание о звездах неминуемо ограничивается геометрией и механикой.

«Курс позитивной философии» (1835 г.)

Сегодня, благодаря тщательному анализу фраунгоферовых штрихкодов в звездном свете, мы знаем в больших подробностях, из чего сделаны звезды, хотя перспективы посетить их вряд ли стали лучше, чем были во времена Конта. Несколько лет назад у моего друга Чарльза Симони состоялась дискуссия с бывшим председателем Федеральной резервной системы США. Этому господину было известно о том, как удивились ученые, когда НАСА удалось выяснить, из чего на самом деле состоит Луна. Раз Луна намного ближе звезд, рассудил он, значит, наши гипотезы относительно их состава должны быть еще менее обоснованными. Звучит убедительно, однако, как сумел объяснить ему доктор Симони, в действительности все обстоит с точностью до наоборот. Не имеет значения, как далеко от нас находятся звезды: они испускают свой собственный свет, вот что важно. А лунный свет — это отраженный свет Солнца (говорят, что Дэвид Герберт Лоуренс отказывался верить этому факту, оскорблявшему его поэтические чувства), так что его спектр никак не помогает нам выяснить химическую природу Луны.

Современные приборы несравнимо совершеннее призмы Ньютона, и однако же сегодняшняя спектроскопия — прямая наследница его расплетания радуги. Спектр испускаемого звездой света, в особенности фраунгоферовы линии, сообщает нам в мельчайших подробностях, какие химические вещества входят в ее состав. Также он сообщает нам о ее размерах, температуре и давлении. Все эти параметры лежат в основе исчерпывающей классификации звезд, отводящей нашему Солнцу свое особое место в гигантском звездном каталоге: желтый карлик класса G2V. Процитирую научно-популярный астрономический журнал «Небо и телескоп» (1996 г.):

Тому, кто способен понимать спектральный код, достаточно одного беглого взгляда, чтобы увидеть, что за объект представляет собой та или иная звезда: ее цвет, размер, яркость, ее прошлое и будущее, ее особенности, а также сходства и различия с Солнцем и со звездами всех прочих категорий.