Теории всего на свете

Итак, небо имеет голубую окраску, поскольку падающие лучи света взаимодействуют с молекулами воздуха, находящимися в газообразном состоянии, таким образом, что больше света в голубой части спектра рассеивается, достигая поверхности планеты и наших с вами глаз. Собственно, все частоты падающего света могут рассеиваться таким образом, но голубой цвет (обладающий сравнительно высокой частотой и сравнительно малой длиной волны) рассеивается сильнее, чем оттенки более низких частот, в ходе процесса, известного как рэлеевское рассеяние и описанного в 1870‑е годы. Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей), в 1904 году получивший Нобелевскую премию по физике за открытие аргона, показал: когда длина волны света – того же порядка, что и размер молекул газа, интенсивность рассеивающегося света изменяется обратно пропорционально четвертой степени его длины волны. Лучи с меньшей длиной волны (скажем, голубые, синие и фиолетовые) рассеиваются сильнее, чем лучи с большей длиной волны. Все молекулы воздуха словно бы предпочитают светиться голубым, что мы и наблюдаем повсюду.

Но тогда небо должно бы казаться фиолетовым, ведь фиолетовый свет рассеивается еще сильнее, чем голубой. Однако небо не кажется фиолетовым: тут вступает в дело последняя – биологическая – часть загадки. Как выясняется, наши глаза устроены так, что они более чувствительны к голубому свету, нежели к фиолетовому.

Объяснение того, почему небо голубое, потребовало участия целого ряда естественных наук, рассмотрения множества факторов: здесь и цвета оптического спектра, и волновая природа света, и угол, под которым солнечные лучи попадают в атмосферу, и математика рассеяния света, и размер молекул кислорода и азота, и даже особенности восприятия света человеческим глазом. Вот сколько серьезной науки понадобилось для ответа на один-единственный вопрос, который может задать любой ребенок.

Красота восхода

Филип Кэмпбелл

Главный редактор Nature

Когда я впервые увлекся физикой, меня завораживала глубина ее объяснений вещей фундаментальных. К примеру, связь материи, энергии и пространства-времени в общей теории относительности казалась мне чрезвычайно изящным и глубоким объяснением (впрочем, так оно и есть).

А сегодня меня больше восхищают объяснения, лежащие в основе явлений, которые мы постоянно, каждый день видим вокруг себя и которые так легко принять как нечто само собой разумеющееся.

Как щедро солнце, что всегда
является в урочный час
(не опоздает никогда
раскрыть нам снова тайну дня).

Эти строки Э. Э. Каммингс написал в начале своего лирического прославления нашей звезды. Как нетрудно понять, в них превозносится ежедневное событие – восход. Мы воспринимаем его как нечто (не)значительное и (не)таинственное, но это восприятие может стать для кого-то еще глубже, если мы узнаем о (по меньшей мере) трех объяснениях, которые лежат в основе данного явления. Каждое из них обладает как минимум одним из качеств, обозначенных в вопросе Edge: глубиной, изяществом или красотой.

Если вы (как и я) живете в умеренных северных широтах, вы наверняка знаете, что на ближайшем к вам горизонте, примерно между юго-востоком и северо-востоком, ежедневно поднимается солнце, причем точка пересечения им линии горизонта меняется в течение года: восход происходит все позже по мере того, как его точка смещается к северу и дни укорачиваются, а после зимнего солнцестояния процесс поворачивает вспять. За этим довольно сложным поведением таится простая истина: солнце точно соблюдает расписание, и мы можем на него положиться, рассчитывая, что каждое утро где-то в восточной стороне оно будет подниматься над горизонтом.

Подобно великим творениям искусства, великое научное объяснение не теряет своей способности внушать восторженный трепет всякий раз, когда мы к нему обращаемся. В частности, так обстоит дело и с объяснением, согласно которому суточные и годовые циклы восходов вызваны вращением чуть наклонной Земли вокруг Солнца, чье положение относительно некоторой оси можно считать фиксированным – благодаря закону сохранения, по-прежнему остающемуся для нас загадкой.

В отличие от двух других выбранных мною объяснений вышеприведенное десятилетиями наталкивалось на скептицизм со стороны ученых. Гелиоцентрическое представление о Солнечной системе, предложенное Коперником в середине XVI столетия, широко приняли только ближе к середине XVII века. Мне кажется, эта победа над твердолобым научным скептицизмом и религиозной враждебностью лишь добавляет ему привлекательности.