Уравнение Бога. В поисках теории всего

Когда к Эйнштейну домой приходили гости, он, бывало, спрашивал: «Существует ли луна только потому, что на нее смотрит мышь?» Но какой бы нелепой ни казалась квантовая теория, как бы сильно она ни противоречила здравому смыслу, у нее имелось одно серьезное достоинство: она была экспериментально верна. Предсказания квантовой теории проверены до одиннадцати цифр после запятой, что делает ее самой точной теорией всех времен.

Эйнштейн, однако, готов был признать, что квантовая теория частично истинна. В 1929 г. он даже выдвинул Шрёдингера и Гейзенберга на Нобелевскую премию по физике.

Даже сегодня среди физиков не существует единого мнения по проблеме кота. (Старая копенгагенская интерпретация Нильса Бора, в которой истинный кот появляется только потому, что наблюдение вызывает схлопывание его волновой функции, вышла из моды, поскольку сегодня при помощи нанотехнологий мы можем манипулировать отдельными атомами и проводить подобные эксперименты. Более популярной стала многомировая интерпретация, где вселенная расщепляется надвое, причем в одной половине кот мертв, а в другой – жив.)[27]

Успех квантовой теории позволил физикам в 1930-е гг. обратить взгляды на другую задачу и нацелиться на новый приз. Они вознамерились ответить на извечный вопрос: почему светит Солнце?

Энергия Солнца

С незапамятных времен многие религии мира обожествляли солнце, помещая его в самый центр своей мифологии. Солнце было одним из самых могущественных богов, правивших небесами. Для греков это был Гелиос, каждый день величественно проезжавший на своей сверкающей колеснице по небу, освещая наш мир и даруя жизнь. У ацтеков, египтян и древних индусов были свои версии солнечного бога.

Но в эпоху Возрождения некоторые ученые попытались исследовать солнце через призму физики. Если бы наше светило было сделано из дерева или масла, все его топливо давно выгорело бы. А если в громадных пространствах открытого космоса нет воздуха, то и пламя солнца давно бы потухло. Так что вечная энергия солнца оставалась загадкой.

В 1835 г. ученым всего мира был брошен вызов. Французский философ Огюст Конт, основатель философии позитивизма, объявил, что наука, конечно, мощный инструмент и раскрывает многие тайны Вселенной, но одно навсегда останется неподвластным ей. Даже величайшим ученым никогда не удастся ответить на вопрос, из чего сделаны планеты и Солнце.

Это был разумный вызов, ведь краеугольным камнем науки является проверяемость. Все научные открытия должны быть воспроизводимыми и проверяться в лаборатории, но набрать солнечный материал в бутылку и доставить его на Землю было со всей очевидностью невозможно. Следовательно, и ответ на этот вопрос должен был навсегда остаться для нас загадкой.

По иронии судьбы, всего через несколько лет после того, как Конт сделал свое заявление в книге «Позитивная философия», физики сумели достойно ответить на его вызов. Они выяснили, что Солнце состоит в основном из водорода[28].

Конт в своих рассуждениях допустил небольшую, но критически важную ошибку. Да, наука всегда должна быть проверяемой, но, как мы уже установили, большая часть научных исследований проводится косвенным образом, опосредованно.

В начале XIX века Йозеф фон Фраунгофер разработал самые точные спектрографы своего времени. (В спектрографе свет проходит через призму или другой диспергирующий элемент и дает на экране радугу, показывающую, сколько в световом пучке лучей с разной длиной волны. При пропускании через спектрограф солнечного света на фоне привычной радуги наблюдаются узкие темные полоски. Эти линии возникают потому, что электроны совершают квантовые скачки с орбиты на орбиту, высвобождая или поглощая при этом определенные количества энергии. Поскольку каждый химический элемент дает собственные, характерные только для него линии, каждая спектральная линия подобна отпечатку пальца и позволяет наблюдателю определить, из чего состоит исследуемое вещество. Помимо всего прочего, спектрографы помогли разгадать множество преступлений, поскольку они позволяют установить, откуда пришел преступник, по оставленной его ботинками грязи, природу токсинов в составе яда и принадлежность микроскопических волокон и волос. Спектрографы дают возможность воссоздать картину преступления, определив химический состав всех присутствующих веществ.)

Именно анализ спектральных линий солнечного света позволил ученым определить, что Солнце состоит преимущественно из водорода. (Больше того, физики обнаружили на Солнце и новое неизвестное вещество. Они назвали его гелием, что означает «солнечный». Таким образом, гелий впервые был обнаружен на Солнце, а не на Земле.)

Вскоре после исследований Фраунгофера астрономы сделали еще одно важное открытие. Проанализировав свет звезд, они обнаружили, что эти светила тоже состоят из веществ, которые обычны на Земле. Это было очень важное открытие, ведь оно указывало, что законы физики одинаковы не только у нас, в Солнечной системе, но и во всей Вселенной.