Самое забавное в истории с астрологией, что когда-то она представляла собой передовой рубеж науки.

На заре человеческой культуры, когда мир казался непостижим и боги постоянно бились друг с другом на небе, следовало изобрести какую-нибудь систему, которая позволила бы понять, чего хотят эти проказливые боги. В отчаянии жрецы пытались находить ответы, наблюдая за полетами птиц, разглядывая печень принесенных в жертву животных, бросая монету и так далее.

Все эти попытки приносили случайные результаты, но первобытный человек был еще не способен понять эту случайность (как и многие из наших современников). Все события для него обусловливались либо волей богов, либо собственной волей, и если на какое-либо событие человек не мог повлиять, то считал, что этим событием управляет бог. И потому даже в наши дни люди изучают чайные листья, шишки на голове и линии на ладони.

Некоторые священнослужители сделали значительный прорыв в этой сфере (по всей вероятности, это произошло в Шумере, стране, которая позднее станет Вавилонией, затем Халдеей, Месопотамией и в конце концов Ираком). Если читатель позволит мне представить свои догадки относительно причин, по которым ученые Шумера взялись за свой труд, я хотел бы сказать следующее.

Боги, как могли предположить шумеры, вряд ли захотели бы тратить время и силы на то, чтобы выражать свое мнение по каждому случаю. Это совсем не по-божески — тревожиться о том, чтобы заниматься созданием печени какого-то конкретного животного, посылать какую-либо особенную птицу лететь в каком-либо направлении или же организовывать бури и ураганы в определенной части неба и отвечать на каждый заданный вопрос.

По-настоящему великий бог пренебрег бы столь малозначительными вещами. Вместо этого он занялся бы созданием каких-либо естественных феноменов, которые существовали бы вечно и были бы очень сложными. Если бы такой великий бог шевельнул пальцем, то не иначе как за тем, чтобы определить историю всего мира и начертать указания, которые стали бы наставлением для всего человечества. Это позволило бы каждому отдельно взятому человеку не зависеть от личного отношения к богам, а, действуя в согласии с установленными богами законами, угадывать их волю в сложных, но организованных определенным образом природных феноменах. (Если первые астрологи руководствовались именно этими соображениями — а весьма вероятно, что так и было, — они руководствовались научным подходом, и я восхищаюсь ими за это. Ни одного ученого не следует винить за ошибки, которые стали ясны лишь в свете знаний более позднего времени. За свое стремление к знаниям — хотя и на уровне своей эпохи — он может быть причислен к братству ученых. — Примеч. авт.)

Единственный естественный феномен, который абсолютно постоянен и неизменен и который явно был приведен в действие раз и навсегда, — движение небесных тел.

Солнце восходит и заходит день за днем и один раз в сутки достигает своего пика. В медленном годовом ритме точка восхода Солнца смещается на север, а затем на юг. Так же и Луна восходит и заходит день за днем и тоже медленно меняет фазы. Математические законы, описывающие эти изменения, довольно сложны — но не настолько, чтобы их нельзя было бы определить.

Кроме того, эти перемещения явно оказывают воздействие на Землю. Солнце своим движением вызывает смену дня и ночи, а медленным движением на север и затем на юг — смену времен года. Восход и заход Луны (а также легко заметная смена фаз) изменяют ночное освещение Земли. Луна также вызывает приливы и отливы, что имеет важное значение, но данный факт по разным причинам не был твердо установлен до конца XVII века.

Очевидно, что если изменения положения Солнца и Луны могут оказать воздействие на Землю, то «астрологические законы» должны существовать. Если вы способны предсказать изменения на небесах, то вы должны получить способность предвидеть изменения на Земле.

Конечно, очень просто предсказать, что завтра взойдет Солнце и наступит рассвет, и что, когда Луна станет убывать, ночи будут темнее, и даже то, что в полдень Солнце будет чуть севернее, чем вчера в это же время, и такое движение рано или поздно приведет к похолоданию. Все это достаточно ясно обычному человеку, но более простые вещи он предсказать не в силах. Будет ли достаточно дождей? Принесет ли осень богатый урожай? Продолжится ли война, или наступит перемирие? Скоро ли будет у королевы ребенок мужского пола?

И для большей точности предсказаний небо стали изучать более подробно.

Мы никогда не узнаем, когда первым наблюдателем неба — или группой наблюдателей — началось систематическое исследование положения Луны и Солнца относительно звезд. Тысячи звезд оставались неподвижными каждую ночь, каждый год, каждое поколение (и потому их назвали «неподвижными звездами»), но Солнце и Луна меняли свое положение, и потому греки назвали их «планетами», «скитальцами», поскольку они скитались среди звезд.

Как Луна, так и Солнце прокладывают по звездному небу определенный путь. Однако они перемещаются с разными скоростями. В то время как Солнце делает за год один полный оборот по небу, Луна успевает совершить таких оборотов двенадцать (на самом деле двенадцать с дробью, но к чему усложнять вопрос подробностями?).

Проследить путь Луны и Солнца возможно при помощи легко определяемых вех — эту идею впервые выдвинули шумеры, но до совершенства довели греки.

Предположите, что у вас есть на небесах целая полоса из звезд — особая полоса, по которой движутся Солнце и Луна. Разделите эту полосу на двенадцать одинаковых частей, или созвездий. Одно из этих созвездий примем за начало пути Солнца. Ко времени, когда Луна совершит свой оборот и вернется в это созвездие, Солнце переместится на одну двенадцатую часть своего пути и окажется в следующем созвездии. После следующего оборота Луны Солнце сдвинется еще на одно созвездие. И так далее.

Для того чтобы легче было запомнить расположение звезд в каждом созвездии, составьте из этих звезд какой-нибудь образ, напоминающий знакомое животное. Таким образом вы получите двенадцать созвездий, составляющих зодиак («круг животных»).

Когда вы начнете изучать зодиакальные созвездия, то непременно обнаружите пять ярких звезд, которые не стоят на месте, а перемещаются — точно так же, как Солнце и Луна. Эти пять планет мы называем Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

Эти новые планеты очень сильно усложнили картину небесного устройства и, следовательно, систему астрологов. Сатурн, к примеру, делает один оборот на небе за время, когда Луна совершает 360. К тому же, если Солнце и Луна всегда движутся по небу с востока на запад на фоне звездного неба, другие планеты иногда меняют свое направление и некоторое время перемещаются с востока на запад, совершая так намываемое ретроградное движение. Сатурн делает это не менее 29 раз за время одного полного оборота.

Хочу заметить, что ранние астрологи не были шарлатанами. Если бы они хотели дурачить людей, то стали бы делать это наблюдая за полетами птиц или изучая печень животных.

Чтобы создать фундамент астрологии, требовалось наблюдать небо ночь за ночью и делать крайне трудные тогда точные измерения — короче говоря, немало поломать голову. Первые астрологи открыли много очень важных и достоверных фактов. Их наблюдения заложили фундамент под астрономию и оставили нам верное описание движения небесных тел Солнечной системы (относительно принимаемой за неподвижную Земли).

Ошибка астрологов заключалась не в описании движения небесных тел, а в выработке астрологических законов. Но даже в этом астрологи стремились основываться на рациональном подходе.

К примеру, перед ними стоял вопрос: как найти ключ к звездным законам? Иногда на небесах происходит какое-нибудь крайне редкое событие. И вскоре после этого на Земле случается событие столь же редкое. Нельзя ли усмотреть в этом какую-либо связь и использовать для прогноза на будущее?

К примеру, предположим, что произошло затмение — либо лунное, когда Луна медленно исчезла с неба, либо солнечное, когда это же случилось с Солнцем. Могло ли в это время произойти какое-либо редкое событие на Земле?

Ответ предвидеть легко, поскольку солнечные затмения вселяют невероятный ужас в сердца всех его наблюдающих, и легко понять почему. Над страхом первобытных людей принято смеяться — но не делайте этого. Вспомните, что ваша жизнь зависит от Солнца, и представьте, что вы не знаете, почему Солнце медленно исчезает, уступая место тьме. В такие минуты может возникнуть мысль, что Солнце умирает и все живое после этого тоже умрет.

Вспомните, что в наше просвещенное время достаточно было предсказания какого-то сумасшедшего, что Калифорния провалится в Тихий океан в три часа пополудни в следующую среду, чтобы из этого штата уехали многие тысячи людей.

Если затмение — столь редкий и ужасающий феномен, то легко предположить, что и последствия будут столь же редкими и ужасающими. Другими словами, затмение приносит за собой несчастья (английское слово «disaster», «несчастье», произошло от греческого слова, обозначающего «злые звезды». — Примеч. авт.).

Так что теория астрологов основывалась на реальной базе. Разве затмения не приносят за собой несчастья?

Приносят, и это факт. Затмения всегда связывали с какими-либо катастрофическими последствиями, хотя несчастья где-нибудь на Земле случались каждый год, вне зависимости от того, происходило затмение или нет. Однако внимание астрологов привлекали те несчастья, что происходили после затмений. Ненаучно? Конечно. Но очень свойственно человеку. (В наш очень просвещенный век есть люди, которые считают, что от одной спички не должны прикуривать трое. Скажите им, что несчастье может произойти даже при прикуривании двоих от одной спички, — и посмотрите, что произойдет.)

Поскольку затмения повторялись, первые астрологи довольно быстро нашли причину лунных и солнечных затмений. Они обнаружили, что Луна затмевается либо когда она попадает между Солнцем и Землей, либо когда попадает в тень Земли. Солнце же затмевается, когда его заслоняет Луна.

Вычислениями движений Луны и Солнца можно предсказать лунные затмения достаточно точно. Полагают, что древние бритты использовали Стоунхендж именно для этой цели примерно в 1500 году до н. э. Солнечные затмения определить труднее, но в конечном счете можно справиться и с этим.

Легко догадаться, что астрологи захотели сохранить свои методы в тайне. Все равно обычным людям эти расчеты сделать не по силам, они бы и заниматься ими не захотели. Кроме того, астрологи могли рассчитывать на значительное повышение своего социального статуса, если бы обладали секретами, недоступными для других.

Конечно, держать свои методы в тайне было делом рискованным. Китайские легенды сообщают, что в древности в столице увидели затмение без предварительного уведомления, поскольку придворные астрономы Хси и Хо, увлекшись горячительными напитками, несколько пренебрегли своими обязанностями. Когда император пришел в себя от страха перед непредвиденным событием, сразу протрезвевшие астрономы были отправлены к месту казни — и все согласились, что возмездие было по заслугам.

Однако случалось и такое, что затмение приносило хорошие результаты. Однажды в древности солнечный диск стал понемногу затеняться над полем боя в Малой Азии. Солдаты Лидии, идущие с запада, и Мидии, идущие с востока, прекратили сражение, завороженно глядя на исчезающее Солнце. После нескольких минут отсутствия Солнца противостоящие друг другу полководцы могли сделать только одно: немедленно заключить мир и разойтись. (Мир длился долго — но не столь долго, как мог бы, поскольку через 30 лет оба государства были завоеваны Киром Великим. Без сомнения, если бы этого завоевания не было, урок был бы забыт и оба народа снова начали бы войну. — Примеч. авт.)

Поскольку факт встречи двух армий остался в истории, астрономы получили возможность вычислить точную дату затмения Солнца, которое произошло в это время в Малой Азии. Эта дата — 28 мая 585 года до н. э. Сражение между Лидией и Мидией стало самым ранним событием во всей истории — помимо самого факта затмения, — для которого удалось установить точную дату.

Греческий философ Фалес, как полагают, впервые предсказал солнечное затмение, хотя и не указав точную дату, а просто сообщив, что в данном году должно произойти затмение. Считается, что в молодости он совершил путешествие в Вавилон; по всей видимости, именно там он и научился предсказаниям.

Было еще одно астрономическое событие, которое нарушало привычный порядок на небе, — появление комет. Оно повергало в еще больший ужас, чем солнечные затмения, по нескольким причинам.

В то время как затмение продолжалось относительно короткий промежуток времени, кометы обычно пребывали на небе неделями и даже месяцами. В то время как при затмении можно было видеть правильные фигуры (круги и дуги), у комет были жутковатые и угрожающие очертания — расплывчатая голова с длинным хвостом могла показаться занесенной над Землей саблей или же растрепанной головой кричащей женщины (слово «комета» произошло от греческого слова «волос»).

И наконец, если солнечное затмение можно было предсказать даже в древности, то появление комет предсказать было невозможно. Только в XVIII веке смогли найти метод предсказания появления нескольких комет.

Кометы оказались более верным предвестником бедствий, чем затмения, и по некоторым причинам за ними действительно следовали несчастья.

Так, в 1066 году комета, которую мы сейчас называем кометой Галлея, появилась на небе непосредственно перед тем, как Вильгельм Нормандский приготовился к вторжению в Англию. Этот факт свидетельствовал о приближении несчастья — и оно действительно случилось, поскольку саксы проиграли битву при Гастингсе и попали под нормандское господство. Для саксов не было большего бедствия, чем это.

Однако, если бы победили саксы и им удалось бы сбросить захватчиков в Ла-Манш, это стало бы катастрофой для нормандцев.

Какая бы сторона ни потерпела поражение, комета «выиграла» бы все равно.

Поскольку затмения и кометы столь прекрасно «предсказывали» события на Земле, «астрологические законы» казались действующими правильно, поскольку исходили из принципа сходства: исчезновение Солнца вело к исчезновению благосостояния, комета с хвостом в виде сабли несла за собой войну и так далее.

Когда астрологией занялись греки, они привнесли в нее демократию. Если на Востоке с его деспотиями к астрологам обращались исключительно монархи для консультации по важным политическим вопросам, то в греческом мире с его индивидуализмом греки начали составлять личные гороскопы.

Ясно, что Солнце как самая яркая из планет (какой считали эту звезду греки) должно было играть решающую роль в судьбе. В каком созвездии находилось Солнце в момент рождения каждого конкретного человека? Если оно находилось в созвездии Весов, то не должен ли был этот человек иметь ровный и взвешенный характер? А если в созвездии Льва, то не было ли ему суждено стать отважным солдатом?

Если вспомнить, что древние не считали небесные тела маленькими объектами неподалеку от Земли и что они всерьез верили в сакральный смысл каждого созвездия, то можно понять, с каким страхом они относились к появлениям комет.

Надо заметить, однако, что даже во времена расцвета греческой астрологии были две группы людей, которые не придавали ей значения.

Философская школа эпикурейцев не верила в астрологию по той причине, что ее взгляды на Вселенную были глубоко атеистическими. Эпикурейцы считали, что движение небесных тел не несет никакого тайного смысла и что нет богов, которые управляли бы их движением.

К другой группе относились иудеи, которые истово поклонялись единому Богу, что в те времена было нехарактерно. Иудеи тогда не обладали научным складом ума, и потому они не пользовались рациональными аргументами для того, чтобы противостоять астрологии (от аргументов эпикурейцев они бы с ужасом отшатнулись). Для иудеев все, кто поддерживал астрологию, были язычниками, считающими, что планеты являются божествами, а это представлялось иудеям совершенной ересью.

Но астрология оказала воздействие даже на них. В Библии обнаруживаются следы многобожия; и даже если во времена Древней Греции набожные раввины тщательно отредактировали священные тексты, их работа оказалась несовершенной.

И потому в Библии при описании четвертого дня творения говорится: «И сказал Бог: да будут светила на тверди небесной [для освещения земли и] для отделения дня от ночи, и для знамений, и времен, и дней, и годов» (Книга Бытия, 1: 14). Это маленькое слово «знамений» имеет астрологический смысл.

Более ясно это видно в песне Деворы, в одном из самых древних текстов Библии, которая была столь известна, чтобы кардинально ее видоизменять. После смерти Цицеры Девора пела: «С неба сражались, звезды с путей своих сражались с Сисарою» (Книга Судей, 5: 20).

Однако ни эпикурейцы, ни евреи не победили. Астрология продолжала существовать и в XVII столетии даже приобрела особенную популярность. Является фактом, что некоторые из основателей современной астрономии — к примеру, Иоганн Кеплер — были также и астрологами.

Только к концу XVII столетия, когда возникла истинная, гелиоцентрическая модель Солнечной системы, астрология была объявлена псевдонаукой. Человек понял наконец, что он пылинка в огромной Вселенной. Тем не менее в астрологию верит так много людей, что она продолжает существовать и по сей день.

Все же настоящая наука так сильна, что современным астрологам приходится с нею считаться. Есть немало приверженцев астрологии, которые довольно хорошо знают астрономию и стремятся подвести рациональную базу под древнюю псевдонауку.

И так уж устроен человек, что если он решит поставить перед собой задачу найти рациональное объяснение чему-либо (может быть, крайне слабое, но рациональное), то он обязательно его найдет. Мы поговорим об этом в следующей главе.

Те, кто неразумно попытается вглядеться в полуденное Солнце, увидят круг, внутри которого нет ничего, кроме ослепительно белого цвета. Когда-то между теологами шел спор: является ли Солнце несовершенным творением Бога или же Бог не имеет несовершенных творений вообще.

И потому многих теологов весьма обеспокоило, когда в 1610 году Галилей сообщил о своем открытии, что на Солнце есть пятна. Как только этот тревожный факт был обнародован, несмотря на весь гнев служителей церкви, многие тут же увидели эти пятна. В самом деле, некоторые пятна достаточно велики, чтобы можно было разглядеть их невооруженным глазом. Когда в ясный день Солнце находится близко к горизонту, оно приобретает красный цвет и на него можно смотреть без риска повредить глаза. В это время иногда вполне можно разглядеть большие пятна.

Эти пятна заметны потому, что на Солнце есть области, которые холоднее окружающих. Такие области выглядят более темными. Темное на светлом невозможно не заметить.

Ну а что, если какая-нибудь область на Солнце будет горячее, чем окружающий ее район? В этом случае область станет необычно яркой. Но яркое пятно на ярком фоне заметить гораздо труднее, и, видимо, потому за два с половиной столетия после обнаружения на Солнце холодных пятен горячие пятна никто не мог определить.

Обнаружил их Ричард Кристофер Кэррингтон, английский астроном. Он взял на себя трудную задачу наблюдения за пятнами на Солнце на протяжении длительного времени и определил точное время вращения Солнца на различных широтах (газообразное тело не вращается единой массой, как тело твердое).

В 1859 году Кэррингтон заметил на поверхности Солнца короткую яркую вспышку. Это выглядело так, словно перед Солнцем зажглась маленькая звездочка. Кэррингтон сообщил об этом к дал свое объяснение. В то время астрономы рассматривали возможность того, что Солнце может быть источником метеоров, которым за счет своей энергии придает большую скорость, — и Кэррингтон решил, что наблюдал исход особо крупного метеора.

Это была очень интересная гипотеза, но неверная.

Хотя светлое пятно на светлом фоне разглядеть трудно, с помощью длины световых волн сделать это несколько проще. Если же наблюдать Солнце во всем диапазоне частот, то распознать более светлый участок сложно, а порой и невозможно.

В 1889 году американский астроном Джордж Эллери Хейл изобрел спектрогелиограф, устройство, при помощи которого можно было бы фотографировать Солнце в узком диапазоне частот. Устройство позволяло отфильтровать лишь свечение водорода или кальция. Свечение кальция давало возможность, к примеру, определить на Солнце районы с большим содержанием кальция; они выглядели на фотографиях подобно изображениям летних облаков в небе над Землей.

Используя спектрогелиограф, можно было получить статические изображения Солнца, но при этом терялась возможность уловить скоротечные события, если только не производилось значительное число снимков за сравнительно короткий промежуток времени.

В 1926 году Хейл реконструировал спектрогелиограф таким образом, что стало можно наблюдать спектральные линии за определенный промежуток времени. Этот прибор позволил фиксировать быстрые изменения намного эффективнее.

И еще не настали 1930-е годы, как уже при помощи свечения водорода было определено, что вспышки на Солнце довольно часто совпадают с солнечными пятнами. Было похоже на то, что на Солнце происходят взрывы, внезапные вспышки раскаленного водорода, которые продолжаются пять — десять минут и окончательно пропадают примерно через полчаса-час.

Это явление назвали солнечными вспышками. Стало понятно, что Кэррингтон семьюдесятью годами ранее наблюдал необычно яркую вспышку.

Когда вспышка происходит на обращенной к нам стороне Солнца, видно только несколько более яркое свечение и расширяющееся пятно. Однако иногда случается видеть вспышку на самом краю солнечного диска. В этом случае мы видим «в профиль» огромный взрыв ярко светящегося газа, всего за секунду поднимающегося на высоту 600 миль. Этот газ может подниматься на высоту около 5000 миль над поверхностью Солнца.

Небольшие вспышки случаются довольно часто, в некоторых районах на поверхности Солнца их довольно много; за день можно заметить около ста, особенно когда пятна растут. Однако очень сильные вспышки, которые выдает яркий белый свет (наподобие той, что наблюдал Кэррингтон), крайне редки. В год их наблюдается всего несколько.

По спектру удалось определить, что вспышки имеют температуру около 20 000°, тогда как на «спокойной» поверхности Солнца температура составляет 6000°, а в центре темных пятен она равна 4000°.

Вспышки на Солнце — важный фактор солнечной активности. При них энергия определенным образом переходит от пылающей солнечной поверхности в тонкую атмосферу Солнца, или корону. На эту энергию оказывают воздействие атомы короны, которых намного меньше, чем на поверхности Солнца. Это значит, что энергии на один атом гораздо больше в короне, чем на солнечной поверхности, а под «энергией на один атом» мы подразумеваем температуру.

И потому нет ничего удивительного в том, что если на поверхности Солнца температура составляет 6000°, то в короне она может достичь 2 000 000°. Интенсивность излучения и его частота зависят от температуры, потому корона на единицу массы излучает больше, чем солнечная поверхность. Только потому, что корона имеет малую массу, она выглядит столь слабой. Более того, излучение короны несет намного больше энергии, чем излучение с поверхности, и именно из короны исходит рентгеновское излучение.

Но не вся электромагнитная энергия исходит непосредственно от Солнца. Турбулентная солнечная атмосфера имеет свои потоки материи, и часть этой материи улетает от Солнца, даже несмотря на колоссальную солнечную гравитацию. Из солнечной атмосферы постоянно исходят частицы, которые уже никогда не возвращаются обратно.

В абсолютных величинах масса потерянных таким образом частиц просто колоссальна по земным стандартам, поскольку составляет миллионы тонн в секунду. Но по солнечным меркам это ничто — если бы даже потери Солнца всегда происходили с той же скоростью, что и сейчас, то потребовалось бы 600 триллионов лет, чтобы Солнце потеряло 1 % массы.

Эти частицы, разлетаясь во все стороны от Солнца, составляют так называемый солнечный ветер.

Солнечный ветер достигает Земли и, конечно, идет дальше. Непосредственно на Землю попадает лишь ничтожная часть испущенных Солнцем частиц, а именно лишь три четверти фунта в секунду. Это немного с точки зрения массы, но с чисто количественной точки зрения говорит о том, что каждую секунду окрестностей Земли достигает 100 триллионов солнечных частиц.

Если бы Земля не имела атмосферы или магнитного поля, частицы, достигающие окрестностей Земли, попали бы непосредственно на поверхность планеты. К примеру, они свободно достигают поверхности Луны, и потому образцы доставленного астронавтами грунта с планеты содержат большое число гелия, появившегося здесь только благодаря солнечному ветру, частицы которого, разумеется, содержат элементы, существующие на Солнце. Солнце состоит в основном из водорода, из прочих же элементов главное место занимает гелий. Температура короны, через которую проходит солнечный ветер, превращает эти элементы в мешанину электронов и атомных ядер. Ядром водорода является протон, а ядром гелия — альфа-частица.

Протоны массивнее электронов, и их намного больше, чем еще более массивных альфа-частиц, — и если принимать во внимание как число, так и массу, то главный компонент солнечного ветра — протоны. Любое увеличение плотности ветра из-за какого-либо события на Солнце можно назвать «протонным событием».

Поскольку Земля имеет магнитное поле, электрически заряженные частицы солнечного ветра (один положительный заряд у протонов, два — у альфа-частиц и один отрицательный заряд у электронов) обходят Землю по силовым магнитным линиям. Это значит, что они идут по спирали от одного магнитного полюса к другому, наматывая виток за витком. Эти движущиеся по силовым линиям магнитного поля частицы составляют магнитосферу.

Магнитосфера наиболее близко подходит к поверхности Земли у магнитных полюсов, и именно в этом месте частицы могут легко проникнуть под магнитосферу и попасть в верхние слои земной атмосферы. Взаимодействие заряженных частиц и атомов верхних слоев атмосферы приводит к появлению полярного сияния в виде перемещающихся в небе «потоков» и «занавесов».

Но что же происходит, когда на солнечной поверхности появляется вспышка? Локально поднимается температура, и в данном месте увеличивается турбулентность, а в результате высвобождается энергия и частицы переходят в корону над местом вспышки. Температура короны увеличивается, усиливается ультрафиолетовое излучение и испускание рентгеновских лучей из этого места. Поток дополнительных частиц также приводит к появлению солнечного ветра. Другими словами, вспышка на Солнце становится причиной «протонного события».

Усиление солнечного ветра над особенно большой вспышкой может быть столь великим, что ускорившиеся протоны приобретают достаточно энергии, чтобы считаться слабыми космическими лучами.

Если вспышка на Солнце происходит в направлении Земли или близко к этому, через несколько минут до нас доходит выброс радиационного излучения, а через пару дней добирается и «порыв» солнечного ветра. То, что солнечный ветер дошел до нашей планеты, можно заметить по внезапному расширению северного сияния и увеличению его яркости.

Излучение от вспышки и последующий поток заряженных частиц заметно меняет ситуацию в верхних слоях земной атмосферы. А это может привести к сильным помехам в электронном оборудовании и даже временно разрушить заряженные слои в верхних слоях атмосферы, из-за чего радиоволны перестают отражаться вниз к Земле и уходят в космос. Радиоприем может совершенно прекратиться, а радары стать бесполезными.

Подобные явления обычно называют магнитными бурями, потому что один из признаков вспышки на Солнце — быстрая смена направления магнитной стрелки, которая перестает постоянно указывать на магнитные полюса.

Изменения направления магнитной стрелки и усиление северного сияния — явления довольно интересные, но в наше время они не имеют особого значения. Другое дело — прекращение радиосвязи. Это может серьезно навредить промышленности и населению в связи с широким распространением электроники. В особенно ответственные моменты (к примеру, во время войны или локального конфликта) может оказаться, что радары покажут неверную картину, управляемые по радио ракеты собьются с курса, все виды радиосвязи могут прекратить работу или работать с перебоями.

Понятно, как важно предсказать появление вспышек, чтобы не оставлять в открытом космическом пространстве или на поверхности Луны астронавтов, а также чтобы в случае необходимости перейти на альтернативные виды связи в зоне боевых действий на Земле.

Было бы лучше всего отыскать причины вспышек — их мы еще не знаем. Поскольку вспышки характеризуются тем, что возникают в районе солнечных пятен, можно предположить, что если бы мы знали причину появления солнечных пятен, то смогли бы понять, что их вызывает, но мы не знаем и причины появления солнечных пятен.

Однако попытаемся рассуждать следующим образом…

Солнечные пятна говорят о несимметричности Солнца. Они возникают в определенном месте на поверхности, что свидетельствует об отличии этого места от других. Но как это может произойти? Почему все части солнечной поверхности не имеют одинаковые свойства? Ведь Солнце представляет собой сферу, причем довольно совершенную. Относительно центра любое изменение должно быть симметричным.

На Земле мы наблюдаем изменения погоды. Шторм может возникнуть в одном месте и разрядиться в другом. В одном месте дует легкий ветерок, в другом бушует мощный торнадо. В одном месте засуха, а в другом — наводнение. Но все это — результат значительной асимметрии, потому что одна сторона Земли нагревается солнечным теплом, а другая остывает. И даже на обращенной к Солнцу стороне разные участки поверхности Земли нагреваются с разной интенсивностью и в разное время.

На Солнце же не видно причин для значительной асимметрии. Почему же и здесь есть что-то вроде нашей погоды: возникающие и исчезающие пятна?

Но следует заметить, что Солнце вращается, а разница центробежных сил на различных широтах различна. На полюсе центробежных явлений нет, максимальное же действие центробежные силы оказывают на экваторе; промежуточные участки имеют и промежуточные значения. Вращение может также внести асимметрию и в более глубинные слои Солнца.

Не было бы ничего удивительного, если бы солнечные пятна имели какое-то отношение к широте. Наше предположение совершенно верно: солнечные пятна, как правило, появляются между 5° и 30° как северной, так и южной широты.

В пределах этих широт пятна появляются с определенной регулярностью. Их число возрастает до максимума, затем снижается до минимума, после чего снова достигает максимума, с периодом в одиннадцать лет. Немедленно после минимума пятна появляются примерно на 30° северной и южной широт. Увеличиваясь численно, они год за годом медленно перемещаются по направлению к экватору, близ которого их количество уменьшается. Когда в 5° от экватора пятна исчезают, в 30° появляются новые.

Никто не знает, почему цикличность появления пятен именно такова, но не может ли это быть обусловлено какой-нибудь асимметрией, более сложной, чем вызванная вращением Солнца? Если это так, то откуда может появиться эта асимметрия? Скорее всего, причина этого — воздействие какой-нибудь из планет.

Но как планеты могут оказывать влияние на Солнце? Без сомнения, только при помощи гравитационных полей. Эти поля вызывают приливы на Солнце и некоторую его кривообразность.

К примеру, Луна вызывает приливы на Земле по причине того, что обращенная к Луне поверхность Земли притягивается сильнее, чем обратная сторона Луны. Именно разница в притяжении приводит к появлению эффекта прилива.

Величина приливного эффекта зависит от трех факторов. Первый — масса вызывающего приливы тела: чем она больше, тем больше сила притяжения. Второй фактор — это диаметр тела, на которое действует притяжение: чем больше диаметр, тем больше разность в силе притяжения на противоположных участках. Третий фактор — расстояние между телами: чем больше расстояние, тем слабее притяжение и, следовательно, меньше разница в силе притяжения на противоположных сторонах.

Принимая к рассмотрению все эти три фактора, мы можем составить следующую таблицу:

Приливное воздействие Земли на Солнце составляет всего одну десятитысячную от эффекта, который Солнце и Луна оказывают на Землю, но, возможно, этот эффект отнюдь не малозначителен.

А как насчет приливного эффекта других планет? Если взять приливное воздействие Земли за единицу, совсем нетрудно найти относительное приливное воздействие других планет на Солнце. Ниже приведены результаты:

Из таблицы видно, что самый большой приливной эффект у Меркурия, Венеры, Земли и Юпитера. Все остальные планеты, вместе взятые, оказывают воздействие примерно в пять раз меньшее, чем Меркурий, самый последний из первой четверки. Таким образом, мы можем назвать Меркурий, Венеру, Землю и Юпитер «приливными планетами».

Когда эти планеты совершают оборот вокруг Солнца, каждая из них вызывает на Солнце пару выпуклостей (одна по направлению к планете, другая с противоположной стороны). Эти выпуклости могут быть очень малы, буквально в несколько сантиметров, но даже такая небольшая разность в уровне может оказаться важной.

В случае движения четырех отдельных возвышений по поверхности Солнца возможно возникновение особых критических моментов, когда в результате наложения нескольких возвышенностей какая-то часть поверхности Солнца поднимается или опускается с необычайной скоростью. Может ли это заставить перемещаться солнечные пятна? Возможно также, что существует периодически повторяющийся цикл в перемещении выпуклостей, который совпадает с перемещением солнечных пятен по широте.

Конечно, очень трудно найти соответствие в появлении солнечных пятен с комбинациями приливных выпуклостей, поскольку движение пятен очень медленно, а вспышки на Солнце крайне кратковременны, причем большие вспышки исключительно редки. А могут ли большие вспышки совпадать с какими-нибудь особенно необычными положениями планет?

Возможно!

Доктор Близард, физик из университета Денвера, изучил связь между «протонными событиями» и определенными комбинациями положений планет. Среди таких комбинаций в первую очередь были рассмотрены случаи, когда планеты выстраивались на одной линии относительно Солнца. Приливные волны могли накладываться друг на друга; если подобное необычайно большое возвышение возникало около турбулентности в районе солнечного пятна, это могло вызвать вспышку.

За период с 1956-го по 1961 год Близард зафиксировал значительное число совпадений. Когда планеты были близки к тому, чтобы встать в линию, иногда происходили вспышки. Но подсчет показал, что полное совпадение происходило только в одном случае из двух тысяч. На основе полных совпадений Близард попытался рассчитать новые вспышки — и его прогнозы оправдались в 60 % случаев.

Здесь мы можем вернуться к астрологии, которую обсуждали в первой главе. Я писал в ней, что астрологи пытались подвести рациональное обоснование — хотя бы и слабое — под свои измышления, и я подозреваю, что работы Близарда во многом бы им помогли.

На протяжении уже многих лет астрономы и те, кто не связан с астрономией, пытались понять, какое воздействие оказывают на Землю солнечные пятна. Увеличивают ли они солнечное излучение? Приводят ли к засухам, неурожаям, воздействуют ли на цены, вызывают ли экономическую депрессию или денежную инфляцию, провоцируют ли войны и так далее?

Когда были обнаружены вспышки на Солнце, поначалу казалось, что они влияют на Землю даже больше, чем солнечные пятна. Ведь они буквально пронизывают земную атмосферу заряженными частицами, а это может привести к дождям, что, в свою очередь, влияет на урожай… Кроме того, неизвестно, какие еще, малозначительные на первый взгляд, изменения могут произойти, когда большое число заряженных частиц обрушивается на Землю?

Трудно сказать, почему доктор Близард пришел к мысли, что усиление и ослабление солнечного ветра может зависеть от положения планет и что положение планет, как утверждали астрологи, и в самом деле оказывает воздействие на судьбу. Я думаю, что Близард рассуждал следующим образом:

1. Положение планет влияет на возникновение вспышек на Солнце.

2. Солнечные вспышки, в свою очередь, влияют на солнечный ветер.

3. Солнечный ветер влияет на Землю.

4. В силу этой взаимосвязи положение планет в момент рождения ребенка может повлиять на всю его последующую жизнь.

Я уверен, что астрологи с удовольствием используют эту логическую цепочку, чтобы оправдать составленные астрологические прогнозы вроде этих:

«Овен. Окажите моральную — но не денежную — поддержку своему другу при решении им материальных вопросов. От этой поддержки не ожидайте взаимности».

«Скорпион. Не верьте своему советчику по инвестированию — есть факты, о которых он не знает».

Конечно, даже среди самых просвещенных моих читателей найдутся такие, кто послушается подобных советов и посчитает, что все же существует некая связь между положением планет и Овном, который должен оказать моральную поддержку, и Скорпионом, который не должен верить советчику по инвестированию.

Если подобная мысль у вас появилась, то постарайтесь от нее избавиться. Я совершенно уверен, что искать какую-то взаимосвязь между положением планет и человеческой судьбой так же нелепо, как искать связь между отрыжкой стада гиппопотамов в камышах Нила и колебаниями выпуска стали на заводах Гэри в штате Индиана.

Даже притом, что мы слышали имя Жюля Верна на разных языках, оказалось, что мы оба — и мой папа, и я — любили научную фантастику. И потому мне было особенно радостно, что, когда Нейл Армстронг ступил на Луну, это произошло не только при моей жизни, но и при жизни моего отца.

Мне кажется просто удивительной скорость технологического прогресса, если вспомнить, что ко времени рождения моего отца (21 декабря 1896 года) ни одному человеку за всю историю человечества не удавалось оторваться от Земли на летающем аппарате с мотором. Существовали только планеры и воздушные шары, но они просто подчинялись воле стихии и иногда использовали силу ветра.

Только 2 июля 1900 года, когда моему отцу было три с половиной года, совершился первый действительно управляемый полет (нет, эта дата не ошибочна, поскольку я говорю не о братьях Райт).

Этот полет совершил граф Фердинанд фон Цеппелин. Он задумал заключить воздушный шар в сигарообразную алюминиевую конструкцию, что сделало сооружение прочнее и аэродинамичнее. К этой конструкции он подвесил гондолу с двигателем внутреннего сгорания, который должен был приводить в движение пропеллер и толкать гондолу и шар вперед даже против ветра.

Граф фон Цеппелин изобрел шар-дирижабль — шар, управляемый в полете. Позднее шар-дирижабль стали называть просто дирижаблем, а в Германии — цеппелином.

17 декабря 1903 года, всего за несколько дней до того, как моему отцу исполнилось семь лет, братья Райт запустили свой аэроплан, и это был первый управляемый полет устройства тяжелее воздуха.

16 марта 1926 года, когда моему отцу было двадцать девять лет, Роберт Хатчингс Годдард запустил первую жидкостную ракету. Ракета пролетела всего 184 фута, но это было только начало. К 1944 году, когда моему отцу исполнилось сорок семь, намного большими по размерам жидкостными ракетами, запущенными Вернером фон Брауном, обстреливали Лондон.

В октябре 1957 года ракетоноситель впервые вывел объект на орбиту Земли; моему отцу тогда было шестьдесят лет. 12 апреля 1961 года, когда моему отцу исполнилось шестьдесят четыре, первый управляемый человеком аппарат был выведен на орбиту Земли.

И наконец, 20 июля 1969 года, когда моему отцу было семьдесят два с половиной года, человек впервые ступил на поверхность Луны. Все эти достижения свершились за одну, не самую продолжительную жизнь.

Можно надеяться, что стремительное развитие космических технологий продолжится. Луну посетят еще много раз, все дольше оставаясь на ее поверхности. Здесь будет проведено много экспериментов. В конце концов на Луне появится постоянная база, которая со временем превратится в колонию.

По мере претворения всего этого в жизнь в газетах и на телевидении все чаще будут упоминаться названия различных местностей на Луне. И это замечательно, поскольку оживет множество романтических названий и имен замечательных и великих людей прошлого.

Но пока все эти названия не стали обыденными, давайте рассмотрим некоторые из них.

То, что отдельные области Луны нужно как-то обозначать, никому не приходило в голову до июня 1609 года, когда Галилей посмотрел на Луну через свой телескоп. Только после этого события астрономы поняли, что у Луны не однородная плоская (за исключением нескольких участков) поверхность (подобное никому не приходило в голову, поскольку Аристотель постановил, что небесные тела имеют совершенную форму). Оказалось, что на Луне есть горы и долины и что поверхность по меньшей мере столь же разнообразна и неровна, как и на Земле.

Галилей составил первую карту Луны, на которой было показано несколько кратеров и один или два больших темных района. Другие астрономы, владевшие лучшими приборами наблюдения, смогли разглядеть лунную поверхность подробнее и составить более детальные карты. Им показалась соблазнительной идея дать различным объектам лунной поверхности названия.

Первым, кто составил карту лунной поверхности, достаточно понятную, чтобы мы могли пользоваться ею и в наши дни, был немецкий астроном Ян Гевелий. (На самом деле Ян Гевелий польский астроном. — Примеч. пер.)

В 1647 году он опубликовал огромный том под названием «Селенография» («Селенография, или Описание Луны». — Примеч. пер.), который содержал атлас лунной поверхности. Астроном дал названия всем объектам лунной поверхности, избегая использования личных имен из-за боязни вызвать зависть и месть. Он исходил из принятого тогда взгляда, что Луна — это по большому счету та же Земля, но меньших размеров. И потому для «Селенографии» были выбраны географические названия. Расположенным на лунной поверхности гористым областям дали земные названия: Альпы, Апеннины, Карпатские горы, Кавказские горы и Таврические горы.

Эти названия остались и по сей день, но, конечно, их существование может привести к недоразумениям. Такое случается даже в наши дни и, несомненно, будет иметь место и в будущем, когда речь зайдет о лунных Альпах, лунных Апеннинах и так далее.

Именно Гевелий назвал большие темные области морями. К тому времени уже было ясно, что на Луне нет ни воды, ни воздуха, но Гевелий стремился использовать земные термины как только это было возможно.

По счастью, он не стал давать морям названия аналогичные земным. Здесь он пофантазировал вволю.

Поскольку названия Гевелий писал по-латыни, он обозначал каждое море словом «mare»; множественным числом было «maria» (с ударением на первый слог). Это было разумно, поскольку лунные моря — это не моря в привычном понимании и иное их обозначение избавляет от путаницы, хотя в отдельных случаях можно использовать слово «море» ради удобства или (конечно же) в поэзии.

И потому район, в котором приземлились астронавты «Аполлона-11», находится на краю Mare Tranquillitatis, что может быть переведено как Море Спокойствия. Помня о неизменности лунной поверхности (за исключением случайных ударов метеоритов, редкого раскалывания камней ввиду изменений температуры, случающихся время от времени выбросов газа и изливания лавы из расщелин на поверхности), можно признать это название исключительно удачным. Почти столь же удачно назвали Mare Serenitatis, или Море Ясности.

Другие названия менее удачны, но похоже, они останутся прежними, даже несмотря на то, что в большинстве своем имеют отношения к воде, которой на Луне явно нет. Мы перечислим некоторые из них:

Mare Imbrium — Море Дождей;

Mare Nectaris — Море Нектара;

Mare Humorum — Море Влажности;

Mare Spumans — Море Пены;

Mare Vaporum — Море Паров;

Mare Undarum — Море Волн.

Наиболее неподходящим названием оказалось Mare Foecunditatis — Море Изобилия.

Одно особенно большое море имеет название Oceanus Procellarum — Океан Бурь. Небольшие темные области, соответственно, называются более скромно. На Луне есть Lacus Somniorum — Озеро Сновидений. Существуют также разделенные возвышенностью Sinus Iridum — Залив Радуги и Sinus Roris — Залив Росы.

Несколько областей имеют очень точные название. К примеру, плоская область в самой середине видимой поверхности Луны называется Sinus Medii — Центральный Залив.

Но продолжим. Великовский стремится объяснить падающий с неба огонь, чтобы обосновать некоторые намеки Библии, — и он очень много говорит о подобных явлениях с горением, что упоминаются в разных мифах.

Вы можете предположить, как это сделал я, что извержение вулкана — достаточно ужасающее событие, чтобы отнести к нему появление всех историй о «небесном огне», который является всего лишь поэтическим образом. Однако Великовский не верит в метафоры и поэтические образы. Он стремится найти подтверждение огненному дождю и для объяснения этого использует «комету Венеру».

Он пишет: «Хвосты комет главным образом состоят из углеродного и водородного газов. Поскольку кислорода мало, они не горят в полете — но, проходя через атмосферу, в которой содержится кислород, легко воспламеняемые газы загорятся».

Довольно внушительное утверждение. Лишь от слов «углеродный и водородный газы» у меня перехватило дыхание. Водород и в самом деле является газом при температурах, которые есть у кометы, но углерод газом не является. Он принадлежит к субстанциям, хуже всего переходящим в газообразное состояние, и это происходит лишь при температурах около 4200 °C.

Но это с точки зрения химии. Если Великовский хочет сказать, что анализ небесной механики Лапласа совершенно неверен, что Венера может быть извергнута Юпитером и установиться на современной орбите, я только улыбнусь. Если он утверждает, что египтологи могут спутать 1200 год до н. э. и 2200-й до н. э., у меня это вызывает усмешку.

Но если он говорит, что углерод — это газ, тут уже не до смеха.

Но не будем слишком строги. Считается, что хвосты комет состоят — по крайней мере частично — из молекулярных фрагментов, некоторые из которых имеют в своем составе как углерод, так и водород, то есть по своей природе являются углеводородными. Возможно, именно это Великовский и имел в виду, когда говорил об «углеродном и водородном газах».

Надо сказать, что химический анализ хвостов комет является результатом некоторых очень старых и мудреных астрономических теорий, и можно только удивляться, почему Великовский решил им поверить. В конце концов, если астрономы зашли столь далеко в самих основах небесной механики, то почему он доверяет им в тонких материях спектроскопии? А потому, что выводы астрономов в данном пункте могут подкрепить взгляды Великовского, потому он и принимает их.

(Если мой любезный читатель даст возможность выбирать из научных знаний то, что мне нравится, и отбрасывать то, что не нравится, по собственной моей прихоти, я могу доказать все, что угодно.)

Но может ли углерод и водород в хвосте кометы действительно загораться при прохождении атмосферы? Могут ли они привести к «огненному дождю»? Нет, милостивый государь, ни в коем случае!

Хвосты комет состоят из крайне разреженных газов. Некоторые хвосты растягиваются на сотни миллионов миль, но если собрать газы из этих хвостов и довести до той плотности, что существует на Земле, то газы займут объем примерно в одну-две комнаты.

Знаете, что произойдет, если Земля пройдет сквозь хвост кометы? Ничего!

Откуда я это знаю? Из того, что Земля проходила сквозь хвост комет бессчетное число раз. В 1910 году она прошла через хвост кометы Галлея. Многие люди не верили тогда утверждениям ученых, что ничего не произойдет. Они считали, что наступит конец света. Некоторые полагали, что ядовитые газы из хвоста кометы (они верили спектральному анализу) убьют на Земле все живое.

И что же произошло? Как я и говорил вам, ничего!

Конечно, «комета Венера» была бы много больше по размерам, чем обычная комета. Обыкновенная комета имеет массу небольшого астероида. «Комета Венера» имеет ⁴/₅ массы Земли. Ее «хвост» должен быть намного внушительнее, чем у обыкновенной кометы. Могло случиться такое, что атмосфера Венеры проникла бы в земную атмосферу и вызвала бы потоки огня? И может ли атмосфера Венеры по сей день состоять из углеводорода? Великовский думает именно так. После того как «Маринер-2» близко прошел от Венеры в 1962 году, кто-то на пресс-конференции сделал заявление, которое было неверно понято: будто «Маринер-2» обнаружил, что атмосфера Венеры и в самом деле состоит из водорода и углерода.

Неправильное толкование было сразу устранено, — и с тех пор эта поправка делалась уже многократно, однако это не помогало. Приверженцы Великовского настаивают на том, что атмосфера Венеры состоит из водорода и углерода, и не отступают от этого.

На самом же деле все данные, что были собраны по Венере со времени публикации книги Великовского, указывают на то, что атмосфера Венеры на 95 % состоит из углекислого газа и, по всей видимости, на 5 % из азота, а эта смесь, как вы понимаете, не горит.

В верхних слоях атмосферы мельчайшие ледяные кристаллы образуют собой облака. Исследования недавнего времени позволяют предположить, что из-за большой температуры на поверхности Венеры небольшое количество ртути находится в газообразном состоянии и летает в нижних слоях атмосферы. Даже при этом атмосфера Венеры остается негорючей.

Тот факт, что центр тяжести системы Земля — Луна располагается в тысяче миль под поверхностью Земли, не должен затушевывать то, что он располагается в целых 2900 милях от центра Земли в направлении Луны. Луна вращается вокруг этого центра (являющегося одним из фокусов эллипса, который представляет собой орбита Луны) — но то же самое делает и Земля!

Центр Земли совершает небольшой месячный поворот относительно центра гравитации системы Луна — Земля, описывая кривую, в точности повторяющую движение Луны по эллипсу, только в ¹/₈₁ меньшего размера.

То, что земной эллипс столь мал, значения не имеет. Важно лишь, что Земля реагирует на притяжение Луны абсолютно так же, как Луна на притяжение Земли.

В самом деле, каждая имеющая массу частица во Вселенной является центром своего гравитационного поля и движется она в результате взаимодействия с гравитационным полем других частиц (если только ей не мешает какое-либо другое поле).

Теперь давайте рассмотрим несколько самых простых вселенных. Вселенную без частиц сразу отбросим как слишком простой случай. То же относится и ко вселенной с одной частицей, поскольку частица может проявить свое гравитационное поле только при взаимодействии с другими частицами. То, что мы определяем как гравитационное поле, в действительности не является гравитационным полем как таковым, это всегда гравитационное взаимодействие.

Следовательно, самым простым видом вселенной является вселенная с двумя частицами.

Если две частицы находятся на значительном расстоянии друг от друга, они будут взаимодействовать таким образом, чтобы приближаться друг к другу вдоль соединяющих их силовых линий, пока не встретятся.

Если изначально они двигались в разные стороны друг от друга, их движение постепенно будет замедляться. Если первоначальное движение медленнее, чем скорость убегания, то такое уменьшение скорости в конце концов приведет к тому, что частицы остановятся, после чего снова начнут двигаться, но уже навстречу друг другу, чтобы в конце концов столкнуться. Если же первоначальная скорость больше скорости убегания, они лишь несколько замедлят свое движение, но не остановятся. Таким образом, частицы будут всегда в движении.

Если же частицы двигались в одном и том же направлении, не по связывающим их силовым линиям, со скоростью меньшей скорости убегания, они станут перемещаться по двум связанным друг с другом эллипсам (как Луна и Земля). Два эллипса будут похожи по форме, но их размеры пропорциональны массам частиц. В зависимости от скорости и масс эксцентриситет примет значение от 0 (для круга) до 1 (для параболы).

Если две частицы двигаются относительно друг друга на скорости большей скорости убегания, каждая из них уйдет по гиперболе безвозвратно.

Все эти возможности могут быть точно рассчитаны при помощи относительно простого уравнения, впервые выведенного Исааком Ньютоном около трех столетий назад, а позднее измененного, с целью улучшения, Альбертом Эйнштейном.

Но предположим, что в нашей Вселенной имеется больше, чем две частицы. В этом случае каждая частица станет двигаться с силой, возникающей в результате сложения всех других гравитационных полей. Это будет оказывать постоянное влияние на другие частицы, поскольку гравитационное воздействие на них все время меняется.

Для более чем двух частиц не существует общего уравнения, которое бы точно описало их движение, — по крайней мере, его до сих пор не вывели. Нет даже общего уравнения, которое бы объяснило простое взаимодействие трех частиц. Спустя три столетия после Ньютона так называемая «проблема трех тел» остается нерешенной.

Согласно одному из постулатов теории Ньютона, «частица» — это тело, имеющее массу, но не имеющее объема, а в реальном мире ничего подобного не существует. Следовательно, даже «проблема двух тел», которая считается разрешенной, не отражает истинного положения вещей.

Из всего этого можно сделать вывод, что вся теория Ньютона — это лишь плод его фантазии. В конце концов, если решение существует только для двух не имеющих объем частиц — и ни для чего больше, — мы можем пользоваться этой теорией с тем же успехом, как и обветшавшими учениями средневековых школяров, и считать ангелов, которые могут танцевать на игольном ушке. Или же нет?

Есть разница, скажете вы. Даже если двое церковных ученых достигнут согласия по поводу точного количества ангелов, что могут танцевать на игольном ушке, то кому это важно? Теория же Ньютона, хоть и на первый взгляд оторванная от жизни, может быть применима к Земле.

Когда мы говорили, что «проблема трех тел» не решена, мы имели в виду математическую точку зрения. Применение этого уравнения не дает однозначного ответа.

Однако астрономы, работая над небесной механикой и не занимаясь чистой математикой, хотели получить не систему, описывающую движение несуществующих материальных точек, а способ расчета — хотя бы и приблизительный — движения и положения небесных тел в определенный период времени. Другими словами, их бы удовлетворили приблизительные вычисления.

Мысленно бросим мяч. Мяч неподвижен, когда вы только начали движение, но когда мяч покидает вашу руку, он летит на значительной скорости. Во время броска мяч набирает скорость от нуля до того значения, которое вы ему придаете движением своих пальцев. Такое увеличение скорости называется ускорение.

Ускоряя движение, мы должны приложить силу. Без нее движение мяча не ускорилось бы. Без применения силы мяч не может ни ускоряться, ни останавливаться. Чтобы его бросить, нужно приложить силу. Мы можем сделать движения, необходимые при броске, — но если мяч лежит от нас на расстоянии 10 футов, с ним ничего не произойдет. Более того, когда мы бросаем мяч, его движение ускоряется только в том направлении, в котором мы бросаем.

Прикладывая силу, причем к конкретному объекту воздействия, мы можем наблюдать следующее: любой объект можно заставить ускоряться в том — и только в том! — случае, если на него оказывается какое-либо воздействие, причем ускорение всегда будет в направлении действия силы.

Подобные утверждения иногда называют «законами природы», но мне это название кажется слишком претенциозным. Думаю, это можно назвать просто обобщением. Это довольно простое наблюдение, что сила и ускорение направлены в одну сторону.

Но вернемся к мячу. Если мы бросим его с большим усилием, это заставит мяч двигаться быстрее. Изменение скорости во время броска больше. То есть чем больше сила, тем больше ускорение. И снова это довольно простое наблюдение, с которым знакомо все человечество.

Действительно, когда физики начали измерять силу и ускорение с большой степенью точности, они обнаружили, что, если к данному телу приложить вдвое большую силу, тогда и ускорение увеличивается ровно вдвое. (Это не совсем так. Теория относительности Эйнштейна внесла поправки, которые, однако, при обычных обстоятельствах оказывают незначительное влияние, — но эта глава посвящена ньютоновской аппроксимации, и потому здесь я не буду рассматривать поправки Эйнштейна. — Примеч. авт.) Если увеличить силу в n раз, тогда точно в n раз увеличится и ускорение.

Коротко это можно сформулировать так: ускорение прямо пропорционально силе.

Еще короче это соотношение можно записать при помощи математических символов. Пусть ускорение будет обозначено буквой a, а сила — буквой f. Чтобы представить прямую пропорциональность, мы используем знак. Таким образом, мы можем записать:

Но продолжим наши эксперименты. Что произойдет, если мы будем бросать различные предметы? Предположим, что мы с некоторым усилием бросаем теннисный мяч. Насколько это возможно, используйте такое же усилие для того, чтобы последовательно бросать бейсбольный мяч, резиновый детский мячик и шар (один их тех, которым любят отягощать себя метатели шара).

Вы легко увидите, что невозможно при той же самой силе заставить бейсбольный мяч двигаться так же быстро, как теннисный. Резиновый мяч будет лететь медленнее, а металлический шар будет вообще трудно сдвинуть с места.

Человечество уже давно заметило, что фиксированная сила ускоряет тяжелый объект в меньшей степени, чем легкий. В самом деле, если вы произведете измерения, то сразу найдете, что x вдвое тяжелее у, если x в три раза тяжелее, чем y, то x ускорится в три раза меньше, чем y, и так далее.

Вы возразите: если бросить перо, то оно, по этой логике, должно полететь куда быстрее, чем бейсбольный мяч, но этого не происходит. Перо быстрее не летит.

Дело в том, что наша рука — не единственное, что действует на перо. На него в противоположном направлении действует сопротивление воздуха. По некоторым причинам, в которые мы не будем вдаваться, эта противодействующая сила в большей степени влияет на относительно легкие предметы, такие, как перо, чем на относительно тяжелые, такие, как бейсбольный мяч. Приходится искать равнодействующую силу — то есть силу, которая получается в результате взаимодействия разных сил.

Еще одно замечание — если мы попытаемся двинуть очень тяжелый предмет по полу, у нас получится очень малое ускорение, возможно, что его вообще не будет. Предмет может вообще не сдвинуться, сколько бы усилий вы ни приложили. На сей раз вам мешает сила трения, которая действует в направлении, противоположном силе, приложенной нами, — и эта сила при прочих равных условиях больше у тяжелых тел.

Короче говоря, реальные явления имеют довольно сложный характер, и вот почему понадобилось два тысячелетия, чтобы после долгих размышлений мудрецов были найдены некоторые общие закономерности. Потребовался исключительный гений, который смог бы отбросить затемняющие картину посторонние явления.

Если мы также отбросим все постороннее, то сможем утверждать, что чем тяжелее объект, тем меньшее ускорение вызовет приложенная к нему фиксированная сила.

Но не будем говорить «тяжелее», поскольку это может вызвать сложности. Давайте использовать термин «масса». При обычных обстоятельствах понятие «более массивное» примерно соответствует тому, что мы считаем «более тяжелым»; «менее массивное» же означает «более легкое».

Чем больше масса тела, тем труднее его ускорить — другими словами, изменить его скорость. Сопротивление изменениям скорости тела называется инерцией. Фактически инерция и масса — различные названия одного и того же свойства. (Покойный ныне И. И. Смит рассматривал свободное от инерции тело, движущееся в космосе со скоростью, близкой к скорости света. Обыкновенная масса без инерции не может двигаться быстрее скорости света, считал он, но масса без инерции может двигаться с любой скоростью, как бы велика она ни была. Это очень интересное утверждение, но если мы глянем правде в глаза, то придется признать, что масса без инерции — это то же, что масса без массы, то есть возникает противоречие в терминах; по крайней мере, мне так кажется. — Примеч. авт.)

Если для данной силы ускорение становится меньше при увеличении массы, мы можем сказать, что ускорение обратно пропорционально массе.

Для того чтобы увидеть, как это может быть, обратимся к математическим соотношениям. Пусть m представляет массу. Введем понятие ¹/_m. Чем больше m (к примеру, 2, 3, 4, 5 и так далее), тем меньше отношение ¹/_m (соответственно ¹/₂, ¹/₃, ¹/₄, ¹/₅ и так далее). Фактически ¹/_m становится тем меньше, чем больше m, — абсолютно так же ускорение становится меньше при увеличении массы.

Если каждая из двух переменных пропорциональна третьей переменной, то эти две переменных прямо пропорциональны друг другу. Другими словами, если ускорение и ¹/_m обратно пропорциональны m, то ускорение прямо пропорционально ¹/_m. Тогда мы можем сказать:

Если ускорение прямо пропорционально каждой из двух различных величин, то оно прямо пропорционально произведению этих величин. Другими словами, если а прямо пропорционально f и ¹/_m (см. уравнения 1 и 2), то оно прямо пропорционально произведению f и ¹/_m. Таким образом, мы можем сказать, что:

Когда эти две величины прямо пропорциональны, а это означает, что в случае, если одна из них становится больше (или меньше), другая также становится больше (или меньше) в соответствующее число раз. Например, один параметр увеличивается в 2 раза, в 5 раз или в 1,752 раза — результат увеличится строго во столько же раз: в 2 раза, в 5 раз или в 1,752 раза.

Но мы лишь определили пропорциональность, использовать же ее для расчетов нельзя, требуется уравнение. Для того чтобы составить уравнение, нужно определить коэффициент пропорциональности.

Если мы не знаем его точную величину, то можем пока использовать константу пропорциональности и обозначить ее буквой. Обычно — пусть и не всегда — константу обозначают буквой k. Почему именно k? Потому что эта идея была перенята у немцев, которые использовали слово «konstant».

Если затем мы умножим правую часть уравнения 3 на такую константу пропорциональности, мы наконец сможем написать желаемое уравнение:

Присутствие неопределенной константы пропорциональности — это вызов ученым, и они прикладывают все силы, чтобы ее определить. В данном случае мы вправе сами установить единицы ускорения, силы и массы и потому можем выбрать их так, чтобы значение константы равнялось единице. Конечно, единицу при умножении можно не ставить. При условии, что мы правильно выбрали единицы измерения, можем написать уравнение 4 следующим образом:

Простое алгебраическое преобразование дает нам следующую форму уравнения:

И именно это (наконец!) является тем, что написано на спинке моей майки.

Связь с Ньютоном объяснить нетрудно. То, что столь просто было изложено сейчас, оказалось простым только потому, что Исаак Ньютон впервые объяснил это в своей книге «Principia Mathematica» («Основы математики»), опубликованной в 1687 году. То, что я вам представил, — уравнение 6, — это самое простое выражение второго закона механики Ньютона.

Почему именно второго закона? Потому что был и первый закон.

Формулировка первого закона Ньютона выглядит следующим образом: «Всякое тело пребывает в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока действующие на него силы не изменят это состояние».

Постоянная скорость предусматривает нулевое ускорение. Таким образом, первый закон механики Ньютона в математических символах выглядит следующим образом: «Если f = 0, то а = 0».

Но если мы посмотрим на уравнение 6, то сможем увидеть (предположив, что тело имеет некоторую массу), что при f = 0 а должно быть равно 0:

Отсюда видно, что первый закон механики Ньютона — всего лишь особый случай второго закона Ньютона, а уравнение 6 описывает как первый, так и второй закон движения. Зачем тогда потребовалось формулировать первый закон? Разве Ньютон не видел, что с математической точки зрения это одно и то же? Конечно видел. Причина в том, что, определяя новую картину мира, он должен был сначала отбросить существовавшую прежде систему, и потому психологически важно было показать это первым.

Есть и третий закон механики, также выдвинутый Ньютоном. Этот закон утверждает, что если тело А воздействует с какой-то силой на тело В, то тело В воздействует с точно такой же силой на тело А.

Этот закон обычно называют законом действия и противодействия, хотя это название и не является удачным. Оно создает совершенно неверное впечатление, которое запутало бессчетное число людей.

Слова «действие и противодействие» заставляют думать, что А действует на В и после этого В действует на А. Это выглядит так, словно А берет на себя инициативу, а В только наносит ответный удар вроде самозащиты, после того как его атаковали, — изменение и противодействие изменению, выпад и ответный выпад, первый ход в шахматах и второй ход.

Это может привести к совершенно бесплодным рассуждениям. К примеру, после того, как А действует на В, через какое-то время В действует на А, и, если придумать что-то, чтобы после действия А и перед обратной реакцией В произошла какая-то работа, можно нарушить закон сохранения момента движения или сделать что-то вроде этого.

Проблема состоит в том, что действие и противодействие не существуют независимо. Третий закон следует назвать законом взаимодействия для обоих тел, которые действуют одновременно.

Вместо того чтобы долго доказывать это, я хотел бы пояснить на примере. Предположим, я говорю вам, что закон контакта Азимова гласит: «Если А касается В, то В касается А».

Вы думаете, что А сначала касается В, а лишь позднее В касается А? Вы считаете, что есть маленький, но конечный интервал между тем, как А касается В, и тем, как В касается А? Вы думаете, что вы можете рассматривать касание только лишь А или В? Или же вы должны рассматривать единство двух прикосновений, которые отделить друг от друга невозможно?

Конечно, я уверен, вы пришли к правильному выводу.

Теперь, когда мы знакомы с законами движения, давайте обратимся к силе притяжения, которую Ньютон также рассмотрел в «Principia Mathematica» («Основы математики») и о которой мы говорили в главе 5.

Если мы выпустим мяч из рук, он будет падать вниз с постепенно увеличивающейся скоростью. Другими словами, он будет с ускорением двигаться вниз. Из второго закона механики следует, что ускорение не может существовать без действующей на тело силы. Таким образом, чтобы не нарушать второй закон, необходимо постулировать гравитационную силу в направлении центра Земли, которая действует на любую массу. Чтобы обозначить эту особую силу тяготения, используем букву F.

Если бы сила гравитации была постоянной величиной независимо от природы падающего тела, тогда более массивное тело ускорялось бы меньше (то есть падало бы медленнее), чем массивное. Это наиболее просто выражено в уравнении 2.

Но это не так. Итальянский ученый Галилей примерно за столетие до опубликования «Principia Mathematica» провел эксперименты, убедительно доказывающие, что все тела, какую бы массу они ни имели, ускоряются одинаково во время падения (если мы не берем в расчет сопротивление воздуха).

Ну а если тело А вдвое массивнее тела В, тогда потребуется вдвое большая сила, чтобы заставить его ускоряться до той же величины. Соответственно, если тело А в пять раз массивнее тела В, то для него нужна в пять раз большая сила, чем для тела В, и так далее.

Таким образом, если опыт Галилея правилен, тогда все тела вне зависимости от их массы будут ускоряться при падении одинаково, а гравитационная сила, производимая Землей, — прямо пропорциональна массе падающего тела. Или в виде формулы:

Но по третьему закону механики Ньютона, если Земля прикладывает силу, действующую на падающее тело в направлении вниз, то падающее тело прикладывает такую же силу по отношению к Земле.

Это означает, что когда падающее тело получает ускорение вниз, то Земля получает ускорение вверх. Однако Земля является более массивной, чем падающее тело, и ускоряется в значительно меньшей степени. (Я слышу ваши возражения: «Но вы только что сказали, что все тела любой массы ускоряются одинаково». Да, но в ответ на гравитационное воздействие Земли. Все тела любой массы также ускоряются одинаково по отношению к падающему телу — но только по отношению к нему. Одно «одинаково» не совпадает с другим «одинаково».)

Земля настолько массивней падающих тел, которые мы обычно используем, что ускорение Земли по отношению к ним заметить совершенно невозможно. Это несколько запутывает дело, и хорошо, что Ньютон просто отбросил это усложнение: это позволило ему понять, что притяжение — не только свойство Земли, но и свойство всех объектов во Вселенной.

По третьему закону, если Земля притягивает к себе падающие тела, падающие тела должны совершенно так же притягивать Землю. Если сила притяжения зависит от массы падающего тела, это должно также зависеть от массы Земли, поскольку мы не можем дать одной стороне преимущественного положения перед другой. Если мы обозначим массу Земли буквой M, то получается следующее:

Гравитационная сила также зависит от расстояния между телами. Разумно предположить, что чем дальше два тела друг от друга, тем слабее их притяжение друг к другу. Можно доказать, что гравитационная сила пропорциональна расстоянию между падающим телом и Землей. Из принципа симметрии, однако, должно следовать, что гравитационная сила точно так же должна быть пропорциональна между Землей и падающим телом. Ясно, что оба эти расстояния совершенно равны, и если одно из них обозначить через d, то так же можно обозначить и второе расстояние. В этом случае гравитационная сила везде пропорциональна d × d, или d², и обратно пропорциональна 1/d². Таким образом:

И если мы объединим уравнения 9 и 10, то получим:

Чтобы превратить эту формулу в равенство, мы должны умножить правую сторону уравнения на коэффициент пропорциональности. В этом случае давайте назовем его гравитационной постоянной и обозначим буквой G. Уравнение 11 тогда приобретет следующий вид:

Это уравнение представляет собой ньютоновский закон гравитации в самом простом виде.

Теперь давайте посмотрим, сможем ли мы упростить это равенство. Рассмотрим гравитационную силу в терминах ускорения. Ускорение Земли столь мало, что мы можем не принимать его во внимание, а иметь дело лишь с ускорением падающего тела. В уравнении 6 мы можем заменить F выражением ma и затем сократить m с обеих сторон уравнения. Это даст нам следующее:

Можем мы также избавиться и от G?

К сожалению, это тоже нам никак не помогает. Мы можем измерить ускорение падающего тела (а) и расстояние между падающим телом и центром Земли (d), но у нас нет совершенно никакой информации о массе Земли (M). Или, по крайней мере, ее не было у Ньютона.

Однако, чему бы G ни равнялось, его значение остается тем же для всех возможных значений a, d и M при условии, что вы выражаете а, d и M при помощи одного и того же набора единиц. В этом случае давайте очень тщательно выберем набор единиц, который бы позволил нам избавиться от G.

Давайте использовать массу Земли как единицу массы, радиус Земли как единицу расстояния, а единицу гравитационного ускорения как единицу ускорения. Земля будет составлять ровно 1 массы Земли, расстояние падающего тела от центра будет равно точно 1 радиуса Земли, а ускорение падающего тела будет равно точно 1 единице гравитационного ускорения. В этом случае:

Пока мы будем придерживаться этих единиц, мы можем убрать G и написать уравнение 13 следующим образом:

Если мы будем применять это уравнение только по отношению к Земле, то оно станет совершенно бесполезным. Единственное, что из него следует, — тело с размерами и массой Земли падает так, как мы видим его падающим. Не более того!

Но что будет, если мы переместимся к поверхности Луны? Масса Луны в 0,0124 раза меньше массы Земли, то есть составляет 0,0124 земной массы. Расстояние от падающего на Луну объекта от центра Луны равно радиусу Луны, который составляет 0,27 земного радиуса. Таким образом, мы находим из уравнения 16 (при том, что теперь M представляет массу Луны и d — расстояние до центра Луны):

Мы видим, что падающее тело на поверхности Луны движется вниз с ускорением в 0,17 (грубо говоря, ¹/₆) единицы ускорения. Для простоты примем, что на Луне тело ускоряется в 1,6 раза быстрее, чем на Земле, а это значит, что притяжение на Луне только в 1,6 раза меньше, чем на Земле.

Мы узнали это, не имея гравитационной постоянной. Но мы избавились от нее только потому, что использовали своеобразные единицы. Можно преобразовать единицы гравитационного ускорения в обычные, используя сантиметры и секунды. Для этого потребуется провести ряд измерений. Можно также преобразовать единицу радиуса Земли в обыкновенные единицы, используя сантиметры, прямыми измерениями. Но что нужно сделать с единицей массы Земли?

Эта проблема долгое время оставалась нерешенной, но тем не менее выход был найден. И если вы не возражаете, я завершу свою главу точно так же, как завершил предыдущую.

Местом, где это произошло, была Англия; временем, когда это произошло, был 1798 год; человеком, который это сделал, был Генри Кавендиш, а метод заключался в том, что… но немного потерпите.

Какое отношение все это имеет к данной главе? У ученых есть аналогичные проблемы: до сегодняшнего дня они не могут окончательно освободиться от устаревших представлений.

К примеру, все мы думаем, что хорошо знаем, что такое «вес» какого-либо тела, «взвешивание», и понимаем, когда нам говорят, что одна вещь «легче» или «тяжелее» другой.

Но я не уверен, что мы понимаем эти понятия правильно. Даже физики, которые прекрасно знают, что такое «вес», иногда используют это понятие неточно и некорректно.

Позвольте мне объяснить свои слова. При воздействии на тело гравитационного поля это тело начинает двигаться с ускорением. Представьте, к примеру, что в космическом пространстве внезапно появляется материальный объект без ускорения движения относительно какого-нибудь находящегося поблизости астрономического тела. Он либо неподвижен относительно этого тела, либо движется с постоянной скоростью.

Если в данной точке пространства нет гравитационного поля, то тело или останется неподвижным, или продолжит движение с постоянной скоростью. Если, однако, у какого-нибудь находящегося поблизости большого тела все же есть гравитационное поле, то движение объекта начнет ускоряться и он будет двигаться все быстрее и быстрее или же медленнее и медленнее. При этом он может изменять направление движения.

Поскольку в любой Вселенной, содержащей материю, гравитационное поле (каким бы слабым оно ни было) должно существовать во всех точках, ускорение является нормой для объектов в космосе, на которые действуют только гравитационные поля, а движение без ускорения может быть лишь недостижимым идеалом.

Конечно, если два объекта ускоряются одинаково относительно третьего тела, эти тела кажутся находящимися в состоянии покоя относительно друг друга. Вот почему вы так часто кажетесь себе покоящимся на месте. Вы действительно покоитесь относительно Земли, но это потому, что и вы, и Земля движетесь с ускорением относительно гравитационного поля Солнца абсолютно одинаково.

Но почему ваше движение не ускоряется гравитационным полем Земли? Представьте, что под вами вдруг образовался провал. Вы немедленно, в ответ на действие гравитационного поля Земли, начнете с ускорением двигаться вниз.

Единственная причина, почему это не случилось сразу, заключается в том, что расстояние от нас до центра Земли заполнено твердым телом и что электромагнитные силы, которые взаимодействуют в этом теле, держат частицы очень прочно, не позволяя вам проваливаться сквозь Землю.

В некотором смысле, однако, любой материальный объект, защищенный от необходимости отвечать на гравитационное воздействие, «пытается» это сделать. (Я в этой главе заключаю в кавычки все слова, которые наделяют материальные объекты человеческими свойствами и желаниями. На самом деле ничего человеческого у них нет, просто мне трудно удержаться от возможности объяснять более наглядно. — Примеч. авт.) Тело движется в том направлении, в котором «хочет» двигаться. Именно эта «попытка» ускорить свое движение в ответ на тяготение и дает ту силу, которая может быть измерена и названа весом.

Предположим, мы используем скрученную пружину для измерения силы. Если мы потянем за такую пружину, она станет длиннее. При удвоении силы мы получим, соответственно, двойной эффект. Таким образом, величина растяжения спирали будет соответственно пропорциональна величине силы, применяемой к ней.

Если теперь вы прикрепите один конец спирали к потолку и подвесите к ней какой-нибудь объект, то она удлинится, словно была приложена сила. В данном случае действительно была приложена сила. Данный объект «пытается» двигаться вниз, и сила, появившаяся в результате этой «попытки», приводит к удлинению пружины.

Мы можем откалибровать эту пружину, заметив величину удлинения, производимого телами, чей вес берем за стандарт. Как только это будет сделано, мы можем считать вес любого объекта по показаниям прикрепленного к пружине указателя, который точно покажет нам вес на шкале.

Наше понимание веса до сих пор происходило из того факта, что, взяв предмет в руку, мы были вынуждены более или менее напрягать ее, чтобы тело осталось неподвижным в гравитационном поле Земли. Поскольку мы считаем гравитационное поле Земли чем-то само собой разумеющимся и никогда не сталкивались с его изменением, мы связываем понятие веса исключительно с объектом.

Объект является тяжелым, считаем мы, потому что он тяжелый от природы — и мы настолько уверены в этом, что даже не пытаемся усомниться, так ли это на самом деле. Вес объекта, погруженного в жидкость, уменьшается, поскольку на тело действует выталкивающая сила, которая вычитается из гравитационной силы, действующей вниз. Если выталкивающая сила достаточно велика, тело будет плавать на поверхности воды — и чем больше плотность жидкости, тем больше выталкивающая сила. Дерево, к примеру, будет плавать в воде, а железо — в ртути.

Мы и в самом деле считаем, что железный шар должен быть легче в воде, чем на открытом воздухе, но мы не обращаем на этот факт никакого внимания. Мы не думаем о весе как о силе, которой могут противостоять другие силы. Когда при определенных обстоятельствах вес падает до нуля, это нас изумляет; то, что астронавты парят в невесомости, кажется нам противоестественным (они «за пределами сил тяготения», как говорят многие не разбирающиеся в предмете комментаторы новостей).

Итак, вес частично зависит от свойств самого объекта — но он также зависит и от интенсивности гравитационного поля, на которое реагирует этот объект. Если мы будем стоять на поверхности Луны и держать объект в руках, то он будет «пытаться» ответить на гравитационное поле, которое составляет только одну шестую интенсивности на поверхности Земли. Таким образом, и вес может составлять только одну шестую.

Каким является неотъемлемое свойство материи, от которого, в частности, зависит вес? Это масса (см. главу 5). Этот термин и эту концепцию ввел Ньютон.

Производимая телом сила, «пытающаяся» ответить на гравитационное поле, пропорциональна этой массе, так же как и величине гравитационного поля. Но на поверхности Земли гравитационное поле неизменно, так что мы можем сказать, что производимая телом сила, «пытающаяся» ответить на гравитационное поле Земли, при обычных обстоятельствах пропорциональна только массе этого тела.

(На самом же деле гравитационное поле Земли изменяется от участка к участку, в зависимости от расстояния от этой точки до центра Земли и от распределения материи вокруг этой точки. Эти различия трудно определить, измеряя вес рукой, но точные измерения все же позволяют это сделать.)

Поскольку вес при обычных обстоятельствах пропорционален массе (и наоборот), трудно бороться с искушением рассматривать их как нечто идентичное. Когда понятие массы только было установлено, ей дали единицы измерения (к примеру, фунты), которые до того использовались для измерения веса. И по сей день мы говорим «масса два килограмма» и «вес два килограмма» — а это неправильно. Такие единицы, как килограммы, следует применять только к массе, а весу следует дать единицы силы — но попробуйте говорить об этом с каменной стеной.

Единицы были выбраны с учетом того, чтобы на поверхности Земли масса шесть килограммов имела и вес шесть килограммов, — но на лунной поверхности то же самое тело будет по-прежнему иметь массу шесть килограммов, а вес — только один килограмм.

Спутник, вращающийся по орбите вокруг Земли, находится по отношению к Земле в свободном падении и без помех отвечает на гравитационное поле нашей планеты. Однако он не падает на Землю. Таким образом, масса шесть фунтов на спутнике имеет вес ноль фунтов — и то же относится ко всем объектам, сколь бы массивны они ни были. Объекты на орбитальном спутнике являются невесомыми (если точнее, объекты на спутнике «пытаются» ответить на гравитационное поле самого спутника и других объектов на нем, но эти поля ничтожно малы, так что их можно не принимать во внимание).

Значит ли это, что схожесть веса и массы, к которой мы привыкли на поверхности Земли, в космосе не существует? Конечно. Инерция любого объекта — то есть сила, противостоящая ускорению, — зависит только от массы объекта. Большой металлический штырь столь же трудно двигать на Луне, как и на Земле. Трудности в перемещении на космической станции те же, хотя там вес равен нулю.

Астронавтам придется быть осторожными, — и если они не учтут полученных предостережений, то могут умереть.

Каким образом мы можем измерить массу? Единственный способ — использовать нечто вроде устройства из двух чашечек, балансирующих относительно некоего центра. Предположим, что какой-либо объект неизвестного веса помещен в левую чашечку. Она опускается, а правая поднимается.

Далее предположим, что мы кладем несколько металлических брусков, каждый из которых весит ровно один грамм, в правую чашечку. Пока вес всех брусков будет меньше веса объекта, находящегося в левой чашечке, правая останется поднятой. Как только вес содержимого левой и правой чашечек станет одинаковым, они установятся на одном уровне и, таким образом, вес объекта в левой чашечке будет нам известен.

Но теперь оба веса одновременно являются объектами влияния гравитационного поля, так что эффект этого поля уравновесится. Если это поле усилится или ослабнет, то, соответственно, усилится или ослабнет его влияние на оба объекта одновременно, так что они все равно окажутся сбалансированными. К примеру, эти два тела сохранят свой баланс, если их перенести на Луну. Такой баланс означает, что осталось только одно свойство, которое можно измерить, — масса.

Ученые предпочитают измерять массу, а не вес, и потому используют понятия «более массивный» и «менее массивный» вместо «более тяжелый» и «более легкий» (хотя часто и они делают оговорки).

И даже ученые еще окончательно не освободились от «доньютоновского» мышления через три столетия после Ньютона.

Попытайтесь представить себе такую ситуацию: химик тщательно измеряет массу какого-либо объекта, используя точные химические весы, и добивается того, что две чашечки весов, как мы описали выше, приходят в равновесие. Что он делает? Он «измеряет массу» объекта. Можно сказать это короче? Очевидно, нет. Нельзя ведь сказать, что он «отмассил» объект или «смассил» его. Единственное, что он все же может произнести, — это то, что он «взвесил» объект, и он обязательно так скажет. И я тоже так скажу.

Но взвесить предмет — значит определить его вес, а не его массу. Мы вынуждены использовать термины, что были до Ньютона.

Эти маленькие частицы металла, каждая из которых весит по грамму (или любой другой весовой эквивалент), должны получить название «стандартные массы», если они используются для измерения массы. Но они не используются. Они называются «вес».

Химик часто имеет дело с массами атомов, из которых состоят различные элементы. Эти массы называют «атомными весами». Но на самом деле это не веса, это массы. (В русском языке используется термин «атомная масса». — Примеч. пер.)

Короче, независимо от того, знает ученый разницу между понятиями «масса» и «вес», он тем не менее пользуется устоявшимися терминами. Здесь он похож на даму, которая не видела разницы между выражением «единственный сын» и «единственный ребенок».

Но продолжим. В предыдущей главе я говорил о массах астрономических объектов в терминах массы Земли. Юпитер в 318 раз массивнее Земли; Солнце в 330 000 раз массивнее Земли; Луна в ¹/₈₁ раза массивнее Земли и так далее.

Но какова масса Земли в килограммах (или в любых других единицах массы, которые мы можем сопоставить со знакомыми нами объектами)?

Чтобы определить это, мы должны воспользоваться уравнением Ньютона, приведенным в предыдущей главе, то есть:

F = GmM/d² (уравнение 1).

Если это уравнение применять, например, к падающему камню, то F — это гравитационная сила, воздействующая на камень, G — универсальная гравитационная постоянная, m — это масса камня, M — масса Земли, a d — расстояние от центра камня до центра Земли.

К сожалению, из пяти приведенных величин человек в XVIII столетии мог определить только три. Масса камня (m) может быть найдена легко, а расстояние от центра камня до центра Земли (d) были способны определять еще древние греки. Сила тяготения (F) может быть вычислена путем измерения ускорения, с которым камень реагирует на гравитационное поле. Эти измерения произвел Галилей.

Только значения гравитационной постоянной и массы Земли остаются неизвестными. Если узнать значение G, то сразу можно узнать и значение массы Земли. И наоборот, если узнать M, можно быстро определить универсальную гравитационную постоянную.

Так что же нам делать?

Масса Земли может быть определена непосредственно, если бы мы могли провести над ней определенные манипуляции: положив на чашечку весов, сравнивая с каким-нибудь стандартным весом или что-то в этом роде. Однако с Землей ничего подобного сделать нельзя, так что нам придется об этом забыть.

Тогда рассмотрим G. Это универсальная гравитационная постоянная, и она остается одинаковой для любого гравитационного поля. Это означает, что нам не обязательно использовать лишь гравитационное поле Земли для его определения. Вместо этого можно использовать гравитационное поле любого другого объекта, поддающегося манипуляциям.

Предположим, что мы подвешиваем какой-нибудь объект на пружине; она тут же начнет удлиняться благодаря притяжению Земли. Затем мы поместим под подвешенный предмет большой камень. Теперь гравитационное поле камня суммируется с гравитационным полем Земли, в результате чего пружина немного удлинится.

По величине дополнительного удлинения пружины мы можем определить интенсивность гравитационного поля камня.

Это выглядит следующим образом:

f = Gmm'/d² (уравнение 2),

где f — интенсивность гравитационного поля камня (измеренное дополнительным удлинением пружины), G — гравитационная постоянная, m — масса подвешенного на пружине объекта, m' — масса камня, a d — расстояние между центром камня и подвешенного объекта.

В этом уравнении может быть определена любая величина, за исключением G, так что мы можем переписать уравнение 2 в следующем виде:

G = fd²/mm' (уравнение 3)

и сразу получаем значение G. Как только мы узнаем это значение, то сможем подставить его в уравнение 1, которое позднее решим для M (массы Земли) следующим образом:

M = Fd²/Gm (уравнение 4).

Но здесь возникает трудность. Гравитационное поле камня столь слабо по отношению к массе Земли, что произвести необходимые измерения крайне затруднительно. Камень под телом с пружиной не окажет того эффекта, который можно было бы легко измерить.

Поскольку нет никакой возможности усилить гравитационное поле, следует использовать какое-либо устройство. Нам нужно устройство, способное определить крайне незначительную гравитационную силу тела, достаточно малого, чтобы измерения можно было произвести в лаборатории.

Необходимую точность измерений удалось получить только после изобретения так называемого торсионного баланса французским физиком Шарлем Огюстеном Кулоном в 1777 году и английским геологом Джоном Мичеллом.

Вместо того чтобы использовать пружину или весы с чашечками, было решено обратиться к скручиванию струны или нити.

Если струна или нить очень тонки, то требуется приложить очень малую силу, чтобы произошло их скручивание. Чтобы определить его, необходимо прикрепить вертикальную нить к центру длинного горизонтального стержня. Даже маленькое скручивание приведет к большому перемещению конца стержня. Если используется тонкая нить и длинный стержень, торсионный баланс может быть очень точным — достаточно точным для определения малого гравитационного поля любого объекта.

В 1798 году английский химик Генри Кавендиш применил принцип торсионного баланса к определению значения G.

Предположим, что у нас есть стержень длиной шесть футов, на каждом конце которого находится по свинцовому шарику диаметром два дюйма. Подвесим этот стержень за центр на тонкой нити.

Если приложить очень малую силу к свинцовому шарику на одной из сторон, то горизонтальный стержень повернется и нить, к которой он привязан, скрутится. Скрутившаяся нить будет «пытаться» раскрутиться. Чем больше нить скрутится, тем сильнее сила раскручивания. В конце концов сила противодействия скручиванию уравновешивает силу, вызывающую скручивание, и нить замрет в новом устойчивом положении. Из величины, на которую изменится положение нити, можно определить величину силы, воздействующую на свинцовый шар.

(Естественно, вы можете поместить все устройство в ящик и перенести его в герметично закрытую комнату, где отсутствуют факторы, искажающие картину.)

Если стержень изменяет положение очень мало, это означает, что даже незначительное скручивание тонкой нити вызывает достаточное противодействие, чтобы сбалансировать приложенную силу. Тогда следует прилагать малую силу — а это именно то, что искал Кавендиш.

Он прикрепил свинцовые шары к концам стержня, а потом подвесил по такому же шару диаметром восемь дюймов с каждой стороны стержня.

Гравитационное поле больших свинцовых шаров теперь могло служить для скручивания нити и вынудить стержень занять новое положение (см. рис.).

Кавендиш повторял этот эксперимент снова и снова и из изменения положения стержня (и, следовательно, из скручивания нити) определил значение f в уравнении 3. Поскольку он знал значения m, m' и d, он смог вычислить значения G.

Полученное Кавендишем значение менее чем на 1 % отличается от принятого ныне, которое равно 0,000000000667 м³/кг × с². (Не спрашивайте, в каких единицах было определено значение; эти единицы необходимы для того, чтобы сохранилась размерность уравнения.)

Определив значения G в данных единицах, мы можем решить уравнение 4 — и если используем правильные единицы, то можем узнать общую массу Земли в килограммах. Оказывается, масса Земли составляет 5 983 000 000 000 000 000 000 000, или 5,983 × 10²⁴, килограммов. (Если вы хотите выразить эту величину словами, то можно сказать, что масса Земли составляет около шести септиллионов килограммов.)

Получив массу Земли в килограммах, мы также можем определить и массу других объектов — при условии, что их отношение к массе Земли известно.

Луна, масса которой составляет ¹/₈₁ массы Земли, имеет массу 7,4 × 10²² килограмма. Юпитер массой в 318 масс Земли — 1,9 × 10²⁷ килограмма. Солнце с его массой, составляющей 330 000 масс Земли, — 2 × 10³⁰ килограммов.

Таким образом, Кавендиш измерил не только массу Земли, но и массу всех прочих объектов во Вселенной (по крайней мере, в потенциале), взяв за основу в эксперименте всего лишь перемещение пары свинцовых шаров.

Неплохо для простого уравнения?

Но — и это ключевой момент всей главы — когда кто-либо желает упомянуть достижение Кавендиша, что он говорит? Что Кавендиш взвесил Землю.

Даже физики и астрономы так говорят.

Но он этого не делал! Он определил массу Земли. Он «взмассил» Землю. Такого слова в нашем языке нет, но это недостаток языка, а не мой. Что касается меня, то я считаю, что Кавендиш тот человек, который именно «взмассил» Землю — нравится это нам или нет.

Остается вопрос: «Каков же все-таки вес Земли?»

Ответ прост. Земля находится в свободном падении и, подобно любому объекту в этом состоянии, всецело реагирует на гравитационные поля, предметом воздействия которых является. Но эти воздействия не имеют никаких последствий, и потому Земля не имеет веса.

Таким образом, вес Земли равен нулю.

Давайте начнем с уравнения, которое впервые было выведено голландским физиком Хендриком Антоном Лоренцем в 1890-х годах. Лоренц думал, что уравнение применимо только к электрически заряженным телам, но Эйнштейн позднее ввел его в теорию относительности, показав, что оно применимо ко всем телам, вне зависимости от того, несут они электрический заряд или нет.

Я не буду представлять уравнение Лоренца в его обычной форме, а покажу несколько видоизмененным. Моя версия этого уравнения следующая:

В этом уравнении m представляет массу тела, v — скорость, с которой тело движется относительно наблюдателя, с — скорость света в вакууме, a k — некоторое значение, постоянное для рассматриваемого тела.

Далее предположим, что тело движется с одной десятой скорости света. Это означает, что v = 0,1с. В этом случае дискриминатор дроби с правой части уравнения 1 становится:

Уравнение 1, таким образом, после преобразования выглядит так:

Мы можем применить это же уравнение к разным, постепенно возрастающим скоростям, скажем, к скоростям 0,2с, 0,3с, 0,4с и так далее. Я не буду утомлять вас вычислениями и сразу представлю конечный результат:

Как видите, из уравнения Лоренца, если оно верно, должно следовать, что масса любого объекта постоянно возрастает при увеличении скорости. Когда было сделано впервые такое предположение, оно казалось противоречащим здравому смыслу, потому что подобного изменения массы до сих пор найти не удавалось.

Причина этого состоит в том, что значение с очень велико по земным меркам — 186 281 миль/с. Со скоростью одной десятой скорости света масса любого объекта возрастает на 0,5 % массы объекта, движущегося со скоростью 60 миль/ч — и это увеличение в принципе может быть определено. Однако скорость «всего» в одну десятую скорости света (0,1с) составляет целых 18 628 миль/с, или 67 миль/ч. Другими словами, чтобы произвести измерения массы, скорости должны быть такими, которые были еще неизвестны ученым 1890-х.

Однако всего через несколько лет были найдены субатомные частицы, вылетающие из радиоактивного атомного ядра со скоростью, очень близкой к скорости света. Их массы могли быть измерены довольно точно при различных скоростях, и уравнение Лоренца получило бы еще одно подтверждение своей верности. Но и до этого момента не было найдено ни одного нарушения уравнения Лоренца для любого тела, двигающегося с измеряемой скоростью.

Таким образом, мы должны принять уравнение Лоренца как верное представление описанной нами грани Вселенной — по крайней мере до следующего замечания.

Изучение этого вопроса начнем с феномена, который обычно не замечался до появления железных дорог.

Представьте, что раздается звук свистка, постоянный по громкости. Когда вы приближаетесь к источнику свиста, он кажется более высоким, чем был бы, если бы вы к нему не двигались. Если же свист удаляется от вас, он кажется ниже. Чем больше скорость свиста, тем больше разница в тоне между временем его приближения и удаления.

Но это лишь бездоказательное утверждение. Прав ли я?

До 1830 года никто, похоже, не задавался вопросом, правдиво ли это утверждение или нет. Возможно, никто и не замечал подобное изменение в высоте звука.

До появления железных дорог самым быстрым движением, с которым сталкивался человек, была езда на галопирующей лошади. Можно представить себе человека, который, сидя в седле, трубит в рог. Если бы наблюдатель смотрел, как этот всадник проносится мимо, то он бы заметил, что при его приближении звук рога имеет более низкий тон, нежели когда всадник удаляется. Но в тот момент, когда бы всадник его миновал, на короткое мгновение наступила бы тишина.

Однако галопирующая лошадь с дудящим в горн всадником — большая редкость; я думаю, это возможно только тогда, когда кто-либо вел за собой отряд на сражение. Когда горн звучит среди ударов пик по щитам или бряцания сабель, думаю, ни один потенциальный наблюдатель не стал бы прислушиваться к изменению тона горна.

Но затем появился локомотив с его паровым свистком, предназначенным для предупреждения людей, чтобы они ушли с дороги! Паровозы начали ходить периодически, и наблюдатель мог прислушиваться к свисткам при их приближении и удалении. Обычно он слышал, как паровой свисток при прохождении паровоза мимо меняет свой тон от «тенора» до «баритона».

После того как это случилось несколько раз, возникло любопытство. Почему это происходит? Почему свисток звучит тоньше, когда поезд приближается, чем когда он удаляется? Почему свисток звучит глубже, когда поезд отъезжает? Откуда это непонятное изменение?

Можно с ходу откинуть мысль, что это шутка машиниста, поскольку подобное происходит со всеми поездами и всеми машинистами, и столь нелепая шутка просто невозможна. Кроме того, если два человека слушают с разных точек наблюдения, то все равно при приближении звук имеет более высокий тон, чем при удалении.

«Как далеко это „далеко“?» — это был вопрос, который задавали себе астрономы в начале XIX века. Они знали, что звезды находятся далеко, немыслимо далеко, но не знали насколько.

На этот вопрос начали отвечать в 1830-х, когда было обнаружено, что ближайшая звезда находится на расстоянии 4,3 светового года (один световой год равен 5,8 триллиона миль). В конце концов (примерно столетием позже) стало известно, что наша Галактика, состоящая более чем из ста миллиардов звезд, представляет собой протяженную плоскую спираль примерно в 100 000 световых лет в поперечнике.

Это расстояние может вызвать восхищение, но для астрономов оно сродни зубной боли. Чем дальше расположена звезда, тем слабее она, тем меньше ее параллакс, тем хуже видно ее собственное движение.

Это означает, что, если какая-нибудь звезда уходит на большее расстояние, труднее определить расстояние до нее. Метод измерения параллакса (самый первый способ и самый достоверный), к примеру, дает удовлетворительные результаты только на расстояниях до 100 световых лет, то есть в пределах, близких к границам нашей Солнечной системы.

Таким образом, к началу XX века перспектива исследования Вселенной за пределами нашей Галактики — к примеру, измеряя расстояние — казалась практически невозможной.

К тому же многие считали, что за пределами нашей Галактики ничего и нет. Единственное, что было видно, — это некоторые расплывчатые образования в небе, называемые туманностями. Некоторые из этих туманностей определенно находились внутри нашей Галактики, но другие, возможно, были за ее пределами. Эти подозрительные туманности вызывали особый, все возрастающий интерес в начале XX века.

Самые большие надежды при изучении столь дальних объектов возлагались на астрономические приборы, которые могли определять характеристики независимо от расстояния. Основным явлением, которое можно было использовать, был сдвиг спектральных линий, вызванный радиальной скоростью (то есть скоростью движения от нас или к нам. — Примеч. пер.) некоторых астрономических объектов при их движении к нам (при этом происходил сдвиг к сине-фиолетовой части спектра) и при движении от нас (при этом происходил сдвиг к оранжево-красной части).

Чем дальше находилась звезда, тем труднее ее было разглядеть и тем труднее было наблюдать ее спектр по ее свету. Приходилось применять все больше ухищрений для распознания и измерения положения спектральных линий; еще более трудным было определить смещение. К тому же очень трудно определить радиальную скорость на больших расстояниях. Тем не менее, если спектр можно получить вообще, тогда радиальную скорость можно измерить с достаточной точностью независимо от расстояния. Очень далекий объект, у которого мы можем получить фотографируемый спектр с распознаваемыми линиями, способен двигаться к нам или от нас — и это движение определить не сложнее, чем у близкого объекта.

Во второй половине XIX столетия радиальные скорости были измерены для многих звезд (ныне известны радиальные скорости тысяч звезд). Величины этих радиальных скоростей звезд находятся в довольно узком диапазоне. Для некоторых звезд радиальная скорость практически равняется нулю (в конце концов, некоторые звезды могут двигаться параллельно нашему собственному курсу или могут пересекать линию нашего движения под прямыми углами, так что в данный момент они не приближаются и не удаляются). С другой стороны, некоторые звезды имеют радиальную скорость, равную 400–500 км/с относительно Солнца. Но такие величины редки. Большинство звезд имеют скорость в диапазоне 10–40 км/с — и, похоже, из них столько же удаляется, сколько приближается.

На основе радиальных скоростей можно сделать некоторые заключения относительно собственного движения (то есть движения перпендикулярно линии зрения). Такое собственное движение может быть измерено непосредственно для ближайших звезд — и радиальное движение данной звезды не обязательно имеет отношение к собственному движению этой звезды. Однако среди большого числа звезд существуют статистические соотношения, и это может быть использовано, чтобы получить представление об истинном движении, в трех измерениях, относительно Земли.

Когда это было сделано, полученная картина Галактики на первый взгляд представляла собой нечто вроде осиного гнезда, движущегося наугад во всех направлениях. Более внимательное изучение показало, что можно найти в движении звезд некоторую закономерность. В 1904 году голландский астроном Якобус Корнелис Каптейн доказал, что звезды движутся двумя потоками и движение одного потока противоположно движению другого.

Позднее, в 1925 году, другой голландский астроном, Ян Хендрик Оорт, объяснил эти потоки как результат вращения Галактики. В целом чем дальше астрономический объект находится от гравитационного центра, относительно которого он вращается, тем медленнее его орбитальное вращение. В нашей Солнечной системе чем дальше планета отстоит от Солнца, тем медленнее она движется по своей орбите. В нашей Галактике чем отдаленнее звезда от своего галактического центра, тем медленнее она вращается на своей орбите вокруг центра.

Звезды, более отдаленные от центра Галактики, чем Солнце, будут двигаться медленнее, чем оно. Мы опережаем их, и они медленно отстают от нас. Звезды, более близкие к центру Галактики, чем Солнце, движутся быстрее и нас опережают. Таким образом, получается два потока в противоположных направлениях.

Радиальные скорости, таким образом, оказываются исключительно мощным средством, поскольку они дают нам картину большого медленного вращения огромной Галактики вокруг своей оси — картину, которую мы вряд ли получили бы с такой определенностью любым другим путем.

Но это было только начало.

Древние греки (я очень люблю начинать главу со слов «древние греки» и часто это делаю) считали, что одним из самых важнейших «универсумов» (т. е. «элементов» по-латыни) является элемент «земля». Но под этим словом они подразумевали не почву, что у нас под ногами, а некую идеальную субстанцию, которую в разных пропорциях можно найти в различных составляющих земной коры.

Некоторые из этих составляющих весьма мало походили на «землю» в ее обычном понимании. К примеру, к ним относились металлы, обладающие блеском и поддающиеся ковке, в то время как компоненты земли не блестят и рассыпчаты. К этим составляющим относились также углерод и сера, у которых тоже не было блеска и которые тоже были рассыпчатыми, но они горели, в то время как на компоненты земли огонь не влияет.

Мы можем сказать, что основными свойствами земли является то, что они не имеют блеска, хрупки и не подвергаются воздействию огня. В первую очередь это песок, камни и глина.

Но мы не можем сказать, что это только песок, камни и глина, поскольку перечисленные свойства относятся к большой группе минералов, которые отличаются друг от друга. Это не привычная земля под ногами, но все же элемент «земля».

Используя современную терминологию, давайте определим «землю» древних греков как стабильный оксид с высокой температурой плавления. Из наиболее распространенных элементов в первую четверку входят кремний, алюминий, известь и магнезия — в порядке убывания их количества в земной коре. Мы можем сказать, что к элементу «земля» древних греков относятся диоксид кремния (SiO₂), оксид алюминия (Al₂O₂), оксид кальция (CaO) и оксид магния (MgO). Если взять все из четырех наиболее распространенных элементов и их соединения, то обнаружится, что они составляют примерно две трети земной коры. Невозможно взять какой-либо объемистый кусок земли без того, чтобы в нем не оказалось значительного числа каждого из этих четырех элементов.

Еще в конце XVIII столетия химики подозревали, что земля в основном состоит из оксидов металлов, и через определенный срок действительно удалось получить эти металлы из земли в чистом виде (кремний был отделен быстрее всего).

Две другие очень распространенные субстанции, которые тоже удалось быстро выделить из их соединений, были сода и поташ. В современной терминологии это карбонат натрия (Na₂CO₃) и карбонат калия (K₂CO₃). Химически они отличаются от таких «земель», как оксиды, по химики того времени особого отличия не видели.

Химики определили, что натрий и калий свободно растворялись в воде, а это для земной почвы было нехарактерно. Кроме того, как обнаружилось, натрий и калий после растворения приобретали некоторые свойства, такие, к примеру, как способность нейтрализовать кислоты.

Натрий и калий наиболее легко можно было получить путем нагревания в больших емкостях, от чего получалась зола (отсюда английское название карбоната калия поташ, «potash», из слов «pot» и «ash» — «горшок» и «зола»). Потому они были названы «alkalis», «щелочи», от арабского слова, означающего «зола» (арабы были великими алхимиками в начале Средних веков, и одно время арабские слова в химии очень ценились). Растворы натрия и калия были названы щелочными по их свойствам.

Так случилось, что из очень распространенных составляющих земли два компонента — известь и оксид магния — оказались несколько растворимыми в воде, причем их растворы показывали щелочные свойства. С тех пор их стали называть щелочноземельными — и называют так по сей день. Металлы, получаемые из извести и окиси магния (кальций и магний соответственно), а также аналогичные металлы, отделенные от сходных, но менее распространенных элементов земли (бериллий, стронций и барий), были названы щелочноземельными элементами.

Когда в последние годы XIX столетия был обнаружен удивительный элемент — радий, — оказалось, что он принадлежит к тому же семейству. Фактически по химическим свойствам он очень схож с барием. Радий тоже щелочноземельный металл.

(Не бойтесь, что дожди могут размыть почву потому, что два из важнейших земных элементов растворимы в воде. Известь и окись магния присутствуют в соединении с кремнием — как и силикат кальция, и силикат магнезии, — и в этой форме они практически нерастворимы.)

Теперь мы готовы к тому, чтобы перейти к следующей части истории.

В трех милях от Стокгольма, у деревушки, которая называлась Иттербю («внешняя деревня»), находился карьер.

Однажды в 1787 году офицер шведской армии, лейтенант Карл Аксель Аррениус (1757–1824), который увлекался минералогией, подобрал в карьере необычный черный камень. Аррениус не смог определить, из чего состоит этот камень, и справедливо рассудил, что это минерал, который учеными до сих пор не изучался. Он назвал минерал иттербит, использовав суффикс «-ит», обычно присваиваемый минералам.

Конечно, удивительный минерал привлек внимание, и в 1794 году финский химик (в то время Финляндия была частью шведского королевства) по имени Юхан Гадолин (1760–1852) химически разделил его. Оказалось, что минерал является комбинацией нескольких различных оксидов, в том числе оксида кремния.

Один из этих оксидов, который Гадолин отделил от остальных (и который, как оказалось, составлял две пятых всего минерала), поразил его своей необычностью. Оксид не был похож ни на одно прежде встречающееся вещество и вместе с тем имел все «земельные» свойства. Он не растворялся, не вел себя как металл и не подвергался воздействию тепла. Гадолин объявил, что он открыл новую «землю», и назвал ее «иттриевой землей». К этому времени было ясно, что «земли» — это оксиды, и потому новая «земля» должна быть оксидом какого-то нового металла. Этот металл смогли получить в чистом виде только через полвека, но эта было уже дело второстепенное. Главное, что минерал уже был обнаружен и было известно, что новый металл обязательно находится в минерале. Потому ученый, открывший новую «землю», стал считаться первооткрывателем нового металла. При новом открытии обычно металлы получали название по своей «земле», с общепринятым окончанием иттрий. Эта иттриевая земля была оксидом иттрия, и Гадолина стали считать первооткрывателем иттрия.

В 1812 году шотландский химик Томас Томсон (1773–1852) посетил знаменитый карьер и изучил его минералы. В своем исследовании он все еще использовал термин «земля». Но если он называл новый минерал «землей», то естественно было ожидать, что этот элемент должен часто встречаться в земной коре. Обычно «земли» в химическом смысле этого слова в большом количестве присутствовали в земной коре, так что и новая «земля» должна была присутствовать в изобилии (я не несу ответственности за подобную логику — такие вопросы часто возникают, когда обыденные термины применяются в науке).

Томсон же имел перед собой «землю», иттриевую, которую можно было найти только в одном-двух местах — и нигде больше. И он написал по этому поводу: «Невозможно себе представить какую-то особенную землю, находящуюся в необычном месте и в очень малых количествах».

Иттрий, другими словами, был «редкой землей»; Томсон счел это сочетание абсурдным, но оно весьма помогло химикам определиться с новым классом элементов. Томсон привел еще два примера редкоземельных элементов — «глуциновая земля» (оксид бериллия, BeO) и «циркониевая земля» (оксид циркония, ZrO₂). Однако по мере открытия новых элементов название «редкоземельные» стало применяться не ко всем землям, присутствие которых в земной коре незначительно, а лишь к иттриевой земле и родственным ей элементам, поскольку, как оказалось, иттриевая земля имела родственников.

Гадолин прожил долгую и почтенную жизнь, работая профессором химии в университете Або, но необходимо признать, что открытие иттриевой земли было единственным его достижением. Но и этого оказалось достаточно. То, что Гадолин назвал иттриевой землей, было названо в его честь гадолинитом, — и от физика ожидали много и в будущем.

Как только Гадолин сделал свое открытие, естественно, другие химики тоже загорелись желанием принять участие в исследованиях. Шведские минералы начали тщательно изучаться. Одним из химиков, принявших участие в этой работе, был немец по имени Мартин Генрих Клапрот (1743–1817). Он уже прославился в качестве первооткрывателя элементов. В 1789 году он открыл циркониевую землю (эта «земля» была представлена Томсоном в качестве одной из явно парадоксальных редких земель, но в наши дни цирконий редкоземельным не называют) и уран. В 1798 году он открыл титан.

В 1803 году Гадолин откопал в Швеции тяжелый минерал, который ранее не был изучен и который не походил на гадолинит. Гадолин смог отделить новый минерал — и это была не иттриевая земля и не что-то уже известное. По всей вероятности, это было что-то совершенно новое, — и он назвал минерал «terre ochroite», «бледно-желтая земля», что — я думаю, вы согласитесь, — является совершенно неудачным названием.

Примерно в то же самое время самый великий из живших тогда шведских (и европейских) химиков, Йёнс Якоб Берцелиус (1779–1848), работая со шведским геологом Вильгельм Гизингером (1766–1852), получил в чистом виде эту же землю. Клапрот был впереди буквально на шаг, так что ему и досталась слава первооткрывателя, но именно Берцелиус дал новой земле звучное имя, и в этом (что выглядит довольно странным) он следовал прецеденту, автором которого был Клапрот.

В Средние века алхимики называли различные металлы в честь планет. Когда Клапрот открыл в 1789 году новый элемент, он вспомнил, что всего за восемь лет до этого была обнаружена новая планета, впервые за историю человечества. Планета была названа Уран, и Клапроту показалось подходящим назвать новый элемент ураном в ее честь.

Когда Берцелиус и Гизингер получили свою землю в чистом виде, а это было в 1803 году, они помнили, что двумя годами раньше была открыта новая планета и ее назвали Церера. Тогда они назвали свою землю «цериевой землей». (За открытием Цереры последовало открытие ряда малых планет — астероидов — и церия, который вместе с иттрием был родоначальником целой серии сходных элементов. Подобное совпадение не встречается даже в фантастической литературе.)

Но прошло еще одно поколение, когда две родственных (поскольку они были очень схожи в химических свойствах) земли, иттриевая и цериевая, начали вызывать серьезное недоумение по крайней мере у одного из химиков. Обе земли были весьма схожи, и после их перемешивания разделить снова было трудно. Как можно быть уверенным, что одна из этих земель сама не является результатом смеси?

Химик, который задался таким вопросом, был Карл Густав Мосандер (1797–1858), ученик Берцелиуса. Он уже занимался редкоземельными элементами, когда пытался отделить металлическую часть цериевой земли, используя пары калия для того, чтобы удалить кислород. Хоть и с трудом, ему удалось (работа с парами калия — это труд, который я никому бы не пожелал) получить не очень чистый экземпляр металла, церия. Он первым получил редкоземельный металл, но в чистом виде церий и сходные с ним металлы были получены только в XX веке. Пытаясь найти новые земли, химик обработал цериевую землю азотной кислотой и обнаружил то, что подозревал, — некоторые из компонентов растворялись быстрее остальных. Растворившуюся часть он отделил; обнаружилось, что это земля, но не цериевая земля, хотя и очень похожа на нее. Химик назвал новую землю лантановой, от греческого слова, обозначающего «спрятанный», поскольку этот элемент был «спрятан» в цериевой земле (это название предложил Берцелиус).

Но Мосандер на этом не остановился. Он продолжал работать с полученной лантановой землей для того, чтобы определить, нет ли у нее примесей. Это заняло два года упорного труда, поскольку методы тех дней были очень несовершенны, но в 1841 году Мосандер пришел к радостному заключению, что и в лантановой земле, которую он добыл из цериевой, есть еще одна земля, которая до сих пор оставалась скрытой. Эту новую землю он назвал «didymia», дидимиевая земля, от греческого слова, обозначающего «близнецы», поскольку он полагал, что новая земля — это почти неотделимый близнец лантановой земли.

Все это уже стало походить на шутку. Когда была найдена одна необычная земля, иттриевая, это было выдающимся открытием — этого вполне достаточно. Но когда новые земли стали появляться одна за другой, как кролики, это начало вселять тревогу. Теперь было уже четыре земли: иттриевая, цериевая, лантановая и дидимиевая. Кто мог сказать, сколько еще их может быть?

Примерно в это время термин «редкоземельный» начал применяться уже только к этому «семейству».

Мосандер продолжил свою кропотливую работу. Он взял цериевую землю Клапрота и добыл из нее еще две новых земли. Было бы удивительно, если бы он не сделал того же с иттриевой землей Гадолина, которому было уже пятьдесят лет и который так и не смог правильно использовать свое открытие.

Мосандер принялся за изучение иттриевой земли. Очень осторожно он удалил из нее цериевую, дидимиевую и лантановую земли (а они были в исследовавшемся куске земли, поскольку любой образец с редкоземельными элементами, если его обрабатывать очень тщательно, похоже, может содержать частицы всего семейства).

Как только это было сделано, Мосандер должен был получить чистую иттриевую землю, но получилось ли у него это? Путем тщательной обработки с помощью азотной кислоты он в конце концов получил в 1843 году три разных земли с разной растворимостью в кислоте. Все три земли разнились в окраске. Бесцветная фракция оказалась самой большой, и по этой причине за ней осталось первоначальное название — иттриевая земля. Желтую землю Мосандер назвал эрбиевой землей, а розоватую — тербиевой.

Все три названия — иттриевой, эрбиевой и тербиевой земель — произошли от названия карьера, где был найден первый образец — Иттербю. В каком-то смысле схожесть названий была правильной, поскольку она показывала тесную химическую связь трех земель и их общее происхождение.

С другой стороны, для одного карьера Иттербю оказалось чересчур много чести. Число элементов ограниченно, и их названия следовало бы использовать более бережно, чтобы кого-нибудь увековечить. (Конечно, для этой цели названия не использовались; многие из элементов получили свои названия по очень прозаическим причинам, и сейчас слишком поздно с этим что-то делать.)

Более того, названия «эрбиевая земля» и «тербиевая земля» звучат столь одинаково, что очень легко их спутать. Так и случилось — то, что Мосандер назвал эрбиевая земля, потом стало зваться тербиевая земля, и наоборот. Это не имело каких-либо последствий, но все же свидетельствовало о том, что названия надо подбирать более тщательно.

Таким было положение вещей, когда появилось новое поколение ученых. У них было уже шесть редких земель, и эти земли приводили тогдашних ученых в замешательство. В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) создал Периодическую систему элементов, в которой они располагались в рациональном порядке, основанном на их химических свойствах. Полезность этой таблицы состояла в том, что стало возможным предсказывать существование некоторых элементов, которые еще не были открыты, и указывать их свойства с большой степенью вероятности. Все элементы должны были точно вписаться в таблицу — и два из уже известных в то время редкоземельных элементов, иттрий и лантан, вписались. Однако для четырех других места не нашлось, и со временем положение стало еще хуже: когда были обнаружены другие редкие элементы, только один из них вписался в таблицу достаточно удачно.

А 1878 году швейцарский химик Жан Шарль Галлисар де Мариньяк (1817–1894) получил эрбиевую землю (землю розового цвета, которую Мосандер поначалу назвал тербиевой землей). Дальнейшей обработкой он разделил ее на бесцветную землю и землю с более глубоким красным оттенком. Поскольку первоначальная эрбиевая земля имела цвет, он оставил это название за красной землей. Ту же землю, что была почти бесцветной, он назвал иттербиевой землей, также по названию прославленного карьера Иттербю. Таким образом, память об этом карьере сохранилась в названиях уже четырех земель, а следовательно, элементов.

На следующий год, в 1879-м, шведский химик Ларс Фредерик Нильсон (1840–1899) приступил к иттербию Мариньяка и выделил из него еще одну землю. К счастью, он не смог придумать, как заставить несчастный карьер Иттербю выдать еще одно название, так что решил дать обобщенное наименование скандиевая земля в честь Скандинавского полуострова в целом.

Эта земля прекрасно вписалась в таблицу Менделеева (если говорить о версии таблицы XIX века, то это была последняя земля, которой это удалось), причем особенно удачно. Когда Менделеев создал таблицу, он попытался предугадать свойства трех элементов, которые до того еще не были открыты. Один из этих элементов действительно был обнаружен в 1875 году и был назван галлий; он точно соответствовал предсказанию. Новая земля, скандиевая, содержала металлический элемент «скандий», который был вторым из предположенных Менделеевым элементов, и он тоже имел ожидаемые свойства.

Но если из иттербиевой земли Мариньяка можно было получить новую землю, не следовало ли еще изучить и эрбиевую землю, из которой была получена иттербиевая земля? Можно ли было добыть из эрбиевой земли что-либо полезное?

Еще один шведский химик, Пьер Теодор Клеве (1840–1905), обнаружил, что можно. В 1879 году он завершил разделение эрбиевой земли. Для главной фракции он оставил название эрбиевой земли. Две меньших по объему фракции он назвал гольмиевая земля и тулиевая земля. Гольмиевая земля была названа в честь Стокгольма — города, в котором жил Клеве. Тулиевая земля была названа в честь Туле — в древности так называли легендарную землю на Дальнем Севере, которую некоторые ученые связывали со Скандинавией.

Открытия продолжились, когда за них взялся французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран (1838–1912). Именно он открыл галлий при помощи новомодной спектроскопической техники. Оказалось, что каждый элемент дает свою собственную комбинацию спектральных линий при нагревании добела, и потому французский физик направил свой спектроскоп на редкоземельные элементы.

Теперь уже работы велись не наугад. Если два образца какой-то земли, полученные из различных минералов и при помощи различных техник, показывают разные спектры, тогда данный экземпляр не является чистым и в нем присутствует по крайней мере еще одна субстанция.

Французский физик обнаружил, что одна из найденных Мосандером земля, дидимиевая, при исследовании спектроскопом является подозрительной. Он начал ее разделять, проверяя спектр на каждом шаге. В 1879 году он отделил новую землю и назвал ее самариевой.

Кто-то подумает, что это название происходит от библейского города Самарии, но это не так. Так случилось, что руда, с которой работал французский физик, называлась самарскит. Более того, самарскит был типом руды, впервые открытой в России и названной в честь полковника Самарского — малоизвестного шахтного чиновника. Самарий стал первым элементом, названным в честь человека, но так случилось, что название элемента прославило лицо, которое не имело каких-либо значительных заслуг.

В 1886 году французский физик добился нового успеха, получив из самариевой земли еще одну землю, идентичную той, которую Мариньяк получил ранее (с меньшей уверенностью) в 1880 году. Это подтвердило, что Мариньяк действительно был первооткрывателем новой земли. Но имя ей дал французский физик. С разрешения Мариньяка он назвал новую землю гадолиниевая в честь Юхана Гадолина, с которого все началось около столетия до того и который к тому моменту уже скончался. По крайней мере, земля получила название в честь заслуживающего это человека.

Из всего списка элементов, названных в честь людей, только самарий и гадолиний являются стабильными из общего числа в восемьдесят один. В названиях элементов прославлены другие, более великие люди, но такие имена, как Менделеев, Кюри, Эйнштейн и Ферми, присвоены короткоживущим радиоактивным элементам, открытым после Второй мировой войны (к слову, эти радиоактивные элементы имеют интересную связь с редкими землями, но это другая история для другой книги).

После этого менее чем за два года было найдено шесть новых редких земель, однако все еще не было метода, который позволил бы определить, сколько еще земель осталось открыть.

К примеру, дидимиевая земля, которая была источником для самариевой и гадолиниевой, все еще выглядела подозрительно — даже после того, как эти две земли были выделены. Австрийский химик Карл Ауэр барон фон Вельсбах (1858–1929) принялся за исследования в 1885 году и обнаружил, что земля, которую поначалу назвали «близнецами», и в самом деле состоит из двух элементов. Он аккуратно разделил эти элементы.

В первый раз, однако, разделение не выявило преобладания какой-то одной фракции, за которой можно было бы оставить прежнее название. Дидимиевая земля совершенно исчезла из списка земель, и это была единственная редкая земля, которую постигла такая участь (она просуществовала в общем списке сорок лет). Две полученные фракции были названы празеодимовая земля, «praseodymia» («зеленые близнецы», поскольку у нее был зеленый оттенок), и неодимовая земля, «neodymia» («новые близнецы»).

В следующем, 1886 году Лекок де Буабодран, работая с гольмиевой землей Клеве, смог выделить еще одну новую землю, которую назвал диспрозиевая земля, по греческому слову, обозначающему «трудно получить это».

После этого дело замедлилось, но не прекратилось совсем. Новые земли открывали даже после начала XX века. В 1901 году французский химик Эжен Демарсе, столь же первоклассно владеющий спектрографом, как и Лекок, разделил самариевую землю путем серии замысловатых манипуляций и получил новую землю, которую назвал европиевой в честь всего континента.

Наконец, в 1907 году еще один французский химик, Жорж Урбен (1872–1938), сделал то же самое с иттербиевой землей и выделил еще одну редкую землю, для которой использовал довольно необычное название — лютециевая земля — по древнеримскому названию города, который позднее стал именоваться Парижем (надо ли говорить, что химик родился в Париже).

Теперь давайте сделаем временную остановку и посмотрим на редкие земли, которые были известны к 1907 году. Я перечислю их в порядке открытия:

Было открыто семнадцать редкоземельных элементов. Дидимий исчез из списка, так что осталось шестнадцать.

Шестнадцать элементов, которые формируют тесную семью очень схожих по своим химическим свойствам, невозможно было разделить до конца, используя методы XIX века! Химики не имели ни малейшего представления, сколько еще элементов могло быть найдено, и потому находились в большом замешательстве.

Периодическая система Менделеева ничем в этом отношении не могла помочь. Три из редкоземельных элементов — скандий, иттрий и лантан — имели места, куда их можно было бы определить, для остальных места в системе не было.

Редкоземельные элементы ставили перед учеными и химической наукой в целом неразрешимую проблему. Если Периодическая система верна, то в ней должно существовать место для редкоземельных элементов, так как она была самым фундаментальным достижением химии в XIX веке.

К счастью, необходимое место было найдено, но об этом потом. Прежде, в следующей главе, давайте пристальнее поглядим на Периодическую систему.

В середине XIX столетия было обнаружено примерно тридцать элементов, и это начало внушать химикам тревогу. Каждое десятилетие число элементов возрастало: три было открыто в 1770-х годах, пять — в 1780-х, пять — в 1790-х, четырнадцать — в 1800-х, четыре — в 1810-х, пять — в 1820-х и так далее.

Возникала мысль: когда же это кончится? Ученые ценят простоту, а то, что казалось им простым, становилось все сложнее и сложнее. Требовался какой-то новый порядок, в котором бы все снова стало простым. Для этого необходимо было найти некую закономерность в запутанном списке элементов, так чтобы можно было разбить элементы на отдельные «семейства». Это могло бы как-то «расчистить джунгли».

В самом деле, если бы элементы были правильно организованы, стало бы ясно, сколько элементов существует всего и сколько, таким образом, элементов осталось неоткрытыми. В середине XIX столетия, однако, это казалось невыполнимой задачей.

В то время было известно, что атомы разных элементов имеют свои атомные веса. Так, если вес атома водорода (самого легкого из известных, как тогда, так и сейчас) равен 1, атом углерода, который массивнее в 12 раз, соответственно, должен иметь атомный вес 12, атом кислорода — 16 и так далее.

Тогда для начала можно попытаться организовать элементы в порядке атомных весов, чтобы определить, будут ли у них схожими какие-нибудь семейства. Оказалось, что прямоугольная таблица может быть создана таким образом, чтобы схожие элементы распределялись столбцами или колонками (в зависимости от того, вертикально или горизонтально размещаются элементы). К сожалению, на самых первых таблицах объединялись друг с другом очень несхожие элементы, а в науке половинное решение — это не решение вообще.

Ясно, что главная проблема с организацией по атомным весам заключалась в том, что нельзя было определить, когда список завершится. Оказалось, что атомная масса углерода равна 12, азота — 14, а кислорода — 16. Как можно быть уверенным, что между ними не существует неоткрытых элементов с атомными массами 13 и 15? Кому нужна таблица, в которой зияют пустоты?

Конечно, можно возразить, что разница в 2 атомные массы очень мала, и вряд ли здесь есть промежуточный элемент, но уверенным в этом быть нельзя. Никель имеет атомную массу 58,7, а кобальт — 58,9. С такой разницей в атомной массе между углеродом и азотом могло бы уместиться девять элементов и еще девять между азотом и кислородом.

Это говорит о том, что полагаться только на атомные массы нельзя. Требуются еще какие-либо свойства, и лучше всего, если эти свойства будут представлены целыми числами, чтобы, переходя, скажем, от 1 к 2 и от 2 к 3, мы знали, что между ними ничего нет.

Первые результаты такого подхода появились в 1852 году. Английский химик Эдуард Франкланд заметил, что в химических формулах, которые были созданы к этому времени, один атом одного элемента, похоже, всегда связан с фиксированным числом атомов других элементов.

Таким образом, атом водорода никогда не связан более чем с определенным числом атомов другого вещества. Это можно назвать степенью комбинирования единицы (или валентностью, от латинского слова, обозначающего «степень»). Атом кислорода может комбинироваться с двумя атомами водорода, атом азота с тремя атомами, а атом углерода — с четырьмя, так что кислород, азот и углерод имеют валентности в 2, 3 и 4 соответственно. Эти валентности работают очень четко. Таким образом, атом углерода (валентность 4) может комбинироваться с двумя атомами кислорода (2 + 2) или с одним атомом кислорода и двумя атомами водорода (2 + 1 + 1).

Концепция валентности не только отличается простотой, ясностью и явной полезностью, но и вводит целые числа, поскольку валентностей 1,5 или 2,32 — или какой-либо в этом духе — не существует. (В действительности наука XX века дала новую концепцию, которая в самом деле ввела что-то вроде дробных валентностей, но это не влияет на систему доказательств в данной главе. — Примеч. авт.)

В 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев попытался организовать элементы согласно молекулярной массе и валентности. Результатом стала система, очень упрощенную и неполную версию которой я привожу в таблице 1 с атомными весами, округленными до одной десятой после запятой.

В таблице 1 я даю химические элементы так, чтобы сэкономить место; это не повлияет на систему доказательств и ни в коей мере не запутает, даже если вы не знаете, каким символом какой элемент обозначен. Когда мне придется упомянуть определенный элемент, я дам его полное название, вместе с символом.

Строки в таблице 1 содержат тесно связанные семейства элементов. К примеру, верхняя строка содержит литий (Li), натрий (Na), калий (К), рубидий (Rb), цезий (Cs) и франций (Fr), которые имеют одинаковые свойства. Эти элементы медленно плавятся, исключительно активны и при определенных условиях реагируют примерно одинаково. Более того, там, где различия существуют, они проявляют себя постоянным изменением вдоль строки. От лития к натрию, калию и так далее точка плавления вещества становится ниже, а активность его возрастает. Эти шесть элементов называют щелочными металлами.

Вторая строка содержит шесть щелочноземельных элементов, которые тоже имеют сходные свойства. И так далее на протяжении таблицы.

Заметим, что в периоде 5 теллур (Те) идет перед йодом (I), хотя теллур имеет большую атомную массу, а значит, должен находиться после йода, если бы классификация шла только по атомной массе.

Именно Менделееву принадлежит великая заслуга в том, что валентность (как и химические свойства в целом) стала учитываться в первую очередь по отношению к атомной массе. Для того чтобы поместить теллур и йод в надлежащее семейство с надлежащей валентностью, пришлось поменять порядок следования атомной массы. Более сложное знание атомной структуры, обретенное химиками в дальнейшем, доказало, что в этом отношении интуиция Менделеева оказалась абсолютно правильной.

Когда мы перемещаемся вниз по списку элементов согласно их молекулярной массе, периодически повторяется определенный набор свойств — по этой причине этот список, организованный так, что определенные наборы укладываются точно в строки или колонки, называются периодической таблицей.

В то время, когда Менделеев впервые выдвинул свою Периодическую систему, значительное число элементов, приведенных в таблице 1, еще не было открыто. Они указаны в таблице 1 звездочкой.

К примеру, шесть элементов в строке внизу — гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радон (Rn) — не были известны в 1869 году. Об их существовании совершенно не представляли, и без них Периодическая система, казалось, имела законченный вид. Если идти последовательно сверху вниз в порядке атомных весов элементов, то изменение валентности в таблице 1 происходит (если исключить нижний ряд) по следующему порядку: 1, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, 1, 2 и так далее.

Однако, когда были открыты элементы в нижней строке, оказалось, что они не вступают в соединения с любыми другими элементами и, следовательно, имеют нулевую валентность. Таким образом, последовательность валентностей изменилась на следующую: 1, 0, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, 0, 1, 2, 3, 4, 3, 2, 1, 0, 1, 2 и так далее.

Элементы нижней строки, имеющие схожие свойства и называемые инертными газами, или благородными газами, просто расширили таблицу, но не нарушили ее порядок. Наоборот, введение 0 в надлежащем месте сделало таблицу даже «элегантнее». Тот факт, что эта весьма неожиданно обнаруженная группа элементов столь превосходно вписалась в Периодическую систему, послужил дополнительным доказательством концепции Менделеева.

Для того чтобы сохранить аргон (Ar) на своем правильном месте в семействе инертных газов, его следует поставить перед калием (K), даже хотя это меняет порядок следования по молекулярным массам. И снова это повторилось в таблице с теллуром (Te) и йодом (I).

Заметим также, что в таблице 1 пять элементов с самыми большими атомными массами были неизвестны во времена Менделеева. Это полоний (Po), астат (At), радон (Rn), франций (Fr) и радий (Ra). Эти элементы были обнаружены в 1890-х и в последующие годы; они являются радиоактивными. Все эти элементы относятся к нестабильным и присутствуют в земной коре в очень малых количествах. Поскольку все они располагаются в конце таблицы, их отсутствие не влияло на все остальные.

Затем возник фтор (F), который, строго говоря, не был хорошо изучен во времена Менделеева. Это очень своеобразный элемент. Фтор был обнаружен в различных соединениях, из которых его извлечь не удавалось. Свойства фтора были известны, но на основании свойств его соединений. Его связи в соединениях оказались столь тесны, что только в 1886 году химики смогли выделить фтор из соединений, чтобы исследовать этот элемент в чистом виде. Даже малоизученный, фтор присутствовал в таблице с самого начала (это напоминает ситуацию с глобусом, северные и южные поля которого были обозначены, даже несмотря на то, что полюсов достигнуть пока не удалось).

Было еще два элемента таблицы, галлий (Ga) и германий (Ge), с особой судьбой. После их обнаружения не пришлось искать, поместить ли их в последний ряд или последнюю строку, чтобы они не нарушали общий порядок. Хотя об их существовании не подозревалось, для них оставили «вакантное место» в середине таблицы.

Если бы это место не было оставлено и будущие галлий и германий были бы проигнорированы, то при попытке перечислить элементы в порядке атомных масс пришлось бы поместить мышьяк (As) справа от алюминия (Al) и селена (Se) и справа от кремния (Si) и т. д. Это бы совершенно разрушило организацию по семействам и валентности.

Менделеев отказался от этого, и это было одним из величайших его достижений. Он поместил мышьяк (As) справа от фосфора (P), а селен (Se) справа от серы (S), где их места соответствовали их свойствам. Поскольку это оставило два свободных места справа от алюминия (Al) и кремния (Si), Менделеев решил, что они предназначены для двух элементов, которые еще только предстояло открыть. Он назвал их эка-алюминий и эка-кремний, «эка» — санскритское слово, обозначающее единицу. Другими словами, отсутствующие элементы находились на одно место справа от алюминия и кремния соответственно.

Более того, Менделеев предсказал свойства отсутствовавших элементов с большой точностью — он счел, что галлий (Ga) будет иметь свойства, промежуточные между алюминием (Al) и индием (In), а германий (Ge) — промежуточные между кремнием (Si) и цинком (Sn).

Поначалу большинство химиков мира снисходительно улыбались на «этого сумасшедшего русского», но в 1875 году был открыт галлий, а в 1886 году германий, и предсказания Менделеева сбылись во всех отношениях. Химики перестали смеяться.

Значит ли это, что описываемая нами система совершенна?

Увы, нет. Версия Периодической системы, что приведена в таблице 1, содержит лишь сорок четыре элемента, а их намного больше. Такие хорошо известные элементы, как золото, серебро, медь, железо, платина, марганец и вольфрам (все прекрасно изученные во времена Менделеева), не имели своего места в Периодической системе — в той форме, в которой она представлена в таблице 1.

Следует ли после этого отбросить систему, или же можно найти место для дополнительных элементов?

Обратите внимание, что три ячейки таблицы я пометил знаком #. Между кальцием (Ca) и галлием (Ga) разница в атомных массах составляет 29,7; между стронцием (Sr) и индием (In) 27,2; а между барием (Ba) и таллием (Tl) целых 67,1. Эти разницы немного больше, чем где-либо в Периодической системе. Если не обращать внимания на эти три интервала, то средняя разница в атомных массах от элемента к элементу во всей остальной таблице составит только 2,5.

Если мы примем 2,5 за среднюю атомную массу между соседними элементами таблицы, то останется пространство для двенадцати элементов между кальцием (Ca) и галлием (Ga), для одиннадцати элементов между стронцием (Sr) и индием (In) и для не менее чем двадцати семи между барием (Ba) и таллием (Tl).

Возможно ли это?

Да, возможно, если мы решим, что периоды в Периодической системе могут иметь не одинаковую длину (как считали некоторые поначалу), а увеличиваться по направлению к концу таблицы.

К примеру, во времена Менделеева в первом периоде имелся только один элемент, водород (H), тогда как во втором и третьем периодах было по семь элементов. Через одно поколение, когда были открыты инертные газы, оказалось, что в первом периоде находятся уже два элемента, а во втором и третьем периодах по восемь (с тех пор здесь изменений не было). Тогда почему в следующих периодах нельзя увеличить число элементов до двадцати, тридцати и даже больше?

В самом деле, во времена Менделеева было известно не менее девяти элементов с атомными массами, которые были между атомными массами кальция (Ca) и галлия (Ga); эти элементы словно заполняли большой зазор между этими массами. Аналогично девять элементов заполняли зазор между стронцием (Sr) и индием (In).

Проблема состоит в том, что валентность уже в отличие от положения с таблицей 1 не является первостепенным и определяющим фактором в этом зазоре. Элементы этого зазора расположены между элементом с валентностью 2 и элементом с валентностью 3 — от кальция (Ca) до галлия (Ga) в первом случае и от стронция (Sr) до индия (In) во втором, и, поскольку они осуществляют что-то вроде перехода от 2 до 3, их можно назвать транзитными элементами. В этой главе я буду называть элементы в таблице 1 валентными элементами.

Размещая в таблице транзитные элементы, мы можем частично руководствоваться атомными весами, частично — менее четко обозначенными валентными свойствами и частично другими химическими свойствами. Делая это, мы можем взять восемнадцать известных элементов первых двух промежутков (которые были известны к 1869 году) и выстроить их так, как показано в таблице 2.

К такому расположению трудно придраться. К примеру, ясно, что серебро (Ag) должно быть справа от меди (Cu) и что кадмий (Cd) должен быть справа от цинка (Zn), если исходить в первую очередь из основных химических свойств. Аналогично и с другими элементами. Только в указанном порядке свойства элементов соответствуют свойствам своих соседей, и у них даже атомные массы расположены по порядку, за исключением кобальта (Со) и никеля (Ni), у которых для того, чтобы сохранить последовательность химических свойств, атомные массы необходимо поменять местами. Но и в этом случае атомные массы находятся столь близко друг к другу, что подобная перестановка особенно картины не нарушает (это третий — и последний — случай перестановки в Периодической системе элементов по их атомным массам).

Таблица 2

Переходные элементы

Но в нашей таблице 2, в которой представлены четвертый и пятый периоды, есть два незанятых места. Одно из них оставлено слева от иттрия (Y), а другое — справа от марганца (Mn). Менделеев предсказал, что слева от иттрия (Y) должен располагаться новый элемент (уже третий из предсказанных им). Он назвал этот элемент эка-бор, поскольку в первой версии таблицы он оставил пустое место справа от бора (В). Менделеев указал и свойства будущего элемента.

Эта ячейка была заполнена в 1879 году, когда был обнаружен скандий (см. главу 11). Его символ Sc; его атомная масса очень удачно вписалась между кальцием (Ca) и титаном (Ti).

Ячейку справа от марганца (Mn) оказалось заполнить не столь легко. Элемент, который подошел сюда, был обнаружен только в 1937 году. Его назвали технецием (Tc, атомная масса 99). В результате промежуток в атомных массах транзитных элементов казался практически заполненным (если брать в расчет по десять элементов подряд в четвертом и пятом периодах, считая и пустые ячейки). Атомные массы в среднем разнились на 2,6, в то время как в среднем разница для валентных элементов составляла 2,5.

Но можно ли было, руководствуясь разницей в атомных массах (и во вторую очередь валентностью), с уверенностью сказать, что в каждой из двух серий транзитных элементов по одиннадцать элементов, и только? Может быть здесь двенадцатый элемент? Предположим, к примеру, что между с и d в каждой из двух серий отсутствует по элементу. Если такого элемента нет между с и d только в одной серии, то по элементу другой серии мы легко определим пустое место (к примеру, пустое место слева от иттрия в таблице 1). Но если в обеих сериях мы не знаем элементы, то их существование мы не сможем даже предположить (как произошло в случае с инертными газами, поскольку все эти элементы были неизвестны и об их существовании не подозревали. Как только один из них был открыт, сразу возникли пустующие ячейки в таблице; неизвестные элементы начали искать и вскоре обнаружили).

В пользу того, что правильным числом для транзитных элементов является 10, служит тот факт, что общее количество элементов в периодах четвертом и пятом, валентных и переходных, равно 18, и это выявляет интересную закономерность. Она заключается в следующем: общее число элементов в первом периоде равно 2 × 1² = 2; общее число в периодах втором и третьем равно 2 × 2² = 8; и общее число в периодах 4 и 5 равно 2 × 3² = 18.

Эта зависимость выглядит очень заманчивой, и у людей вроде меня, с любовью к числам, сразу возникает вопрос: но почему элементы столь точно подчиняются этой закономерности? В XIX столетии не было теории, которая бы объяснила ее, и потому это, возможно, просто совпадение, которое могло привести к неверным выводам.

По этой причине химики не могли быть уверены, и Периодическая система, хотя и считалась весьма удобной, оставалась под сомнением.

Но перейдем к третьей серии транзитных элементов — тех, которые должны были послужить мостом между элементами с особенно значительными атомными весами — барием (Ba) и таллием (Tl). Во времена Менделеева здесь было известно одиннадцать элементов. Если мы попытаемся связать их с двумя другими сериями транзитных элементов по схеме от а до j, то получим таблицу 3.

Таблица 3

Переходные элементы

Элементы, показанные в таблице 3, несомненно, согласуются с элементами из таблицы 2. Таким образом, золото (Au) ясно стоит в своей позиции i справа от меди (Cu) и серебра (Ag) — и остальные приведенные в таблице элементы стоят на соответствующих местах.

Однако здесь есть две пустые ячейки. В позиции b должен присутствовать какой-то элемент справа от циркония (Zr) — и в 1923 году этот элемент был открыт. Его назвали гафнием (Hf, атомная масса 178,5), он был найден в циркониевой руде. Элемент прекрасно вписался в свое место — пожалуй, даже слишком прекрасно. Открытие гафния заняло много времени не потому, что элемент был очень редким, а потому, что он очень походил на цирконий по своим свойствам, так что было трудно отделить его от пятидесяти более распространенных близнецов.

Пустое место в ячейке e было заполнено в 1925 году с открытием рения (Re, атомная масса 186,2).

В третьей транзитной серии не было открыто ни одного элемента, который бы показывал на существование неизвестных ранее пустот в первой или второй транзитной серии. Это свидетельствовало в пользу предположения, что в каждой из этих первых двух серий существует по десять элементов.

Но даже после открытия гафния (Hf) можно заметить, что существует внушительный пробел в атомных массах между атомными массами гафния и лантана (La) — пробел в 39,6. Этот пробел существует между элементами a и b шестого периода — но столь же большого пробела нет в соответствующих ячейках четвертого и пятого периодов. В пробеле шестого периода есть место для целого ряда элементов.

Я раньше говорил, что во времена Менделеева было известно одиннадцать элементов с атомными весами, лежащими между атомными весами бария (Ba) и таллия (Tl). Таблица 3 имеет только восемь из них. Что с тремя другими?

Эти три других имеют атомные веса, которые действительно попадают в возникший после открытия гафния зазор между лантаном (La) и гафнием (Hf), и это церий (Ce), эрбий (Er) и тербий (Tb).

Это три редкоземельных элемента, о которых я говорил в предыдущей главе. Два других были известны во времена Менделеева: лантан (La) и иттрий (Y) — и вскоре был открыт еще один, скандий (Sc). Скандий, лантан и иттрий, однако, соответствуют строке a в четвертом, пятом и шестом периодах и являются обычными переходными элементами. Только церий, эрбий и тербий являются элементами, которые должны быть помещены в этот промежуток в шестом периоде. К 1907 году было определено еще десять редкоземельных элементов с атомными весами, которые позволили расположить эти элементы в этом интервале. Список всех тринадцати представлен в таблице 4.

Таблица 4

Редкоземельные элементы

Но сколько еще может быть элементов?

Вернемся обратно к игре в числа, которую я ввел несколько раньше. Та же самая система, которая объясняет числа 2, 8, 8, 18, 18 для первых пяти периодов, должна дать общее количество элементов в шестом периоде: 2 × 4² = 32. Поскольку валентные элементы и транзитные элементы вместе в шестом периоде составляют 18, число редкоземельных элементов для заполнения интервала должно составить 14, чтобы общее количество было равно 32.

У нас есть 13 элементов, где нам найти 14-й?

Разница атомных масс неодима (Nd) и самария (Sm) составляет 6,2, более чем в два раза превышая обычное значение. Возможно, 14-й элемент находится именно в этом промежутке. Однако разница атомных масс европия (Eu) и гадолиния (Gd) равняется 5,3, а тулия (Tm) и иттербия (Yb) — 4,1. Может быть и такое, что в промежутках отсутствуют три элемента, по элементу в каждом. Кто знает, может, число таких элементов даже больше, поскольку не может быть привязанности лишь к численным соотношениям в отсутствие физических свидетельств, которые объяснили бы их правильность.

Короче говоря, через сорок лет после того, как Менделеев представил Периодическую систему элементов, она остается неполной. Несмотря на ее невероятный триумф системы и точность, с которой она решала почти все вставшие перед ней проблемы, химики не могли быть уверены, что она правильна во всех отношениях. В частности, они не знали, верно ли она отображает редкоземельные элементы.

По этой причине, а также в силу менее важных обстоятельств химики усердно изучали все редкоземельные минералы, чтобы определить, сколько элементов они могут идентифицировать с абсолютной уверенностью. Если бы удалось найти что-то новое, это могло бы сокрушить всю Периодическую систему.

Но они ничего не нашли. Вместо этого в 1914 году Периодическая система получила наконец законченную форму — и это произошло благодаря совершенно неожиданному ходу событий, которые, казалось, не имели с химией ничего общего. Мы проследим за этими событиями в следующей главе.

Но знаете, как бы по-юношески я себя ни ощущал (и ни действовал), каким бы молодежным ни был мой образ жизни и сколько бы я ни общался со студентами, тем не менее мне больше восемнадцати. Мои враги могут даже сказать, что мне намного, намного больше восемнадцати, и они будут правы.

Поскольку избавиться от возраста нет иного способа, кроме как умереть, а меня такая перспектива не радует, я лучше расскажу вам об одном очень молодом человеке…

В предыдущей главе я говорил о Периодической системе и что после почти примерно полувекового триумфа она ко второму десятилетию XX века все еще не имела твердого обоснования, которое, так случилось, началось с совершенно случайного события.

Произошло оно в 1895 году. Место события — лаборатория Вильгельма Конрада Рентгена, главы отдела физики университета Вюрцбурга в Баварии. Рентген исследовал катодные лучи — очень популярный объект физики тех дней. Электрический ток, проходя через вакуум, вызывает поток частиц; позднее выяснилось, что они меньше атомов (субатомные частицы). Их назвали электроны.

Как оказалось, потоки электронов имеют целый набор замечательных свойств. Во-первых, когда электроны бомбардируют некоторые химикалии, возникает люминесценция. Эта люминесценция не очень яркая, и потому, чтобы исследовать ее более тщательно, Рентген затемнил комнату и заключил трубку с катодными лучами в тонкую черную коробку из-под карт.

5 ноября 1895 года он включил свою катодную трубку, намереваясь внимательно изучить, что происходит внутри коробки, и продолжить эксперименты. Но до того как ученый приступил к опытам, он почувствовал, что в его глаза словно попали искры. Осмотрев свое устройство, Рентген обнаружил, что у одной стороны трубки находился кусочек бумаги, покрытый платиноцианидом бария — одним из химикалий, которые светились при бомбардировке электронами. (Рентгену платиноцианид бария был нужен для другого опыта. — Примеч. пер.)

Рентгена это озадачило, поскольку платиноцианид бария не находился на пути электронов. Располагайся кусочек бумаги внутри картонной коробки у нужного конца катодной трубки, все было бы объяснимо. Но светящаяся бумага находилась на одной из сторон трубки, и даже если предположить, что какие-то из электронов «убегают» в сторону, у них не было возможности пройти сквозь картонную коробку.

Возможно, свечение было вызвано совершенно другой причиной, не имеющей ничего общего с катодной трубкой. Рентген отключил электрический ток, чтобы катодная трубка прекратила работу, — и бумага с покрытием перестала светиться. Рентген стал включать и отключать электрический ток — и бумага с покрытием начинала светиться и прекращала свечение в том же ритме. Ученый перенес бумагу в другую комнату — и она продолжала светиться (хотя слабее), только когда катодная трубка была включена.

Рентген мог прийти только к одному заключению. Катодная трубка была источником какого-то таинственного излучения, которое отличалось исключительной способностью к преодолению препятствий. Оно могло проходить и через картонную коробку, и через стены. Поскольку ученый не имел ни малейшего представления о природе этого излучения, он обозначил его знаком, который принято использовать для неизвестных величин, — «x-лучами». В английском это название сохранилось до нашего времени.

Рентген с энтузиазмом приступил к экспериментам и вскоре, 28 декабря 1895 года, через удивительно короткое время после начала экспериментов, смог опубликовать первую работу. Рентген представил «x-лучи» изумленной публике и показал, что они могут вызвать побеление фотопластинки и способны проникать сквозь различные материалы, причем через одни лучше, чем через другие.

К примеру, «x-лучи» легко проходили сквозь бумажные салфетки и хуже через кость. Если на фотографическую пластинку поместить руку и направить на руку «x-лучи», кости будут столь сильно препятствовать «x-лучам», что часть пластинки под ними останется светлее.

Ни одно другое изобретение в области физики никогда столь же быстро не применялось в медицинской науке. То, что можно изучать внутренности, не разрезая ткани, вызвало неподдельный восторг — и всего через четыре дня после того, как известие об «x-лучах» достигло Соединенных Штатов, новый вид излучения был успешно использован, чтобы определить местоположение пули в человеческой ноге. За год после открытия Рентгена были опубликованы тысячи работ об «x-лучах» — и в 1901 году, когда впервые стали присуждаться Нобелевские премии, самым первым награжденным был Рентген.

Неспециалисты тоже пришли в волнение. Перепуганные члены законодательных органов Нью-Джерси попытались провести «ради девичьей скромности» закон, запрещающий использование «x-лучей» в театральных биноклях, — вот каким был уровень научных знаний в законодательных органах.

Человек всегда стремился защитить себя от превратностей стихии. Это легко проследить по письменным свидетельствам; нет сомнений, что человек стремился к этому и до того, как научился писать.

Защита от превратностей стихии требовалась часто, поскольку были времена года, когда у охотников оказывалось мало дичи, а земледельцам мешал моросящий дождь. Люди страдали от внезапной зубной боли и желудочных колик; они болели и умирали; на них тяжелыми бедствиями обрушивались ураганы и войны; с ними случались различные несчастья и напасти.

Казалось, весь мир ополчился против несчастного, дрожащего от холода человека — и потому он искал какое-нибудь волшебное средство, чтобы изменить ход вещей. Если бы только найти нужное заклинание, правильный мистический знак, приносящий удачу предмет, научиться правильно молиться или угрожать богам, тогда дичи бы стало в достатке, дождь бы шел в нужное время, неудачи бы исчезли, а жизнь была бы прекрасна.

Если бы человек не верил в это, тогда ему пришлось бы жить в мире невыносимо враждебном и ненадежном. Вряд ли кто хотел бы жить в таком мире — и во времена, когда неандертальцы церемониально хоронили своих мертвых, и во времена, когда Альберт Эйнштейн отказался верить в то, что Бог будет играть в орлянку со Вселенной.

И в доисторическое время, и в исторические эпохи значительная часть энергии человека затрачивалась на поиск ритуалов для управления Вселенной и на твердое следование таковым. Вождь племени, патриарх, шаман, знахарь, мудрец, кудесник, пророк, жрец и те, кто считался особо знающим вследствие своего преклонного возраста, благодаря посвящению в тайные науки или свойству входить в транс и изрыгать пену изо рта, обязаны были соблюдать ритуалы. И именно к этим людям человек обращался за помощью.

Говоря по правде, довольно многие из этих ритуалов сохранились до наших дней. Прежде чем покинуть порт, рыбаки произносят определенные заклинания, которые должны принести им удачу; иначе просто невозможно. Если мы считаем, что это всего лишь предрассудок темных моряков, то хочу напомнить, что конгресс Соединенных Штатов чувствует себя крайне неуютно, если обсуждение не начинается со священника, который бормочет слова Библии о том, чтобы на членов конгресса было ниспослано с высот правильное решение, хотя это, однако, редко помогает конгрессу приходить к таковому.

Прошло не так много времени с тех пор, когда было весьма распространенным окроплять святой водой поля для защиты от саранчи, звонить в колокола для защиты от землетрясений и дурных последствий появления комет. Совсем еще недавно произносились коллективные молитвы, в которых использовались слова, призванные ниспослать долгожданный дождь. Короче, мы не окончательно оставили попытку управлять Вселенной при помощи магии.

Ключевым моментом, который произошел в XVIII веке, было осознание того, что у человека есть другая возможность обезопасить себя, кроме магии. Человечество пришло к поворотной точке, когда оно должно было решить: управляется ли Вселенная при помощи магии (посредством молитв или заклинаний) или нет.

В первую очередь определимся с понятием греха, чтобы лучше узнать значение этого слова. Это религиозный термин. Он обозначает неподчинение указаниям божества; в более широком смысле — это нарушение моральных законов. В этом отношении грех является намного более тяжким преступлением, чем нарушение созданных человеком законов или просто действия вопреки здравому смыслу. Грех намного хуже, чем действия, которые мы называем «преступления», «промахи», «неверные поступки».

Если мы хотим использовать понятие «грех» не в религиозном, а в научном смысле, давайте, по крайней мере, четко очертим его значение. Будем использовать его для серьезных проступков, таких, для которых слово «преступление» будет недостаточным.

Тогда в отношении к науке грех может быть определен как самые худшие действия ученого — именно ученого, а не частного лица.

К примеру, мы можем сказать, что наука — это деятельность ученого по исследованию природы и увеличения (по возможности) человеческих знаний для лучшего понимания Вселенной (включая человека, часть Вселенной). Тогда самое худшее, что может сделать ученый, — это изменить цели науки. Максимальное же зло, которое может принести ученый, — это сознательно внести в науку неправильные теории, которые уменьшают мировой запас знаний.

Но эти случаи мы отбросим, по той причине, что их просто не было. Я не могу припомнить ни одного случая подобного поведения во всей истории науки!

Конечно, было множество ученых, по чьей вине развитие науки задерживалось. Абраам Г. Вернер замедлил развитие геологии из-за своей ошибочной приверженности к нептунизму, несмотря на множество свидетельств против этой теории. Йонс Якоб Берцелиус замедлил развитие органической химии ввиду того, что упорно придерживался неверной теории молекулярной структуры. Из-за небрежности Джорджа Б. Эри задержалось открытие Нептуна.

Во всех этих — и многих других — случаях упоминаемые физики искренне полагали, что идут самым верным путем. Все они стремились увеличивать объем знаний, и все были уверены, что их действия идут во благо. Мы знаем, что они действовали в неверном направлении, только потому, что их заблуждения давно стали ясны.

С высоты сегодняшних знаний легко видеть, как ученые прошлого часто совершали непростительные ошибки, вызванные упрямством, самолюбием, старческой раздражительностью или отсутствием воображения. Все это, конечно, плохо, но эти промахи были лишь ошибками — а кто от них свободен? Кто из нас осмелится утверждать, что через сто лет то, в чем он был совершенно уверен, будет считаться столь же разумным и правильным?

Нет, мы не можем полагать, что кто-либо из ученых совершил грех. Поскольку мы всего лишь люди, а не боги, не в нашей власти судить человеческие души.

Давайте отыщем метод, по которому можно судить о грехе в науке каким-то объективным способом, который не был бы связан с личностью ученого. Куда проще определить наносимый вред человеку, чем столь абстрактной вещи, как наука.

Я так думаю. И поскольку с общим развитием науки развивается и наука по нанесению человеку вреда, такие примеры найти легко. Кто будет спорить с утверждением, что использование огня сыграло большую роль в жизни человечества? Но, получив огонь, человек обрел способность поджигать. Каменный топор, пика, лук и стрелы могут быть использованы для того, чтобы убивать дичь; возможно, их создавали именно с этой целью. Если мы не вегетарианцы (а я не вегетарианец), мы вряд ли сможем возражать против появления орудий, которые сделали мясную пищу намного доступней.

И вместе с тем каменный топор, пика, лук и стрела могут быть — и, конечно, были — предназначены для убийства людей.

Порох также создавался не для убийства. Впервые он был изобретен, похоже, китайцами в Средние века для использования только в пиротехнических целях (мы до сих пор используем его в День независимости в Соединенных Штатах, День Гая Фокса в Великобритании и для других праздников повсеместно). Но в Западной Европе в XIV столетии его стали применять в орудиях.

Таким образом, деятели науки не могут быть ответственны за то, что достижения науки используются во вред человечеству (хотя, конечно, ученые должны делать все, что в их силах, чтобы этого не допустить). Поскольку ученый делает свой вклад ради добра, он вполне вправе надеяться, что этот вклад и будет использован ради добра.

Конечно, ученый способен оценить возможный ущерб и принять решение не обнародовать собственное открытие. Так, итальянский химик Асканио Собреро впервые в 1847 году приготовил нитроглицерин и, ужаснувшись от его взрывной способности, отказался продолжить дальнейшую работу из гуманистических соображений. Альфред Нобель, смешав нитроглицерин и диатомовую землю, получил динамит, что дало человечеству, несмотря на все разрушительное действие нового вещества, крайне полезное средство во многих вполне мирных и созидательных работах.

Взвешивая добро и зло, можно принять неверное решение и прийти к неверным выводам, может, даже совершив преступление, но поскольку в подобных изобретениях есть и возможность применения во благо, я не стал бы использовать это очень сильное слово «грех».

Я бы связал это слово лишь с тем ученым, который изобрел бы что-то, что могло служить только средством разрушения и не могло приносить благо.

Это крайне сужает круг изобретений, и за всю историю человечества, до настоящего времени, я могу припомнить только одно открытие, которое может соответствовать слову «грех».

В VII веке жил химик по имени Каллиникус, бежавший то ли из Сирии, то ли из Египта (мы не знаем точно) от арабских завоевателей. Ему удалось добраться до Константинополя.

Византийская империя, у которой Константинополь был столицей, рушилась под мощными ударами арабов, воодушевляемых на завоевания новой религией — исламом. В 673 году Константинополь оказался в осаде.

В конце концов арабы смогли взять Константинополь, несмотря на все могущество его стен, поскольку были сильны как на земле, так и на море. В городе начался голод, а дух жителей упал.

И тогда Каллиникус пришел со своим самым примечательным за всю историю войн «секретным оружием». Оно представляло собой смесь, состав которой мы не знаем по сей день (настолько большим это было секретом!), но который, похоже, включал в себя нефть и нитрат калия, так что смесь могла загораться быстро и распространяла большой жар. При соприкосновении с водой смесь реагировала тем, что интенсивно выделяла тепло, так что продолжала гореть даже в воде.

Эта смесь, названная греческим огнем, была пущена по воде в направлении арабского флота. От нее загорелись деревянные корабли, но большее действие оказал вид горящей воды, который ужаснул арабов и вселил в них страх. Морская блокада была снята, а Константинополь спасен.

Греческий огонь был только разрушительным, и я не знаю, как его можно было бы использовать в созидательных целях. Каллиникус, его изобретатель, знал это и сознательно создал свое изобретение в целях разрушения — и только разрушения. Тем не менее Каллиникус, делая это, считал, что защищает христианство, и, я уверен, полагал, что нанесение вреда арабам не является грехом, поскольку только христиане могут по-настоящему считаться людьми.

С тех пор патриотизм неоднократно заставлял ученых совершать грех. «Да, — думали они, — мы нанесем вред, но этот вред будет им для того, чтобы спасти нас, и благо для нас намного превышает ущерб им». Но совершенно ясно, что мы не можем считать это законным аргументом, поскольку, если обе стороны будут думать только так, мы все погибнем.

Очень много людей говорят о взрыве народонаселения, но они редко уточняют, что имеют в виду, и потому все их стоны наталкиваются на равнодушие. Ведь население всегда увеличивалось, а жизненные стандарты всегда шли вверх — разве не так?

Кроме того, большее число рабочих рук и большее число умных голов означает увеличение производства и количества изобретений и, таким образом, больший прогресс. Миллион человек может сделать больше, чем сто, и их объединенные способности сделают больше блага, чем добавят проблем от того, что на свете будет жить не сто человек, а миллион.

Это можно доказать цифрами. Население Земли в 1969 году оценивалось в 3500 миллионов человек, что больше, чем когда-либо в истории. Тем не менее общий стандарт жизни на Земле в 1969 году был выше, чем когда-либо ранее. Конечно, существуют сотни миллионов человек, кто постоянно голоден, сотни миллионов забитых, запуганных и порабощенных, но в прошлом положение людей было куда хуже.

Тогда о чем мы волнуемся? Почему мы боимся, что рост населения не будет сопровождаться ростом уровня жизни?

Этот вопрос напоминает мне анекдот о человеке, который упал с Эмпайр-Стейт-Билдинг (одно время самое высокое здание США. — Примеч. пер.). Когда он пролетал мимо десятого этажа, все услышали, что он пробормотал: «Неплохо — я пролетел уже девяносто этажей, и ничего со мной не случилось».

Нам нужно принимать людей такими, какие они есть, — с их частой неспособностью думать рационально. А думать рационально пора, поскольку перед нами встает в полный рост самая серьезная проблема, с которой только сталкивалось человечество. Эта проблема простого выживания — не для какой-то секты, не для какого-то народа и не для какой-либо политической или экономической группы, а для всей цивилизации.

И может быть, для человечества в целом.

А возможно, и для многоклеточной формы жизни.

Главной проблемой является рост населения. Этот вопрос я подробно рассмотрел в предыдущей главе и хочу еще более внимательно изучить в этой завершающей главе. Даже если сейчас, прямо в эту минуту, народонаселение перестанет расти, мы все же будем стоять перед множеством трудноразрешимых проблем. Население Земли уже слишком велико, чтобы в дальнейшем мы могли сохраниться, поскольку человечество растет не только численно.

Существует общепринятое убеждение, что мы обязательно должны жить в «растущей экономике», что нам обязательно должны сопутствовать «прогресс» и «развитие», что мы должны жить все лучше и лучше. Отрицать это — все равно что отрицать такие понятия, как доброта, милосердие и любовь, но мне придется это сделать. Рост, развитие и улучшение всегда имеют свою цену. Улучшение благополучия общества неизбежно означает интенсификацию в использовании земных ресурсов, причем со все усиливающимися темпами — в частности, со все увеличивающейся скоростью потребления энергии.

Использование невосполнимых ресурсов и потребление энергии на протяжении последних десятилетий растет быстрее, чем увеличение народонаселения; я встречал утверждения, что ко времени, когда Соединенные Штаты удвоят свое население, скажем к 2020 году, потребление энергии увеличится в семь раз.

Я полагаю, что скорость загрязнения окружающей среды примерно пропорциональна скорости потребления энергии и что, если не предпринять энергичных действий для предотвращения этого, семикратное увеличение в потреблении энергии приведет к семикратному увеличению в объеме загрязнения. И только за пятьдесят лет.

Давайте взглянем на это с другой стороны.

Так случилось, что в настоящее время Соединенные Штаты потребляют более половины невоспроизводимых ресурсов, добываемых на Земле, — металлов, ископаемого топлива и так далее, — несмотря на тот факт, что население Соединенных Штатов составляет всего одну шестнадцатую населения Земли.

Остальной мир, конечно, хотел бы достичь нашего уровня потребления, и нет никаких причин им в этом отказать. Но представим, что их мечты осуществятся и все земляне будут жить в соответствии с американским стандартом жизни. Тогда оставшиеся пятнадцать шестнадцатых населения Земли будут использовать в пятнадцать раз больше земных ресурсов — как и наша одна шестнадцатая — и станут производить в пятнадцать раз больше отходов.

Таким образом, скорость добычи угля, нефти, металлов и минералов, скорость производства бумаги, пластика, автомобилей и всего прочего придется увеличить в восемь раз, чтобы все на Земле жили как американцы, — даже если население возрастет не выше сегодняшнего уровня. И загрязнения будет в восемь раз больше.

Можем мы это позволить?

А если население продолжит возрастать с существующей в настоящее время скоростью (если скорость останется прежней), то это семикратное увеличение потребления энергии приведет к тому, что скорость истощения ресурсов будет более чем в пятьдесят раз выше сегодняшнего уровня.

Но это не может быть осуществимо. Ресурсов просто бы не хватило, Земля не имеет возможности справиться с пятидесятикратным увеличением загрязнения.

Приходится считаться с фактом, что мы не можем больше жить так, как жили в прошлом. Просто не может быть такого, чтобы мы увеличивали скорость добычи столь же быстро, как мы способны, что возможен неограниченный рост (как нам того бы хотелось) и что старая добрая Земля даст нам все, что мы хотим, сколь много это ни было, и поглощала бы все отбросы, сколь много бы их ни было.

Мы больше не можем тешить себя иллюзиями, что находимся в бесконечном мире, мы в ужасно конечном мире (и уже начали это чувствовать), и нам придется учесть это, иначе мы погибнем.

То, что мир конечен, мы можем судить по тому, насколько сильно зависят друг от друга различные его элементы. Давайте попытаемся грубо оценить эту взаимозависимость расстоянием между отдельными цивилизациями в разные времена истории. Когда Земля была малонаселенной, она казалась бесконечной, и отдельные цивилизации, даже не так далеко расположенные, могли совершенно игнорировать друг друга. Но с течением времени, чтобы можно было не замечать других, стали требоваться все большие расстояния. Возьмем всего несколько примеров.

В 1650 году до н. э. греков никак не беспокоило то, что египетское Среднее царство (находившееся от них на расстоянии в 500 миль) пало под натиском завоевателей-гиксосов. Однако в 525 году до н. э. завоевание Египта персами уже намного увеличило опасность завоевания Греции.

Смертельный поединок между Римом и Карфагеном в 215 году никак не отозвался в сердцах древних бриттов на их маленьком тесном острове, находившемся в тысяче миль от разыгравшихся сражений. Однако к 400 году н. э. положение Италии после вторжения немецких завоевателей очень взволновало древних бриттов, поскольку присутствие Алариха в северной Италии стоило Британии находившейся в ней римской армии и ее цивилизации.

До 1935 года большинство американцев могли жить так, словно их совершенно не касалось происходившее в Европе, в трех тысячах миль от берегов Америки, но не прошло и поколения, как им стали говорить (и они поверили в это), что то, что произошло в Сайгоне, в десяти тысячах миль, является столь жизненно важным, что десятки тысяч американцев должны там умереть.

Если кто-либо хочет взять на себя такой труд, он может составить график, показывающий изменение по времени минимальных дистанций, требующихся для изоляции. Эта линия не будет прямой, но я думаю, все же она окажется без резких скачков, довольно ровная в начале и намного более неравномерная в конце.

В наши дни укрыться за большим расстоянием уже нельзя. Максимальное расстояние на поверхности Земли составляет 12 500 миль — и это недостаточно далеко, чтобы считать себя в безопасности. Да, люди, возможно, хотят изоляции, они могут с упорством утверждать, что их не волнует то, что произойдет в 12 500 милях от них или даже в 500 милях, но это все равно что, закрыв глаза, утверждать, что солнце село.

Конечно, взаимозависимость является не только политической или военной — она также носит экономический, социальный, культурный и разные другие характеры. Все сколько-нибудь важные события (а сейчас мало что можно назвать не важным), случающиеся в мире, не могут не отзываться повсеместно. Поскольку четыре рок-певца в Ливерпуле несколько лет назад решили, что к парикмахеру ходить не надо, я отрастил себе бакенбарды.

Но не стоит пренебрегать малозначительными событиями. Давайте уясним одну вещь. Уже невозможно решать насущные проблемы планеты, считая, что мир бесконечен. Какую проблему ни возьми — перенаселение, истощение ресурсов, увеличение загрязнения или усиление социальной нестабильности, — ни с одной из них не справиться, не обращая внимания на остальную часть Земли.

Поскольку ни один народ не представляет подавляющего населения планеты, не заселяет большей части земной поверхности, не располагает большинством ресурсов и не обладает абсолютным доминированием, каждая нация считает себя «маленькой частью планеты». По моему мнению, это означает, что ни одна нация не может решить своих проблем в одиночку.

Парагвай не сможет этого сделать в изоляции — как не смогут и Соединенные Штаты, и по той же причине. Как Парагвай, так и Соединенные Штаты имеют дело лишь с маленькой частью проблемы — как и другие страны, — и их шаги потерпят неудачу, если другие страны их не поддержат.

Предположим, что Соединенные Штаты решили проводить политику строгого контроля за загрязнением окружающей среды и установили ограничение рождаемости в 200 миллионов человек. Может это как-то решить наши проблемы, если остальной мир будет плодиться подобно кроликам?

Могут сказать, что даже при стабильном народонаселении с нашей превосходной технологией мы легко можем защитить себя от остального мира, особенно если остальной мир будет испытывать голод и бедствия из-за перенаселения.

Но некоторые из этих держав имеют ядерное оружие, которое способно нанести нам огромный ущерб, пока мы стираем их с Земли; и все они имеют ресурсы, которые нам приходится импортировать. Мы можем с холодным сердцем смотреть на голод, который они испытывают, — но что будет, когда этот голод бросит эти народы на нас?

И что будет, если остальной мир также достигнет стабильного уровня народонаселения и с энергией примется за большее экономическое влияние в мире? Представьте, что каждый народ начнет драться за лидирующие позиции, не обращая внимания на других. Сможем мы убедить их, что половина их ресурсов принадлежит нам и что им не дозволено пользоваться этими ресурсами только потому, что мы не хотим ради кого-то с ними расставаться? Список наших потерь во Вьетнаме не придает мне уверенности в способности навязать нашу волю миру.

И если они как-то улучшат положение своих дел, не нанеся при этом нам ущерба, и начнут загрязнять окружающую среду с той интенсивностью, которой требует высокий уровень благосостояния, то что будет тогда?

Если мы в Соединенных Штатах очистим реки, перестанем засорять озера и задымлять атмосферу, что этот Кнут (король Англии (1016–1035), Дании (1018–1035) и Норвегии (1028–1035). — Примеч. пер.) нового времени скажет о воздухе и воде Земли в целом: «Не пересекайте наши границы, поскольку у вас не чисто»?

Короче, наши проблемы носят общепланетный масштаб, и решения их также должны быть общепланетными.