+ К ВЕЧНОЙ ИСТИНЕ + - Билл Брайсон, Краткая история почти всего на свете:
Выделенная опечатка:
Сообщить Отмена
Закрыть
Наверх


Поиск в православном интернете: 
 
Конструктор сайтов православных приходов
Православная библиотека
Каталог православных сайтов
Православный Месяцеслов Online
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU
Отличный каталог сайтов для вас.
Библиотека "Благовещение"
Каталог христианских сайтов Для ТЕБЯ
Рейтинг Помоги делом: просмотр за сегодня, посетителей за сегодня, всего число переходов с рейтинга на сайт
Официальный сайт Русской Православной Церкви / Патриархия.ru
Православие.Ru
Помоги делом!
Сервер Россия Православная

ДетскиеДомики
Конструктор сайтов православных приходов
Яндекс.Погода

Билл Брайсон, Краткая история почти всего на свете:

 

Билл Брайсон
Краткая история почти всего на свете

 


 

 

 

«Краткая энциклопедия почти всего на свете»: Гелеос; Москва; 2007

ISBN 5-8189-0794-5


Аннотация

 

«Краткая история почти всего на свете» Билла Брайсона – самая необычная энциклопедия из всех существующих! И это первая книга, которой была присуждена престижная европейская премия за вклад в развитие мировой науки имени Рене Декарта.

По признанию автора, он старался написать «простую книгу о сложных вещах и показать всему миру, что наука – это интересно!».

Книга уже стала бестселлером в Великобритании и Америке. Только за 2005 год было продано более миллиона экземпляров «Краткой истории». В ряде европейских стран идет речь о том, чтобы заменить старые надоевшие учебники трудом Билла Брайсона.

В книге Брайсона умещается вся Вселенная от момента своего зарождения до сегодняшнего дня, поднимаются самые актуальные и животрепещущие вопросы: вероятность столкновения Земли с метеоритом и последствия подобной катастрофы, темпы развития человечества и его потенциал, природа человека и характер планеты, на которой он живет, а также истории великих и самых невероятных научных открытий.


 

 

Физик Лео Силард как-то сказал своему другу Хансу Бете, что думает начать вести дневник. «Публиковать его не собираюсь, буду всего лишь записывать факты для сведения Всевышнего». – «Думаешь, Всевышний не знает фактов?» – спросил Бете. «Да, – ответил Силард, – факты Он знает, но не знает этой их интерпретации».

Ханс Христиан фон Байер.

Укрощение атома

 

 

 

Предисловие научного редактора перевода

 

Книга, которую вы держите в руках, призвана изменить ваше представление о науке как о неоправданно сложной и скучной сфере человеческой деятельности. Многие просто не догадываются о том, что наука может быть увлекательной – годы обучения в школе убедили их в обратном. И такой эффект характерен не только для российского среднего образования. О сходных проблемах рассказывает по своему опыту и британец Билл Брайсон. Видимо, это общая проблема массовой школы с ее стандартными программами и скучными учебниками, которые бессильны привить интерес к науке.

А вот у Брайсона это получилось. В чем секрет его успеха? Прежде всего, это, конечно, представление науки через характеры и судьбы людей, через их жизненные коллизии, дружбу и вражду, надежды и разочарования, взлеты и падения. Для массовой культуры (а популяризация науки – это массовая культура) эксцентричный ученый – это типичный персонаж и в то же время неповторимый в своей индивидуальности, когда речь идет о реальной исторической фигуре. Творческая личность всегда держит внимание публики в напряжении. И, пользуясь этим, Брайсон подбрасывает читателю научные знания и их взаимосвязи почти так же, как вплетает улики в роман мастер детектива.

Другой секрет книги – простота и ясность изложения.

Автор с первых же страниц признается в том, что он – дилетант в науке. Просто в какой-то момент у него появилось желание и возможность потратить три года, чтобы в меру сил разобраться с современными научными представлениями. Казалось бы, в этом нет ничего особенного. Но статус профессионального журналиста дал Брайсону два важных преимущества: он имел доступ к лучшим специалистам в каждой интересующей его области и обладал опытом написания легкого для восприятия текста.

В отличие от многих других научно-популярных книг, где автор последовательно излагает твердо установленные факты, Брайсон выступает скорее в роли гида, ведущего экскурсию по науке. Книга насыщена увлекательными подробностями – от неожиданных фактов до исторических анекдотов – и невероятно широка по охвату. В этом третий секрет ее успеха. Здесь вы действительно найдете почти все: Большой Взрыв и происхождение человека, историю открытия динозавров и массовое отравление свинцом, взвешивание Земли и глубоководные погружения. Обо всем этом написано ярко, доступно и, что немаловажно, кратко. Да-да, кратко, а объем книги – это лишь отражение большого числа затронутых в ней вопросов.

По многим темам, уместившимся у Брайсона всего на нескольких страницах, написаны целые тома. И в этом четвертый секрет успеха книги – она содержит множество ссылок на работы коллег-популяризаторов и может служить путеводителем в огромном объеме научно-популярной литературы. К сожалению, многие из упоминаемых авторов и книг недоступны читателю на русском языке – так что будем считать, что это путеводитель для российских издателей.

Конечно, в столь масштабном проекте не удалось обойтись и без ряда неточностей. Сам автор упоминает, что благодаря любезному участию консультантов он исправил в тексте не одну сотню ошибок, и он сам не знает, сколько еще их осталось на страницах книги. Именно поэтому при подготовке русского издания мы постарались проверить и уточнить приводимые факты и цифры.

В некоторых случаях, когда ошибки были очевидны (например, в числовых значениях), они исправлены прямо в тексте. В более сложных ситуациях даются ссылки на примечания в конце книги (обозначены цифрами). Также в некоторых примечаниях даются оговорки, когда автор в угоду краткости и ясности излишне упрощает существующие научные представления. Впрочем, не следует ожидать от увлекательной обзорной экскурсии досконального и точного изучения каждого экспоната.

Далеко не все примечания связаны с ошибками. Наука в наше время развивается очень быстро. За неполных 3 года, прошедших с момента выхода книги на английском языке, ряд утверждений успел устареть. Например, Плутон в 2006 году утратил статус планеты, а австралиец Роберт Эванс, которому посвящена третья глава книги, уступил лидерство в рейтинге любителей-первооткрывателей сверхновых звезд шотландцу Тому Боулсу.

Наконец, еще один тип примечаний связан с персоналиями, которые упоминаются на страницах книги. А имен в ней очень много. Прежде всего, это, конечно, ученые. Билл Брайсон считает своим долгом устранять исторические несправедливости и указывать истинных первооткрывателей или авторов идей в тех случаях, когда в общественном сознании научное достижение связано с другими именами. В большинстве случаев все необходимые сведения об ученых содержатся на страницах книги, и подбор этих сведений – часть замысла автора.

Однако нередко в тексте упоминаются мнения или цитаты с указанием имени научного журналиста или ученого-популяризатора без каких-либо пояснений. Многие из них хорошо известны любителям науки в англоязычных странах, а если даже и неизвестны, то информацию очень просто получить в Интернете. При выходе из англоязычного культурного пространства возникает необходимость пояснить статус этих авторов. В таких случаях нами дается примечание с указанием специализации, места работы и основных достижений упомянутого эксперта.

И, наконец, последний момент, который надо иметь в виду при чтении книги Билла Брайсона, – она написана англичанином. Поэтому его в первую очередь интересует наука, сделанная в Великобритании (made in UK) или, немного шире, в англоязычном мире – в США и в Австралии. Достижения вечных соперников французов традиционно даются со слегка ироничным подтекстом, а на долю других стран приходятся лишь отдельные имена. Например, из российских ученых подробно говорится только о Менделееве.

Но не стоит обижаться на эту невольную предвзятость. Возможно, отчасти благодаря ей, а также многочисленным ссылкам на работы других научных писателей Брайсон получил в 2004 году премию «Авентис», присуждаемую Лондонским Королевским обществом и Британской национальной академией наук за лучшую научно-популярную книгу года. А уже благодаря этой премии книга получила международную известность, достигла тиража более 300 тысяч экземпляров и была в итоге переведена на русский язык. И теперь у вас есть замечательная возможность провести несколько вечеров за увлекательным и познавательным чтением.

Александр Сергеев Москва, 2006

 

От автора

 

Сейчас, в начале 2003 года, я держу перед собой несколько страничек доброжелательных и тактичных замечаний Иана Таттерсолла из Американского музея естественной истории. Он, среди прочего, отмечает, что Перигё – не винодельческий район, что, несмотря на изобретательность моего решения, как-то не принято выделять курсивом классификационные подразделения выше уровня рода и вида, что я упорно искажаю написание Олоргезайли (места, где я побывал совсем недавно), и далее в том же духе касательно двух глав, относящихся к сфере его интересов – первобытному человеку.

Кто знает, сколько еще авторских ляпов выплывет на этих страницах. Но благодаря, в частности, доктору Таттерсоллу и всем, кого я собираюсь здесь отметить, их будет на много сотен меньше. Я не могу приступить к повествованию, не поблагодарив должным образом тех, кто помог мне написать эту книгу. Особенно я обязан тем, кто с неизменным великодушием и любезностью проявляли поистине героическое терпение, отвечая на один бесконечно повторявшийся простой вопрос: «Прошу прощения, но не объясните ли вы это еще раз?».

В Англии на мои вопросы отвечали Дэвид Кэплин из Имперского колледжа в Лондоне; Ричард Форти, Лен Эллис и Кейти Уэй из Музея естественной истории; Мартин Рафф из Университетского колледжа в Лондоне; Розалинд Хардинг из Института биологической антропологии в Оксфорде; доктор Лоренс Смаджи, ранее работавший в институте Уэллком, и Кит Блэкмор из «Таймс».

В Соединенных Штатах: Иан Таттерсолл из Американского музея естественной истории в Нью-Йорке; Джон Торстенсен, Мэри К. Хадсон и Дэвид Бланчфлауэр из Дартмутского колледжа в Гановере, штат Нью-Гэмпшир; доктор Уильям Эбду и доктор Брайен Марш из медицинского центра Дартмут-Хичкок в Ливане, штат Нью-Гэмпшир; Рэй Андерсон и Брайен Витцке из Департамента естественных ресурсов Айовы, Айова-Сити; Майк Вурхис из университета штата Небраска и парка вулканических окаменелостей близ Орчарда, штат Небраска; Чак Оффенбур-гер из университета Буэна Висты, Сторм-Лейк, штат Айова; Кен Рэнкорт, руководитель научных исследований обсерватории Маунт Вашингтон, Горхэм, штат Нью-Гэмпшир; Пол Досс, геолог Йеллоустонского национального парка, и его жена Хейди, также сотрудница национального парка; Фрэнк Асаро из Калифорнийского университета в Беркли; Оливер Пейн и Линн Эддисон из Национального географического общества; Джеймс О. Фарлоу из университета Индиана-Пэрдью; Роджер Л. Ларсон, профессор морской геофизики университета Род-Айленда; Джефф Гуинн из газеты «Стар-Телеграм» в Форт-Уорте; Джерри Кастен из Далласа, штат Техас, и сотрудники Исторического общества Айовы в Де-Мойне.

В Австралии: его преподобие Роберт Эванс из Хейзелбрука, штат Новый Южный Уэльс; доктор Джилл Кейни из Австралийского бюро метеорологии; Алан Торн и Виктория Беннет из Австралийского национального университета в Канберре; Луиза Бурке и Джон Хоули из Канберры; Энни Милн из «Сидней морнинг геральд»; Иан Новак, ранее работавший в Геологическом обществе Западной Австралии; Томас X. Рич из Музея штата Виктория; Тим Флэннери, директор Музея Южной Австралии в Аделаиде; Натали Папуорт и Алан Макфадьен из Королевского Тасманского ботанического сада; Хобарт и оказавшие мне большую помощь сотрудники библиотеки штата Новый Южный Уэльс в Сиднее.

Кроме того, Сью Сьюпервиль, заведующая информационным центром Музея Новой Зеландии в Веллингтоне; доктор Эмма Мбуа, доктор Коэн Маес и Джиллани Нгалла из Кенийского национального музея в Найроби.

Я также во многом очень обязан Патрику Джонсон Смиту Джеральду Ховарду, Марианне Велманс, Элисон Таллет, Джиллиан Сомерскейлс, Ларри Финлею, Стиву Рабину, Джеду Маттсу, Кэрол Хитон, Чарльзу Эллиоту, Дэвиду Брайсону Фелисити Брайсон, Дэну Маклину Нику Сазерну, Джеральду Энегельбретсену Патрику Галлахеру Ларри Эшмиду и необычайно приветливому персоналу библиотеки Хоу в Гановере, штат Нью-Гэмпшир.

И, как всегда, я выражаю глубочайшую благодарность моей дорогой терпеливой несравненной жене Синтии.

 

Введение

 

Добро пожаловать. И поздравляю. Я счастлив, что вам это удалось. Знаю, что попасть сюда было нелегко. Вообще-то я полагаю, что это было несколько труднее, чем вы можете подумать.

Начать с того, что для вашего присутствия здесь сегодня нужно было, чтобы триллионы непрестанно перемещающихся атомов каким-то замысловатым и необычайно строго определенным образом собрались вместе, породив вас. Их расположение настолько индивидуально и специфично, что никогда раньше не возникало и будет существовать лишь единожды, в этот раз. В течение многих дальнейших лет (мы надеемся) эти крошечные частицы будут безропотно участвовать в миллиардах своевременных совместных действий, необходимых для того, чтобы сохранить вас невредимым и дать возможность испытать в высшей степени приятное, но обычно недооцениваемое состояние, известное как жизнь.

Зачем атомам так утруждать себя – небольшая загадка. Быть вами – не такое уж благодарное занятие на атомном уровне. При всей их преданности и заботе вашим атомам вообще-то на вас наплевать – в сущности, они даже не знают о вашем существовании. Даже не догадываются, что они сами находятся здесь. Они же, в конце концов, безмозглые частицы и сами по себе не наделены жизнью. (Довольно занятно представить, что если вы приметесь пинцетом расщипывать себя на части, атом за атомом, то получится куча мелкой атомной пыли, причем ни одна пылинка никогда не была живой, но все вместе когда-то были вами.) Однако почему-то на протяжении вашей жизни они будут неукоснительно подчиняться единственному импульсу: сохранять вас такими, как есть.

А плохая новость заключается в том, что атомы непостоянны и время их преданности нам быстротечно – поистине быстротечно. Даже долгая человеческая жизнь достигает всего лишь около 650 тыс часов. И когда эта скромная веха вдруг появляется перед глазами или маячит где-то поблизости, ваши атомы по неизвестным причинам прекращают служить вам, молча демонтируют свои конструкции и расходятся по другим предметам. А с вами всё.

И все же вы можете радоваться, что наше появление на свет вообще случается. Вообще-то говоря, во Вселенной, насколько мы можем утверждать, такого больше нет. Это весьма странно, потому что атомы, которые так охотно сбиваются в кучу, создавая живые существа на Земле, точно такие же, что отказываются делать это в других местах. Что бы там ни было еще, но на уровне химии жизнь на удивление обыденная штука: углерод, водород, кислород и азот, немного кальция, примесь серы, редкие пылинки других самых обычных элементов – ничего такого, чего нельзя найти в любой простой аптеке, – и это все, что нужно. Единственная особенность составляющих вас атомов заключается в том, что они составляют вас. Это, конечно, и есть чудо жизни.

Но независимо от того, порождают атомы жизнь в других уголках Вселенной или нет, они создают множество других вещей; без них не было бы воды, или воздуха, или горных пород, не было бы звезд и планет, далеких газовых облаков и завихряющихся туманностей и любых других вещей, составляющих Вселенную, такую привычно материальную. Атомы настолько многочисленны и непреложны, что мы легко упускаем из виду, что вообще-то в их существовании нет необходимости. Нет закона, требующего, чтобы Вселенная наполнялась малыми частицами материи, или порождала свет и тяготение, или обладала другими физическими свойствами, от которых зависит наше существование. Вообще-то нет никакой необходимости в существовании Вселенной. Долгое время ее не было. Не было атомов, и для них не было Вселенной, по которой они бы свободно плавали. Не было ничего – нигде совсем ничего.

Так что, слава богу, что есть атомы. Но то обстоятельство, что у вас есть атомы и что они охотно собираются именно таким образом, лишь отчасти объясняет, как вы тут появились. Для того чтобы оказаться здесь теперь, в XXI веке, живым и к тому же достаточно сообразительным, чтобы это осознать, вам также надо было стать результатом необычайной череды биологических везений. Выживание на Земле – удивительно хитрое дело. Из миллиардов и миллиардов живых видов, существовавших с начала времен, большинства – как предполагают, 99,99 % – больше здесь нет. Как видите, жизнь на Земле не только коротка, но и пугающе шатка. В том и состоит курьезность нашего существования, что мы обитаем на планете, которая очень хорошо поддерживает жизнь, но еще лучше ее истребляет.

Биологический вид сохраняется на Земле в среднем всего лишь около 4 млн лет, так что если вы хотите оставаться здесь миллиарды лет, то должны быть такими же непостоянными, как составляющие вас атомы. Вы должны быть готовы менять в себе любые характеристики: облик, размер, цвет, видовую принадлежность – словом, все – и делать это неоднократно. Конечно, сказать куда легче, чем сделать, ведь процесс изменений идет наугад. Чтобы из «крошечной капельки первичного бульона» (как говорится в песенке Гилберта и Салливена[1]) стать сообразительным прямоходящим современным человеком, вам потребовалось снова и снова на протяжении чрезвычайно долгого времени и точно вовремя раз за разом менять свои черты и особенности.

 


 

Так что в разные периоды за последние 3,8 млрд лет вы сначала терпеть не могли кислорода, а потом души в нем не чаяли, отращивали плавники и конечности, щеголяли крыльями, откладывали яйца, мелькали в воздухе раздвоенным язычком, были гладкими, были пушистыми, жили под землей, жили на деревьях, были большими, как олень, и маленькими, как мышь, и принимали образ миллионов других созданий. Малейшее отклонение от любого из этих зигзагов эволюции – и теперь вы, возможно, слизывали бы водоросли со стен пещеры, или, как морж, нежились бы где-нибудь на каменистом берегу, или, выдувая воздух из отверстия в затылке, ныряли бы на шестьдесят футов, чтобы набрать полный рот обитающих на дне вкусных червей.

Вам повезло не только в том, что с незапамятных времен вы принадлежите благоприятствуемой эволюционной линии, но вам также в высшей степени – можно сказать, чудесным образом – повезло с собственной родословной. Задумайтесь над тем, что за 3,8 млрд лет, период дольше времени существования земных гор, рек и океанов, все до одного ваши предки с обеих сторон были достаточно привлекательны, чтобы найти себе пару, достаточно здоровы, чтобы дать потомство, и достаточно вознаграждены судьбой и обстоятельствами, чтобы прожить для этого достаточно долго. Никто из имевших к вам отношение предков не был раздавлен, проглочен, не утонул, не умер с голоду не завяз в грязи, не был не ко времени ранен или каким-либо иным образом не отклонился от продиктованного жизнью влечения передать частичку генетического материала нужному партнеру в нужный момент, дабы сохранить единственно возможную последовательность наследуемых сочетаний, которые могли иметь поразительным, хотя и недолговечным конечным результатом – вас.

В книге рассказывается о том, как это произошло, – в частности, о том, как мы совсем из ничего стали чем-то, потом частичка этого чего-то стала нами, а также о том, что было между этим и после. Разумеется, надо охватить уйму вещей, потому книга и называется «Краткая история почти всего на свете», хотя, по правде говоря, она далеко не обо всем. Да и не могла быть. Но если повезет, ближе к концу, может быть, появится ощущение, что обо всем.

Отправным пунктом для меня послужил, каким бы он ни был, школьный учебник естествознания, который был у меня в четвертом или пятом классе. Книжка была стандартным учебником 1950 года – потрепанным, нелюбимым, увесистым, но ближе к началу там была иллюстрация, которая меня просто очаровала: схема, изображавшая внутренность Земли, как она выглядела бы, если вырезать большим ножом и аккуратно вынуть кусок, составляющий примерно четверть целого.

Трудно поверить, что раньше я никогда не видел такой иллюстрации, но, очевидно, не видел, потому что отчетливо помню, что был поражен. Откровенно говоря, полагаю, что первоначальный интерес был вызван собственным воображением. Я представил, как вереницы ничего не подозревавших, мчавшихся на восток по американским равнинным штатам водителей валятся с края неожиданно возникшего обрыва высотой 6,5 тыс км, протянувшегося от середины Америки до Северного полюса. Но постепенно мое внимание переключилось на научную сторону рисунка и до меня дошло, что Земля состоит из отдельных слоев, заканчивающихся в центре раскаленным добела шаром из железа и никеля, таким же горячим, если верить надписи, как поверхность Солнца. Помню, что с удивлением подумал: «Откуда они знают?»

В правильности этих сведений я не сомневался ни на минуту – я все еще склонен доверять мнениям ученых, так же как я доверяю тому, что мне говорят врачи, водопроводчики и другие обладатели сокровенных, недоступных простым смертным знаний, – но до меня, хоть убей, не доходило, каким образом человеческий ум смог дознаться, как выглядит и из чего состоит то, что размещается в тысячах километров под нами, чего не видел ни один глаз, куда не мог проникнуть никакой рентгеновский луч. Для меня это было просто чудом. С той поры я придерживаюсь этого своего представления о науке.

В тот вечер я забрал книгу домой и, забыв об ужине, с нетерпением раскрыл ее – видно, поэтому мать потрогала мой лоб и спросила, здоров ли я, – и принялся читать с первой страницы.

Скажу вам, книга оказалась ничуть не захватывающей. Даже не совсем вразумительной. Прежде всего, она не содержала ответов ни на один из вопросов, которые возбудил рисунок в нормальном пытливом уме. Как получилось, что в середине нашей планеты оказалось Солнце и откуда узнали, насколько там горячо? И если там внутри все горит, почему земля у нас под ногами не горяча на ощупь?

И почему остальное внутреннее пространство не плавится – а может быть, плавится? И когда ядро в конце концов выгорит, не рухнет ли часть Земли в пустоту, оставляя огромную дыру на поверхности? И откуда об этом знают! Как все это выяснили!

Но автор странным образом умалчивал об этих частностях – в общем, умалчивал обо всем, кроме антиклиналей, синклиналей, аксиальных разломов и прочего в том же духе. Словно он хотел сохранить в тайне все интересные вещи, сделав их не постижимыми здравым рассудком. С годами я стал подозревать, что это вовсе не чья-то личная прихоть. Казалось, среди авторов учебников существовал широкий таинственный сговор, дабы изложение ими своего предмета даже на самую малость не приблизилось к области интересного и всегда оставалось не более чем вроде дальнего телефонного вызова, поступившего от чего-то действительно увлекательного.

Теперь-то я знаю, что, к счастью, есть множество научных писателей, из-под пера которых выходят самые доступные, самые захватывающие произведения. Только на одной букве алфавита их сразу трое: Тимоти Феррис, Ричард Форти, Тим Флэннери (не говоря уж о ныне покойном божественном Ричарде Фейнмане), – но, к сожалению, никто из них не написал учебника, которым бы мне довелось пользоваться. Все мои учебники были написаны мужами (всегда мужами), придерживавшимися занятного мнения, что все становится ясным, если выражено формулой, и любопытного заблуждения, что американские дети по достоинству оценят, если главы будут заканчиваться вопросами, над которыми можно будет поразмышлять в свободное время. Так что я вырос с убеждением, что наука – в высшей степени унылая вещь, хотя и подозревал, что так не должно быть. Я не слишком задумывался над всем этим и не предполагал, что могу сам чем-то в этом деле помочь. Так продолжалось довольно долгое время.

Потом, много позднее – думаю, около 4 или 5 лет тому назад, – во время долгого полета через Атлантику, когда я бездумно глядел в иллюминатор на залитый лунным светом океан, меня вдруг – и это было довольно неприятно – осенило, что не знаю простых вещей о единственной планете, на которой собираюсь прожить всю жизнь. Например, я не имел представления о том, почему океаны соленые, а Великие озера нет. Ни малейшего представления. Я не знал, становятся ли океаны со временем солонее или нет и стоит ли мне вообще проявлять беспокойство по этому поводу. (Весьма рад вам сообщить, что до конца 1970-х годов ученые тоже не знали ответов на эти вопросы. Просто предпочитали не говорить об этом во всеуслышанье.)

Соленость океана, разумеется, представляла лишь крошечную частицу моего невежества. Я не знал, что такое протон и что такое протеин, не мог отличить кварк от квазара, не понимал, как геологи могли, взглянув на слои породы в каньоне, определить ее возраст – вообще ничего не знал. Мною исподволь овладело необычное желание немного разобраться в этих вопросах и прежде всего понять, как удалось до всего этого докопаться. Как ученые все это вычисляют, определяют, расшифровывают – это оставалось для меня поражающей воображение загадкой. Откуда они знают, сколько весит Земля или сколько лет горным породам, и что вообще находится там, глубоко в центре? Откуда знают, как и когда начиналась Вселенная и как она тогда выглядела? Откуда знают, что происходит внутри атома? И, коль на то пошло – а по здравом размышлении это, возможно, самое главное, – как получается, что ученые, которые, как часто кажется, знают почти все, не могут предсказать землетрясение или даже сказать, стоит ли брать с собой зонтик, отправляясь в среду на бега?

Так что я решил посвятить часть своей жизни – как оказалось, 3 года – чтению книг и журналов и поиску ангельски терпеливых специалистов, готовых отвечать на уйму необычайно глупых вопросов. Я хотел выяснить, действительно ли нельзя понять и по достоинству оценить – подивиться, даже насладиться чудесами и достижениями науки на уровне, не слишком изобилующем техническими подробностями и не требующем глубоких знаний, но и не совсем на поверхностном.

Таковы были мой замысел и моя надежда, и для этого была задумана настоящая книга. Во всяком случае, нам придется освоить значительный объем сведений в значительно более короткий срок, чем отпущенные нам 650 тыс часов, так что начнем.

 

I

ЗАТЕРЯННЫЕ В КОСМОСЕ

 

Все они в одной плоскости. Все вращаются в одном направлении… Понимаете, это совершенно. Это великолепно. Это почти сверхъестественно.

Астроном Джеффри Мэрси о Солнечной системе

 


 

 

1

КАК СОЗДАТЬ ВСЕЛЕННУЮ

 

Как бы вы ни старались, вы никогда не сможете постичь, насколько мал, насколько пространственно ничтожен протон. Он просто крайне мал.

Протон – безмерно малая часть атома, который и сам-то представляет собой нечто весьма несущественных размеров. Протоны настолько малы, что крошечная точка над буквой «i» содержит их около 50 000 000 000 000 000 штук, что значительно больше числа секунд, составляющих полмиллиона лет. Так что протоны исключительно микроскопичны, если не сказать сильнее.

Теперь представьте, что вам удалось (хотя, конечно, у вас это не получится) сжать один из протонов до одной миллиардной его обычного размера, так, чтобы рядом с ним обычный протон казался громадным. Упакуйте в это крошечное-крошечное пространство примерно столовую ложку вещества. Отлично. Вы готовы положить начало Вселенной.

Я, разумеется, полагаю, что вы желаете создать инфляционную Вселенную. Если вместо нее вы предпочитаете создать более старомодную Вселенную стандартного Большого Взрыва, то вам понадобятся дополнительные материалы. В сущности, вам нужно будет собрать все, что есть в мире, – все до последней пылинки и частицы материи отсюда и до края мироздания, – и втиснуть все это в область столь бесконечно малую, что она вообще не имеет размеров. Это называется сингулярностью.

В обоих случаях готовьтесь к действительно большому взрыву. Наблюдать это зрелище вы, очевидно, пожелаете из какого-нибудь безопасного места. К сожалению, отойти некуда, потому что за пределами сингулярности нет никакого где. Начав расширяться, Вселенная не будет заполнять окружающую пустоту. Единственное пространство, которое существует, – это то, которое создает она сама по мере расширения.

Очень естественно, но неправильно представлять себе сингулярность чем-то вроде беременной точки, висящей в темной безграничной пустоте. Но нет никакой пустоты, нет темноты. У сингулярности нет никакого «вокруг». Нет пространства, которое можно было бы занять, нет никакого места, где бы она находилась. Мы даже не можем задать вопрос, сколько времени она там находится – то ли она только что внезапно возникла, как удачная мысль, то ли была там вечно, спокойно выжидая подходящего момента. Времени не существует. У нее нет прошлого, из которого предстоит выйти.

И вот так, из ничего начинается наша Вселенная.

Одним ослепительным импульсом, в триумфальное мгновение, столь стремительно, что не выразить словами, сингулярность расширяется и обретает космические масштабы, занимая не поддающееся воображению пространство. Первая секунда жизни (секунда, которой многие космологи посвящают жизнь, изучая все более короткие ее мгновения) производит на свет тяготение и другие силы, которые правят в физике. Менее чем за минуту Вселенная достигает в поперечнике миллиона миллиардов километров и продолжает стремительно расти. В этот момент очень жарко, 10 млрд градусов, этого достаточно, чтобы протекали ядерные реакции, которые порождают самые легкие элементы – главным образом водород и гелий с крошечной добавкой лития (примерно один атом на 100 млн). За 3 минуты формируется 98 % всей материи, которая существует сейчас или будет когдалибо существовать. Мы получили Вселенную. Место с удивительными и вдохновляющими перспективами, к тому же очень красивое. И все сделано за время, которое уходит на приготовление сэндвича.

Когда это случилось – вопрос дискуссионный. Космологи давно спорят, произошло ли сотворение мира 10 млрд лет назад, вдвое раньше или же где-то между этими моментами. Общее мнение, похоже, склоняется к величине 13,7 млрд лет, но, как мы увидим дальше, такие вещи до обидного трудно измерить. По существу, все, что можно сказать, это то, что в какой-то неопределенной точке в очень далеком прошлом по неизвестным причинам имел место момент, обозначаемый в науке как t = 0. С него все и началось. Конечно, мы еще очень многого не знаем и часто думаем, будто знаем то, чего на самом деле не знаем, или долгое время так думали. Даже сама идея Большого Взрыва возникла совсем недавно. Она подробно обсуждается с 1920-х годов, когда бельгийский аббат и ученый Жорж Леметр впервые предложил ее в качестве рабочей гипотезы, но по-настоящему активно она не применялась в космологии до середины 1960-х годов, когда двое молодых радиоастрономов случайно сделали удивительное открытие[2].

Их звали Арно Пензиас и Роберт Вильсон. В 1965 году они пытались использовать большую коммуникационную антенну, в Холмделе, штат Нью-Джерси, принадлежавшую Лабораториям Белла, но работу затруднял непрерывный фоновый шум – постоянное шипение, делавшее невозможным проведение экспериментов. Шум был постоянный и однородный. Он приходил из любой точки неба, день и ночь, в любое время года. Целый год молодые астрономы делали все возможное, чтобы найти источник шума и устранить его. Они протестировали каждую электрическую цепь. Они перебрали аппаратуру, проверили контуры, перекрутили провода, зачистили контакты. Они забрались на тарелку антенны и заклеили лентой каждый шов, каждую заклепку. Они вернулись туда с метлами и жесткими щетками и тщательно вычистили, как писали позднее в научной статье, «белое диэлектрическое вещество», которое в обиходе называют птичьим пометом. Ничто не помогало.

Им было невдомек, что всего в 50 км от них, в Принстонском университете, группа ученых во главе с Робертом Дикке билась над тем, как найти ту самую вещь, от которой они так усердно старались избавиться. Принстонские исследователи разрабатывали идею, выдвинутую в 1940-х годах астрофизиком Георгием Гамовым, уроженцем России: что если заглянуть достаточно глубоко в космос, то можно обнаружить некое фоновое космическое излучение, оставшееся от Большого Взрыва. Гамов рассчитал, что к моменту, когда это излучение пересечет космические просторы и достигнет Земли, оно будет представлять собой микроволны[3]. Немного позднее он даже предложил инструмент, который мог бы их зарегистрировать: антенну компании «Белл» в Холмделе. К сожалению, ни Пензиас, ни Вильсон, ни кто-либо из членов принстонской группы не читал эту статью Гамова.

Шум, который слышали Пензиас и Вильсон, конечно же, был шумом, который теоретически предсказал Гамов. Они обнаружили край Вселенной, или, по крайней мере, ее видимой части, на расстоянии более 100 миллиардов триллионов километров. Они «видели» первые фотоны – древнейший свет Вселенной[4], – хотя время и расстояние превратило их, как и предсказывал Гамов, в микроволны. В книге «Расширяющаяся Вселенная» Алан Гут приводит аналогию, помогающую представить это открытие в перспективе. Если считать, что вы всматриваетесь в глубины Вселенной, глядя вниз с сотого этажа Эмпайр-Стейт билдинг (где сотый этаж соответствует нашему времени, а уровень улицы – моменту Большого Взрыва), то во время открытия Вильсона и Пензиаса самые отдаленные галактики были обнаружены в районе шестидесятых этажей, а самые далекие объекты – квазары – где-то в районе двадцатых. Открытие Пензиаса и Вильсона довело наше знакомство с видимой Вселенной до высоты в полдюйма от пола цокольного этажа.

Все еще не зная о причине шума, Вильсон с Пензиасом позвонили в Принстон Дикке и описали ему свою проблему, надеясь, что он подскажет решение. Дикке сразу понял, что обнаружили эти двое молодых людей. «Да, ребята, нас обошли», – сказал он своим коллегам, вешая трубку.

Вскоре Astrophysical Journal [5] опубликовал две статьи: одну Пензиаса и Вильсона, описывавшую их опыт с регистрацией шипения, другую – группы Дикке, объяснявшую его природу. Хотя Пензиас и Вильсон не искали фоновое космическое излучение, не знали, что это такое, когда обнаружили его, а в своей статье не объяснили его природу, в 1978 году они получили Нобелевскую премию в области физики. Принстонским исследователям досталось лишь сочувствие. Согласно Деннису Овербаю[6], автору книги «Одинокие сердца в космосе», ни Пензиас, ни Вильсон полностью не понимали значения того, что открыли, пока не прочли об этом в «Нью-Йорк таймс». Между прочим, помехи от космического фонового излучения – это то, что все мы знаем по опыту. Настройте свой телевизор на любой канал, где нет трансляции, и около одного процента прыгающих электростатических помех, которые вы наблюдаете на экране, будут связаны с этими древними следами Большого Взрыва. В следующий раз, когда вы будете жаловаться, что на экране ничего нет, вспомните, что вы всегда имеете возможность наблюдать рождение Вселенной.

Хотя все называют это Большим Взрывом, многие книги предостерегают нас от того, чтобы представлять его как взрыв в обычном смысле. Это скорее было внезапное значительное расширение колоссальных масштабов. Так что же его вызвало?

Одна из точек зрения состоит в том, что сингулярность была реликтом более ранней сколлапсировавшей Вселенной, что наша Вселенная – всего лишь одна из вечного круговорота вселенных, расширяющихся и сжимающихся, подобно пневматической камере кислородного аппарата. Другие объясняют Большой Взрыв так называемым «ложным вакуумом», «скалярным полем» или «вакуумной энергией» – неким свойством или сущностью, которая каким-то образом привнесла определенную неустойчивость в имевшее место небытие. Кажется, что получить нечто из ничего невозможно, но факт состоит в том, что когда-то не было ничего, а теперь налицо Вселенная, и это служит очевидным доказательством подобной возможности. Быть может, наша Вселенная – всего лишь часть множества более крупных вселенных, располагающихся в разных измерениях, и Большие Взрывы происходят постоянно и повсюду. Или, возможно, пространство и время имели до Большого Взрыва совершенно иные формы, слишком чуждые нашему пониманию, и что Большой Взрыв – это своего рода переходный этап, когда Вселенная из непостижимой для нас формы переходит в форму, которую мы почти можем понять. «Все это очень близко к религиозным вопросам», – говорил в 2001 году корреспонденту «Нью-Йорк таймс» космолог Андрей Линде[7].

Теория Большого Взрыва – не о самом взрыве, а о том, что произошло после взрыва. Причем в основном вскоре после взрыва. Произведя уйму расчетов и тщательных наблюдений на ускорителях элементарных частиц, ученые считают, что могут заглянуть во время спустя всего 10-43 секунды с момента творения, когда Вселенная была еще настолько мала, что разглядеть ее можно было только в микроскоп. Мы не должны падать в обморок от каждого встречающегося нам необычного числа, но, пожалуй, время от времени стоит ухватиться за одно из них, хотя бы для того, чтобы напомнить об их непостижимых и потрясающих значениях. Так, 10-43 – это 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1, или одна десяти миллионно триллионно триллионно триллионная секунды*.

--

* (Несколько слов о научной нотации. Поскольку очень большие числа тяжело писать и почти невозможно прочесть, ученые применяют сокращения, использующие степени десятки. В этих обозначениях, например, 10 000 000 000 записывается как 1010, а 6 500 000 превращается в 6,5 х 106. Принцип очень прост – он основан на свойстве умножения на десять: 10 х 10 (то есть 100) становится 102; 10 х 10 х 10 (или 1000) – 103 и так далее до бесконечности. Маленький верхний индекс означает число нулей, следующих за крупным основным числом. Обозначения со знаком «минус» имеют зеркальный смысл: число сверху указывает на количество позиций справа от десятичной запятой (например, 10-4 означает 0,0001). Хотя я приветствую это правило, меня по-прежнему поражает, как кто-то, глядя на запись «1,4 х 109 км3», сразу видит, что это означает 1,4 миллиарда кубических километров, и в не меньшей мере удивляет, что они предпочитают первое последнему в печати (особенно в книге для широкой публики, откуда был взят этот пример). Исходя из того, что многие читатели, как и я, не сильны в математике, я буду пользоваться такими обозначениями умеренно, хотя иногда их не избежать, особенно в главе, касающейся предметов космического масштаба.)

 

Большая часть того, что мы знаем, или считаем, что знаем, о первых моментах Вселенной, вытекает из концепции, получившей название инфляционной теории, которая впервые была предложена на обсуждение в 1979 году специалистом по элементарным частицам младшим научным сотрудником Стэнфордского университета Аланом Гутом, ныне работающим в Массачусетском технологическом институте. Ему было тогда тридцать два года, и, по собственному признанию, он никогда раньше ничем подобным всерьез не занимался. Возможно, он никогда бы и не выдвинул свою замечательную теорию, если бы случайно не попал на лекцию о Большом Взрыве, прочитанную никем иным, как Робертом Дикке. Лекция пробудила у Гута интерес к космологии, в особенности к вопросу о рождении Вселенной.

В итоге появилась инфляционная теория, согласно которой Вселенная претерпела внезапное поражающее воображение расширение. Она раздувалась – фактически убегая от самой себя, удваиваясь в размерах каждые 10-34секунды. Весь эпизод, возможно, продолжался не более 10-30 секунды – это одна миллионно миллионно миллионно милионно миллионная доля секунды, – но он превратил Вселенную, которая уместилась бы в вашей руке, в нечто по крайней мере в 10 000 000 000 000 000 000 000 000 раз большее. Теория инфляции объясняет появление во Вселенной ряби и завихрений, которые сделали наш мир таким, как мы его знаем. Без них не возникло бы сгустков материи, а значит и звезд, и были бы только газ и вечная тьма.

Согласно теории Гута, за одну десятимиллионно триллионно триллионно триллионную секунды возникла гравитация. Еще через один смехотворно короткий период времени к ней присоединился электромагнетизм, а также сильное и слабое ядерные взаимодействия – основные игрушки физиков. Мгновением позже к ним добавились скопления элементарных частиц – игрушки этих игрушек. Совершенно из ничего вдруг возникли тучи фотонов, протонов, электронов, нейтронов и множество других частиц в количестве где-то от 1079до 1089 каждого вида. Примерно так это описывает общепринятая теория Большого Взрыва.

Представить себе такие огромные числа, конечно, нельзя. Достаточно просто знать, что в одно шумное мгновение нас одарили такой огромной Вселенной – не меньше сотни миллиардов световых лет в поперечнике, согласно теории, хотя, возможно, и намного больших размеров вплоть до бесконечности – и эта Вселенная идеально приспособлена для создания звезд, галактик и других сложных систем.

Что удивительно, с нашей точки зрения, так это то, как удачно все это обернулось для нас. Если бы Вселенная оказалась немного иной – если бы гравитация была чуть сильнее или слабее, если бы расширение протекало чуть медленнее или быстрее, – тогда, возможно, не было бы устойчивых элементов, из которых мы с вами состоим, и земли, по которой мы ходим. Окажись гравитация немного сильнее, и Вселенная обрушилась бы внутрь себя, как плохо поставленная палатка, не достигнув надлежащих размеров, плотности и состава. Но будь гравитация слабее, не возникло бы конденсаций материи, и Вселенная навсегда осталась бы унылой рассеянной пустотой.

В этом одна из причин того, почему некоторые специалисты считают, что может быть множество других Больших Взрывов – возможно, триллионы и триллионы, – разбросанных по громаде вечности, а мы существуем именно в этой конкретной Вселенной потому, что можем существовать только здесь.[8] Как однажды заметил Эдвард Трайон[9] из Колумбийского университета: «В ответ на вопрос, почему это произошло, я предлагаю скромное соображение, что наша Вселенная – просто одна из таких, которые время от времени появляются». Гут к этому добавляет: «Хотя рождение Вселенной может быть крайне маловероятным, Трайон подчеркивал, что никто не считал неудавшихся попыток».

Британский Королевский астроном Мартин Рис считает, что существует множество, возможно, бесконечное число вселенных – все с разными свойствами в различных сочетаниях, и что мы просто живем в одной из них, где вещи сочетаются таким образом, который позволяет нам существовать. Он проводит аналогию с очень большим магазином одежды: «Если там широкий ассортимент, вас не удивит, что вы найдете подходящий костюм. Если существует множество вселенных, каждая из которых управляется своим набором параметров, то среди них будет хотя бы одна, в которой реализовался особый набор параметров, подходящий для жизни. Мы находимся в такой Вселенной».

Рис утверждает, что имеется 6 величин, которые в основных чертах определяют свойства нашей Вселенной, и, если любое из этих значений хотя бы немного изменилось, дела пошли бы совсем не так, как теперь. Например, для существования Вселенной в том виде, как она есть, требуется, чтобы водород превращался в гелий строго определенным и весьма неторопливым способом – а именно, чтобы при этом семь тысячных долей массы переходили в энергию. Слегка снизьте это значение – скажем, с 0,007 до 0,006, – и превращения не произойдет: Вселенная будет содержать только водород и ничего больше. Слегка повысьте его – до 0,008 – и реакции пошли бы так бурно, что водород уже давно закончился бы. В обоих случаях малейшее изменение значений – и той Вселенной, какую мы знаем и какая нам нужна, просто не было бы.

Следует сказать, что пока все идет как надо. Но в долгосрочной перспективе гравитация может оказаться немного сильнее, чем надо; однажды она, возможно, остановит расширение Вселенной и заставит ее сжиматься, пока снова не втиснет ее в сингулярность, чтобы, возможно, начать весь процесс заново. С другой стороны, гравитация может оказаться слишком слабой, и в этом случае Вселенная будет расширяться вечно, пока все не окажется настолько далеко друг от друга, что не останется никакой возможности для взаимодействия материи, и Вселенная станет очень просторным, но инертным и безжизненным местом. Третья возможность состоит в том, что гравитация окажется идеально настроенной – у космологов для этого есть термин «критическая плотность», в этом случае тяготение удержит Вселенную как раз в нужных размерах, чтобы дать возможность сложившемуся порядку вещей продолжаться вечно.[10] Космологи в светлые моменты иногда называют это тонкой подстройкой параметров – имея в виду, что все, дескать, правильно. (Для сведения: эти 3 возможные вселенные известны соответственно как закрытая, открытая и плоская.)

А теперь вопрос, который в какой-то момент возникал у каждого из нас: что будет, если добраться до края Вселенной и, так сказать, высунуть голову за занавес? Где окажется голова, если она больше не будет во Вселенной? Что мы увидим за ее пределами? Ответ неутешительный: вы никогда не доберетесь до края Вселенной. И не потому даже, что добираться туда слишком долго – хотя это, конечно, так, – а потому, что если бы вы двигались все дальше и дальше по прямой линии, упрямо и бесконечно долго, то все равно никогда не достигли бы внешней границы. Вместо этого вы вернулись бы туда, откуда отправились (тут вы, повидимому, упали бы духом и отказались от этой затеи). Объясняется это тем, что Вселенная изгибается особым образом, который невозможно как следует представить, в соответствии с теорией относительности Эйнштейна (о ней мы в свое время поговорим). А пока достаточно знать, что мы вовсе не плаваем в каком-то огромном раздувающемся пузыре. Пространство изогнуто таким образом, что остается безграничным, но конечным.[11] Строго говоря, неправильно даже утверждать, что пространство расширяется, потому что, как отмечает лауреат Нобелевской премии физик Стивен Вайнберг,[12] «солнечные системы и галактики не расширяются, и само пространство не расширяется». Галактики скорее разбегаются. Все это, похоже, бросает вызов интуиции. Или, как однажды замечательно отметил известный биолог Дж. Б. С. Холдейн:[13] «Вселенная не только более необычна, чем мы предполагаем; она необычнее, чем мы можем предположить».

Для объяснения кривизны пространства обычно приводится следующая аналогия – попробовать представить жителя вселенной плоских поверхностей, который никогда не видел шара, и попал на Землю. Сколько бы он ни брел по поверхности планеты, он так и не обнаружил бы края. В конце концов он вернулся бы к тому месту, откуда начал путь, окончательно сбитым с толку. Так вот, в отношении космоса мы оказываемся в таком же положении, как и наш озадаченный флэтладец,[14] только нас приводит в смущение большее число измерений.

Также, какие существует места, где можно найти край Вселенной, нет и центра, где можно встать и сказать: «Вот отсюда все началось. Вот самый центр всего сущего». Мы все в центре всего этого. Хотя, в действительности, мы не знаем этого наверняка; не можем доказать математически. Ученые просто исходят из того, что мы не можем быть центром Вселенной – вы только вообразите себе, что бы это означало, – и потому явления должны быть одинаковыми для всех наблюдателей во всех местах. И все же точно мы этого не знаем.

Для нас Вселенная простирается на расстояние, которое покрыл свет за миллиарды лет со времени ее образования. Эта видимая Вселенная – Вселенная, которую мы знаем и о которой можем говорить, – имеет в поперечнике порядка миллиона миллионов миллионов миллионов (1 000 000 000 000 000 000 000 000 = 1024) километров. Но согласно большинству теорий, Вселенная в целом – метавселенная, как ее иногда называют – еще намного просторнее. Рис считает, что число световых лет в обхвате этой большей, незримой Вселенной выражалось бы не «десятью нулями, даже не сотней нулей, а миллионами». Словом, пространство намного больше, чем вы можете представить, не утруждая себя попытками достичь чего-то еще более потустороннего.

Долгое время теория Большого Взрыва имела один бросающийся в глаза пробел, беспокоивший множество людей, а именно, она не могла объяснить, как здесь оказались мы. Хотя 98 % существующей материи создано Большим Взрывом, эта материя состояла исключительно из легких газов: гелия, водорода и лития, о чем мы уже упоминали. Ни одной частицы тяжелых элементов, так необходимых для нашего существования – углерода, азота, кислорода и всех остальных, – не возникло из газового котла творения. Однако – и в этом состоит затруднение, – чтобы выковать эти тяжелые элементы, требуется тепло и энергия, сравнимые с самим Большим Взрывом.

Но был всего лишь один Большой Взрыв, и он не произвел эти элементы. Тогда откуда же они взялись? Интересно, что человеком, нашедшим ответ на этот вопрос, был космолог, который от души презирал теорию Большого Взрыва и само это название придумал в насмешку над ней.

Вскоре мы поговорим о нем подробнее, но, прежде чем мы вернемся к вопросу о том, как мы здесь оказались, хорошо бы несколько минут поразмыслить над тем, где в точности находится это «здесь».

 

2

ДОБРО ПОЖАЛОВАТЬ В СОЛНЕЧНУЮ СИСТЕМУ

 

В наши дни астрономы могут делать самые поразительные вещи. Если бы кто-нибудь чиркнул на Луне спичкой, они могли бы разглядеть эту вспышку. По самым незначительным пульсациям отдаленных звезд они могут сделать выводы о размерах, свойствах и даже о потенциальной обитаемости планет, слишком далеких, чтобы их разглядеть, – настолько далеких, что понадобилось бы полмиллиона лет, чтобы попасть туда на межпланетном корабле. Своими радиотелескопами они могут улавливать излучения настолько слабые, что общее количество энергии, полученной из-за пределов Солнечной системы, с тех пор как начались радионаблюдения (в 1951 году) на всех инструментах, взятых вместе, составляет, по словам Карла Сагана,[15] «меньше, чем энергия одной упавшей на землю снежинки».

 

Словом, во Вселенной происходит не так уж много такого, что астрономы не могли бы при желании обнаружить. Тем более удивительно, что до 1978 года никто не замечал, что у Плутона есть спутник. Летом того года молодой астроном Джеймс Кристи из обсерватории военно-морских сил США во Флэгстаффе, штат Аризона, просматривая фотографические изображения Плутона, вдруг заметил там что-то еще – что-то размазанное, неясное, но определенно иное, чем сам Плутон. Посоветовавшись с коллегой, Робертом Харрингтоном, он пришел к выводу, что это спутник. И не какой-нибудь спутник. Относительно своей планеты он был самым большим спутником в Солнечной системе.

В действительности, это был своего рода удар по статусу Плутона как планеты, статусу, который никогда не был особенно твердым. Поскольку место, занимаемое спутником, и место, занимаемое Плутоном, раньше считалось одним целым, теперь это означало, что Плутон намного меньше, чем полагали прежде, – даже меньше Меркурия. Мало того, в Солнечной системе 7 спутников, включая нашу Луну, превосходят Плутон по размеру.

Естественно, возникает вопрос, почему в нашей собственной Солнечной системе так долго не могли найти этот спутник. Ответ связан отчасти с тем, куда астрономы нацеливают свои инструменты, отчасти с тем, для каких целей они сконструированы, а отчасти с особенностями самого Плутона. Но главное – это куда направлены инструменты. По словам астронома Кларка Чапмана:[16] «Большинство людей думает, что астрономы приходят по ночам в обсерватории и разглядывают небо. Это не так. Почти все имеющиеся в мире телескопы предназначены вглядываться в крошечные участки неба, чтобы увидеть вдали квазар, или охотиться за черными дырами, или подробно рассмотреть отдаленную галактику. Единственная существующая сеть телескопов, сканирующих небо, сконструирована и построена военными».[17]

Мы избалованы рисунками художников и представляем себе четкость и разрешение снимков такими, каких на самом деле в астрономии нет. Плутон на снимке Кристи тусклый и размытый, как клочок космической ваты, а его спутник совсем не похож на романтически подсвеченный, резко очерченный шар, какой вы увидели бы на рисунке в National Geographic, скорее это еле заметный невнятный намек на еще одно мутное пятнышко. Оно было до того неотчетливым, что понадобилось еще семь лет, чтобы хоть кто-то снова нашел спутник и тем самым независимо подтвердил его существование.

Занятно, что Кристи сделал свое открытие во Флэгстаффе, ибо именно здесь в 1930 году был впервые обнаружен сам Плутон. Это значительное для астрономии событие в значительной мере является заслугой астронома Персиваля Лоуэлла. Лоуэлл, происходивший из одной из старейших и богатейших бостонских семей (той самой, о которой поется в известной песенке, что Бостон – это родина бобов и чудаков, где Лоуэллы разговаривают только с Кэботами, а Кэботы только с Богом), финансировал создание знаменитой обсерватории, носящей его имя, но самую неизгладимую память о себе он оставил благодаря гипотезе о том, что Марс покрыт каналами, построенными трудолюбивыми марсианами, с целью переброски воды из районов полюсов к засушливым, но плодородным землям ближе к экватору.[18]

Второе твердое убеждение Лоуэлла состояло в том, что где-то за Нептуном должна существовать еще неоткрытая девятая планета, окрещенная планетой X. В своем убеждении Лоуэлл исходил из неправильностей, которые он обнаружил в орбитах Урана и Нептуна, и посвятил последние годы жизни попыткам отыскать газовый гигант, который, как он был уверен, там находился. К несчастью, в 1916 году Лоуэлл скоропостижно скончался, отчасти из-за подорвавших его здоровье упорных поисков. Поиски прервались, а наследники Лоуэлла перессорились из-за его имущества. Однако в 1929 году, отчасти для того, чтобы отвлечь внимание от эпопеи с марсианскими каналами – к тому времени она уже серьезно пятнала репутацию, – правление Лоуэлловской обсерватории решило возобновить поиски и наняло для этого молодого канзасца Клайда Томбо.

Томбо формально не имел астрономического образования, но отличался старательностью и сметливостью, и после года терпеливых поисков ему наконец удалось обнаружить Плутон – еле видимую светлую точку среди сверкающих россыпей звезд. Это была удивительная находка, тем более поразительная, что представления Лоуэлла о занептуновой планете оказались полностью ошибочными. Томбо сразу увидел, что новая планета совсем не похожа на огромный газовый шар, о котором говорил Лоуэлл, – но все оговорки о природе новой планеты, которые высказывал сам Томбо или кто-то другой, тут же отметались прочь в сенсационной горячке, сопровождавшей любую важную новость в тот легко поддающийся возбуждению век. Это была первая открытая американцем планета, и никто не хотел думать о том, что вообще-то это всего лишь далекая от нас ледышка. Ее назвали Плутоном, отчасти, по крайней мере, потому, что первые две буквы составляли монограмму из инициалов Лоуэлла. Лоуэлла повсюду посмертно прославляли как величайшего гения, а Томбо был почти забыт, о нем помнили только в среде астрономов, изучающих планеты, которые глубоко его уважают.

Некоторые астрономы по-прежнему считают, что где-то там, возможно, существует и планета X – настоящая громадина, возможно, в десять раз больше Юпитера, но она так далека от нас, что пока остается невидимой. (Она получала бы так мало солнечного света, что ей было бы почти нечего отражать). Есть мнение, что она может оказаться не обычной планетой, вроде Юпитера и Сатурна, – для этого она находится слишком далеко, поговаривают о величинах около 7 трлн км, – а скорее подобна недоделанному Солнцу. Большинство звездных систем в космосе являются двойными (состоящими из двух звезд), и это делает наше одинокое Солнце немного странным.

Что касается самого Плутона, то никто точно не знает, каковы его размеры,[19] из чего он состоит, какая у него атмосфера и что он вообще собой представляет. Многие астрономы считают, что это вовсе не планета, а всего лишь самый крупный объект, найденный до сих пор в зоне космических обломков, известной как пояс Койпера.[20] На самом деле пояс Койпера был теоретически предсказан в 1930 году астрономом Ф. С. Леонардом, однако он носит имя работавшего в Америке голландца Джерарда Койпера, который развил эту идею. Пояс Койпера служит источником так называемых короткопериодических комет – тех, которые появляются сравнительно регулярно. Самая известная среди них – комета Галлея. Ведущие более уединенный образ жизни долгопериодические кометы (среди них недавние гостьи кометы Хейла – Боппа и Хиякутаке) появляются из намного более далекого облака Оорта, о котором разговор еще впереди.

Несомненно, Плутон ведет себя не совсем так, как другие планеты. Он не только маленький и тусклый, но также настолько непостоянен в своих движениях, что никто точно не скажет, где Плутон будет находиться через столетие.[21] Тогда как орбиты других планет находятся более или менее в одной плоскости, орбита Плутона наклонена на 17 градусов подобно щегольски сдвинутой набекрень шляпе. Его орбита настолько необычна, что на каждом обороте своего одинокого кружения вокруг Солнца он заметное время находится к нам ближе, чем Нептун. Большую часть 1980-х и 1990-х годов именно Нептун был самой отдаленной планетой Солнечной системы. Только 11 февраля 1999 года Плутон вернулся во внешний ряд, где проведет теперь 228 лет.

Так что даже если Плутон действительно планета, то определенно весьма странная. Совсем крошечная: ее масса составляет всего четверть процента массы Земли. Если положить Плутон на территорию Соединенных Штатов, то он не займет и половины площади сорока восьми южных штатов. Одно это является крайней аномалией; значит, наша планетная система состоит из четырех внутренних твердых планет, четырех внешних газовых гигантов и крошечного одинокого ледяного шарика. Однако есть все основания полагать, что в той части пространства мы скоро начнем находить другие, еще более крупные ледяные шары. И тогда у нас возникнут проблемы. После того как Кристи обнаружил спутник Плутона, астрономы стали активнее разглядывать этот сектор космоса, и к началу декабря 2002 года нашли еще более 600 транснептуновых объектов, или плутино,[22] каких еще называют. Один из них, названный Варуной, почти такого же размера, как спутник Плутона. Теперь астрономы считают, что число таких объектов может составлять миллиарды. Трудность в том, что многие из них крайне темные. Как правило, их альбедо, то есть отражающая способность, составляет всего 4 %, примерно как у куска древесного угля. К тому же эти куски угля находятся от нас на расстоянии более 6 млрд км.

А как, в сущности, это далеко? Да почти не поддается воображению. Видите ли, пространство просто громадно, если не сказать чудовищно. Чтобы осознать это, да и просто ради развлечения, представьте, что мы собираемся совершить путешествие на ракетном корабле. Мы полетим не очень далеко – всего лишь до края нашей Солнечной системы, – просто чтобы определиться, насколько велик космос и какую малую его часть занимаем мы.

Теперь плохая новость: боюсь, что к ужину мы домой не вернемся. Даже при скорости света (300 000 км/сек), чтобы попасть на Плутон, потребовалось бы 7 часов.[23] Но мы, конечно, не можем путешествовать с такой скоростью. Придется лететь со скоростью межпланетного корабля, а это гораздо медленнее. Самая высокая скорость, достигнутая пока созданными человеком предметами, это скорость космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые сейчас улетают от нас со скоростью 56 000 км/час.[24]

Основанием для запуска «Вояджеров» именно в те сроки (август и сентябрь 1977 года) послужило то, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун выстроились тогда так, как бывает только раз в 175 лет. Это позволило обоим «Вояджерам» использовать технику гравитационных маневров, когда аппарат поочередно перелетает от одного газового гиганта к другому, будто подстегиваемый космическим кнутом. Но даже при этом им потребовалось девять лет, чтобы достичь Урана, и двенадцать, чтобы пересечь орбиту Плутона. А хорошая новость заключается в том, что если мы подождем до января 2006 года (когда предварительно намечен запуск к Плутону аппарата НАСА «Новые Горизонты»), то сможем воспользоваться благоприятным расположением Юпитера плюс определенными успехами в области техники и попадем туда где-то за 10 лет[25] – хотя, боюсь, возвращаться домой придется значительно дольше. Короче, в любом случае путешествие выйдет довольно долгим.

Итак, первое, что вы, вероятно, уяснили, так это то, что космос весьма удачно назван (одно из значений английского «space» – пустое место. – Прим. перев.) и ужасно беден событиями. Наша Солнечная система, пожалуй, самое оживленное место на триллионы миль вокруг, однако все, что мы видим в ней – Солнце, планеты со спутниками, миллиард или около того кувыркающихся камней пояса астероидов, кометы и разные другие плавающие обломки, – занимает менее одной триллионной части имеющегося пространства. Вы также легко поймете, что ни на одной из встречавшихся вам карт Солнечной системы масштаб даже отдаленно не соответствует реальному. На большинстве школьных схем планеты изображены рядом, вплотную одна к другой – на многих иллюстрациях планеты-гиганты даже отбрасывают друг на друга тени, – но это неизбежный обман, дабы поместить их все на одном листе бумаги. В действительности Нептун расположен не чуть позади, а далеко позади Юпитера – в пять раз дальше, чем сам Юпитер от нас, так далеко, что получает лишь 3 % солнечного света, получаемого Юпитером.

Расстояния эти таковы, что на практике невозможно изобразить Солнечную систему с соблюдением масштаба.

Даже если сделать в учебнике большую раскладывающуюся вклейку или просто взять самый длинный лист бумаги для вывесок, этого все равно будет недостаточно. Если на масштабной схеме Солнечной системы Землю изобразить размером с горошину, Юпитер будет находиться на расстоянии 300 м, а Плутон в 2,5 км (и будет размером с бактерию, так что в любом случае вы не сможете его разглядеть[26]). В том же масштабе ближайшая звезда, Проксима Центавра, будет находиться в 16 000 км от нас. Если даже вы ужмёте все до такой степени, что Юпитер станет размером с точку в конце этого предложения, а Плутон не больше молекулы,[27] то и в этом случае Плутон будет находиться на расстоянии больше десяти метров.

Так что Солнечная система действительно огромна. Когда мы достигнем Плутона, то окажемся так далеко, что Солнце – наше родное, теплое, дающее нам загар и жизнь солнышко – сожмется до размера булавочной головки. Немного больше яркой звезды.[28] В такой навевающей тоску пустоте вы начнете понимать, почему даже весьма значительные предметы, например спутник Плутона, ускользали от внимания. В этом смысле Плутон не одинок. До полета «Вояджеров» считалось, что у Нептуна два спутника; «Вояджер» нашел еще шесть. Когда я был мальчишкой, считалось, что в Солнечной системе имеется тридцать спутников. Теперь их насчитывается по меньшей мере 90, примерно треть из них обнаружена за последние 10 лет. Отсюда следует, что когда мы судим о Вселенной в целом, надо помнить, что мы по существу не знаем, что происходит в нашей собственной Солнечной системе.

А теперь еще одна вещь, которую следует учесть: пролетая мимо Плутона, мы лишь пролетаем мимо Плутона. Если заглянете в план полета, то увидите, что его цель – путешествие к краю Солнечной системы, но боюсь, что мы еще не добрались до него. Плутон может быть последним объектом, отмеченным на школьных схемах, но сама система здесь не кончается. На самом деле ее конца еще даже не видно. Мы не доберемся до края Солнечной системы, пока не пройдем сквозь облако Оорта, огромное царство кочующих комет, а мы не достигнем облака Оорта раньше, чем – прошу прощения – через 10 тысяч лет. Плутон отмечает всего лишь одну 50-тысячную пути, а вовсе не край Солнечной системы, как бесцеремонно указывается на школьных схемах.[29]

У нас, конечно, нет шансов совершить такое путешествие. Даже поездка в 3 86 000 км до Луны пока еще довольно сложное предприятие. Полет людей на Марс, к которому в краткий момент головокружения призывал президент Буш, потихоньку отложили в сторону, когда кто-то подсчитал, что он обойдется в 450 млрд долларов и возможно кончится гибелью всего экипажа (их ДНК разнесло бы в клочья солнечными частицами высокой энергии, от которых они не могли бы защититься).

Исходя из того, что мы теперь знаем и можем вообразить, оставаясь в пределах разумного, нет абсолютно никаких шансов, что человек когда-либо достигнет края Солнечной системы. Это просто слишком далеко. В нынешних условиях даже с помощью телескопа Хаббла нельзя увидеть облако Оорта, так что мы, по существу, не знаем, что там находится. Его существование весьма вероятно, но остается лишь гипотезой*.

---------

* (Правильнее было бы называть его облаком Ёпика – Оорта. Эстонский астроном Эрнст Ёпик выдвинул эту гипотезу в 1932 году, а голландский астроном Ян Оорт восемнадцать лет спустя уточнил расчеты.)

 

Все, что можно с уверенностью сказать об облаке Оорта, так это то, что оно начинается где-то за Плутоном и тянется примерно на два световых года в космос. Основной мерой длины в Солнечной системе является астрономическая единица, обозначаемая а. е.., которая соответствует расстоянию от Солнца до Земли. Плутон находится от нас примерно в 40 а. е., сердцевина облака Оорта – приблизительно в пятидесяти тысячах. Словом, далековато.

Но давайте снова представим, что мы добрались до облака Оорта. Первое, что вы заметите, – здесь царит полное спокойствие. Мы забрались очень далеко – так далеко, что даже наше Солнце не является самой яркой звездой на небосводе.[30] Поразительно, что такой крошечный далекий огонек обладает достаточной силой тяготения, чтобы удерживать на орбите все эти кометы. Эти узы не очень крепкие, так что кометы плывут величаво, со скоростью всего несколько сотен километров в час. Время от времени одна из этих одиноких комет сходит со своей обычной орбиты под действием какого-нибудь слабого гравитационного возмущения – возможно, от пролетающей мимо звезды. Иногда их выбрасывает в пустоту космического пространства, и мы их уже никогда больше не увидим, но порой они переходят на вытянутую орбиту вокруг Солнца. Ежегодно через внутренние области Солнечной системы пролетают 3–4 такие долгопериодические кометы.[31] Изредка эти случайные гостьи врезаются во что-то твердое, вроде Земли… Так вот зачем мы здесь оказались! Комета, на которую мы прилетели посмотреть, только-только начала свое долгое падение к центру Солнечной системы. Она направляется – подумать только! – к городку Мэнсон, штат Айова. Ей еще долго добираться сюда – по меньшей мере три-четыре миллиона лет, – так что пока оставим ее в покое и вернемся к ней позже.

Итак, это наша Солнечная система. А что там еще, за пределами Солнечной системы? Ничего и вместе с тем очень много – это зависит от того, как посмотреть.

В краткосрочном плане там нет ничего. Самый глубокий вакуум, когда-либо создававшийся людьми, не так пуст, как межзвездное пространство. И вам предстоит преодолеть порядочное количество этого «ничего», пока вы не доберетесь до следующего кусочка чего-нибудь. Наша ближайшая соседка по космосу, Проксима Центавра, входящая в состав тройной звезды, известной как альфа Центавра, находится от нас на расстоянии 4,3 светового года, пустяк по масштабам Галактики, однако это в 100 млн раз дальше Луны. Чтобы добраться туда межпланетному кораблю, потребовалось бы не меньше 25 тысяч лет, и если бы вы даже совершили это путешествие, то все равно не нашли бы ничего, кроме одинокой кучки звезд посреди безграничной пустоты. Чтобы добраться до следующей заметной вехи, Сириуса, понадобится преодолеть еще 4,6 светового года.[32] И так будет и дальше, если вы захотите мотаться по космосу от звезды к звезде. Только на то, чтобы достичь центра нашей Галактики, потребуется больше времени, чем существует человеческий род.

Космос, позвольте мне повторить, это нечто чудовищно огромное. Среднее расстояние между звездами составляет более 30 миллионов миллионов километров. Даже при скоростях, приближающихся к скорости света, это фантастически далеко для любого странствующего индивидуума. Разумеется, возможно, что внеземные существа преодолевают миллиарды миль, чтобы позабавиться, выделывая круги на засеянных полях в Уилтшире или до смерти пугая бедного парня, едущего в грузовичке по пустынной дороге где-нибудь в Аризоне (в конце концов, и у них должны быть озорные подростки), но это все же представляется крайне маловероятным.

Правда, статистически вероятность того, что где-то там есть мыслящие существа, вполне приличная. Никто не знает точно, сколько звезд в Млечном Пути – оценки варьируются от сотни миллиардов до, возможно, четырехсот миллиардов, а ведь Млечный Путь – лишь одна из 140 млрд галактик,[33] многие из которых даже больше нашей. В 1960-х годах профессор Корнелльского университета Фрэнк Дрейк, взволнованный такими чудовищными цифрами, вывел знаменитую формулу для вычисления вероятности существования в космосе высокоразвитой жизни в виде серии перемножаемых вероятностей.

По формуле Дрейка, число звезд в избранном районе Вселенной вы умножаете на долю звезд, которые могут иметь планетные системы; затем умножаете это на долю планетных систем, теоретически способных поддерживать жизнь; умножаете на долю тех из них, где возникшая жизнь порождает разум, и так далее. При каждом из этих умножений числа колоссально сокращаются – но даже при самых консервативных исходных данных количество развитых цивилизаций в одном только Млечном Пути неизменно исчисляется миллионами.[34]

Какая интересная, захватывающая мысль! Мы, возможно, лишь одна из миллионов развитых цивилизаций. К сожалению, космическое пространство настолько обширно, что среднее расстояние между любыми двумя из этих цивилизаций составляет, согласно расчетам, по крайней мере 200 световых лет – легче сказать, чем представить. Начать с того, что даже если эти существа знают о нас и каким-то образом способны разглядывать нас в свои телескопы, они наблюдают свет, покинувший Землю 200 лет назад. Так что они видят не нас с вами. Они наблюдают Французскую революцию, Томаса Джефферсона, особ в шелковых чулках и напудренных париках – людей, не знающих, что такое атом или ген, получающих электричество, натирая куском меха янтарную палочку, и считающих это весьма хитрым фокусом. Любое послание, которое мы получим от этих наблюдателей, вероятно, будет начинаться с обращения «Достопочтенный сэр» и будет содержать поздравления по поводу стати наших лошадей и умелого освоения китового жира. 200 световых лет – это настолько далеко для нас, что, попросту говоря, за пределами нашего понимания.

Так что даже если мы не одиноки в принципе, на практике мы в любом случае пребываем в одиночестве. Карл Саган подсчитал, что подходящих планет во Вселенной где-то около 10 миллиардов триллионов – число, которое не укладывается в голове. Но что совсем не поддается воображению, так это размеры пространства, по которому они разбросаны. «Если бы нас случайным образом выбросило где-то в Космосе, – пишет Саган, – шансы оказаться на поверхности планеты или вблизи нее не превысили бы одного к миллиарду триллионов триллионов». (Это означает 1033, или единицу с 33 нулями.) «Планеты поистине бесценны».

Вот почему, возможно, хорошей новостью является официальное признание в феврале 1999 года Плутона планетой со стороны Международного астрономического союза. Вселенная – огромное пустынное место. Нас устроит любой сосед.[35]

 

3

ВСЕЛЕННАЯ ПРЕПОДОБНОГО ЭВАНСА

 

Когда небо чистое и Луна не слишком яркая, преподобный Роберт Эванс, спокойный неунывающий мужчина, тащит громоздкий телескоп на заднюю веранду своего дома в Голубых горах Австралии, примерно в 80 км от Сиднея, и предается необычному занятию. Он вглядывается в глубины прошлого и находит умирающие звезды.

Вглядываться в прошлое, конечно, самая простая часть дела. Взгляните на ночное небо, и перед вами предстанет история, множество историй – не такие звезды, какие они есть сейчас, а такие, какими они были, когда их покинул дошедший до нас теперь свет. Откуда нам знать, цела ли наша верная спутница, Полярная звезда, не сгорела ли она дотла в январе прошлого года, или в 1854 году, или в любое время с начала четырнадцатого века, и просто эта новость еще не дошла до нас. Самое большее, что мы можем – всегда можем – утверждать, что она еще светила в этот день 680 лет назад. Звезды умирают все время. Что получается у Боба Эванса лучше всех, кто пробовал этим заниматься,[36] так это засекать моменты звездных прощаний.

Днем Эванс – добродушный и теперь почти отошедший от дел священник Объединенной церкви Австралии, иногда подменяющий коллег и изучающий историю религиозных движений XIX века. Но вот по ночам он становится скромным титаном небес. Он охотится за сверхновыми звездами.

Сверхновая появляется, когда какая-нибудь гигантская звезда, намного больше нашего Солнца, коллапсирует, а затем эффектно взрывается, в один момент высвобождая энергию сотни миллиардов солнц, и некоторое время горит ярче всех звезд в своей галактике, вместе взятых. «Это подобно одновременному взрыву триллиона водородных бомб», – говорит Эванс. По его словам, если бы взрыв сверхновой произошел в нашем уголке космоса, нам бы был конец. «Он бы испортил все представление», – жизнерадостно заключает астроном. Но Вселенная безбрежна и сверхновые обычно слишком далеко, чтобы причинить нам вред. На самом деле большинство их так невообразимо далеки, что свет от них доходит до нас лишь в виде едва заметного мерцания. Примерно в течение месяца, пока они видны, они отличаются от других звезд только тем, что занимают на небе место, которое не было заполнено прежде. И вот эти аномальные, очень редко появляющиеся крошечные точки отыскивает на полном звезд ночном небосводе преподобный Эванс.

Чтобы понять, какое это мастерство, представьте обычный обеденный стол, покрытый черной скатертью с рассыпанной по ней горстью соли. Рассеянные по скатерти крупинки соли можно принять за галактику. Теперь вообразите 1,5 тысячи таких столов – достаточно, чтобы выстроить их в ряд длиной три километра, – и на каждом наугад рассыпана соль. Добавьте крупинку соли на один из этих столов и дайте возможность Бобу Эвансу пройти вдоль них. Он отыщет ее с первого взгляда. Эта крупинка и есть сверхновая.[37]

Эванс обладает до того исключительным талантом, что Оливер Сакс[38] в книге «Антрополог на Марсе» упоминает о нем в главе, посвященной аутизму среди крупных ученых, и сразу добавляет: «Нет никаких признаков того, чтобы он страдал аутизмом». Эванс, никогда не встречавшийся с Саксом, смеется над предположениями о том, что он ученый или страдает аутизмом, но он не в состоянии объяснить, откуда у него этот талант.

«Просто у меня есть способность запоминать звездные поля», – говорил он мне, как бы оправдываясь, когда я посетил его и его супругу Элейн в их словно вышедшем из детской книжки с картинками домике на тихой окраине деревни Хейзелбрук, где кончается Сидней и начинается бескрайний австралийский буш. «Я не очень силен в других вещах, – добавляет он. – Плохо запоминаю имена».

«И забывает, где оставил вещи», – кричит с кухни Элейн.

Он согласно кивает и, широко улыбаясь, спрашивает, не хотел бы я посмотреть телескоп. Я представлял, что позади дома у Эванса настоящая обсерватория – уменьшенный вариант Маунт Вильсон или Маунт Паломар, с раздвигающимся куполом и механизированным креслом, манипулировать которым такое удовольствие. А он повел меня не наружу, а в набитый вещами чулан позади кухни, где держит свои книги и бумаги и где на самодельной вращающейся фанерной подставке покоится его телескоп – белый цилиндр, размером и формой похожий на титан для кипячения воды. Когда он собирается наблюдать, то в два захода выносит его на небольшую веранду рядом с кухней. Между выступом крыши и перистыми верхушками растущих ниже по склону эвкалиптов открывается кусочек неба величиной со щель почтового ящика, но Эванс утверждает, что ему этого более чем достаточно. И здесь, когда небо чистое, а Луна не слишком яркая, он отыскивает свои сверхновые.

Термин «сверхновая» придумал в 1930-х годах запомнившийся своими чудачествами астрофизик Фриц Цвикки. Родившийся в Болгарии и выросший в Швейцарии, Цвикки пришел в Калифорнийский технологический институт в 1920-х годах и сразу выделился сумасбродством и несносным характером. Нельзя сказать, что он обладал блестящими способностями, а многие коллеги относились к нему как к «надоедливому паяцу». Будучи страстным приверженцем здорового образа жизни, он частенько падал на пол в столовой Калтеха или еще где-нибудь на публике и отжимался на одной руке, демонстрируя свою силу любому, кто был склонен сомневаться. Он был вызывающе задирист, и со временем его поведение стало настолько пугающим, что его ближайший коллега Вальтер Бааде, очень мягкий по характеру человек, не решался оставаться с ним наедине. Среди прочего Цвикки обвинял Бааде, немца по национальности, в том, что тот нацист, каковым он никогда не был. По крайней мере однажды Цвикки угрожал убить Бааде, работавшего в обсерватории на Маунт Вильсон, если тот появится в кампусе Калифорнийского технологического института.

Но при всем этом Цвикки был способен на самые поразительные и блестящие озарения. В начале 1930-х годов он обратился к вопросу, долгое время волновавшему астрономов: появлению время от времени на небосводе непонятных ярких точек, новых звезд. Невероятно, но он задал себе вопрос: не может ли оказаться в основе всего этого нейтрон – субатомная частица, только что открытая в Англии Джеймсом Чедвиком и бывшая в то время модной новинкой. Его осенила мысль, что если звезда коллапсирует до плотности, сравнимой с атомным ядром, то в результате образуется невообразимо компактный объект. Атомы буквально раздавят друг друга, их электроны вдавятся в ядра, образуя нейтроны. Получится нейтронная звезда. Представьте миллион увесистых пушечных ядер, сжатых до размеров игрушечного стеклянного шарика, – и это еще не совсем точное сравнение. Ядро нейтронной звезды настолько плотно, что одна ложка его вещества весила бы 90 млрд кг. Одна ложка! Но это еще не все. До Цвикки дошло, что при коллапсе такой звезды выделится огромное количество энергии – достаточное, чтобы произвести величайший взрыв во Вселенной. Он назвал такие взрывы сверхновыми. Они должны были оказаться – и оказались – крупнейшими событиями в мироздании.

15 января 1934 года в журнале Physical Review появилось очень краткое резюме сделанного в предыдущем месяце в Стэнфордском университете сообщения Цвикки и Бааде. Несмотря на предельную краткость – один абзац в двадцать четыре строчки, – это резюме содержало огромное количество новых научных сведений: в нем были первые упоминания сверхновых и нейтронных звезд, убедительно объяснялся процесс их образования, верно оценивалась сила взрыва, и в заключение, как дополнительный бонус, взрывы сверхновых увязывались с загадочным новым явлением, получившим название космических лучей, которые, как незадолго до того обнаружили, буквально кишат во Вселенной. Эти идеи были революционными, если не сказать больше. Подтверждения существования нейтронных звезд пришлось ждать 34 года. Гипотеза о космических лучах, хотя и считающаяся правдоподобной, пока еще не подтверждена окончательно. В целом это резюме, по словам астрофизика из Калифорнийского технологического института Кипа Торна, оказалось «одним из наиболее прозорливых документов в истории физики и астрономии».

Интересно, что Цвикки почти не понимал, почему все эти вещи должны происходить. Согласно Торну, «он недостаточно хорошо разбирался в законах физики, чтобы обосновать свои идеи». Цвикки обладал способностью выдвигать масштабные идеи. Другим – главным образом Бааде – оставалась их математическая доводка.

Цвикки также первым осознал, что во Вселенной остро не хватает видимого вещества, чтобы удерживать галактики вместе, и что должен существовать какой-то еще источник гравитационного воздействия – то, что теперь мы называем темной материей.[39] Он упустил только одну вещь – если нейтронную звезду достаточно сильно сжать, то она становится настолько плотной, что даже свет не может освободиться от чудовищного гравитационного притяжения. Получается черная дыра. К сожалению, большинство коллег до того не любили Цвикки, что его идеи практически остались без внимания. Когда спустя 5 лет великий Роберт Оппенгеймер[40] в эпохальной статье обратил внимание на нейтронные звезды, он ни разу не упомянул о работах Цвикки, хотя тот много лет занимался той же проблемой в кабинете немного дальше по коридору. Выводы Цвикки относительно темной материи не привлекали серьезного внимания почти 40 лет. Можно только предположить, что за это время он выполнил очень много отжиманий.

Поднимая голову к небу, мы видим на удивление малую часть Вселенной. Невооруженным глазом с Земли видно всего 6 тысяч звезд, и лишь около 2 тысяч из них можно увидеть за раз. С помощью бинокля количество звезд, видимых из одной точки, возрастает до 50 тысяч, а с маленьким двухдюймовым телескопом оно подскакивает до 300 тысяч. С 16-дюймовым телескопом, как у Эванса, счет идет уже не на звезды, а на галактики. Эванс полагает, что со своей веранды он может видеть от 50 до 100 тыс галактик, каждая из десятков миллиардов звезд. Числа, конечно, внушительные, но все равно сверхновые остаются чрезвычайно редким явлением. Звезда может гореть миллиарды лет, но умирает всего раз, причем очень быстро, и лишь немногие умирающие звезды взрываются. Большинство гаснет тихо, как костер на рассвете. В типичной галактике, состоящей из сотни миллиардов звезд, сверхновая в среднем вспыхивает раз в 200–300 лет. Поэтому искать сверхновые – все равно что, стоя на смотровой площадке Эмпайр Стейт билдинг, разглядывать в телескоп окна Манхэттена в надежде, скажем, обнаружить, как кто-то зажигает свечи на праздничном торте в день своего совершеннолетия.

Так что, когда полный надежд обходительный священник стал расспрашивать, нет ли подходящих звездных карт для поиска сверхновых, астрономическая братия сочла, что он выжил из ума. В то время у Эванса был 10-дюймовый телескоп – весьма приличный размер для любительского разглядывания звезд, но вряд ли пригодный для серьезной космологии, – и с помощью этого инструмента он намеревался обнаружить одно из самых редких явлений во Вселенной. За всю историю астрономии, до того как Эванс в 1980 году принялся за это дело, было найдено менее 60 сверхновых.[41] (Когда в августе 2001 года я побывал у него, он только что зафиксировал свое тридцать четвертое визуальное открытие;[42] тридцать пятое последовало через 3 месяца, а тридцать шестое – в начале 2003 года.)

У Эванса, правда, были определенные преимущества. Большинство наблюдателей, как и вообще большинство людей, находится в Северном полушарии, так что значительная часть неба находилась почти полностью в его распоряжении, по крайней мере поначалу. На его стороне также были быстрота и поразительная память. Большие телескопы – это довольно громоздкие штуки, и значительная часть их рабочего времени тратится на то, чтобы навести их на нужный объект. Эванс же вертит своим небольшим, 16-дюймовым телескопом, как хвостовой стрелок пулеметом в воздушном бою, затрачивая не более пары секунд на тот или иной участок неба. В результате за вечер он мог отнаблюдать, пожалуй, сотни четыре галактик, тогда как в большой профессиональный телескоп, если повезет, сможет обследовать штук 50 или 60.

Искать сверхновые – значит, как правило, их не находить. С 1980 по 1996 год он в среднем делал два открытия в год – не слишком большая награда за сотни ночей напряженного вглядывания в небо. Однажды он обнаружил 3 за 50 дней, но в другой раз прошло 3 года, прежде чем он отыскал одну.

«В сущности, в отсутствии находок есть известная польза, – говорит он. – Это помогает космологам определить темп эволюции галактик. Это одна из редких областей, где уже само отсутствие фактов является фактом».

На столе рядом с телескопом стопки фотографий и бумаг, относящихся к его занятиям, и он показывает мне одну из них. Если вы когда-нибудь заглядывали в популярные астрономические издания, то должны знать, что они обычно полны ярких цветных снимков далеких туманностей или чего-либо подобного – залитых волшебным светом облаков небесных огней, величественно движущихся и переливающихся тончайшими оттенками. Рабочие изображения Эванса не имеют с ними ничего общего. Это всего лишь расплывчатые черно-белые снимки с маленькими точками, окруженными ореолом. На том, что он мне показал, был изображен рой звезд, внутри которого притаился пустячный проблеск; чтобы разглядеть его, мне пришлось поднести снимок к глазам. Это, пояснил мне Эванс, звезда из созвездия, называемого Печью, в галактике, известной в астрономии как NGC1365. (NGC означает New General Catalogue – Новый общий каталог, в который занесены галактики. Когда-то он был увесистой книгой у кого-то на столе в Дублине; теперь, разумеется, это база данных.) Свет, свидетельствующий о впечатляющей кончине этой звезды, безостановочно несся сквозь пространство 60 млн лет, пока однажды ночью в августе 2001 года не достиг Земли в виде проблеска света, крошечного просветления на ночном небе. И, разумеется, заметил его Роберт Эванс на своем напоенном запахом эвкалиптов холме.

«Это приносит особое удовлетворение, – говорит Эванс, – когда думаешь, что летевший сквозь космос миллионы лет свет достигает Земли как раз в тот момент, когда кто-то рассматривает нужный участок неба. Кажется важным, чтобы событие такого размаха было засвидетельствовано».

Роль сверхновых вовсе не ограничивается тем, чтобы вызывать чувство удивления и восхищения. Они делятся на несколько типов, один из которых, кстати, открыл Эванс, а другой, известный как сверхновые типа Iа, важен для астрономии, поскольку сверхновые этого типа взрываются всегда одинаково, имея одну и ту же критическую массу. Поэтому их можно использовать в качестве «стандартных свечей» – эталонов, измеряя яркость которых (а тем самым и относительные расстояния), можно определять скорость расширения Вселенной.

В 1987 году астрофизику Солу Перлмуттеру из Лоуренсовской лаборатории в Беркли, штат Калифорния, потребовалось больше сверхновых типа Iа, чем давали обычные визуальные наблюдения, и он задался целью найти более систематичный метод для их поиска. Перлмуттер разработал остроумную систему с использованием сложнейших компьютеров и приборов с зарядовой связью[43] – по существу, прекрасные цифровые фотокамеры. Тем самым поиск сверхновых был автоматизирован. Телескопы теперь могут делать тысячи снимков, давая возможность компьютеру отыскать характерные яркие точки, свидетельствующие о взрывах сверхновых.[44] За 5 лет с использованием новой технологии Перлмуттер с коллегами обнаружили в Беркли сорокдве сверхновых. Теперь даже любители находят сверхновые с помощью ПЗС-матриц. «С ПЗС можно направить телескоп в небо, а самому сидеть у телевизора, – с долей тревоги говорил Эванс. – Это уничтожает всю романтику этого занятия».

Я спросил, не испытывает ли он соблазна взять на вооружение новую технику. «О нет, – ответил он. – Я слишком люблю работать по-своему. Кроме того, – он кивнул на снимок своей последней сверхновой и улыбнулся, – иногда мне все же удается их обойти».[45]

Естественно, возникает вопрос: что будет, если звезда взорвется поблизости? Как мы уже знаем, наша ближайшая звездная соседка альфа Центавра находится в 4,3 светового года от нас. Я представил себе, что если бы произошел взрыв, то у нас было бы 4,3 года, чтобы следить, как свет этого величественного явления разливается по небу, словно выплеснувшись из гигантского бидона. Что будет, если придется четыре года и четыре месяца наблюдать надвигающийся на нас роковой конец, зная, что, когда он наступит, от нас ничего не останется? Будут ли люди по-прежнему ходить на работу? Будут ли фермеры выращивать урожай? Будет ли кто-нибудь доставлять его в магазины?

Много недель спустя в Нью-Гэмпшире, в городке, где я тогда жил, я задал эти вопросы астроному из Дартмутского колледжа Джону Торстенсену. «О нет, – рассмеялся он. – Новость о таком событии распространяется со скоростью света, но с такой же скоростью распространяется и разрушительное действие, так что вы узнаете о ней и погибнете в один и тот же момент. Но не беспокойтесь, потому что этого не случится».

Чтобы волна взрыва сверхновой вас погубила, пояснил он, нужно, чтобы вы находились «смехотворно близко» – скажем, в пределах приблизительно десяти световых лет. «Опасность представляли бы различные виды излучений – космические лучи и тому подобное». Они вызвали бы поразительные полярные сияния, переливающиеся по всему небу занавесы призрачного света. К добру бы это не привело. Все, что в силах создать такое зрелище, может с тем же успехом смести магнитосферу – находящийся высоко над Землей магнитный пояс, который в обычных условиях защищает нас от ультрафиолетовых лучей[46] и других космических атак. Не будь магнитосферы, всякий, с кем случилось несчастье оказаться на открытом солнце, довольно скоро стал бы похож на подгоревшую пиццу.

Причина, по какой мы можем быть более или менее уверены в том, что такое не случится в нашем уголке Галактики, говорит Торстенсен, состоит в том, что для появления сверхновой прежде всего требуется определенный вид звезды. Претендующая на это звезда-кандидат должна быть раз в 10 или 20 массивнее нашего Солнца, а «у нас поблизости нет ничего нужных размеров. Вселенная, к счастью, достаточно большое место». Ближайшая возможная кандидатура, добавил он, это Бетельгейзе, чьи всевозможные выбросы и всплески на протяжении многих лет свидетельствуют о том, что там имеют место какие-то интересные неустойчивости. Однако Бетельгейзе находится от нас в 500 световых годах.

Лишь полдюжины раз в пределах документально засвидетельствованной истории сверхновые вспыхивали достаточно близко, чтобы быть видимыми невооруженным глазом. Один из этих взрывов в 1054 году привел к образованию Крабовидной туманности. Другой раз, в 1604 году, образовалась звезда настолько яркая, что ее три недели было видно днем. Самая последняя была в 1987 году, тогда сверхновая загорелась в районе космоса, известном как Большое Магелланово Облако,[47] но она была с трудом видна только в Южном полушарии и находилась от нас на вполне надежном расстоянии в 169 тысяч световых лет.

Сверхновые имеют для нас принципиальное значение и еще в одном важном смысле. Без них нас бы здесь не было. Вспомните о космологической загадке, которой заканчивается первая глава, – о том, что Большой Взрыв привел к обилию легких газов, но не тяжелых элементов. Последние появились позже, но долгое время никто не представлял, как это произошло. Дело в том, что требуется нечто действительно жаркое – даже жарче середины самых горячих звезд, – чтобы выковать углерод, железо и другие элементы, без которых мы были бы, к великому нашему огорчению, абсолютно бесплотны. Объяснение пришло в виде сверхновых, и додумался до этого один английский космолог, во многом похожий по своим манерам на Фрица Цвикки.

Им был йоркширец по имени Фред Хойл. Журнал Nature[48] в некрологе (он умер в 2001 году) называет Хойла «космологом и полемистом», и он действительно был тем и другим. Он, говорилось в некрологе, «большую часть жизни был вовлечен в споры» и «ставил свою подпись под всяческой чепухой». Например, он утверждал, без каких-либо доказательств, что хранимый как сокровище в Музее естественной истории ископаемый археоптерикс является подделкой вроде пилтдаунской мистификации,[49] к великому гневу музейных палеонтологов, которым пришлось много дней отбиваться от телефонных звонков газетчиков со всего мира. Он также считал, что на Землю из космоса была занесена не только жизнь, но и множество болезней, таких как грипп и бубонная чума, а однажды высказывал предположение, что в процессе эволюции у людей появился выступающий вперед нос с обращенными вниз ноздрями, чтобы в него не падали космические патогенные организмы.

Именно он, будучи в игривом настроении во время радиопередачи в 1952 году, придумал термин «Большой Взрыв». Он отмечал, что наши физические представления никак не могут объяснить, почему все сущее, собранное в точку, должно так внезапно и эффектно начать расширяться. Хойл предпочитал теорию стационарного состояния, по которой Вселенная постоянно расширяется и по мере расширения непрерывно создает новую материю. Он также понимал, что если звезда катастрофически сжимается, то она высвобождает огромное количество тепла, разогревшись до 100 млн градусов и даже больше, а этого достаточно, чтобы запустить образование тяжелых элементов – процесс, называемый нуклеосинтезом.[50] В 1957 году, работая совместно с другими учеными, Хойл показал, как во время взрывов сверхновых образуются тяжелые элементы. За эту работу один из сотрудничавших с ним ученых, У. А. Фаулер, получил Нобелевскую премию. А Хойл, к нашему общему стыду, не получил.

Согласно теории Хойла, взрывающаяся звезда выделяет достаточно энергии для создания всех новых элементов и распыления их в космосе, где они образуют газовые облака – межзвездную среду, которая в конечном счете конденсируется в новые солнечные системы. С появлением этих новых теоретических выкладок стало наконец возможным создать правдоподобный сценарий нашего появления здесь. Теперь считается, что мы знаем следующее.

Около 4,6 млрд лет назад в том месте космического пространства, где мы сейчас находимся, образовался и стал сжиматься огромный вихрь газа и пыли поперечником 24 млрд км. Почти всё – 99,9 % массы Солнечной системы – ушло на создание Солнца. Из оставшегося свободно плавать вещества две микроскопические частицы сошлись достаточно близко, чтобы быть притянутыми друг к другу электростатическими силами. Это был момент зачатия нашей планеты. То же самое происходило по всей зарождающейся Солнечной системе. Сталкивавшиеся частицы пыли образовывали все более крупные комки. В конце концов комья выросли до таких размеров, чтобы называться планетезималями. Без конца сталкиваясь друг с другом, они распадались на части и вновь соединялись в самых разнообразных сочетаниях, но в каждом столкновении был победитель, и некоторые из них становились достаточно большими, чтобы господствовать на той орбите, по которой они двигались.

Все это произошло удивительно быстро. Чтобы крошечное скопление частиц выросло в зародыш планеты поперечником в сотни километров, потребовалось лишь несколько десятков тысяч лет. Всего за двести миллионов лет, а возможно, и быстрее, Земля, по сути, полностью сформировалась, хотя и находилась еще в расплавленном состоянии, подвергалась непрерывной бомбардировке плавающими кругом остатками строительного мусора.

В этот момент, примерно 4,4 млрд лет назад, с Землей столкнулся объект размером с Марс, выбросив достаточно вещества для создания сопутствующего шара – Луны. Полагают, что выброшенное вещество за несколько недель собралось в один рыхлый ком, а за год сформировалось в сферическое каменное тело, которое с тех пор и сопровождает нас. Большая часть лунного вещества происходит из внешних слоев Земли, а не из ядра, поэтому на Луне так мало железа, тогда как у нас его много. Кстати, эту теорию всегда преподносят чуть ли не как самую новую, тогда как на самом деле она была впервые выдвинута Реджинальдом Дейли в Гарварде в 1940-х годах. Единственное действительно новое тут – это люди, которые уделяют ей какое-то внимание. Когда Земля была лишь около трети своих окончательных размеров, она, возможно, уже стала формировать атмосферу, главным образом из углекислого газа, азота, метана и серы. Вряд ли это те вещества, которые у нас ассоциируются с жизнью, и тем не менее именно из этого ядовитого варева образовалась жизнь. Углекислый газ обладает мощными парниковыми свойствами. Это оказалось очень кстати, потому что в то далекое время Солнце светило значительно слабее. Не будь парникового эффекта, Земля вполне могла постоянно оставаться замерзшей, и жизни, возможно, было бы просто не за что зацепиться. Но, так или иначе, жизни это удалось.

В следующие 500 млн лет юная Земля по-прежнему неослабно обстреливалась кометами, метеоритами и всякими другими космическими обломками, которые принесли воду, чтобы заполнить океаны, и компоненты, необходимые для успешного возникновения жизни. Окружающая среда была исключительно враждебна, но жизнь каким-то образом развивалась. Крошечный комочек химических веществ дернулся и ожил.

4 млрд лет спустя люди стали задавать вопросы, как все это произошло. Об этом и пойдет дальше наш рассказ.

 

 

II

РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ

 

Был этот мир глубокой тьмой окутан, «Да будет свет!» – и вот явился Ньютон.

Александр Поуп.

Эпитафия: предназначалась сэру Исааку Ньютону

 


 

 

4

МЕРА ВЕЩЕЙ

 

Если бы вам пришлось выбирать самое неудачливое научное путешествие всех времен, то ничего хуже перуанской экспедиции французской Королевской академии наук 1735 года вы бы наверняка не нашли. Это была группа ученых и искателей приключений под руководством гидрографа Пьера Буге и военного-математика Шарля Мари де ла Кондамина,[51] которая отправились в Перу проводить триангуляционные измерения* расстояний в Андах.

 

(* Триангуляция – выбранный экспедицией метод измерения – представляла собой распространенный прием, основанный на известном геометрическом факте: если вы знаете длину одной стороны треугольника и величины двух его углов, то все остальные его размеры вы можете вычислить, не вставая со стула. Предположим в качестве примера, что мы с вами решили узнать расстояние до Луны. Первым делом для применения метода триангуляции мы должны установить расстояние между нами, скажем, вы остаетесь в Париже, а я отправляюсь в Москву, и мы оба одновременно смотрим на Луну. Теперь, если вы мысленно соедините линией три главных объекта нашей задачи – т. е. вас, меня и Луну, – то образуется треугольник. Измерьте длину базисной линии между вами и мной и величину обоих углов, а остальное легко вычислить. (Поскольку сумма внутренних углов треугольника всегда составляет 180 градусов, то, зная сумму двух углов, вы сможете моментально вычислить третий; а точное знание формы треугольника и длины одной из сторон подскажет вам длину двух других сторон.) По существу, имено этот способ применил в 150 г. до н. э. греческий астроном Гиппарх Никейский, чтобы определить расстояние от Земли до Луны. На поверхности Земли принципы триангуляционной съемки остаются такими же, только треугольники не достигают космоса, а ложатся бок о бок на карту. Для измерения градуса меридиана геодезисты строят своего рода цепочку треугольников, протянувшуюся по местности.)

 

В то время людьми наконец овладело сильное желание понять Землю – определить ее возраст, массу, место, где она висит в космическом пространстве, и узнать, каким образом она возникла. Цель французской группы состояла в том, чтобы способствовать решению вопроса о длине окружности планеты путем измерения длины одного градуса меридиана (или одной 360-й расстояния вокруг планеты) вдоль линии протяженностью около 320 км и проходящей от местечка Яруки, близ Кито, до точки за городом Куэнкой (все это ныне находится в Эквадоре).

Почти сразу дела не заладились, причем порой вопиющим образом. В Кито пришельцы чем-то вызвали недовольство местных жителей и были изгнаны из города вооруженной камнями толпой. Вскоре после этого в конфликте из-за женщины был убит врач экспедиции. Ботаник сошел с ума. Другие умирали от лихорадки или погибали от падений в горах. Технический помощник Жан Годен, племянник одного из руководителей Луи Годена, бежал с 13-летней девочкой, и его не смогли уговорить вернуться.

Одно время группа должна была прервать работу на восемь месяцев, пока ла Кондамин ездил в Лиму улаживать вопрос с необходимыми разрешениями. И в довершение всего ла Кондамин и Буге перестали разговаривать друг с другом и отказались вместе работать. Где бы ни появлялась эта все сокращающаяся в размерах экспедиционная партия, должностные лица встречали ее с глубочай шей подозрительностью, с трудом веря, что группа французских ученых проехала полмира, чтобы измерить Землю. Это казалось абсолютной бессмыслицей. Даже два с половиной столетия спустя это сомнение по-прежнему остается уместным. Почему бы французам не производить свои измерения во Франции и тем самым избавить себя от забот и неудобств андской авантюры?

Ответ отчасти заключается в том, что в XVIII веке ученые редко смотрели на вещи просто, если под рукой оказывалась нелепая, но заманчивая альтернатива, а отчасти в реальной проблеме, которая впервые встала перед английским астрономом Эдмундом Галлеем задолго до того, как Буге и ла Кондамин задумали ехать в Южную Америку, имея для этого гораздо меньше оснований.

Галлей был исключительной личностью. На своем долгом и плодотворном жизненном пути ему доводилось быть морским капитаном, картографом, профессором геометрии в Оксфордском университете, заместителем контролера Королевского монетного двора, Королевским астрономом и изобретателем глубоководного водолазного колокола.[52] Он со знанием дела писал о магнетизме, приливах и отливах, движениях планет и с любовью о действии опиума. Он придумал погодную карту и актуарную таблицу,[53] предложил способы определения возраста Земли и ее расстояния от Солнца и даже разработал практичный способ, как сохранить рыбу свежей не в сезон. Единственное, чего он не совершил, так это не открыл комету, носящую его имя. Он лишь определил, что комета, которую он наблюдал в 1682 году, – та же самая, которую видели другие в 1456,1531 и 1607 годах. Она стала кометой Галлея только после 1758 года, примерно через 16 лет после его смерти.

Однако при всех этих достижениях крупнейшим вкладом Галлея в сокровищницу человеческих знаний было, пожалуй, участие в небольшом научном пари с двумя другими видными фигурами того времени: Робертом Гуком, которого теперь скорее помнят в связи с тем, что он первым ввел понятие и дал описание живой клетки, и великим, исполненным достоинства сэром Кристофером Реном, который вообще-то прежде всего был астрономом, а потом уж архитектором, хотя об этом сегодня обычно уже не помнят. В 1683 году, когда Галлей, Гук и Рен вместе обедали в Лондоне, разговор зашел о движении небесных тел. Было известно, что планеты склонны обращаться по особой формы овалам, которые называют эллипсами – по выражению Ричарда Фейнмана,[54] по «очень специфической и точной кривой», – но никто не знал причин такого движения. Рен щедро предложил 40 шиллингов (примерно соответствует двухнедельному заработку) тому, кто первым найдет объяснение.

Гук, широко известный приписыванием себе идей, не всегда своих собственных, заявил, что он уже решил эту проблему, но отказался поделиться решением на том интересном и остроумном основании, что не хочет лишать других удовольствия найти ответ самим. Вместо этого он «на время утаит решение, чтобы другие могли лучше его оценить». Если у него и были какие-то соображения об этом, никаких свидетельств он не оставил. Галлей, однако, до того загорелся желанием найти ответ, что на следующий год поехал в Кембридж и набрался смелости обратиться к профессору математики Исааку Ньютону, в надежде, что тот сумеет ему помочь.

Ньютон, бесспорно, был странной личностью – сверх всякой меры выдающийся как мыслитель, но замкнутый, безрадостный, раздражительный до безумия, легендарно рассеянный (говорили, что по утрам, свесив ноги с кровати, он мог часами сидеть, размышляя над осенившими его вдруг идеями) и способный на самые неожиданные выходки. Он создал собственную лабораторию, первую в Кембридже, но затем занялся самыми странными опытами. Например, однажды ввел шило – длинную иглу, какими пользуются при сшивании кожи, – в глазную впадину и крутил им «между моим глазом и костью как можно ближе к глазному дну» лишь для того, чтобы посмотреть, что будет. Каким-то чудом ничего не случилось, по крайней мере, ничего серьезного. В другой раз он глядел на солнце, пока мог выдержать, чтобы узнать, как это отразится на его зрении. И вновь он избежал серьезных повреждений, хотя пришлось провести несколько дней в затемненном помещении, пока глаза не простили ему его опытов.

Но над всеми этими странностями и причудами властвовал интеллект гения, – даже действуя в обычном русле, Ньютон зачастую проявлял странные особенности. В студенческие годы, разочарованный ограниченными возможностями традиционной математики, он придумал совершенно новую ее форму – дифференциальное и интегральное исчисление, но молчал об этом целых 27 лет. Подобным же образом он работал в области оптики, изменив наши представления о свете и заложив основы спектрографии как науки, и опять же решил не делиться результатами своих работ в течение трех десятилетий.

При всех его талантах настоящая наука составляла лишь часть его интересов. По крайней мере половину своего рабочего времени он отдавал алхимии и неортодоксальным религиозным поискам. Это были не просто дилетантские занятия, а серьезные увлечения, которые полностью его захватывали. Он был тайным приверженцем ереси, известной как арианство, отличительной особенностью которой было отрицание Святой Троицы[55] (по иронии судьбы в Кембридже Ньютон принадлежал к колледжу Святой Троицы). Он проводил бесконечные часы за изучением поэтажного плана Храма Царя Соломона в Иерусалиме (попутно осваивая иврит, чтобы разбирать подлинные тексты), будучи убежден, что в нем содержится математический ключ к определению даты второго пришествия Христа и конца света. С не меньшим рвением он относился к алхимии. В 1936 году экономист Джон Мейнард Кейнс[56] купил на аукционе саквояж с бумагами Ньютона и, к своему удивлению, обнаружил, что в подавляющем большинстве они относились не к оптике или движениям планет, а свидетельствовали о целеустремленных поисках способа превращения обычных цветных металлов в драгоценные. При химическом анализе пряди волос Ньютона в 1970 году была обнаружена ртуть – элемент, представлявший интерес для алхимиков, шляпных мастеров, изготовителей барометров и, пожалуй, больше ни для кого – причем концентрация ртути раз в сорок превышала естественный уровень. Поэтому не слишком удивительно, что по утрам он забывал встать с постели.

Что рассчитывал узнать у него Галлей во время своего не оговоренного заранее визита в августе 1684 года, можно только догадываться. Но благодаря более поздним воспоминаниям доверенного лица Ньютона Абрахама де Муавра у нас есть описание этой, одной из самых важных для истории науки, встречи.

В 1684 году в Кембридж приезжал д-р Галлей [и] после некоторого общения д-р спросил его, что, по его мнению, будет представлять кривая, образуемая планетами, если предположить, что сила притяжения к Солнцу будет обратна квадрату их расстояния до него.

Это была ссылка на математическое понятие, известное как закон обратных квадратов, который, как был твердо убежден Галлей, лежал в основе объяснения, но ему было не вполне ясно, как это показать.

Сэр Исаак сразу же ответил, что это будет [эллипс]. Доктор страшно обрадовался и с удивлением спросил, откуда ему это известно. «Обоснование? – ответил тот. – Я это вычислил». Д-р Галлей сразу попросил показать эти вычисления. Сэр Исаак поискал у себя в бумагах, но не нашел.

Поразительно – все равно что сказать, что нашел лекарство от рака, а потом забыл, куда положил формулу. По настоянию Галлея Ньютон согласился заново сделать расчеты и опубликовать статью. Он выполнил обещание, а потом сделал куда больше. Уединившись на два года напряженных размышлений, он наконец произвел на свет свой шедевр: «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica», или «Математические начала натуральной философии», более известный как «Начала» Ньютона.

Крайне редко, всего несколько раз в истории, человеческий ум делал наблюдения до того проницательные и неожиданные, что трудно решить, что здесь более поразительно – сам факт или постигшая его мысль. Появление «Начал» было одним из таких моментов. Благодаря им Ньютон мгновенно стал знаменитым. До конца своих дней он купался в почестях, став, среди прочего, первым лицом в Англии, удостоенным рыцарского звания за научные заслуги. Даже великий немецкий математик Готфрид фон Лейбниц, с которым у Ньютона шла долгая ожесточенная борьба за приоритет в создании дифференциального и интегрального исчисления, считал, что вклад Ньютона в математику равен всему накопленному до него. «Ближе к богам не может стоять ни один смертный», – писал Галлей, выражая чувства, многократно отражавшиеся в настроениях его современников и множества других людей впоследствии.

Хотя «Начала» называли «одной из самых недоступных для понимания среди когда-либо написанных книг» (Ньютон намеренно сделал ее трудной, чтобы на ней не паразитировали математические «верхогляды», как он их называл), она служила путеводной звездой тем, кто сумел ее понять. В ней не только математически объяснялись орбиты небесных тел, но и определялась притягивающая сила, в первую очередь ответственная за их движение, – гравитация. Каждое движение во Вселенной вдруг обрело смысл.

В основе «Начал» лежат 3 закона механики Ньютона (которые утверждают, предельно четко, что тело ускоряется в том направлении, в котором получает толчок; что оно будет двигаться равномерно и прямолинейно до тех пор, пока другая сила не замедлит или не отклонит его, и что каждое действие встречает противоположно направленное и равное по силе противодействие) и его закон всемирного тяготения. Он устанавливает, что каждое тело во Вселенной притягивает к себе все другие. Может показаться, что это не так, однако, сидя там, где вы сидите сейчас, вы притягиваете к себе все, что вас окружает – стены, потолок, лампу, любимую кошку, – своим слабым (действительно, очень слабым) гравитационным полем. Именно Ньютон осознал, что притяжение двух тел, пользуясь снова словами Фейнмана, «пропорционально массе каждого из них и изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними». Иными словами, если удвоить расстояние между двумя телами, притяжение между ними уменьшится в 4 раза. Это можно выразить формулой:

F = GMm/r2,

которая, разумеется, для большинства из нас не представляет никакого практического значения, но мы, по крайней мере, можем оценить ее изящество и лаконичность. Пара несложных умножений, простое деление, и – бинго! – вы знаете свое гравитационное состояние, где бы вы ни находились. Это был первый по-настоящему всеобщий закон природы, постигнутый и сформулированный человеческим умом. Потому Ньютон всюду пользуется таким глубоким уважением.

Издание «Начал» не обошлось без драмы. К ужасу Галлея, когда труд приближался к завершению, Ньютон с Туком ввязались в спор о приоритете в отношении закона обратных квадратов, и Ньютон отказался отдавать в печать ключевой третий том, без которого в первых двух оставалось мало смысла. Только посредством отчаянной челночной дипломатии и щедро расточавшейся лести Галлею в конце концов удалось добыть у непредсказуемого профессора заключительный том.

Но на этом беды Галлея не закончились. Королевское общество,[57] обещавшее издать этот труд, теперь вышло из игры, сославшись на финансовые затруднения. Годом раньше общество поддержало издание дорогостоящей и с треском провалившейся книги «История рыб» и полагало, что книга о математических началах тоже едва ли будет пользоваться спросом. Галл ей, чьи средства были не так уж велики, заплатил за издание книги из своего кармана. Ньютон по свойственной ему привычке не дал ничего. И в довершение ко всем неприятностям Галлею, только что согласившемуся занять должность секретаря общества, сообщили, что общество больше не в состоянии платить ему обещанное жалованье – 50 фунтов стерлингов в год. Вместо этого ему заплатили экземплярами «Истории рыб».

Законы Ньютона объясняли такое множество вещей – морские приливы и отливы, движения планет, траекторию пушечных ядер, прежде чем они упадут на землю, и почему при вращении нашей планеты со скоростью в сотни километров в час* нас не выбрасывает в космическое пространство, – что потребовалось какое-то время, чтобы постепенно осмыслить их значение.

-

* (Как быстро вы вращаетесь, зависит от того, где вы находитесь. Скорость вращения Земли изменяется от более чем 1600 км/ч на экваторе до нуля на полюсах. В Лондоне эта скорость составляет 1038 км/ч.)

Но одно открытие почти сразу вызвало споры. Это было предположение о том, что Земля не совсем круглая. Согласно теории Ньютона, центробежная сила вращения Земли должна приводить к появлению небольшого сжатия у полюсов и выпуклости у экватора, от чего планета должна стать слегка сплющенной. Это означало, что длина градуса меридиана в Италии не будет такой же, как в Шотландии. А именно, эта длина будет уменьшаться по мере удаления от полюсов. Эта идея вряд ли пришлась по вкусу тем ученым, чьи измерения размеров планеты строились на предположении, что она представляет собой идеальный шар, а так думали все.

Полстолетия люди пытались определить размеры Земли, главным образом путем весьма скрупулезных измерений. Одна из первых попыток такого рода была предпринята английским математиком Ричардом Норвудом. В молодости Норвуд ездил на Бермуды с водолазным колоколом, изготовленным по проекту Галлея, намереваясь сбором жемчуга на морском дне составить состояние. Проект закончился неудачей, потому что жемчуга там не оказалось, к тому же колокол Норвуда не работал, однако Норвуд был не из тех, кто пренебрегает приобретенным опытом. В начале семнадцатого века Бермуды славились среди капитанов тем, что их было трудно отыскать. Дело в том, что океан велик, Бермуды малы, а навигационные приборы были абсолютно непригодны для преодоления этой несоразмерности. Не было даже согласия относительно длины морской мили. На океанских просторах малейшая ошибка в расчетах многократно возрастала, так что корабли часто очень сильно промахивались мимо целей величиной с Бермуды. Норвуд, первой любовью которого была тригонометрия, а значит и измерение углов, решил привнести в навигационное искусство долю математической точности и с этой целью взялся определить длину градуса.

Отправившись от стен лондонского Тауэра, Норвуд за 2 года самозабвенно прошагал 333 км на север до Йорка, по пути бесчисленное множество раз растягивая мерную цепь и педантично делая поправки на подъемы, спуски и изгибы дороги. Последним шагом было измерение высоты солнца в Йорке в то же время дня и в тот же день года, когда он сделал первое измерение в Лондоне. Исходя из этого, рассуждал он, можно определить длину одного градуса земного меридиана и тем самым вычислить длину всей окружности. Это была почти абсурдная по своей амбициозности затея – ошибка в малейшую долю градуса исказила бы результат намного миль, – однако наделе оказалось, как с гордостью провозгласил Норвуд, что он измерил градус с точностью «до щепотки», а если точнее, то приблизительно до пятисот метров. Итоговая величина составляла 110,72 км на градус меридиана.

В 1637 году вышел в свет шедевр Норвуда в области навигации «Практическое руководство морехода», книга, немедленно ставшая популярной. Она выдержала семнадцать изданий и продавалась даже спустя двадцать пять лет после смерти автора. Норвуд с семьей вернулся на Бермуды, где стал преуспевающим плантатором, а свободные часы отдавал своей первой любви – тригонометрии. Он прожил там тридцать восемь лет, и было бы приятно сообщить, что дни его протекали в счастье и благоденствии. На деле жизнь сложилась не так. По пути из Англии двоих его юных сыновей поместили в одну каюту с преподобным Натаниэлом Уайтом, и они каким-то образом до того травмировали молодого священника, что тот до конца своей карьеры практически занимался только тем, что досаждал Норвуду любыми мелкими пакостями, на какие только был способен.

Лишние огорчения причинили Норвуду и двое дочерей своими неудачными замужествами. Один из зятьев, возможно, по наущению того самого священника, постоянно по мелочам подавал на Норвуда в суд, вызывая большое раздражение и вынуждая совершать бесконечные поездки по Бермудам для защиты в суде. Наконец, в 1650-х годах до Бермуд докатились суды над ведьмами, и последние годы жизни Норвуд провел в страшной тревоге, что его труды по тригонометрии с их загадочными символами сочтут за связи с дьяволом и его подвергнут страшной казни. О Норвуде известно крайне мало, возможно, он действительно заслужил все эти несчастья на склоне лет. Но со всей определенностью можно лишь утверждать, что он их испытал.

Тем временем интерес к определению длины окружности Земли переместился во Францию. Там астроном Жан Пикар разработал поразительно сложный метод триангуляционной съемки с применением квадрантов, маятниковых часов, зенитных секторов[58] и телескопов (для наблюдения за движением спутников Юпитера). В 1669 году, после двухлетних разъездов по всей Франции и триангуляционных съемок по своему методу, он объявил уточненный размер одного градуса меридиана – 110,46 км. Это стало источником великой гордости для французов, но результат основывался на предположении, что Земля представляет собой идеальный шар, а Ньютон теперь утверждал, что это не так.

Положение еще более осложнилось, когда после смерти Пикара Джованни и Жак Кассини, отец с сыном, повторили его эксперименты на большей площади и пришли к выводу, что Земля становится толще к полюсам, а не к экватору – другими словами, что Ньютон ошибался с точностью до наоборот. Именно это обстоятельство подтолкнуло Академию наук послать Буге и ла Кондамина в Южную Америку для новых измерений.

Они выбрали Анды, потому что требовалось проводить измерения близ экватора, дабы определить, действительно ли здесь имеется отличие в кривизне земной поверхности, и потому что они полагали, что в горах видимость будет лучше. На деле же оказалось, что горы в Перу постоянно окутаны облаками, и группе приходилось неделями ждать ясного часа для проведения работ. И в довершение всего они выбрали почти самую труднопроходимую местность на Земле. Перуанцы называют свой ландшафт «muy accidentado» – сильно изорванным, – и он, вне всякого сомнения, именно такой. Французам пришлось карабкаться по одним из самых трудных в мире гор – горам, которые не могли одолеть даже их мулы, – но чтобы добраться до них, пришлось переправляться через бурные реки, прорубаться через джунгли, пересечь протянувшуюся на много миль высокогорную каменистую пустыню, и почти все это не было нанесено на карты и находилось вдали от каких-либо источников снабжения. Но Буге и ла Кондамину настойчивости было не занимать, и они упорно выполняли поставленную перед ними задачу на протяжении 9,5 долгих, суровых, опаленных солнцем лет. Незадолго до завершения проекта до них дошла весть, что другая французская группа, проводившая измерения на севере Скандинавии (и тоже столкнувшаяся с серьезными препятствиями от болотных трясин до опасных ледяных торосов), обнаружила, что ближе к полюсам градус действительно длиннее, как и предсказывал Ньютон. Земля оказалась на 43 км толще, если измерять ее на экваторе, чем при измерении сверху вниз – от полюса к полюсу.

Таким образом, Буге и ла Кондамин потратили почти десять лет на получение результата, который не слишком им нравился, и все для того, чтобы, получив его, узнать, что они даже не были первыми. Без всякого интереса они завершили съемки, подтвердившие правильность результатов другой французской группы. Затем, по-прежнему не разговаривая друг с другом, вернулись на побережье и на разных кораблях отплыли домой.[59]

В «Началах» Ньютона содержалось еще одно предположение – о том, что отвесная линия будет вблизи горы слегка отклоняться к ней под воздействием ее гравитационной массы наряду с земной. Это был более чем любопытный факт. Если точно измерить угол отклонения и определить массу горы, можно вычислить постоянную всемирного тяготения, то есть фундаментальную для силы гравитации величину, обозначаемую буквой G, а заодно и определить массу Земли.

Буге и ла Кондамин попытались сделать это на перуанском вулкане Чимборасо, но потерпели неудачу из-за технических трудностей и собственных раздоров, так что идея была оставлена в покое на 30 лет, пока ее не воскресил в Англии королевский астроном Невил Маскелайн. В популярной книжке Дэйвы Собел «Долгота» Маскелайн выставлен придурком и негодяем зато, что не оценил таланта часовых дел мастера Джона Харрисона. Возможно, так оно и было, но мы признательны ему за другие дела, не упомянутые в ее книге, и среди них не последнее место занимает успешный метод взвешивания Земли.

Маскелайн понял, что ключ к решению в том, чтобы найти гору достаточно правильной формы, чтобы оценить ее массу. По его настоянию Королевское общество согласилось поручить заслуживающему доверия лицу объехать Британские острова и постараться подыскать такую гору. У Маскелайна как раз был на примете подходящий человек – астроном и геодезист Чарлз Мейсон. Маскелайн с Мейсоном подружились за одиннадцать лет до того, занимаясь наблюдениями очень важного астрономического явления – прохождения планеты Венера по солнечному диску. Неутомимый Эдмунд Галл ей за много лет до этого события высказал мысль, что если произвести измерения во время одного из этих прохождений с выбранных на Земле точек, то по правилам триангуляции можно вычислить расстояние от Земли до Солнца и тем самым выполнить калибровку расстояний до всех остальных тел Солнечной системы.

К сожалению, прохождения Венеры по диску Солнца происходят весьма нерегулярно. Они следуют парами с интервалом в восемь лет, а затем их не бывает целое столетие или больше, и при жизни Галлея не случилось ни одного*.

-

* (Последнее прохождение имело место 8 июня 2004 года, а следующее состоится в 2012 году. В XXвеке их не было ни одного.)

Однако идея теплилась, и, когда в 1761 году, спустя почти два десятка лет после смерти Галлея, настало время очередного прохождения, научный мир был готов к нему – более готов, чем к какому-либо прежнему астрономическому событию.

 

С присущей веку подспудной готовностью к тяжелым испытаниям ученые отправились более чем в сотню мест по всей планете – в Сибирь, Китай, Южную Африку, Индонезию, в леса Висконсина и во многие другие районы. Франция направила 32 наблюдателя, Британия – восемнадцать, были наблюдатели из Швеции, России, Италии, Германии, Ирландии и из других стран.

Это было первое в истории совместное международное научное предприятие, и почти всюду оно столкнулось с трудностями. Многих наблюдателей остановили войны, болезни или кораблекрушения. Другие добрались до мест назначения, но, открыв ящики, обнаружили, что оборудование либо разбито, либо покоробилось от тропической жары. И вновь волею судеб среди французов оказались самые неудачливые участники. Жан Шапп много месяцев каретами, лодками, санями добирался до Сибири, бережно прижимая к груди при каждом опасном толчке свои хрупкие инструменты, чтобы к концу пути узнать, что последний, крайне важный отрезок преградили реки, разлившиеся в результате необычно сильных весенних дождей, вину за которые местные обитатели возложили на самого астронома, едва увидели, как он нацеливает на небо странные приборы. Шаппу удалось спастись, но никаких полезных измерений он выполнить не смог.

Еще больше не повезло Гийому ле Жентилю, злоключения которого замечательно описаны Тимоти Феррисом в книге «Совершеннолетие на Млечном Пути». Ле Жентиль отправился из Франции за год до события, чтобы наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца из Индии, но из-за всяческих задержек в день прохождения он все еще был в море – хуже места не придумаешь, поскольку при качке надежных измерений не сделать.

Не сломленный неудачей ле Жентиль проследовал в Индию и остался там ждать второго прохождения в 1769 году. Имея в запасе восемь лет, он соорудил первоклассный наблюдательный пункт, не раз проверил все приборы и держал их в идеальной готовности. Утро 4 июня 1769 года, в день второго прохождения, было ясным; но, как только явление началось, на Солнце набежало облако и оставалось там почти ровно столько времени, сколько длилось прохождение – 3 часа 14 минут и 7 секунд.

Ле Жентиль стоически упаковал приборы и отправился в ближайший порт, но по пути подхватил дизентерию и проболел почти год. Все еще будучи ослабленным болезнью, он сел на корабль, который едва не погиб в тропическом циклоне у берегов Африки. Когда он наконец добрался до дома, через 11,5 лет после начала путешествия и не получив никаких результатов, то обнаружил, что за время отсутствия родственники успели объявить его умершим и с радостью растащили все имущество.

В сравнении с этим неприятности, испытанные восемнадцатью разбросанными по миру английскими наблюдателями, были небольшими. Мейсон оказался в паре с молодым геодезистом Джеремией Диксоном, и они, повидимому, хорошо сработались, поскольку в дальнейшем долго и успешно сотрудничали. Им было поручено ехать на Суматру и оттуда фиксировать прохождение, однако уже на второй день после отплытия на их корабль напал французский фрегат. (Если ученые были склонны к международному сотрудничеству, то у государств подобного не наблюдалось.) Мейсон с Диксоном направили в Королевское общество сообщение о крайне опасном, на их взгляд, положении в открытом море и спрашивали, не стоит ли отменить все это мероприятие. В ответ они без задержки получили холодную отповедь с напоминанием о том, что им уже уплачено, что страна и научное сообщество на них рассчитывают, а отказ продолжать экспедицию непоправимо подорвет их репутацию. Проглотив эту горькую пилюлю, они продолжили плавание, но в пути их догнало сообщение о том, что Суматра перешла в руки французов, и наблюдать прохождение пришлось с полдороги у мыса Доброй Надежды. На обратном пути они останавливались на затерянном в Атлантике островке Святой Елены, где встретили Маскелайна, чьи наблюдения сорвались из-за облачности. Мейсон и Маскелайн крепко подружились и очень приятно (а возможно, с некоторой пользой) провели несколько недель, составляя график приливов и отливов.

Вскоре Маскелайн вернулся в Англию, где стал Королевским астрономом, а Мейсон с Диксоном – теперь явно более закаленные – отправились на 4 долгих и полных опасностей года проводить топографическую съемку 390 км дикой американской территории, дабы уладить пограничный спор между Уильямом Пенном и лордом Балтимором по поводу их колоний – Пенсильвании и Мериленда. В результате появилась знаменитая линия Мейсона – Диксона, позднее получившая символическое значение как разделительная черта между рабовладельческими и свободными штатами. (Хотя прокладка линии была их главной задачей, они также выполнили ряд астрономических наблюдений, в частности, одно из самых точных в том веке измерений градуса меридиана – достижение, которое было встречено в Англии с куда большим энтузиазмом, нежели урегулирование пограничного спора между капризными аристократами.)

Вернувшись в Европу, Маскелайн и его коллеги в Германии и во Франции были вынуждены признать, что наблюдения прохождения Венеры в 1761 году, по существу, сорвались. Одна из трудностей, как это ни парадоксально, заключалась в том, что было слишком много наблюдений, результаты которых, собранные вместе, зачастую вступали в неразрешимые противоречия. Успешно зафиксировать прохождение Венеры по диску Солнца выпало на долю Джеймса Кука, малоизвестного капитана родом из Йоркшира, который наблюдал прохождение 1769 года с залитой солнцем вершины горы на Таити. Вслед за тем ему предстояло нанести на карту Австралию и заявить на нее права британской короны. После его возвращения у французского астронома Жозефа Лаланда появилось достаточно данных, чтобы вычислить среднее расстояние от Земли до Солнца – чуть больше 150 млн км. (2 следующих прохождения в XIX веке позволили астрономам остановиться на величине 149,59 млн км. Теперь нам известно точное расстояние – 149,597870691 млн км.[60]) Земля наконец обрела свое место в космосе.

Что касается Мейсона и Диксона, они вернулись в Англию героями науки, но по неизвестным причинам прекратили сотрудничество. Несмотря на их активное участие во многих важных научных событиях XVIII столетия, очень мало известно о них лично. Не сохранилось портретов, мало письменных ссылок. О Диксоне «Национальный биографический словарь» загадочно сообщает: «Говорят, что он родился в угольной шахте», оставляя фантазии читателей объяснение столь необычных обстоятельств, и добавляет, что умер он в Дареме в 1777 году. Кроме имени и упоминания о длительном сотрудничестве с Мейсоном ничего больше не сообщается.

С Мейсоном неясностей чуть меньше. Известно, что в 1772 году по рекомендации Маскелайна он принял поручение подыскать подходящую гору для проведения эксперимента с гравитационным отклонением отвеса и в конце концов доложил, что требуемая гора находится на севере Шотландии, над озером Тэй, и называется она Шихаллион. Однако ничто не могло убедить его остаться там на лето для проведения измерений. Больше он никогда не возвращался к полевым исследованиям. Следующее упоминание о нем относится к 1786 году когда он при загадочных обстоятельствах внезапно объявился с женой и восемью детьми в Филадельфии, находясь, по-видимому, на грани нищеты. После завершения топографических съемок он не возвращался в Америку 18 лет, и у него не было ни известных нам причин появиться здесь снова, ни друзей или покровителей, которые были бы рады его встретить. Несколько недель спустя он скончался.

Поскольку Мейсон отказался от топосъемки горы, эта работа выпала на долю Маскелайна. Летом 1774 года Маскелайн на 4 месяца поселился в палатке в горной долине в глубине Шотландии, чтобы руководить бригадой геодезистов, которые выполняли сотни измерений во всех доступных точках. Чтобы определить массу горы на основе этого множества чисел, требовалось произвести уйму вычислений. К этой работе был привлечен математик Чарлз Хаттон. Геодезисты усеяли карту множеством чисел; каждое означало высоту в отдельной точке горы или в ее окрестностях. Получалась ужасная путаница из цифр, но Хаттон заметил, что если взять карандаш и соединить числа, означающие равные высоты, то все становится намного яснее. Можно было сразу получить представление об общих очертаниях и крутизне горы. Так Хаттон изобрел изогипсы – линии равных высот.

Экстраполируя обмеры горы Шихаллион, Хаттон вычислил массу Земли – 5 миллиардов триллионов (5х1021) тонн, а отсюда можно было вывести массы всех других крупных тел Солнечной системы, включая само Солнце. Так что благодаря одному этому эксперименту мы узнали массы Земли, Солнца, Луны, других планет, их спутников и в придачу получили изогипсы – неплохо для работ одного лета.

Правда, эти результаты удовлетворили не всех. Недостатком эксперимента с горой Шихаллион явилось то, что было невозможно получить точные цифры, не зная плотности горы. Хаттон для удобства принял ее равной плотности обычного камня, примерно в 2,5 раза больше плотности воды, но это было не более чем научное предположение.

Самой необычной на первый взгляд фигурой, уделившей много внимания вопросу о массе Земли, был сельский священник по имени Джон Мичелл, живший в глухой йоркширской деревушке Торнхилл. Несмотря на отдаленность проживания и сравнительно скромную должность, Мичелл был одним из выдающихся мыслителей XVIII века и как ученый пользовался большим уважением.

Среди множества прочих научных деяний он постиг волноподобную природу землетрясений, осуществил целый ряд оригинальных исследований в области магнетизма и гравитации и, что совсем удивительно, предвидел возможность черных дыр на две сотни лет раньше других – шаг, который не смог сделать даже Ньютон. Когда уроженец Германии музыкант Вильям Гершель решил, что его подлинным призванием в жизни является астрономия, за руководством, как делать телескопы, он обратился именно к Мичеллу, чьей любезной услуге вечно будет обязана наука о планетах*.

--

* (В 1781 году Гершель первым в нынешние времена открыл планету. Он хотел назвать ее Георгом в честь британского монарха, но предложение отклонили. Вместо этого она стала Ураном.)

 

Но из всего того, что оставил после себя Мичелл, по изобретательности и воздействию на развитие науки ничто не могло сравниться с механизмом, который он сконструировал и изготовил для измерения массы Земли. К сожалению, он умер, не успев осуществить эксперименты; идея и необходимая аппаратура перешли к выдающемуся, но потрясающе застенчивому лондонскому ученому по имени Генри Кавендиш.

Кавендиш сам по себе заслуживает отдельной книги. Родившийся в богатой титулованной семье – его деды были герцогами, один Девонширский, другой Кентский, – он был самым одаренным английским ученым своего века и в то же время самым странным. Он страдал застенчивостью, по словам одного из его немногих биографов, «граничившей с болезнью». Всякий человеческий контакт был для него источником глубочайшего дискомфорта.

Как-то раз, открыв дверь, он увидел на пороге одного из своих австрийских поклонников, только что приехавшего из Вены. Австриец принялся взволнованно бормотать о своем восхищении. Некоторое время Кавендиш воспринимал все эти комплименты словно удары палкой, а затем, не выдержав, убежал по дорожке и скрылся за воротами, оставив распахнутой входную дверь. Только спустя несколько часов его уговорили вернуться в собственный дом. Даже экономка общалась с ним по переписке.

Хотя иногда он отваживался появляться в обществе – особенно он любил бывать на званых научных вечерах, которые еженедельно проходили у выдающегося натуралиста сэра Джозефа Бэнкса, – остальным гостям всегда давали понять, чтобы они ни в коем случае не обращались к Кавендишу и даже не смотрели в его сторону. Тем, кто хотел знать его мнение, советовали не спеша, будто бы случайно, пройти поблизости и «говорить как бы в пустоту». Если их реплики заслуживали внимания с точки зрения науки, то они могли услышать невнятный ответ, но чаще всего в ответ раздавался раздраженный писк (голос у него, кажется, был очень высокий), и, оглянувшись, можно было действительно увидеть пустоту и спину Кавендиша, убегающего в более спокойный уголок.

Богатство и склонность к отшельничеству дали ему возможность превратить свой дом в Клэпеме в большую лабораторию, где он мог без помех бродить по всем уголкам физической науки – изучать электричество, тепло, силу тяжести, словом, все, что относилось к строению вещества. Вторая половина восемнадцатого века была временем, когда склонные к науке люди проявляли углубленный интерес к свойствам фундаментальных физических сущностей – в особенности газов и электричества, – начинали присматриваться к тому, что можно с ними сделать, проявляя зачастую больше рвения, чем здравого смысла. В Америке Бенджамин Франклин прославился тем, что, рискуя жизнью, запускал змея в грозу. Во Франции химик Пилатр де Розье испытывал воспламеняемость водорода, набирая его в рот и выдувая в открытое пламя. Одним махом он доказал, что водород действительно легко воспламеняется и что брови – не обязательная принадлежность лица. Кавендиш, в свою очередь, проводил эксперименты, в ходе которых подвергал себя воздействию электрических разрядов разной силы, старательно отмечая нарастание мучительных ощущений, пока оставалась возможность держать перо или сохранять сознание, но, впрочем, не далее того.

За свою долгую жизнь Кавендиш сделал ряд выдающихся открытий – среди многого другого он первым выделил водород и первым соединил водород и кислород, получив воду, – но почти все, что он делал, не обходилось без странностей. К постоянному недовольству его ученых коллег в публикуемых работах он часто ссылался на результаты экспериментов, о которых раньше не сообщал. В своей скрытности он не только напоминал Ньютона, но и во многом превосходил его. Его эксперименты с электрической проводимостью на столетие опережали время, но, к сожалению, оставались неизвестными, пока это столетие не прошло. На самом деле, большая часть проделанного им не была известна до конца XIX века, когда кембриджский физик Джеймс Клерк Максвелл[61] взял на себя задачу подготовки бумаг Кавендиша к печати; к тому времени почти все его открытия уже принадлежали другим ученым.

Среди многого другого, о чем Кавендиш никому не говорил, он открыл или предвосхитил закон сохранения энергии, закон Ома, закон парциальных давлений Дальтона, закон эквивалентов Рихтера, закон идеального газа Шарля, принципы электрической проводимости. И это лишь часть всех открытий. По утверждению историка науки Дж. Г. Кроутера, Кавендиш также предвосхитил «исследования Кельвина и Дж. X. Дарвина о замедляющем влиянии приливного трения на скорость вращения Земли, опубликованные в 1915 году, сообщение Лармора о локальном атмосферном охлаждении… работу Пикеринга о замораживающих смесях и некоторые из трудов Рузбума о гетерогенных равновесиях». Наконец, он получил результаты, которые непосредственно привели к открытию группы элементов, известных как инертные газы, часть из которых настолько неуловимы, что последний не удавалось обнаружить до 1962 года. Но нас в данном случае интересует последний из известных экспериментов Кавендиша, когда поздним летом 1797 года он в возрасте шестидесяти семи лет обратил внимание на ящики с аппаратурой, оставленные ему – очевидно, из чистого научного уважения – Джоном Мичеллом.

В собранном виде прибор Мичелла напоминал тренажер для накачивания мышц фирмы Nautilus, сделанный в XVIII веке. Он включал грузы, противовесы, маятники, рукоятки и скручивающиеся металлические тросы. Сердцевину прибора составляли два 350-фунтовых свинцовых шара, помещенные рядом с двумя шарами меньшего размера. Замысел состоял в том, чтобы измерить гравитационное отклонение малых шаров под воздействием больших, что позволило бы впервые измерить ускользающе малую величину гравитационной постоянной, а отсюда можно было бы вывести вес (а точнее говоря, массу)* Земли.

--

* (Для физика масса и вес – две совершенно разные вещи. Ваша масса остается той же самой, где бы вы ни находились, а вес изменяется в зависимости от того, как далеко вы расположены от центра другого массивного объекта, вроде планеты. Отправляйтесь на Луну, и там вы будете намного легче, но не менее массивны. На Земле же из утилитарных соображений масса и вес отождествляются, так что оба термина можно считать синонимами, по крайней мере, за пределами учебного класса. (Даже на Земле вес и масса – это разные вещи. Вес – это сила, с которой предмет давит на опору или тянет за подвес. А масса – это, грубо говоря, количество вещества в предмете. Свободно падающий камень ни на что не давит. Поэтому его вес равен нулю – он находится в невесомости. А вот масса у него сохраняется – это сразу чувствуется, если камень попадет вам в голову. – Прим. науч. ред.)

 

Из-за того, что сила тяжести удерживает планеты на орбите, а вещи, которые мы роняем, со стуком падают на пол, мы склонны думать, что это очень мощная сила, но на самом деле это не так. Она является мощной только в собирательном смысле, когда один массивный объект, такой как Солнце, удерживает другой массивный объект, подобный Земле. На элементарном уровне гравитация чрезвычайно слаба. Каждый раз, когда вы берете со стола книгу или поднимаете с пола монету, вы без труда преодолеваете гравитационное напряжение целой планеты. И вот Кавендиш как раз и попытался измерить притяжение между очень легкими предметами.

Ключом к успеху была точность. В помещении, где находился прибор, нельзя было допустить ни малейших помех, так что Кавендиш расположился в соседней комнате и вел наблюдения через специальный глазок с помощью телескопа. Работа была невообразимо изнурительной; потребовалось 17 точнейших взаимосвязанных измерений, выполнение которых заняло почти целый год. Когда наконец Кавендиш закончил расчеты, он объявил, что Земля весит чуть больше 13 000 000 000 000 000 000 000 фунтов, или 6 миллиардов триллионов метрических тонн, если пользоваться современной системой измерений. (Метрическая тонна – это 1000 кг, или 2205 фунтов.)

Сегодня ученые имеют в своем распоряжении приборы настолько точные, что могут определить вес отдельной бактерии, и настолько чувствительные, что могут дать сбой, если кто-то зевнет на расстоянии 20 метров, но они лишь незначительно уточнили результаты, полученные Кавендишем в 1797 году. По самым точным нынешним оценкам, Земля весит 5,9725 миллиарда триллионов тонн – разница по сравнению с данными, полученными Кавендишем, всего лишь 0,5 %. Интересно, что все эти измерения лишь подтвердили оценки, сделанные Ньютоном за 110 лет до Кавендиша без каких-либо экспериментов.

В целом, к концу XVIII века ученые имели очень точное представление о форме и размерах Земли и об ее удаленности от Солнца и планет; теперь же Кавендиш, даже не покидая дома, прибавил к этим сведениям массу Земли. Поэтому можно было бы ожидать, что определение возраста Земли окажется сравнительно простым делом. В конце концов, необходимые материалы лежат буквально у нас под ногами. Но нет. Люди расщепят атом, изобретут телевидение, нейлон и растворимый кофе, прежде чем определят возраст собственной планеты.

Чтобы понять, почему так случилось, мы должны отправиться на север, в Шотландию и начать со знакомства с яркой гениальной личностью, о которой мало кто слыхал, с человеком, который создал новую науку, называемую геологией.

 

5

КАМНЕЛОМЫ

 

Как раз в то время, когда Генри Кавендиш завершал свои эксперименты в Лондоне, в 400 милях от него, в Эдинбурге, наступал финальный момент иного рода – умирал Джеймс Хаттон. Разумеется, это было печальное событие для Хаттона, но, с другой стороны, оно открывало новые возможности для науки, ибо позволяло человеку по имени Джон Плейфер переписать труд Хаттона, не боясь попасть в неловкое положение.

По всем свидетельствам, Хаттон обладал проницательным умом, был живым собеседником, душой компании. Ему не было равных в понимании загадочных медленно текущих процессов, сформировавших Землю. К сожалению, ему не дано было изложить свои представления в доступном для всех виде. Он был, как заметил с тяжелым вздохом один из его биографов, «полным профаном по части владения словом». Почти от любой из написанных им строк клонило ко сну. Вот как он в своем шедевре 1795 года «Теория Земли с доказательствами и иллюстрациями» рассуждает… м-м, о чем-то:

«Мир, который мы населяем, составлен из материалов, не из почвы, которая была непосредственной предшественницей теперешней, а из почвы, которую, отталкиваясь от нынешней, мы считаем третьей и которая предшествовала суше, которая была над поверхностью моря, когда наша нынешняя суша еще была под водой океана».

И тем не менее именно он в одиночку, без посторонней помощи, блистательным образом создал геологическую науку и изменил наши представления о Земле.

Хаттон родился в 1726 году в состоятельной шотландской семье, и материальное положение позволило ему большую часть жизни посвятить широкому кругу доставлявших удовольствие нетрудных занятий и интеллектуальному совершенствованию. Он изучал медицину, но она не пришлась ему по вкусу, и тогда он обратился к сельскому хозяйству, которое вел, не слишком себя обременяя, но на научной основе, в родовом имении в Бервикшире. Потом поля и стада ему надоели, и он в 1768 году переехал в Эдинбург, где основал преуспевающее предприятие – стал производить из сажи нашатырь и занялся различными научными изысканиями. В то время в Эдинбурге собрались лучшие интеллектуальные силы, и Хаттон сполна использовал возможности обогащения своих знаний. Он становится видным членом общества, носившего название «Ойстер клаб» («Устричный клуб»), где проводит вечера в компании таких людей, как экономист Адам Смит, химик Джозеф Блэк и философ Дэвид Юм, а также изредка посещавших клуб знаменитостей вроде Бенджамина Франклина и Джеймса Уатта.

В традициях своего времени Хаттон интересовался практически всем – от минералогии до метафизики. Наряду со многим другим он экспериментировал с химическими препаратами, изучал способы добычи угля и строительства каналов, бывал в соляных копях, размышлял над механизмами наследственности, собирал окаменелости, выдвигал теории происхождения дождя и состава воздуха и даже формулировал законы движения. Но сферой его особых интересов была геология.

Среди вопросов, вызывавших интерес в этот фанатически любознательный век, был один, над которым люди долгое время ломали головы, а именно, почему раковины древних морских моллюсков и другие морские окаменелости так часто находят на вершинах гор. Как их туда занесло? Те, кто считал, что знают ответ, разделились на 2 противостоящих друг другу лагеря. Одна группа, известная как нептунисты, была убеждена, что все на Земле, включая морские раковины на невероятно возвышенных местах, можно объяснить повышением и понижением уровня моря. Нептунисты считали, что холмы, горы и другие детали рельефа стары, как сама Земля, и подвергались изменениям, только когда их заливало водой в периоды всемирных потопов.

Их оппонентами были плутонисты, которые отмечали, что вулканы и землетрясения наряду с другими активными процессами непрерывно меняют лицо планеты, но нет никаких признаков столь своенравного поведения морей. Плутонисты также задавали щекотливые вопросы, куда девается вода, когда не бывает потопов. Если ее хватало, чтобы затопить Альпы, то скажите тогда, где же она находится в спокойные времена, как теперь? По их убеждению, Земля наряду с поверхностными факторами подвергается воздействию мощных внутренних сил. Однако и они не могли убедительно объяснить, как туда, наверх, попали все эти раковины моллюсков.

Размышляя над этими парадоксами, Хаттон как раз и высказал ряд поразительных догадок. У себя на ферме он наблюдал, что почва создается в результате эрозии горных пород и что частицы этой почвы постоянно смываются и уносятся ручьями и реками, чтобы осесть в других местах. Он понял, что если бы этот процесс продолжался до своего естественного завершения, то в конечном счете Земля стала бы довольно ровной. Однако вокруг возвышались холмы и горы. Ясно, что должен быть какой-то дополнительный процесс, некий путь восстановления и поднятия, формирующий новые холмы и горы, поддерживающий весь этот цикл. Окаменелые морские существа, решил он, не оставались на вершинах после наводнений, а поднимались вместе с самими горами. Он также пришел к выводу что внутренний жар Земли создает новые горные породы и континенты, вздымает горные хребты. Будет не лишним заметить, что геологи почти двести лет не могли в полной мере осознать значение этой идеи, пока наконец не получила признание концепция тектоники плит. Главная особенность теории Хаттона состояла в том, что предполагаемые процессы формирования Земли требовали таких колоссальных отрезков времени, которые тогда никто не мог даже представить. Словом, озарений было достаточно, чтобы в корне изменить наши представления о Земле.

В 1785 году Хаттон изложил свои мысли в длинном докладе, который зачитал на нескольких заседаниях Королевского общества Эдинбурга. Доклад не привлек практически никакого внимания. Нетрудно понять причину. Вот иллюстрация того, как он излагал его содержание слушателям:

«В одном случае формирующей причиной служит тело, которое отделено; ибо после того, как тело приведено в действие теплотой, реакция соответствующего вещества тела создает трещину, которая служит основой для образования жилы. В другом случае причина опять является внешней по отношению к телу, в котором образуется трещина. Произошел очень резкий разрыв и разделение; но причину еще предстоит найти; и она, как представляется, не в жиле; потому что не в каждом разрыве или дислокации твердого тела нашей Земли обнаруживаются минералы или соответствующие породы минеральных жил».

Стоит ли говорить, что практически никто из слушателей не имел ни малейшего представления, о чем он говорил. Поощряемый друзьями развивать свою теорию и в трогательной надежде, что удастся выразиться как-нибудь пояснее в более объемном формате, Хаттон следующие десять лет посвятил подготовке своего выдающегося четырехтомного опуса, из которого два тома были опубликованы в 1795 году.

Каждый из них насчитывал почти тысячу страниц, и они превзошли опасения самых пессимистически настроенных друзей. Кроме всего прочего почти половина завершенного труда состояла из цитат французских источников, приводимых на языке оригинала. Третий том был настолько непривлекательным, что не издавался до 1899 года – больше 100 лет после смерти Хаттона, а четвертый том вообще не был издан. «Теория Земли» Хаттона – сильный кандидат на звание наименее читаемой среди основополагающих научных книг (впрочем, тут у нее есть серьезные конкуренты). Даже Чарлз Лайель, крупнейший геолог следующего столетия, читавший все подряд, признавался, что не смог осилить ее до конца.

К счастью, у Хаттона был свой Босвелл[62] в лице Джона Плейфера, близкого друга и профессора математики в Эдинбургском университете, который не только блестяще владел словом, но и благодаря многолетнему общению с Хаттоном в большинстве случаев действительно понимал, что тот пытался сказать. В 1802 году, через 5 лет после смерти Хаттона, Плейфер выпустил упрощенное изложение основных идей Хаттона, озаглавив его «Иллюстрации к Хаттоновой теории Земли». Книга была благодарно принята теми, кто проявлял живой интерес к геологии, а таких в 1802 году было не слишком много. Впрочем, это положение вскоре должно было измениться. Да еще как!..

Зимой 1807 года тринадцать проживавших в Лондоне единомышленников собрались в таверне франкмасонов, что на Лонг-Эйкр в Ковент-Гардене, с целью создать клуб, получивший название Геологического общества. Идея состояла в том, чтобы раз в месяц обмениваться мыслями по вопросам геологии за бокалом-другим мадеры и дружеским ужином. Стоимость ужина намеренно установили весьма изрядной, 15 шиллингов, дабы не поощрять тех, кто не мог подкрепить интеллектуальные заслуги также и финансовой самодостаточностью. Однако скоро стало очевидно, что требуется более солидная организация с постоянным помещением, где люди могли бы собираться, чтобы поделиться своими находками и обсудить их. Менее чем за 10 лет число членов общества возросло до 400 человек – разумеется, по-прежнему все джентльмены, – и Геологическое общество грозило затмить Королевское как главное научное общество страны.

Члены общества собирались дважды в месяц с ноября до июня, когда практически все разъезжались на лето для полевых изысканий. Понятно, что минералы интересовали их не из денежных и даже по большей части не из научных соображений, просто джентльмены, располагавшие средствами и временем, позволяли себе иметь хобби на более или менее профессиональном уровне. К 1830 году их насчитывалось 745 человек, и мир больше никогда не видел чего-либо подобного.

Сегодня трудно представить, что геология всколыхнула XIX век в такой мере, в какой этого не добивалась и не добьется ни одна наука – она буквально овладела им. Когда в 1839 году Родерик Мурчисон издал «Силурийскую систему», пухлую тяжеловесную книгу, в основном посвященную горным породам, называемым граувакками, она моментально стала бестселлером, выдержав подряд четыре издания, и это при том, что стоила она 8 гиней и была, в лучших хаттоновских традициях, нечитабельной. (Как признал даже один из поклонников Мурчисона, у нее «полностью отсутствовала литературная привлекательность».) А когда в 1841 году великий Чарлз Лайель ездил в Америку прочитать курс лекций в Бостоне, в Лоуэлловском институте собирались 3-тысячные аудитории послушать его убаюкивающие описания морских цеолитов и сейсмических возмущений в итальянской Кампании.

Во всем тогдашнем цивилизованном мире, но особенно в Британии, ученые мужи выбирались за город, чтобы, по их выражению, немного «поломать камней». К этому занятию относились всерьез, старались одеваться надлежащим образом – цилиндры, темные костюмы, за исключением разве что преподобного Уильяма Бакленда из Оксфорда, имевшего привычку выходить на полевые работы в академической мантии.

Полевые изыскания привлекали множество видных фигур, не в последнюю очередь уже упомянутого Мурчисона, который первые тридцать лет жизни или около того провел, гоняясь на коне за лисами и с помощью крупной дроби превращая парящих в воздухе птиц в комки разлетающихся перьев. Его интересы не простирались за пределы того, чтобы почитать «Таймс» или сыграть партию в карты. А потом у него проснулся интерес к камням и с поразительной быстротой он стал титаном геологической мысли.

Еще в этом кругу был доктор Джеймс Паркинсон, который к тому же был одним из ранних социалистов и автором множества провокационных брошюр под заголовками вроде «Революция без кровопролития». В 1794 году он оказался замешанным в граничившем с безумием заговоре, получившем название «заговора ружья-хлопушки», по которому намечалось убить Георга III выстрелом в шею отравленным игрушечным дротиком, когда король будет находиться в своей театральной ложе. Паркинсона приволокли на допрос в Тайный совет, и он был на волосок от того, чтобы закованным в кандалы отправиться в Австралию, когда обвинения против него без лишнего шума сняли. Примирившись с более консервативным подходом к жизни, он обнаружил интерес к геологии и стал одним из основателей Геологического общества и автором выдающегося труда по геологии «Органические останки прежнего мира», который продолжал издаваться целых полвека. В политических эксцессах он больше не участвовал. Правда, сегодня мы чаще вспоминаем его не в связи с геологией, а благодаря важному исследованию недуга, который тогда называли «дрожательным параличом», а теперь болезнью Паркинсона. (У Паркинсона был еще один небольшой повод претендовать на славу. В 1785 году он оказался, пожалуй, единственным человеком в истории, выигравшим в лотерею музей естественной истории. Музей, на лондонской Лейстер-сквер, был основан сэром Эштоном Левером, который из-за необузданного коллекционирования природных диковинок докатился до банкротства. Паркинсон содержал музей до 1805 года, но потом у него не хватило средств, и коллекция была распродана по частям.)

Не таким колоритным, но более авторитетным, чем все остальные вместе взятые, был Чарлз Лайель, родившийся в год смерти Хаттона в семидесяти милях от Эдинбурга, в деревне Киннорди. Шотландец по рождению, он вырос на крайнем юге Англии, в Хэмпшире, потому что его мать была убеждена, что шотландцы – праздные гуляки и пьяницы. В XIX веке наукой, как правило, занимались состоятельные люди дворянского происхождения. Лайель не был исключением – он вырос в обеспеченной интеллектуальной семье. Его отец, тоже Чарлз, был незаурядным человеком – видным авторитетом по Данте и по мхам. (Orthotricium lyelli, на котором не раз сиживали англичане, бывая за городом, назван его именем.) От отца Лайель унаследовал интерес к естественной истории, но только в Оксфорде, где он попал под влияние преподобного Уильяма Бакленда – того самого, в широкой мантии, – юный Чарлз на всю жизнь посвятил себя геологии.

Бакленд был милым чудаком. За ним числятся и реальные научные достижения, но не меньше помнят его за разного рода чудачества. Особенно запомнился его зверинец, в котором диким животным, в том числе крупным и опасным, позволялось бродить по дому и саду, а также его стремление отведать на вкус каждое живое существо. В зависимости от наличия и прихоти хозяина гостям Бакленда могли подать запеченную морскую свинку, мышей в тесте, жареного ежа или вареных морских слизней из Юго-Восточной Азии. Бакленд был способен во всех них находить достоинства, за исключением разве что обыкновенного садового крота, которого он находил отвратительным на вкус. В палеонтологии он стал главным авторитетом по копролитам – окаменелым экскрементам, – и у него был стол, вся поверхность которого была инкрустирована образцами из его коллекции.

Даже во время серьезных научных занятий его поведение было довольно своеобразным. Однажды среди ночи он растолкал свою супругу, возбужденно восклицая: «Дорогая, я убежден, что следы Cheirotherium несомненно черепашьи». В нижнем белье они вместе помчались на кухню. Миссис Бакленд замесила мягкое тесто и раскатала его по столу, а преподобный Бакленд притащил домашнюю черепаху. Плюхнув на стол, они стали ее подгонять и, к вящему восторгу, увидели, что ее следы действительно совпадают с окаменевшими отпечатками лап, изучением которых в то время занимался Бакленд. Чарлз Дарвин считал Бакленда шутом – он употребил именно это слово, но Лайель, похоже, нашел в нем наставника и в 1824 году даже отправился с ним в поездку по Шотландии. Вскоре после этой поездки Лайель решил оставить карьеру юриста и целиком посвятил себя геологии.

Лайель был страшно близорук и большую часть жизни страдальчески щурился, что придавало лицу встревоженное выражение. (В конце концов он полностью потерял зрение.) Другой его странностью была привычка, будучи погруженным в размышления, принимать самые невероятные позы – растягиваться сразу на двух стульях или «стоя на ногах, оставлять голову на сиденье стула» (слова его друга Дарвина). Часто, задумавшись, он так низко сползал с кресла, что едва не касался ягодицами пола. За всю жизнь Лайель только однажды имел должность – с 1831 по 1833 год он был профессором геологии в Кингз-колледже в Лондоне. Как раз в это время он выпустил в свет «Основы геологии», издававшиеся тремя томами с 1830 по 1833 год, в которых во многом суммировал и развил мысли, впервые высказанные Хаттоном поколением раньше. (Хотя Лайель никогда не читал подлинных трудов Хаттона, он досконально изучил вариант, переработанный Плейфером.)

Между временем Хаттона и временем Лайеля в среде геологов возник новый спор, который в значительной степени подменил, хотя их часто смешивают, старый спор нептунистов с плутонистами. Новая битва разгорелась между катастрофизмом и униформизмом – не слишком привлекательные термины для важного и очень долгого спора. Катастрофисты, как можно судить по названию, считали, что Земля сформировалась под воздействием внезапных катаклизмов, главным образом наводнений, – вот почему катастрофизм и нептунизм часто ошибочно сваливают в одну кучу. Катастрофизм особенно устраивал лиц духовных, вроде Бакленда, потому что давал им возможность включить в серьезные научные дискуссии библейский Ноев потоп. Униформисты, напротив, считали, что изменения на Земле происходили постепенно и что почти все процессы на земной поверхности протекали медленно, на протяжении огромных промежутков времени. Отцом этого представления был скорее Хаттон, нежели Лайель, но большинство людей читало Лайеля, и поэтому в сознании большинства, тогда и теперь, он остался родоначальником современных геологических представлений.

Лайель считал, что подвижки земной коры были равномерными[63] и непрерывными, что все когда-либо происходившее в прошлом можно объяснить явлениями, продолжающимися и сегодня. Лайель и его сторонники не просто презирали катастрофизм, они терпеть его не могли. Катастрофисты считали вымирание видов составной частью последовательных катастроф, в ходе которых животные неоднократно сметались с лица земли и заменялись новыми – картина, которую естествоиспытатель Т. Г. Гексли[64] насмешливо уподоблял «ряду робберов виста,[65] когда в конце каждого игроки опрокидывают стол и требуют новую колоду». Это был чересчур удобный способ объяснять неизвестное. «Еще не было догмы, более приспособленной к тому, чтобы поощрять леность и затуплять острие любознательности», – с презрением отзывался Лайель.

Впрочем, и у Лайеля были заметные упущения. Ему не удалось убедительно объяснить, как образовались горные системы, и он упустил из виду такой фактор, меняющий лик планеты, как ледники. Он отказался признать идею Луиса Агассиза о ледниковом периоде – «замораживании земного шара», как он пренебрежительно говорил, – и он был уверен, что млекопитающих «найдут в древнейших залежах ископаемых остатков». Лайель отвергал представление о том, что животные и растения претерпевали внезапное полное уничтожение, и считал, что все основные классы животных – млекопитающие, пресмыкающиеся, рыбы и т. д. – существовали параллельно с начала времен. Во всех этих вопросах он в конечном счете оказался не прав.

И все же вряд ли можно переоценить влияние Лайеля. При его жизни «Основы геологии» выдержали двенадцать изданий, а содержащиеся в них идеи определяли геологическую мысль еще долгое время в XX столетии. Дарвин взял первое издание «Основ» в путешествие на «Бигле» и впоследствии писал, что «огромной заслугой «Основ» было то, что они полностью меняли характер мышления, и поэтому, даже глядя на вещи, которые никогда не встречались Лайелю, ты тем не менее видел их отчасти его глазами». Словом, Дарвин, как и многие представители его поколения, считал Лайеля чуть ли не богом. Свидетельством влияния Лайеля на умы служит тот факт, что когда в 1980-х годах геологам пришлось частично отказаться от его теории, чтобы найти место для импактной теории вымираний,[66] для них это было смерти подобно. Но об этом в другой главе.

Тем временем геологии предстояло привести в порядок множество вещей, и тут далеко не все шло гладко. С самого начала геологи старались классифицировать горные породы по периодам, в которые они образовались, но зачастую при этом возникали резкие разногласия относительно разграничительных линий – и здесь не последнее место занимает долгая полемика, известная как «великий девонский спор» (Great Devonian Controversy). Проблема возникла, когда преподобный Адам Седжвик из Кембриджа отнес к кембрийскому периоду пласт горных пород, который, как полагал Родерик Мурчисон, по праву принадлежал к силурийскому. Спор полыхал много лет, становясь все более жарким. «Де ла Беш[67] – грязная свинья», – в присущей ему вспышке эмоций писал другу Мурчисон.

О накале страстей можно получить представление, взглянув на названия глав превосходного неприкрашенного описания проблемы в книге Мартина Дж. С. Рэдвика «Великий девонский спор». Она начинается с довольно безобидных заголовков, таких как «Поприща джентльменских дискуссий» и «Разгадка граувакки», но затем появляются: «Граувакку защищают и атакуют», «Взаимные упреки и обвинения», «Распространение грязных слухов», «Уивер отрекается от своей ереси», «Провинциала ставят на место» и, наконец, чтобы исключить всякие сомнения в том, что это была война, «Мурчисон начинает рейнландскую кампанию». Боевые действия окончательно завершились в 1879 году простым приемом – был установлен новый период, ордовикский, который поместили между кембрийским и силурийским.

Поскольку в первые годы существования данной отрасли знаний самыми активными в ней были британцы, в геологическом лексиконе преобладали британские названия. Девонский период, разумеется, происходит от английского графства Девон, кембрийский – от римского названия Уэльса, тогда как ордовикский и силурийский напоминают о древних валлийских племенах – ордовиках и силурах. Но с развитием геологических изысканий в других странах названия стали возникать повсюду. Юрский период имеет отношение к Юрским горам на границе Франции и Швейцарии. Пермский[68] напоминает о российской Пермской области с Уральскими горами.[69] Меловым периодом мы обязаны бельгийскому геологу с броским именем Ж. Ж. д'Омалиус д'Аллуа.

Геологическую историю сначала делили на 4 отрезка времени: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Эта классификация была слишком простой, чтобы выдержать проверку временем, и скоро геологи стали добавлять новые разделы, параллельно отказываясь от старых. Первичный и вторичный периоды отпали совсем, а четвертичный одни отвергали, другие оставляли. Третичный период, который уже не обозначал какой-либо третий по счету период, активно использовался до 1960-х, но сейчас его разделили на 2 периода – палеоген и неоген. Общепринятым на сегодня является только четвертичный период, который также называют антропогеновым или ледниковым.

Лайель в своих «Основах» ввел дополнительные подразделения, известные как периоды или системы,[70] охватывающие промежуток времени после эры динозавров, среди них плейстоцен («самый молодой»), плиоцен («более молодой»), миоцен («средне молодой») и подкупающе неопределенный олигоцен («незначительно молодой»). Сначала Лайель намеревался употреблять окончания «-synchronous» («-синхронный»), одаряя нас такими скрипуче звучащими обозначениями, как «мейосинхронус» и «плейосинхронус». Преподобный Уильям Уэвелл, человек весьма влиятельный, возражал, ссылаясь на этимологические соображения, и предложил взять за образец окончание «-eous» («принадлежащий к чему-либо»), получая «мейонеус», «плейонеус» и т. д. В итоге прижилось окончание «-цен», которое стало чем-то вроде компромисса.

В современной науке геологическое время в первом приближении делится сначала на 4 больших отрезка, известных как эры: докембрий, палеозой (от греческого «старая жизнь»), мезозой («средняя жизнь») и кайнозой («новая жизнь»). Эти эры делятся в совокупности на дюжину периодов. Большинство из них тоже достаточно хорошо известны: меловой, юрский, триасовый, силурийский и т. д.*

--

* (У нас экзаменов не будет, но если вам когда-нибудь потребуется это запомнить, то, возможно, пригодится полезный совет Джо на Уилфорда представлять себе эры (докембрийскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую) как времена года, а периоды (пермский, триасовый, юрский и т. д.) как месяцы.)

 

Лайелевские эпохи – плиоцен, миоцен и так далее – до сих пор употребляются как более дробные подразделения (эпохи) в палеогеновом и неогеновом периодах кайнозойской эры, которые охватывают только самые последние (но палеонтологически очень активные) 65 млн лет. И, наконец, мы имеем уйму еще более мелкихь подразделений, известных как века. Большинство их названо по географическим местам: оксфордский, маастрихтский, кампанский (Кампань – французская провинция), кимериджский (Кимердж – деревушка в графстве Дорсет на юге Англии) и далее в том же роде. Всего, по словам Джона Макфи,[71] счет веков идет на «десятки дюжин». К счастью, если вы не избрали геологию в качестве профессии, вы вряд ли когда-нибудь снова о них услышите.

Еще больше запутывает дело то обстоятельство, что названия веков в Северной Америке отличаются от европейских, и зачастую они лишь приблизительно совпадают по времени. Так, принятый в Северной Америке цинциннатский век в основном совпадает с ашгильским в Европе, но захватывает небольшую часть более раннего карадокского века.

К тому же все это меняется от учебника к учебнику и от автора к автору, так что одни авторитетные источники описывают 7 различных веков там, где другие довольствуются четырьмя. Другие же делят докембрий на две эры, истинно древнюю архейскую и более позднюю протерозойскую.[72] Иногда вы также встретите термин «фанерозой», используемый для описания отрезка времени, включающего кайнозойскую, мезозойскую и палеозойскую эры.

Мало того, все это относится только к единицам времени. Горные породы, накапливавшиеся в разные временные интервалы, подразделяются на другие единицы, известные как группы (соответствующие эрам), системы (равноценные периодам), отделы (отвечающие эпохам) и ярусы (аналогичные векам). Также проводится различие между поздними и ранними событиями (когда речь идет о времени) и верхними и нижними отложениями (если говорится о слоях горных пород). Все это выглядит ужасно запутанным для неспециалиста, но для геолога это может явиться предметом страстного увлечения. «Я был свидетелем того, как из-за этой, образно говоря, миллисекунды в развитии жизни взрослые люди от ярости доходили до белого каления», – писал британский палеонтолог Ричард Форти[73] по поводу длительного спора относительно границ между кембрийским и ордовикским периодами.

Но, по крайней мере сегодня, нам доступны весьма изощренные методики датирования. А большую часть XIX века геологи имели в своем распоряжении только догадки и предположения. Особенно разочаровывало то, что, хотя геологи тогда могли классифицировать различные породы по периодам, они не имели никакого представления о длительности этих периодов. Когда Бакленд размышлял о древности скелета ихтиозавра, самое большее, что он мог предположить, это то, что онжил где-то между «десятью тысячами [и] более чем 10 тысячами раз по 10 тысяч» лет ранее.

Хотя не существовало надежного способа датирования периодов, зато не было недостатка в людях, готовых за это взяться. Самая известная из первых попыток была предпринята в 1650 году, когда архиепископ Ирландской церкви Джеймс Ашер после тщательного изучения Библии и других исторических источников пришел к заключению, что Земля была создана в полдень 23 октября 4004 года до Рождества Христова. Он посвятил этому увесистый фолиант, названный «Анналы Ветхого Завета». С тех пор его утверждение служит потехой для историков и авторов учебников*.

--

* (Хотя практически все книги упоминают про Ашера (Assher), поражает различие в деталях сообщаемых о нем сведений. В некоторых книгах говорится, что он объявил о своем выводе в 1650 году в других – в 1654-м, в третьих – в 1664-м. Во многих датой предполагаемого начала существования Земли называется 26 октября. По крайней мере в одной достойной внимания книге фамилия пишется как Asher. Этот вопрос интересно описан в книге Стивена Джея Гоулда «Восемь поросят»).

 

В связи с этим существует устойчивый миф, имеющий хождение во многих серьезных книгах, будто взгляды Ашера доминировали в научных представлениях на протяжении значительной части XIX века и что только Лайель навел в этом вопросе порядок. Стивен Джей Гоулд[74] в «Стреле времени» приводит как характерный пример следующую фразу из одной популярной в 1980-х годах книги: «До того как Лайель издал свою книгу, большинство думающих людей соглашалось с мыслью, что Земля молода». На самом деле это не так. Как пишет Мартин Дж. С. Радуик: «Ни в одной стране ни один геолог, чьи труды принимались всерьез другими геологами, не выступал в защиту хронологии, основанной на буквальном толковании Книги Бытия». Даже преподобный Бакленд, благочестивейшая душа, какую только мог породить XIX век, отмечал, что нигде в Библии нет и намека на то, что Господь создал Небо и Землю в первый день, а лишь говорится «сначала». Сие начало, утверждал он, возможно, продолжалось «миллионы и миллионы лет». Все сходились на том, что Земля очень стара. Вопрос был простой: насколько стара?

Одна из более или менее подходящих идей относительно определения возраста планеты исходила от всегда заслужиавшего доверия Эдмунда Галлея, который в 1715 году предположил, что если разделить общее количество соли в мировом океане на количество, добавляющееся ежегодно, то получится число лет, на протяжении которых существуют океаны, что даст приблизительное представление о возрасте Земли. Логика заманчивая, но, к сожалению, никто не знал, сколько в море соли и насколько ее прибавляется каждый год, отчего эксперимент оказывался неосуществимым.

Первая попытка измерения, которое хотя бы отдаленно можно было назвать научным, была предпринята в 1770 году французом Жоржем-Луи Леклерком, графом де Бюффоном. Было давно известно, что Земля теряет значительное количество тепла – это было очевидно для всякого, кто спускался в шахту, – но не было способа оценить скорость этих потерь. Эксперимент Бюффона заключался в нагревании шаров до белого каления и последующем измерении быстроты потери тепла путем касания (по-видимому, сначала очень легкого), когда шары остывали и переставали светиться. Отсюда он приблизительно определил возраст Земли где-то между 75 и 168 тысячами лет. Разумеется, эта оценка была чудовищно заниженной, но тем не менее весьма радикальной, и за ее высказывание Бюффон оказался перед угрозой отлучения от церкви. Будучи человеком прагматичным, он сразу же покаялся в своей неосмотрительной ереси, а потом с легким сердцем продолжал повторять свои утверждения в последующих трудах.

К середине XIX века большинство ученых считало, что возраст Земли достигает по крайней мере нескольких миллионов, а возможно, даже десятков миллионов лет, но, вероятно, не более. Так что для всех явилось неожиданностью, когда в 1859 году Чарлз Дарвин в «Происхождении видов» заявил, что геологические процессы, завершившие формирование Уилда, области на юге Англии, охватывающей Кент, Суррей и Сассекс, заняли, по его подсчетам, 306 662 400 лет. Данное утверждение отчасти вызвало удивление своей поражающей воображение точностью, но еще больше открытым вызовом принятым представлениям относительно возраста Земли*.

--

* (Дарвин любил точные цифры. В одной более поздней работе он утверждал, что на одном акре земли в сельской местности Англии в среднем обитает 53 767 червей).

 

Оно вызвало столько споров, что Дарвин изъял его из третьего издания своей книги. Однако проблема этим не снималась: Дарвину и его друзьям-геологам требовалось, чтобы Земля была старой, но никто не мог предложить способ, как это подтвердить.

К несчастью для Дарвина, а также для прогресса вопрос привлек внимание великого лорда Кельвина (который, несмотря на свое величие, был тогда еще просто Уильямом Томсоном; он был возведен в звание пэралишь в 1892 году когда ему было шестьдесят восемь лет, а его жизненный путь подходил к концу; но, следуя принятому обычаю, я буду называть его так, как если бы его титул имел обратную силу). Кельвин был одной из самых необычайных фигур XIX столетия, как, пожалуй, и любого другого столетия. Немецкий ученый Герман фон Гельмгольц писал, что «по уму, ясности и живости мысли» Кельвин далеко превосходил всех, кого он знал. «Рядом с ним я иногда чувствовал себя довольно тупым», – немного подавленно добавляет он.

Подобные чувства понятны, ибо Кельвин действительно был своего рода сверхчеловеком викторианской эпохи. Он родился в 1824 году в Белфасте в семье профессора математики Королевского академического института, которого вскоре перевели в Глазго. Здесь Кельвин проявил такие поразительные способности, что был принят в университет Глазго в чрезвычайно нежном возрасте – в 10 лет. Когда ему только минуло 20, он уже поучился в учебных заведениях Лондона и Парижа, окончил Кембриджский университет (где завоевал высшие награды в гребле и математике и еще каким-то образом нашел время основать музыкальное общество), был избран младшим научным сотрудником колледжа Св. Петра и написал (на французском и английском) десяток отличавшихся блеском и оригинальностью работ в области чистой и прикладной математики, так что пришлось публиковать их анонимно, дабы не смущать тех, кто занимал более высокое положение. В двадцатидвухлетнем возрасте он вернулся в Глазго, чтобы занять место профессора натурфилософии, которое принадлежало ему последующие 53 года.

За долгий жизненный путь (а он умер в 1907 году в возрасте 83 лет) Кельвин написал 661 статью, накопил 69 патентов (на которых он порядочно разбогател) и прославился почти во всех отраслях физической науки. Наряду со множеством других вещей он предложил метод, который непосредственно привел к изобретению холодильника; разработал абсолютную шкалу температур, которая по сей день носит его имя; изобрел усилители, давшие возможность посылать телеграммы через океан; а также был автором бесчисленных усовершенствований в области морской навигации, от изобретения широко распространенного морского компаса с компенсацией магнетизма железного корпуса судна до создания первого эхолота. И это лишь то, что относится к достижениям в утилитарной сфере.

В равной мере революционными были его теоретические работы в области электромагнетизма, термодинамики и волновой теории света*.

--

* (В частности, он сформулировал второе начало термодинамики. Дискуссия об этом законе природы достойна отдельной книги, но, чтобы почувствовать, о чем идет речь, я предлагаю здесь блестящее резюме, сделанное химиком П. У. Аткинсом: «Существует 4 начала [термодинамики]. Второе начало было осознано первым; Нулевое начало было сформулировано последним; Первое начало было вторым; Третье начало вообще не должно считаться законом, равным остальным трем». В кратчайшей форме второе начало утверждает, что небольшое количество энергии всегда пропадает зря. Невозможно создать вечно движущееся устройство, поскольку, как бы ни было оно эффективно, оно всегда будет терять энергию и в конце концов остановится. Первое начало говорит о том, что вы не можете создавать энергию [из ничего], а третье – что вы не можете понизить температуру до абсолютного нуля – всегда сохраняется некая остаточная теплота. Денис Овербай отмечает, что 3 фундаментальных начала можно в шуточной форме выразить так: (1) вы не можете победить, (2) вы не можете прервать поединок и (3) вы не можете выйти из игры).

 

Фактически, у него был лишь один прокол – он так и не смог правильно вычислить возраст Земли. Этот вопрос занимал его почти всю вторую половину жизни, но он так и не приблизился к правильному решению. Первой его попыткой была опубликованная в 1862 году в журнале Macmilan's статья, содержавшая предположение, что Земле 98 млн лет, но предусмотрительно допускалось, что эта цифра могла быть сокращена до 20 млн лет или увеличена до 400 млн. С замечательной осторожностью он признавал, что, возможно, ошибается, если «в великой сокровищнице творения нам уже не приготовлены другие неведомые источники информации», однако было видно, что он считал это маловероятным.

Со временем утверждения Кельвина становились все более прямолинейными и менее точными. Он снова и снова снижал свои оценки, с максимальных 400 млн до 100 млн лет, затем до 50 млн и, наконец, в 1897 году до всего лишь 24 млн лет. Кельвин настаивал на этом не из простого упрямства. Просто в физике не было ничего такого, что могло бы объяснить, как тело величиной с Солнце могло непрерывно гореть более нескольких десятков миллионов лет, не израсходовав до конца горючее. Отсюда следовало, что Солнце и его планеты неизбежно должны быть относительно молодыми.

Проблема заключалась в том, что почти все ископаемые останки свидетельствовали о противном, причем именно в девятнадцатом веке вдруг появилось очень много таких окаменелых свидетельств.

 

6

НАУКА, ПРОЧИТАННАЯ ПО ЗУБАМ И КОГТЯМ

 

В 1787 году кто-то в штате Нью-Джерси (кто конкретно, теперь, кажется, забыли) нашел огромную бедренную кость, торчавшую на берегу ручья в местности, носившей название Вудбери Крик. Кость явно не принадлежала ни одному из животных, обитавших в то время, по крайней мере в Нью-Джерси. Из того немногого, что об этом известно, полагают, что она принадлежала гадрозавру, большому утконосому динозавру. Но в то время о динозаврах еще не знали.

Кость послали доктору Каспару Уистару, ведущему анатому страны, который той же осенью описал ее на заседании Американского философского общества в Филадельфии. К сожалению, Уистар не оценил значения находки, сделав лишь несколько осторожных и незаинтересованных замечаний в том смысле, что кость принадлежала какому-то чудовищу. Тем самым он упустил шанс на полстолетия раньше кого-либо другого стать открывателем динозавров. Кость вообще вызвала столь незначительный интерес, что ее убрали в кладовку, а потом она и вовсе пропала. Так что первая найденная кость динозавра стала и первой потерянной.

То, что кость не вызвала глубокого интереса, более чем озадачивает, ибо ее появление пришлось на то время, когда Америка кипела негодованием как раз в связи с утверждениями относительно останков крупных древних животных. Причиной этого негодования послужило странное утверждение великого французского естествоиспытателя графа де Бюффона – того самого, что упоминался в связи с нагретыми шарами в предыдущей главе, – о том, что живые существа в Новом Свете почти во всем уступают обитателям Старого Света. Америка, писал Бюффон в своей обширной и высоко ценимой «Естественной истории», это страна, где вода стоячая, почва неплодородная, а животные мелкие и хилые, их организм ослаблен «нездоровыми испарениями» из гниющих болот и лишенных солнечного света лесов. В такой среде даже коренным жителям, индейцам, недостает мужской потенции. «У них не растут бороды и волосы на теле, – делился своими проницательными наблюдениями Бюффон, – и нет страстной тяги к женщинам». Репродуктивные органы у них «маленькие и немощные».

Наблюдения Бюффона на удивление охотно поддержали другие авторы, особенно те, кто не был обременен личным знакомством со страной. Некий голландец по имени Корнель де Пов в популярном труде под названием «Философские размышления об американцах» извещал, что коренные американцы не только не обладают впечатляющей мужской потенцией, но их мужчины «настолько недоразвиты в этом отношении, что их груди выделяют молоко». Подобные представления держались невероятно долго – они повторялись в европейских книгах почти до конца XIX века.

Неудивительно, что такая клевета была с негодованием встречена в Америке. Томас Джефферсон включил яростное (и, если не знать контекста, весьма озадачивающее) опровержение в свои «Заметки о штате Вирджиния» и подбил своего нью-гэмпширского приятеля, генерала Джона Салливана, послать двадцать солдат в северные леса добыть самца американского лося, чтобы подарить его Бюффону в качестве примера калибра и величественности американских четвероногих. Солдатам потребовалось две недели, чтобы выследить подходящую особь. Правда, у убитого американского лося не было внушительных рогов, о чем специально просил Джефферсон, но Салливан предусмотрительно добавил рога то ли простого сохатого, то ли оленя, предложив приделать их вместо настоящих. В конце концов, кто там во Франции разберется?

Атем временем в Филадельфии – городе, где жил Уистар, – натуралисты начали собирать кости гигантского слоноподобного существа, сначала известного как «великий американский инкогнитум», но впоследствии определенного, не совсем правильно, как мамонт. Первые из этих костей были обнаружены в месте под названием Биг Боун Лик, в штате Кентукки, но скоро они стали поступать отовсюду. Оказывается, Америка когда-то была родиной существа действительно внушительных размеров – такого, которое, несомненно, доказывало ложность нелепых галльских домыслов Бюффона.

В своем рвении продемонстрировать огромные размеры и свирепость инкогнитума американские натуралисты, похоже, слегка увлеклись. Они преувеличили его размеры раз в 6 и снабдили его страшными когтями, которые на самом деле принадлежали найденному поблизости мегалониксу, или гигантскому наземному ленивцу. Довольно удивительно, что они убедили себя в том, будто это животное обладало «подвижностью и свирепостью тигра», и на иллюстрациях изображали его с кошачьей грацией бросающимся из-за камней на добычу. Когда же обнаружились бивни, их любыми хитроумными способами втискивали в череп животного. Один из реставраторов ввернул их вверх тормашками, подобно клыкам саблезубого тигра, что придавало животному поразительно агрессивный вид. Другой пристроил бивни таким образом, что они загибались назад, исходя из предположения, что это существо обитало в воде и пользовалось ими как якорем, цепляясь за деревья во время сна. Однако самым надежным соображением относительно инкогнитумов было то, что они, по всей видимости, вымерли, за что с радостью и уцепился Бюффон как за неоспоримое свидетельство их дегенеративного естества.

Бюффон умер в 1788 году, но спор продолжался своим чередом. В 1795 году набор костей отправился в Париж, где их исследовал молодой аристократ Жорж Кювье, восходящая звезда палеонтологии. Кювье уже поражал воображение людей своим талантом сколачивать из кучи разрозненных костей пропорционально сложенные фигуры. Говорили, что он мог по единственному зубу или обломку челюсти определить внешний вид и свойства животного, а часто в придачу назвать его вид и род. Поняв, что никто в Америке не подумал дать формальное описание громадному животному, Кювье сделал это сам, став таким образом его официальным первооткрывателем. Он назвал его мастодонтом (что означает, несколько неожиданно, молочные зубы).

Вдохновленный полемикой, Кювье в 1796 году написал сыгравшую заметную роль статью «Заметки о видах живущих и ископаемых слонов», в которой впервые выдвинул строго сформулированную теорию вымирания видов. По его мнению, Земля время от времени претерпевала глобальные катастрофы, в которых уничтожались целые категории живых существ. Для верующих, включая самого Кювье, эта идея была довольно неудобной, поскольку предполагала странное непостоянство промысла Божьего. Какой смысл Богу создавать виды лишь для того, чтобы позднее стереть их с лица земли? Данное представление противоречило вере в Великую гармонию бытия, согласно которой мир заботливо упорядочен и все населяющие его живые существа всегда имели, имеют и будут иметь свое место и предназначение. Джефферсон со своей стороны никак не мог примириться с мыслью, что целым видам будет когда-либо позволено исчезнуть (или, если на то пошло, эволюционировать). Поэтому, когда ему сказали, что, исходя из научных и политических соображений, неплохо бы послать поисковую партию для исследования внутренних районов Америки за Миссисипи, он ухватился за эту мысль в надежде, что отважные искатели приключений обнаружат стада живых мастодонтов и других крупных существ, пасущихся на плодородных равнинах.[75] Одним из руководителей и главным натуралистом экспедиции был назначен личный секретарь и близкий друг Джефферсона Мериотр Льюис. А его советником по вопросам существующих и вымерших животных стал не кто иной, как Каспар Уистар.

В том же году и даже в один месяц, когда в Париже прославленный аристократ Кювье выдвигал свои теории вымирания, по другую сторону Ла-Манша куда менее известного англичанина осенила догадка о значении окаменелостей, которая тоже повлечет за собой долговременные последствия. Молодой Уильям Смит работал на строительстве Сомерсетского угольного канала.[76] Вечером 5 января 1796 года, сидя на постоялом дворе в Сомерсете, он кратко записал для памяти мысль, которая в конечном счете создаст ему имя. Чтобы оценивать горные породы, требуется с чем-то их соотносить, нужна база, опираясь на которую можно говорить, что вот эти угленосные породы из Девона моложе вон тех кембрийских пород из Уэльса. Догадка Смита состояла в том, что ответ могут дать ископаемые останки. При каждом переходе от одного пласта пород к другому некоторые виды окаменелостей исчезали, тогда как другие переходили в последующие горизонты. Отмечая, какие виды встречаются в тех или иных пластах, можно определить относительный возраст пород, где бы они ни появлялись. Будучи топографом, Смит сразу принялся за создание карты горных формаций Британии, которая после долгих усилий была опубликована в 1815 году и стала основой современной геологии. (Об этом обстоятельно рассказано в популярной книге Саймона Винчестера «Карта, которая изменила мир».)

К сожалению, высказав свою догадку, Смит проявил удивительное равнодушие к тому, чтобы разобраться в вопросе, почему горные породы залегают именно так, а не иначе. «Я не стал ломать голову над происхождением пластов и удовлетворился знанием того, как они расположены, – записывал он. – Вопросы «почему» и «зачем» не могут относиться к компетенции маркшейдера».

Открытые Смитом особенности пластов горных пород еще более усугубили религиозные проблемы, связанные с вымиранием. Начать с того, что тем самым подтверждалось, что Господь уничтожал живые существа не от случая к случаю, а весьма регулярно. Это выставляло Его не столько беззаботным и легкомысленным, сколько необычайно враждебно настроенным. Также возникала неприятная потребность объяснять, почему одним видам пришлось исчезнуть, тогда как другие беспрепятственно переходят в последующие эпохи. Ясно, что вымирание представляло собой нечто большее, нежели то, что приписывалось единственному Ноеву потопу, как называли библейское наводнение. Кювье, к собственному удовлетворению, разрешил этот вопрос, предположив, что в Книге Бытия описывается только самое последнее наводнение. Господь, похоже, не хотел расстраивать или пугать Моисея ненужными повествованиями о более ранних вымираниях.

Итак, в первые годы XIX века окаменелости с неизбежностью обрели научную значимость, и тем более достойна сожаления неудача Уистара с определением кости динозавра. Неожиданно кости стали находить всюду. У американцев возникало еще несколько возможностей заявить об обнаружении динозавров, но все они были упущены. В 1806 году экспедиция Льюиса и Кларка прошла через формацию Хелл Крик в штате Монтана, область, где охотники за окаменелостями позднее будут буквально спотыкаться о кости динозавров, и даже осмотрела заключенную в породу кость, которая явно принадлежала древнему ящеру, но не сделала из этого никаких выводов. Кости и окаменелые отпечатки следов были также обнаружены в долине реки Коннектикут в Новой Англии, после того, как сынишка фермера Плинус Муди нашел древние следы на уступе скалы в Саут Хэдли, штат Массачусетс. По крайней мере, некоторые из этих образцов сохранились до наших дней – в первую очередь кости анхизавра, которые находятся в коллекции Музея Пибоди в Йельском университете. Найденные в 1818 году, они были первыми изученными и сохраненными костями динозавра, но, к сожалению, признали их в этом качестве лишь в 1855 году. В том же 1818 году умер Каспар Уистар, правда, неожиданно получив своего рода бессмертие благодаря ботанику Томасу Натталлу назвавшему его именем очаровательный вьющийся кустарник. Некоторые ботаники-пуристы до сих пор упрямо называют его уистарией.

Однако к тому времени палеонтологические события переместились в Англию. В 1812 году в местечке Лайм Реджис на побережье графства Дорсет удивительная девочка по имени Мэри Эннинг – в возрасте 11, 12 или 13 лет, в зависимости от того, где вы об этом прочтете, – нашла вмурованное в круто нависающую над Ла-Маншем скалу странное окаменелое морское чудовище длиной 5 с лишним метров, ныне известное как ихтиозавр.

Это стало началом поразительного дела всей жизни. Следующие тридцать пять лет Эннинг занималась собиранием окаменелостей, которые продавала приезжим. (Принято считать, что именно о ней говорится в известной английской скороговорке «she sell sea-shells on the sea-shore».[77]) Она также найдет первого плезиозавра – еще одно морское чудовище – и одного из первых и лучших птеродактилей. Хотя ни одно из этих существ не было в узком смысле динозавром, в те времена это не имело большого значения, поскольку никто еще не знал, что такое динозавр. Достаточно было понимать, что в мире когда-то обитали существа, разительно отличающиеся от тех, что мы можем видеть сегодня.

Эннинг не только отличалась умением отыскивать окаменелости – хотя в этом ей не было равных, – но она к тому же извлекала их с величайшей тщательностью и без повреждений. Если у вас когда-нибудь появится возможность посетить зал древних морских рептилий в лондонском Музее естественной истории, я призываю вас не упускать этот шанс, ибо только так вы сможете по достоинству оценить масштабы и красоту работ этой молодой женщины, выполненных практически без всякой помощи самыми простыми инструментами в невероятно трудных условиях. Один только плезиозавр занял десять лет терпеливых раскопок. Не имея профессиональной подготовки, Эннинг могла со знанием дела нарисовать или описать свои находки ученым. Однако при всем ее умении важные находки случались редко, и большую часть жизни она провела в бедности.

В истории палеонтологической науки трудно представить себе фигуру в большей мере обделенную вниманием, чем Мэри Эннинг, но в действительности был еще один человек, про которого, к большому сожалению, можно сказать почти то же самое. Его звали Гидеон Алджернон Мантелл, и был он сельским врачом в графстве Сассекс.

Долговязый тощий Мантелл обладал всеми возможными недостатками – был тщеславен, эгоцентричен, самодоволен, не заботился о семье, но такого энтузиаста палеонтологии среди любителей еще не было. Ему также повезло с женой, преданной и внимательной. В 1822 году, когда он у себя в Сассексе посещал пациента, миссис Мантелл прогуливалась поблизости по тропинке и в куче щебня, оставленного для засыпки рытвин, увидела странный предмет – кривой коричневый камешек размером с небольшой грецкий орех. Зная интерес своего мужа к ископаемым предметам и подумав, что это один из них, она взяла его с собой. Мантелл сразу понял, что это окаменелый зуб, и после недолгого исследования убедился, что он принадлежал животному из числа травоядных рептилий, необычайно крупному – 3 метра длиной, жившему в меловой период. Он оказался прав по всем пунктам; но это были смелые выводы, потому что ничего подобного ранее не встречали и даже не представляли.

Понимая, что находка полностью перевернет представления о прошлом, и следуя увещеваниям своего друга, преподобного Уильяма Бакленда – того самого, в мантии и со своеобразным аппетитом, – работать осторожнее, Мантелл посвятил 3 года кропотливым поискам свидетельств, подтверждающих его выводы. Он отправил зуб в Париж Кювье, желая узнать его мнение, но великий француз отмахнулся, заявив, что это зуб гиппопотама. (Впоследствии Кювье великодушно извинился за эту не характерную для него ошибку.) Однажды, работая в Хантеровском анатомическом музее, Мантелл разговорился с коллегой, который сказал, что этот зуб очень похож на зубы животных, которых он изучает, – южно-американских игуан. Быстро проведенное сравнение подтвердило сходство. И в результате описанное Мантеллом существо стало игуанодоном, по имени греющейся в тропиках ящерицы, с которой оно никаким образом не было связано.

Мантелл подготовил доклад для отправки в Королевское общество. К несчастью, выяснилось, что в каменоломне в Оксфордшире уже нашли другого динозавра, и он только что был формально описан преподобным Баклендом, который еще недавно убеждал Мантелла не торопиться. Это был мегалозавр; название было в действительности подсказано Бакленду его другом доктором Джеймсом Паркинсоном, бывшим радикалом, давшим имя болезни Паркинсона. Напомним, что Бакленд в первую очередь был геологом, и это проявилось в его докладе о мегалозавре. В сообщении, опубликованном в «Трудах Лондонского геологического общества», он отмечал, что зубы существа не соединялись непосредственно с челюстной костью, как у ящериц, а помещались в гнездах, как у крокодилов. Но, отметив это, Бакленд не понял, что это означало, а именно, что мегалозавр принадлежал к совершенно новому типу живых существ. И все же, хотя его доклад свидетельствовал о небольшой наблюдательности и проницательности, он содержал первое опубликованное описание динозавра – так что честь открытия этой древней линии живых существ принадлежит Бакленду, а не значительно более заслуживающему ее Мантеллу.

Еще не зная, что в жизни его ждут сплошные неприятности, Мантелл продолжал искать окаменелости – в 1833 году он нашел еще одного гиганта, хилеозавра, – а также покупать их в каменоломнях и у фермеров, пока не собрал, пожалуй, самую крупную коллекцию ископаемых останков в Британии. Мантелл был отличным врачом и не менее одаренным охотником за костями, но ему было не под силу поддерживать оба свои таланта. Увлекшись собирательством, он забросил врачебную практику. Скоро ископаемые заполонили почти весь его дом в Брайтоне и поглотили большую часть его доходов. Порядочная сумма ушла на издание книг, которые мало кто хотел покупать. Изданной в 1827 году книги «Иллюстрации геологии Сассекса» удалось продать лишь пятьдесят экземпляров, что принесло Мантеллу убытки в размере 300 фунтов стерлингов – очень большую сумму по тем временам.

С отчаяния Мантелл ухватился за мысль превратить свой дом в музей и брать плату за вход, но позднее осознал, что такой меркантильный подход подорвет его репутацию джентльмена, не говоря уж о репутации ученого; так что он позволял людям посещать свой дом бесплатно. Они приходили сотнями, неделя за неделей, разрушая его врачебную практику и домашнюю жизнь. В конце концов, чтобы рассчитаться с долгами, он был вынужден продать большую часть своей коллекции. А вскоре после этого, забрав с собой четверых детей, от него ушла жена.

Удивительно, но этим его беды только начинались.

В южной части Лондона в районе Сайденхэм в парке Хрустального дворца есть необычная забытая достопримечательность: первые в мире макеты динозавров в натуральную величину. В наши дни сюда мало кто заглядывает, но когда-то это было одно из самых посещаемых мест Лондона. Как заметил Ричард Форти, по существу, это был первый в мире тематический парк. Очень многое в этих моделях не вполне корректно. Палец игуанодона помещен на носу, наподобие рога, а само животное стоит на 4 крепких ногах, что придает ему вид довольно упитанного, несоразмерно большого пса. (В жизни игуанодоны не ползали на 4 лапах, а были двуногими.) Глядя на них теперь, вряд ли подумаешь, что эти странные неуклюжие существа могли вызвать столько злобы и горечи, как это получилось на деле. Но, пожалуй, ничто в естественной истории не стало средоточием такой лютой неослабевающей вражды, чем эта линия древних существ, известных под именем динозавров.

Во время сооружения моделей динозавров Сайденхэм находился на окраине Лондона, и его просторный парк сочли идеальным местом для воссоздания знаменитого Хрустального дворца, сооружения из стекла и металла, служившего главным украшением Всемирной выставки 1851 года, откуда парк, собственно, и получил свое название. Сделанные из бетона динозавры служили своего рода дополнительным аттракционом. В канун нового, 1853 года внутри незавершенного игуанодона для двадцати одного видного ученого был устроен знаменитый обед. Гидеона Мантелла, нашедшего и описавшего игуанодона, среди них не было. Во главе стола восседала величайшая знаменитость молодой науки палеонтологии. Его звали Ричард Оуэн, и к тому времени он уже несколько лет успешно превращал жизнь Гидеона Мантелла в сущий ад.

Оуэн вырос на севере Англии, в Ланкастере, где получил медицинское образование. Он был прирожденным анатомом и так любил это занятие, что порой тайком забирал домой конечности, органы и другие части трупов, чтобы не спеша их препарировать. Однажды идя с сумкой, в которой была только что отсеченная им голова чернокожего матроса, Оуэн поскользнулся на мокрой мостовой и с ужасом увидел, как голова, подпрыгивая, катится вниз по проулку в открытые двери дома и вкатывается в переднюю. Что сказали обитатели дома, увидя подкатившуюся к их ногам отсеченную голову, остается только догадываться. Возможно, они даже не успели толком испугаться, поскольку мгновение спустя туда с озабоченным видом ворвался молодой человек, не говоря ни слова, забрал голову и тут же убежал.

В 1825 году, когда ему был всего двадцать один год, Оуэн переезжает в Лондон, и вскоре Королевский колледж хирургов поручает ему помочь привести в порядок обширную, но неорганизованную коллекцию медицинских и анатомических образцов. Большую часть из них оставил учреждению Джон Хантер, выдающийся хирург и неутомимый собиратель медицинских диковинок, но их никогда не каталогизировали и не систематизировали, главным образом, потому, что вскоре после смерти Хантера пропали документы, поясняющие значение и смысл каждого экспоната.

Оуэн очень скоро выделился своими организаторскими и дедуктивными способностями. Одновременно он проявил себя незаурядным анатомом, почти не уступая работавшему в Париже великому Кювье в способности реконструировать ископаемых животных. Он стал таким видным экспертом по анатомии животных, что ему первому предлагали для вскрытия умерших зверей из Лондонского зоосада и неизменно доставляли их ему на дом. Однажды его жена, вернувшись домой, обнаружила заполнившую всю переднюю тушу недавно околевшего носорога. Оуэн быстро стал ведущим экспертом по всем видам животных, существующим и вымершим – от утконосов, ехидн и других только что открытых сумчатых до злополучных дронтов[78] и вымерших гигантских птиц моа, бродивших по Новой Зеландии, пока их всех не съели местные обитатели – маори. Он первым описал археоптерикса после его открытия в Баварии в 1861 году и первым написал официальную эпитафию на дронтов. Всего им написано около шестисот статей по анатомии – поразительный объем работы.

Но помнят Оуэна прежде всего по трудам о динозаврах. Это он в 1841 году придумал слово «динозавр». Оно означает «ужасная ящерица» и является на удивление неподходящим. Динозавры, как мы теперь знаем, далеко не все были ужасными – некоторые не больше кролика и, вероятно, вели себя чрезвычайно скрытно; к тому же они вовсе не были ящерицами, которые на самом деле принадлежат к значительно более ранней (на 30 млн лет) линии. Оуэн точно знал, что эти существа были пресмыкающимися, и в его распоряжении было отличное греческое слово «герпетон», но он почему-то предпочел не пользоваться им. Другая, более простительная ошибка (с учетом тогдашней нехватки образцов) заключалась в том, что он не заметил, что динозавры составляют не одну, а две ветви рептилий: птицетазовых и ящеротазовых.

Оуэн не был привлекательной личностью ни внешне, ни по характеру. На фотоснимке, сделанном в зрелые годы, он выглядит мрачно и зловеще, ни дать ни взять – злодей из мелодрамы викторианских времен: длинные прямые волосы, глаза навыкате – такой физиономией только детей пугать. Держался он холодно и надменно, а для достижения своих целей не брезговал ничем. Он был единственным, кого ненавидел Чарлз Дарвин. Даже сын Оуэна (рано покончивший с собой) ссылался на «достойное сожаления бессердечие» отца.

Его несомненный анатомический дар давал возможность совершать самые бесстыдные мошенничества и выходить сухим из воды. В 1857 году натуралист Т. Г. Гексли, листая свежий номер журнала Churchill's Medical Directory, обнаружил, что Оуэн числится профессором сравнительной анатомии и физиологии Государственного горного училища, что весьма его удивило, потому что это была должность, которую занимал сам Гексли. Когда он стал наводить в издательстве справки, откуда взялась такая явная ошибка, ему ответили, что эти сведения были им предоставлены лично доктором Оуэном. Между тем другой коллега-натуралист, Хью Фальконер, поймал Оуэна на том, что тот приписал себе одно из его открытий. Другие обвиняли его в том, что он заимствовал образцы, а потом уверял, что не брал. Оуэн даже ввязался в ожесточенный спор с дантистом королевы о приоритете в отношении теории физиологии зубов.

Он без стеснения преследовал тех, кого не любил. В начале карьеры Оуэн использовал свое влияние в Зоологическом обществе, чтобы забаллотировать молодого ученого Роберта Гранта, единственная вина которого состояла в том, что он подавал надежды стать хорошим анатомом. Грант с удивлением узнал, что ему вдруг отказали в доступе к анатомическим образцам, которые требовались для его исследований. Оказавшись не в состоянии продолжать работу, он, понятное дело, канул в безвестность.

Но никто не пострадал от недоброго внимания Оуэна больше, чем несчастный и все более трагически неудачливый Гидеон Мантелл. Потеряв жену и детей, врачебную практику и большую часть своей коллекции ископаемых, Мантелл переехал в Лондон. Там в 1841 году – в роковой для него год, в котором Оуэн достиг вершин славы благодаря открытию и описанию динозавров, – Мантелл попал в ужасную дорожную катастрофу. Проезжая в экипаже по кварталу Клэпэм Коммон, он каким-то образом упал со своего места, запутался в поводьях, а пустившиеся галопом испуганные лошади потащили его по неровной земле. После этой беды он остался калекой с неизлечимо поврежденным позвоночником, причинявшим постоянные мучительные боли. Воспользовавшись беспомощным состоянием Мантелла, Оуэн стал методично исключать из документов упоминания о его вкладе в науку, переименовывая виды, названные Мантеллом многими годами раньше, и приписывая себе приоритет их открытия. Мантелл продолжал попытки самостоятельных исследований, но Оуэн, используя свое влияние в Королевском обществе, добивался отклонения большинства его статей. В 1852 году будучи не в состоянии дальше выносить боль и гонения, Мантелл покончил с собой. Его изуродованный позвоночник отправили в Королевский колледж хирургов, где он – вот вам и ирония – попал в руки Оуэна, директора принадлежавшего колледжу Хантеровского музея.

Но надругательства и на этом не закончились. Вскоре после смерти Мантелла в «Литерари газетт» появился некролог, привлекший внимание своей неблагожелательностью. В нем Мантелл характеризовался как посредственный анатом, чей скромный вклад в палеонтологию к тому же ограничивался «нехваткой точных знаний». Некролог даже отнимал у него открытие игуанодона и приписывал его, среди прочего, Кювье и Оуэну. Хотя заметка была без подписи, слог был оуэновский и никто в мире естественных наук не питал сомнений в отношении ее авторства.

И все же к этому времени грехи Оуэна стали выплывать наружу. Его падение началось, когда комитет Королевского общества – комитет, председателем которого, так уж получилось, оказался он сам, – решил присудить ему высшую награду, Королевскую медаль за доклад о вымершем моллюске, названном белемнитом. «Однако, – как отмечает Дебора Кэдбери[79] в своем блестящем повествовании о том периоде «Ужасная ящерица», – этот труд не был таким оригинальным, как представлялось». Оказалось, что белемнит был открыт четырьмя годами ранее натуралистом-любителем Чанингом Пирсом, и об открытии было обстоятельно доложено на собрании Геологического общества. Оуэн присутствовал на этом собрании, но умолчал об этом, когда представлял собственный доклад Королевскому обществу, в котором не случайно переименовал данное живое существо в свою честь – Belemnites owenii. Хотя медаль Оуэну оставили, этот эпизод навсегда запятнал его репутацию даже в среде немногих сохранившихся сторонников.

В конечном счете Гексли удалось сделать с Оуэном то, что Оуэн делал со многими другими: он добился того, что Оуэна забаллотировали при выборах в советы и Зоологического, и Королевского обществ. И последним возмездием стало избрание Гексли новым профессором Хантеровского музея Королевского колледжа хирургов.

Оуэн больше не сделал ни одного значительного исследования, но вторую половину своей карьеры посвятил весьма достойному делу, за которое все мы можем быть ему благодарны. В 1856 году он возглавил отдел естественной истории Британского музея и в этом качестве стал одним из главных инициаторов создания лондонского Музея естественной истории. Открытая в 1880 году в Южном Кенсингтоне величественная, милая сердцу готическая громадина – почти в точности соответствует его замыслу.

До Оуэна музеи предназначались, главным образом, для пополнения знаний элиты, и даже этим высшим слоям было непросто получить туда доступ. В первое время желавшие посетить Британский музей должны были подать письменное прошение и пройти краткое собеседование, чтобы определить, можно ли их вообще допускать сюда. Затем они должны были прийти сюда второй раз, чтобы получить билет – разумеется, если они успешно прошли собеседование, – и, наконец, прийти в третий раз, чтобы увидеть сокровища музея. Но даже в этом случае их без задержки проводили группами, не позволяя отставать. Оуэн вознамерился открыть двери всем, вплоть до поощрения рабочих приходить в музей по вечерам, а большую часть музейной площади выделить под общедоступные выставки. Он даже внес довольно радикальное предложение сделать к каждому экспонату пояснительные таблички, чтобы посетители понимали, что они рассматривают. Но против этого довольно неожиданно выступил Т. Г. Гексли, считавший, что музеи – это, прежде всего, научно-исследовательские учреждения. Превратив Музей естественной истории в общедоступное учреждение, Оуэн изменил наши представления о том, для чего должны быть предназначены музеи.

И все же его альтруизм в отношении начинающих ученых в целом не изменил его личной неприязни к соперникам. Одним из последних его деяний была закулисная кампания с целью сорвать предложение об установке статуи Чарлза Дарвина. Эта затея ему не удалась – но в конечном счете он все же нечаянно восторжествовал. Сегодня его статуя возвышается на самом видном месте в конце лестницы, ведущей в главный зал Музея естественной истории, тогда как Дарвин и Т. Г. Гексли загнаны в углы музейного буфета, откуда сурово взирают на посетителей, подкрепляющихся чашкой чая и донатсами с повидлом.

Не без оснований можно было бы думать, что мелкие интриги Роберта Оуэна ознаменовали собой низшую точку палеонтологии девятнадцатого века, но в действительности худшее было еще впереди, на этот раз по другую сторону океана. В последние десятилетия века в Америке разгорелось соперничество куда более захватывающее и ожесточенное, хотя и не столь пагубное. Оно завязалось между двумя странными и безжалостными людьми – Эдвардом Дринкером Коупом и Отниэлем Чарлзом Маршем.

У них было много общего. Оба были избалованны, нетерпеливы, эгоцентричны, сварливы, завистливы, подозрительны и по большому счету несчастливы. И между тем они в корне изменили весь мир палеонтологии.

Поначалу они были друзьями, испытывали взаимное восхищение и даже называли виды ископаемых именами друг друга; в 1868 году они вместе приятно провели целую неделю. Однако что-то тогда прошло не так – никто не знает, что именно, – и на следующий год между ними возникла неприязнь, которая в последующие 3 десятилетия переросла во всепоглощающую ненависть. Пожалуй, можно смело утверждать, что в области естественных наук не было двух людей, которые бы до такой степени ни во что не ставили друг друга.

Марш был восемью годами старше, замкнутый, оторванный от жизни, с аккуратно подстриженной бородой и щегольскими манерами. В поле он бывал мало, и ему редко везло с находками. Посетив знаменитое кладбище динозавров в Комо Блафф, штат Вайоминг, он умудрился не найти костей, которые, по словам одного историка, «валялись там повсюду, словно дрова». Но он располагал средствами, чтобы покупать практически все, что пожелает. Хотя сам он происходил из скромной семьи – отец был фермером в штате Нью-Йорк, – его дядюшкой был страшно богатый и на удивление снисходительный финансист Джордж Пибоди. Когда Марш проявил интерес к естественной истории, Пибоди построил ему в Йеле музей и предоставил достаточно средств для того, чтобы пополнять его почти всем, на что была способна фантазия.

Коуп с детства находился в более привилегированном положении – его отец был богатым филадельфийским бизнесменом, – и в этой паре он был намного смелее и предприимчивее. Летом 1876 года в Монтане, когда Джордж Армстронг Кастер и его войска погибали в бою у реки Литтл-Биг-Хорн, Коуп неподалеку был занят поиском костей. Когда ему указали, что, пожалуй, теперь не самое подходящее время собирать сокровища индейских земель, Коуп, минуту подумав, решил, что бы ни случилось, продолжать работу. Слишком удачным был сезон. Однажды он наткнулся на группу глядевших на него с подозрением индейцев племени кроу, но ему удалось завоевать их симпатии, вынимая изо рта и вставляя обратно искусственную челюсть.

Лет десять взаимная неприязнь Марша и Коупа главным образом выливалась в форму отдельных выпадов, но в 1877 году она приобрела грандиозные масштабы. В тот год учитель из штата Колорадо Артур Лейке, бродя с приятелем по окрестностям поселка Моррисон, обнаружил кости. Сочтя, что они принадлежали «гигантскому ящеру», Лейке позаботился послать образцы и Маршу, и Коупу. Обрадованный Коуп послал Лейксу за хлопоты 100 долларов и попросил его никому не говорить о своем открытии, особенно Маршу. Лейке в полном замешательстве обратился к Маршу с просьбой переслать кости Коупу. Марш просьбу выполнил, но такого оскорбления не мог забыть до конца своих дней.

Этот случай также ознаменовал начало войны между ними, которая со временем становилась все более ожесточенной, отмеченной закулисными интригами, и зачастую принимала нелепые формы. Порой доходило до того, что землекопы обоих исследователей швыряли друг в друга камнями. Однажды Коупа застали за тем, что он рылся в ящиках, принадлежавших Маршу. Оба обменивались оскорблениями в печати и хулили результаты работ друг друга. Редко – возможно, никогда больше – наука не развивалась так стремительно и успешно, движимая ненавистью. За несколько следующих лет эти два человека увеличили число найденных в Америке видов динозавров с 9 до почти 150.[80] Большинство динозавров, названия которых обычно приходят на память – стегозавры, бронтозавры, диплодоки, трицератопсы – были найдены одним из них*.

--

* (Достойным внимания исключением является тираннозавр, найденный в 1902 году Барнумом Брауном. (На самом деле первые останки тираннозавра были найдены именно Коупом в 1892 году. Он назвал находку Manospondylus gigas. Второй и третий образцы нашел Браун в 1900 и 1902 годах. По находкам Брауна в 1905 г. его руководитель Генри Осборн официально описал вид Tyrannosaurus rex. Однако с находкой Коупа его долгое время не сопоставляли. Позднее Браун нашел еще 3 образца тираннозавра, в том числе в 1908 г. почти полный скелет. Приоритет Коупа стал ясен в 1916 г., когда Осборн отождествил Tyrannosaurus rex и Manospondylus gigas. Однако переименовывать вид не стали, поскольку он уже был широко известен публике. – Прим. научн. ред.)

 

К сожалению, работая в спешке, они часто не замечали, что новое открытие было чем-то уже известным. Достаточно сказать, что им удалось «открыть» вид, названный Uintatherum anceps, не менее 22 раз.[81] Потребовались годы, чтобы разобраться в оставленных ими классификационных дебрях. Некоторая часть остается неразобранной по сию пору.

Из них двоих научное наследие Коупа было намного значительнее. За поразительно напряженную исследова тельскую карьеру он написал около тысячи четырехсот научных работ и описал почти тысячу триста новых видов ископаемых (всех типов, не только динозавров) – по обоим параметрам вдвое больше, чем Марш. Коуп сделал бы больше, но, к несчастью, в последние годы жизни судьба его круто покатилась по наклонной. Унаследовав в 1875 году состояние, он неблагоразумно вложил его в серебро и потерял все. В итоге он остался жить в комнатке одного из филадельфийских пансионов в окружении книг, бумаг и костей. Марш, наоборот, доживал свой век в роскошном особняке в Нью-Хейвене. Коуп скончался в 1897 году, Марш двумя годами позже.

В последние годы Коупом овладела еще одна любопытная навязчивая идея. Он всерьез захотел быть объявленным типичным экземпляром вида Homo sapiens – другими словами, чтобы его скелет официально был признан характерным для человеческого рода. Обычно типичным образцом вида является первый найденный набор костей, но, поскольку первого набора костей Homo sapiens не существует, оставалась вакансия, которую пожелал заполнить собой Коуп. Это было странное и тщеславное желание, но оснований для отказа ни у кого не нашлось. С этой целью Коуп завещал свой прах Уистаровскому институту, научному обществу в Филадельфии, созданному на пожертвования наследников вездесущего Каспара Уистара. К сожалению, когда скелет Коупа препарировали и собрали, обнаружилось, что в нем присутствуют следы начальной стадии сифилиса, особенность, которую вряд ли захотела бы сохранить в своем типичном образце какая-либо раса. Так что прошение и скелет Коупа тихо отправили на полку. А типичного образца современного человека до сих пор нет.

Что касается остальных участников этой драмы, то Оуэн умер в 1892 году, за несколько лет до Коупа и Марша. Бакленд помешался и кончил свои дни жалким обитателем сумасшедшего дома в Клэпэме, неподалеку от того места, где в результате дорожной катастрофы стал калекой Мантелл. Изуродованный позвоночник Мантелла еще почти сто лет оставался экспонатом Хантеровского музея, пока его милосердно не уничтожила немецкая бомба во время воздушных налетов на Лондон. Остатки коллекции Мантелла после его смерти перешли к детям, и многое из нее взял с собой эмигрировавший в Новую Зеландию в 1840 году его сын Уолтер. Уолтер стал важным новозеландцем и в конце концов занял пост министра по делам коренного населения. В 1865 году он передал главные образцы из отцовской коллекции, включая знаменитый зуб игуанодона, в дар Колониальному музею в Веллингтоне (ныне Музей Новой Зеландии), где они с тех пор и находятся. Зуб игуанодона, с которого все началось – можно думать, самый главный зуб в палеонтологии, – больше не выставляется.

Разумеется, со смертью главных охотников за окаменелостями девятнадцатого века погоня за динозаврами не закончилась. В действительности, ее поразительные масштабы еще только начинали вырисовываться. В 1898 году, выпавшем между кончинами Коупа и Марша, у места, названного Боун Кэбин Куорри («карьер у хижины из костей»), всего в нескольких милях от основных раскопок Марша в Комо Блафф, штат Вайоминг, обнаружилась находка, намного превосходившая все, что встречалось раньше. Там были сотни и сотни окаменелых костей, выступающих из холмов в результате выветривания. Их было так много, что кто-то построил из них хижину – отсюда и название места. За первые два сезона на площадке раскопали 400 центнеров древних костей, и потом еще 6 лет к ним добавлялись по нескольку тонн в год.

В результате к началу XX века в распоряжении палеонтологов были в буквальном смысле тонны древних костей. Проблема заключалась в том, что не было ни малейшего представления об их возрасте. Хуже того, общепринятые представления о возрасте Земли не могли вместить в прошлом все эти эры и периоды. Если Земля действительно имела возраст всего лишь 20 млн лет или около того, как утверждал великий лорд Кельвин, тогда целые отряды древних существ появлялись и исчезали практически в течение одного геологического мгновения. Это было полной бессмыслицей.

Помимо Кельвина другие ученые тоже брались за решение проблемы и приходили к выводам, которые лишь добавляли неопределенности. Сэмюэль Хотон, пользовавшийся заслуженным уважением геолог из Колледжа Святой Троицы в Дублине, объявил, что, по его оценкам, возраст Земли составляет 2300 млн лет – много больше, чем когда-либо предполагалось. Когда на это обратили его внимание, он, пользуясь теми же данными, произвел перерасчет и назвал цифру в 153 млн лет. Джон Джоли[82] из того же колледжа решил развить идею Эдмунда Галлея об океанской соли, но его метод был основан на таком обилии ошибочных предположений, что он безнадежно запутался. По его подсчетам, Земле было 89 млн лет – возраст, который приближался к предположениям Кельвина, но, к сожалению, был далек от реальности.

Неразбериха достигла таких масштабов, что к концу XIX века, в зависимости от того, в какой труд вы заглядывали, время, отделявшее нас от появления сложных форм жизни в кембрийский период, исчислялось 3 млн, 18 млн, 600 млн, 794 млн или 2,4 млрд лет – или любым значением в этих пределах. Даже в 1910 году одной из наиболее надежных считалась оценка, сделанная американцем Джорджем Беккером, по которой возраст Земли составлял около 55 млн лет.

И как раз, когда вопрос, казалось, уже был бесповоротно запутан, на сцену вышла новая выдающаяся фигура с совершенно новым подходом. Ею оказался выросший на новозеландской ферме грубовато-добродушный, но обладавший блестящим умом Эрнест Резерфорд. Он представил неоспоримые доказательства того, что возраст Земли насчитывает по крайней мере многие сотни миллионов лет, если не больше.

Примечательно, что его доказательство основывалось на алхимии – естественной, спонтанной, научно достоверной и совсем не оккультной, но тем не менее алхимии. Оказалось, что Ньютон в конечном счете не был так уж не прав. Но о том, как именно это было доказано, речь, разумеется, пойдет отдельно.

 

7

ПРОСТЕЙШИЕ ВЕЩЕСТВА

 

Часто говорят, что серьезной и респектабельной наукой химия стала с 1661 года, когда Роберт Бойль из Оксфордского университета опубликовал «Сомневающегося химика» – первую книгу, где проводилось различие между химиками и алхимиками, но переход к ней был медленным и зачастую беспорядочным. Еще в восемнадцатом веке ученые мужи, как это ни странно, могли комфортно чувствовать себя в обоих лагерях. Например, немец Иоганн Бехер, выпустивший безукоризненно серьезный труд по минералогии, озаглавленный «Physica Subterranea», в то же время был убежден, что при наличии соответствующих материалов может сделать себя невидимым.

Пожалуй, самым типичным примером странностей и зачастую случайной природы химической науки в тот ранний период служит открытие, сделанное в 1675 году немцем Хеннигом Брандом. Бранд почему-то внушил себе, что золото можно выделить из человеческой мочи. (Возможно, сходство цвета послужило основой для такого вывода.) Он собрал 50 ведер человеческой мочи и много месяцев хранил у себя в подвале. Различными непонятными процессами он превращал мочу сначала в некую ядовитую тестообразную массу, а затем в просвечивающее вещество, похожее на воск. Разумеется, никакого золота из всего этого не получилось, но случилась непонятная и забавная штука. Спустя какое-то время вещество стало светиться. Более того, когда его выставляли на воздух, оно часто самовоспламенялось.

Предприимчивые деловые люди не упустили из виду коммерческий потенциал полученного вещества, которое вскоре стало известно как фосфор – от греческого и латинского корней, означающих «несущий свет». Однако сложность производства делала его слишком дорогим для употребления. Розничная цена унции (28 грамм) фосфора достигала 6 гиней – около 300 фунтов стерлингов в нынешних ценах – другими словами, он был дороже золота.[83]

Сначала поставлять сырье были призваны солдаты, но такой порядок вряд ли способствовал производству в промышленных масштабах. В 1769 году шведский химик Карл Шееле разработал способ производства фосфора в больших количествах без луж и запаха мочи. В значительной мере именно благодаря овладению методом получения фосфора Швеция стала, и остается, ведущим производителем спичек.[84]

Шееле был необыкновенным человеком и, вместе с тем, необыкновенно невезучим. Будучи скромным фармацевтом, почти не имея доступа к сложному оборудованию, он открыл восемь элементов – хлор, фтор, марганец, барий, молибден, вольфрам, азот и кислород – и не удостоился признания ни по одному из этих открытий. Во всех случаях на его открытия либо не обратили внимания, либо они были опубликованы после того, как кто-то другой сделал такое же открытие независимо. Он также открыл много полезных соединений, в том числе аммиак, глицерин и дубильную кислоту, а также первым понял промышленное значение хлора как отбеливателя – словом, сделал открытия, чрезвычайно обогатившие других людей.

Одной из достойных упоминания слабостей Шееле была курьезная страсть попробовать на вкус все, с чем он имел дело, включая такие заведомо неприемлемые вещества, как ртуть и синильная кислота (еще одно из его открытий) – соединение, имеющее настолько дурную славу, что 150 лет спустя Эрвин Шредингер выбрал его в качестве яда для своего знаменитого мысленного эксперимента. В конце концов нетерпеливость Шееле обернулась против него. В 1786 году в возрасте всего сорока трех лет его нашли мертвым на своем рабочем месте в окружении массы ядовитых химических реактивов, каждый из которых мог служить объяснением застывшего на лице его потрясенного выражения.

Будь мир справедливым и говорящим по-шведски, Шееле пользовался бы всеобщим восторженным признанием. А так рукоплескания в основном доставались более знаменитым химикам, главным образом из англоязычного мира. Шееле открыл кислород в 1772 году но из-за различных досадных осложнений не смог вовремя опубликовать свое сообщение. Поэтому честь открытия досталась Джозефу Пристли, который сделал его независимо, но позднее, летом 1774 года. Еще более удивительной была неудача Шееле с признанием открытия хлора. Почти все учебники до сих пор приписывают открытие хлора Гемфри Дэви, который действительно обнаружил его, но через 36 лет после Шееле.[85]

Хотя за столетие, отделявшее Шееле, Пристли и Генри Каведиша от Ньютона и Бойля, химия прошла большой путь, впереди ей предстояло пройти не меньше. До самых последних лет восемнадцатого века (а что касается Пристли, то и немного позднее) ученые повсюду искали и порой думали, что нашли, вещи, которых просто не существовало: испорченный воздух, дефлогистированные морские кислоты, флоксы, калксы, болотные миазмы и, прежде всего, флогистон, субстанцию, которая считалась активным началом горения.[86] Где-то среди всего этого, как считали, также скрывалась таинственная elan vital – сила, вызывавшая к жизни неживые объекты. Никто не знал, где находится эта неземная субстанция, но две вещи представлялись вероятными: что можно оживлять электрическим разрядом (идея, которую сполна использовала Мэри Шелли в своем романе «Франкенштейн») и что эта субстанция содержится в одних веществах и отсутствует в других, – вот почему в итоге мы имеем два раздела химии: органическую (для веществ, в которых, как считали, субстанция жизни имелась) и неорганическую (для веществ, в которых ее не было).

Чтобы проложить химии путь в новый век, требовался кто-то с чрезвычайно проницательным умом, и такой человек нашелся во Франции. Его звали Антуан-Лоран Лавуазье. Лавуазье родился в 1743 году в семье мелкого дворянина (титул для семьи купил отец). В 1768 году Лавуазье вступил в долевое участие в глубоко ненавидимом населением предприятии, носившем название Ferme Generale («Генеральный откуп» – компании, которая от имени правительства собирала налоги и пошлины), иными словами, он стал откупщиком. И хотя сам Лавуазье, судя по всем отзывам, был мягким и справедливым человеком, компания этими качествами не отличалась. Прежде всего, она облагала налогами не богатых, а лишь бедных, к тому же зачастую весьма произвольно. Лавуазье это предприятие привлекало тем, что обеспечивало богатство, позволявшее посвятить себя главному увлечению – науке. В лучшие времена его личные доходы достигали 150 тысяч ливров в год – около 12 млн фунтов стерлингов нынешними деньгами.

Спустя три года после начала своего доходного дела он женился на 14-летней дочери одного из своих боссов. Брак стал подлинным соединением сердец и умов. Мадам Лавуазье была весьма сообразительна и скоро плодотворно трудилась наравне с супругом. Несмотря на загруженность работой и светскими обязанностями, им удавалось почти ежедневно уделять 5 часов науке – 2 рано утром и 3 вечером, а также все воскресенья, которые они называли jour de bonheur (днями счастья). Кроме того, Лавуазье каким-то образом ухитрялся находить время исполнять обязанности инспектора пороховых дел, руководить возведением стены вокруг Парижа для сдерживания контрабанды, участвовать в создании метрической системы и написании справочника «Система химической номенклатуры», ставшего библией по части названий химических элементов.

Поскольку он был видным членом Королевской академии наук, от него также требовалось быть осведомленным и проявлять живой интерес ко всем злободневным вопросам – гипнотизму, тюремной реформе, дыханию насекомых, водоснабжению Парижа. Именно в этом качестве в 1780 году Лавуазье отрицательно отозвался о новой теории горения, представленной в академию подававшим надежды молодым ученым. Теория действительно была ошибочной, но ученый так никогда и не простил этого Лавуазье. Звали его Жан-Поль Марат.

Единственное, чего не совершил Лавуазье, так это не открыл ни одного элемента. В то время, когда, казалось, почти каждый человек с мензуркой и горелкой и какими-нибудь забавными порошками мог открыть что-то новое – и когда две трети элементов еще предстояло открыть, – Лавуазье не обнаружил ни одного. И дело тут, конечно, не в нехватке мензурок. В лаборатории Лавуазье – лучшей существовавшей частной лаборатории, пожалуй, даже излишне шикарной – их насчитывалось 13 тысяч.

Вместо этого он брал открытия других и осмысливал их значение. Он отверг флогистон и миазмы. Описал свойства кислорода и водорода и присвоил им обоим современные названия. Словом, он был одним из тех, кто привнес в химию точность, ясность и систематичность.

А его поразительное оборудование пришлось тут как нельзя кстати. Многие годы они с мадам Лавуазье занимались крайне трудоемкими исследованиями, требовавшими точнейших измерений. Они, например, установили, что ржавеющий предмет не теряет в весе, как все долгое время считали, а, наоборот, становится тяжелее – поразительное открытие. Ржавеющий предмет каким-то образом привлекал из воздуха частицы. Впервые появилось понимание, что материю можно преобразовать, но нельзя уничтожить.[87] Если вы сейчас сожжете эту книгу, ее вещество превратится в пепел и дым, но общее количество вещества в мире останется тем же. Данный принцип стал известен как сохранение массы. Это была революционная идея. К несчастью, она совпала по времени с другого рода революцией – французской, – в которой Лавуазье оказался совсем не на той стороне.

Он не только был членом ненавистного «Генерального откупа», но и с энтузиазмом возводил стену вокруг Парижа – сооружение настолько противное восставшим гражданам, что они первым делом принялись рушить ее. Подчеркивая это, Марат, ставший в 1791 году влиятельной фигурой в Национальном собрании, заявил, что Лавуазье давно уже пора повесить. Вскоре «Генеральный откуп» был ликвидирован. А немного спустя Марата убила в ванне молодая женщина по имени Шарлотта Корде, которая считала себя несправедливо обиженной. Но для Лавуазье это было уже слишком поздно.[88]

В 1793 году власть террора, и без того значительная, достигла высшей точки. В октябре на гильотину отправили Марию Антуанетту. В следующем месяце, когда Лавуазье с женой строили запоздалые планы бегства в Шотландию, он был арестован. В мае [1794 года] вместе с другими 31 генеральным откупщиком предстал перед революционным трибуналом (в помещении суда возвышался бюст Марата). Восьмерых оправдали, а Лавуазье и других отправили прямиком на площадь Революции (ныне площадь Согласия), где французские гильотины работали особенно интенсивно. Лавуазье видел, как обезглавили его тестя, потом сам поднялся на помост, принимая свою судьбу. Менее чем через три месяца, 27 июля, на том же месте и таким же образом казнили Робеспьера, и террор быстро прекратился.

Через сто лет после смерти Лавуазье в Париже ему был воздвигнут памятник. Им немало восхищались, пока кто-то не обратил внимание, что он совершенно не похож на оригинал. При допросе скульптор признался, что использовал голову математика и философа маркиза Кондорсе – которая, видимо, пропадала зря, – надеясь, что никто этого не заметит, а если и заметит, то не придаст значения. И в отношении последнего он оказался прав. Статуя Лавуазье-Кондорсе простояла еще полвека, до Второй мировой войны, когда однажды утром ее сняли и переплавили вместе с металлоломом.

В начале 1800-х годов в Англии появилась мода вдыхать закись азота, или веселящий газ, после того как обнаружили, что его употребление «сопровождается весьма приятным возбуждением». На следующие полвека он станет излюбленным наркотиком молодежи. Одно ученое объединение – Аскезианское общество,[89] какое-то время увлекалось несколько другим. В театрах устраивались «вечера веселящего газа», где добровольцы могли подкрепиться доброй дозой зелья, а затем потешать публику своими нелепыми движениями.

Лишь в 1846 году закиси азота наконец нашлось полезное применение в качестве обезболивающего средства. Кто знает, сколько десятков тысяч людей напрасно терпели невыносимые страдания под ножами хирургов лишь из-за того, что никто не подумал о самом очевидном практическом применении этого газа.

Я упоминаю об этом, чтобы показать, как химия, столь далеко продвинувшись в восемнадцатом веке, зашла в тупик в первые десятилетия XIX, во многом подобно тому, как это случилось с геологией в первые годы XX. Отчасти это произошло из-за нехватки оборудования – например, до второй половины столетия не было центрифуг, что сильно ограничивало многие виды экспериментов, – а отчасти по социальным причинам. Химия, вообще говоря, была наукой деловых людей, тех, кто имел дело с углем, поташом и красителями, а не джентльменов, которые тяготели к геологии, естественной истории и физике. (В континентальной Европе было слегка иначе, но лишь слегка.) В этом отношении показательно, что одно из важнейших открытий столетия – броуновское движение, установившее подвижную природу молекул, принадлежало не химику, а шотландскому ботанику Роберту Броуну. (В 1827 году Броун заметил, что взвешенные в воде крошечные крупинки цветочной пыльцы находились в постоянном движении, сколько бы времени ни давалось на отстаивание. Причина этого бесконечного движения – а именно воздействие невидимых молекул – долгое время оставалась загадкой.)

Дела пошли бы еще хуже, если бы не один невероятно колоритный персонаж – граф фон Румфорд, который, несмотря на свой пышный титул, появился на свет в 1753 году в Уобурне, штат Массачусетс, просто как Бенджамин Томпсон. Томпсон любил порисоваться, отличался честолюбием, был «хорош обликом и статью», а порой проявлял храбрость и чрезвычайную сообразительность, и в то же время не был обременен такими неудобствами, как сомнения и колебания. В 19 лет он женился на богатой вдове, которая была на 14 лет старше его, но с началом революции в колониях он неблагоразумно встал на сторону лоялистов[90] и одно время шпионил на них. В роковой 1776 год, оказавшись перед угрозой ареста «за равнодушие к делу свободы», он покинул жену и ребенка и удрал от толпы антироялистов, гнавшихся за ним с ведрами горячего дегтя и мешками перьев и всерьез намеревавшихся разукрасить его ими.

Сначала он бежал в Англию, потом в Германию, где служил военным советником при правительстве Баварии и произвел на власти такое впечатление, что в 1791 году его нарекли графом фон Румфорд ом Священной Римской империи. В Мюнхене он также спланировал и разбил знаменитый парк, известный как Английский сад.

В промежутках между этими занятиями он каким-то образом находил время всерьез заниматься чистой наукой. Он стал главным авторитетом в мире в области термодинамики и первым разъяснил принципы конвекции в жидкостях и циркуляцию океанских течений. Он также изобрел множество полезных вещей, включая капельную кофеварку, обогреваемое нижнее белье и один из видов кухонной плиты, до сих пор известный как румфордовская печь. В 1805 году во время одной из поездок во Францию он добился руки мадам Лавуазье, вдовы Антуана-Лорана. Брак не был удачным, и вскоре они расстались. Румфорд остался жить во Франции, где пользовался всеобщим, кроме бывших жен, уважением и умер в 1814 году.

Мы упоминаем здесь о нем в связи с тем, что во время сравнительно краткого пребывания в Лондоне он в 1799 году основал Королевский институт, еще одно из множества ученых обществ, которые как грибы возникали по всей Британии в конце XVIII – начале XIX веков. Одно время это было практически единственное учреждение, активно развивавшее молодую науку химию, и это было почти полностью благодаря блестящему молодому ученому Гэмфри Дэви, который вскоре после принятия в общество был назначен в нем профессором химии и быстро завоевал известность как выдающийся лектор и удачливый экспериментатор.

Заняв свою должность, Дэви вскоре стал один за другим выдавать новые элементы – калий, натрий, магний, кальций, стронций и алюминий*.

--------

* (С названием алюминия случилась забавная история, причиной которой стали не характерные для Дэви колебания. Открыв элемент в 1808 году, он сначала назвал его алюмиум (alumium). Однако спустя четыре года по каким-то причинам передумал и изменил название на алюминум (aluminum). Американцы послушно приняли новый термин, однако многим британцам не понравилось, что слово aluminum нарушает сложившуюся схему именования элементов с окончанием на – ium (sodium – калий, calcium – калий, strontium – стронций). Поэтому они предпочли добавить еще одну гласную, а с ней и дополнительный слог. Теперь в Америке говорят aluminum, а в Великобритании aluminium. А еще в числе достижений Дэви следует назвать изобретение безопасной рудничной лампы для шахтеров.)

Он открыл так много элементов не потому, что его так уж часто посещало вдохновение, а благодаря разработанному им способу воздействия электричеством на жидкое вещество – известному как электролиз. Всего он открыл двенадцать элементов, пятую часть всех известных в то время. Дэви, возможно, сделал бы и больше, но, к несчастью, в молодости он пристрастился к закиси азота, причем до такой степени, что прикладывался к ней по 3–4 раза в день. В конце концов, как считают, в 1829 году газ его и погубил. К счастью, в других местах работали более трезвые люди. В 1808 году суровый квакер по имени Джон Дальтон первым упомянул о природе атома (шаг, о котором речь пойдет чуть дальше), а в 1811 году итальянец, носивший роскошное оперное имя Лоренцо Романо Амадео Карло Авогадро, граф Кваренья и Черрето, сделал открытие, которое в дальнейшем приобретет большое значение – а именно, что два равных объема газа любого вида при одинаковых давлении и температуре будут содержать одинаковое число молекул.

Два факта хочется отметить относительно подкупающего своей простотой закона Авогадро, как его стали называть. Во-первых, он послужил основой для более точного измерения размера и веса атомов. Пользуясь расчетами Авогадро, химики в конечном счете смогли, например, вычислить, что диаметр типичного атома составляет 0,000000008 см, что действительно чрезвычайно мало. А во-вторых, около 50 лет об этом законе почти никто не знал*.

--

* (Этот закон значительно позже привел к принятию так называемого числа Авогадро в качестве основной единицы измерения в химии. Оно соответствует числу молекул в 2,016 грамма водорода или равного объема любого другого газа и составляет 6,0221367* 1023-ужасно большое число. (Строго по современному определению, число Авогадро – это число атомов в 12 граммах изотопа углерода[91] С. В 2002 г. международный комитет CODATA рекомендовал использовать новое уточненное значение числа Авогадро 6,0221415x1023. – Прим. ред.). Студенты-химики всегда любили развлекаться, демонстрируя, насколько велико это число. Так что я могу сообщить, что таким количеством зерен воздушной кукурузы можно было бы покрыть Соединенные Штаты слоем в 15 километров, таким количеством чашек можно было бы вычерпать Тихий океан, а такое же число банок прохладительных напитков, сложенных штабелями, покрыло бы Землю слоем высотой в 300 километров. Такого количества американских центов было бы достаточно, чтобы сделать каждого жителя Земли долларовым миллиардером. Поистине большое число.)

 

Отчасти это случилось потому, что сам Авогадро не отличался общительностью – работал в одиночку, переписывался с учеными-коллегами очень мало, опубликовал мало работ и не бывал в собраниях, – но также причина и в том, что химиков, чтобы их посещать, просто не было, а химических журналов для публикации статей было мало. Это чрезвычайно странный факт. Промышленная революция разворачивалась в значительной мере благодаря прогрессу химии, но при этом на протяжении десятилетий химия едва существовала как сложившаяся наука.

Лондонское химическое общество было основано лишь в 1841 году, а его журнал стал регулярно выходить только в 1848 году. К тому времени большинству научных обществ в Англии – Геологическому, Географическому, Зоологическому, Садоводческому и Линнеевскому (для натуралистов и ботаников) насчитывалось по крайней мере по 20 лет, а в ряде случаев и больше. Конкурирующий Институт химии появился лишь в 1877 году, через год после основания Американского химического общества. Из-за того, что химия так медленно организовывалась, известие о важном открытии Авогадро 1811 года стало общеизвестным лишь после первого международного химического конгресса, состоявшегося в Карлсруэ в 1860 году.

Из-за того, что химики так долго работали обособленно друг от друга, медленно вырабатывались общепринятые обозначения. До второй половины столетия формула Н202 у одного химика могла означать воду, а у другого – перекись водорода. Формула С2Н4 могла означать как этилен, так и болотный газ – метан. Вряд ли можно было найти молекулу, которая бы везде обозначалась единообразно.

Химики также пользовались поразительным количеством символов и сокращений, часто придуманных ими самими. Швед Й. Я. Берцелиус внес в эти дела необходимую меру порядка, установив, что сокращенные названия элементов должны основываться на их греческих или латинских названиях, вот почему аббревиатура для железа – Fe (от латинского ferrum), а для серебра – Ag (от латинского argentum). Тот факт, что многие другие аббревиатуры соответствуют их английским названиям, отражает обилие латинизмов в английском языке, а не его возвеличивание. Для обозначения количества атомов в молекуле Берцелиус применял надстрочную индексацию, например Н20. Позднее без особых причин стали употребляться подстрочные цифровые индексы: Н20.[92]

Несмотря на эпизодические попытки навести порядок во второй половине XIX века, в химии царила известная неразбериха, вот почему всем пришлось по душе появление на научном горизонте несколько странного и немного безумного на вид профессора Петербургского университета Дмитрия Ивановича Менделеева. Менделеев родился в 1834 году в Тобольске, в Западной Сибири, в образованной, достаточно обеспеченной и очень многочисленной семье – настолько многочисленной, что история потеряла точный счет ее членов: в одних источниках говорится, что было 14 детей, в других называется 17.[93] Во всяком случае, все сходятся на том, что Дмитрий был младшим. Но счастье не всегда светило Менделеевым. Когда Дмитрий был еще маленьким, отец, директор местной школы, ослеп, и матери пришлось искать работу. Эта, несомненно, выдающаяся женщина в конечном счете стала управлять преуспевающим стекольным заводом. Все шло хорошо до 1848 года, когда завод сгорел и семья впала в нужду. Преисполненная решимости дать младшенькому образование, неукротимая госпожа Менделеева с юным Дмитрием отправилась на попутных за три тысячи километров в Петербург и устроила сына в Педагогический институт. Измученная трудами, она вскоре умерла.

Менделеев добросовестно закончил учебу и со временем получил должность в университете. Там он проявил себя знающим, но не таким уж выдающимся химиком и больше был известен своими взлохмаченными волосами и бородой, которые подстригал раз в год, нежели своими успехами в лаборатории.

Однако в 1869 году, в возрасте 35 лет, он начал ради интереса пробовать привести элементы в систему. В то время элементы обычно группировали двумя путями – либо по атомному весу (опираясь на закон Авогадро), либо по общим свойствам (например, являются ли они металлами или газами). Прорыв, совершенный Менделеевым, заключался в том, что он увидел возможность объединить и то и другое в одной таблице.

Как часто бывает в науке, этот принцип был фактически предвосхищен тремя годами раньше в Англии химиком-любителем, которого звали Джон Ньюландс. Он высказал мысль, что когда элементы располагают по весу, у них вроде бы гармонично повторяются определенные свойства – на каждом восьмом отсчете шкалы. Несколько неблагоразумно, ибо для такой идеи время еще не пришло. Ньюландс назвал это явление законом октав и связал его с октавами фортепьянной клавиатуры. Возможно, в порядке, предложенном Ньюландсом, был определенный смысл, но сама идея связи с музыкой воспринималась как в корне нелепая, и ее стали широко высмеивать. Бывало, на собраниях некоторые участники, дурачась, интересовались, не сыграют ли его элементы какой-нибудь мотивчик. Обескураженный Ньюландс бросил настаивать на своей идее и скоро совсем исчез из виду.

Менделеев подошел несколько иначе, расположив элементы периодами по семь,[94] но исходя из той же предпосылки. И вдруг идея оказалась блестящей и на удивление перспективной. Поскольку свойства повторялись периодически, открытие стало известно как Периодическая таблица.

Говорят, что Менделеева натолкнул на мысль карточный пасьянс, когда карты располагаются горизонтально по масти и вертикально по старшинству. Используя близкий подход, он расположил элементы по горизонтальным рядам, которые назвал периодами, и вертикальным столбцам, получившим название групп. Тем самым сразу выявлялись одни связи при чтении сверху вниз и другие – при чтении от одного края к другому. Вертикальные столбцы объединяли вещества со сходными свойствами. Так, медь располагается над серебром, а серебро над золотом по причине их химического родства как металлов, а гелий, неон и аргон находятся в одном столбце, где расположены газы. (На деле расположение элементов определяется свойством, называемым электронными валентностями, и если вы хотите в них разобраться, то вам придется поступить на вечерние курсы.) В горизонтальных рядах элементы своим чередом располагаются в возрастающем порядке по количеству протонов в ядрах, которое называется атомным номером.[95]

О строении атомов и важности протонов речь пойдет в следующей главе; а сейчас все, что нужно, так это понять принцип построения: у водорода всего один протон, так что его атомный номер – 1, и он первым стоит в таблице; у урана 92 протона, и его атомный номер – 92. В этом смысле, как отметил Филип Болл,[96] химия – это, по существу, всего лишь дело подсчета. (Между прочим, не следует путать атомный номер с атомным весом, который означает число протонов плюс число нейтронов в данном элементе.)

Но и после открытия периодического закона многое еще предстояло узнать и понять. Водород – самый широко распространенный элемент во Вселенной, и тем не менее никто не догадывался об этом еще 30 лет. Гелий, второй по обилию элемент, был открыт лишь годом раньше – до этого о его существовании даже не подозревали, – да и то не на Земле, а на Солнце, где его обнаружили с помощью спектроскопа во время солнечного затмения, потому он и был назван в честь греческого бога солнца Гелиоса. В лаборатории его не могли выделить до 1895 года. Но при всем том именно благодаря изобретению Менделеева химия теперь твердо стояла на ногах.

Для большинства из нас периодическая таблица – красивая абстракция, а для химиков она сразу установила порядок и ясность, которые вряд ли можно переоценить. «Периодическая таблица химических элементов, несомненно, является самой ясной и простой из систематизирующих таблиц, когда-либо разработанных», – писал Роберт Э. Кребс в «Истории и использовании земных химических элементов», и вы найдете подобные оценки практически в каждом труде по истории химии.

Сегодня мы имеем «120 или около того» известных элементов – 92 встречающихся в природе плюс пара дюжин созданных в лабораториях. Точное их число – вопрос дискуссионный, потому что искусственно синтезированные тяжелые элементы живут лишь миллионные доли секунды, и химики иногда спорят, действительно ли они были обнаружены.[97] Во времена Менделеева было известно всего шестьдесят три элемента, но к его заслугам надо отнести и понимание того, что известные тогда элементы не создают полной картины и что многих частей в ней еще недостает. Его таблица с доставляющей удовлетворение точностью прогнозировала, где будут располагаться элементы, когда их обнаружат.

Кстати, никто не знает, как велико может быть количество элементов, однако об элементах с атомным номером, скажем, в районе 168, можно говорить «исключительно гипотетически»; но вот о чем можно говорить со всей определенностью, так это о том, что все найденное замечательно вписывается в великую систему Менделеева.[98]

Но у XIX века был припасен для химиков еще один, последний важный сюрприз. Все началось в 1896 году с того, что в Париже А. Беккерель нечаянно оставил в ящике стола на фотографической пластинке пакетик с солями урана. Когда он позднее достал пластинку, то с удивлением обнаружил, что соли выжгли в ней следы, как если бы она засветилась. Соли испускали какое-то излучение.

Учитывая важность того, что он обнаружил, Беккерель поступил довольно странно: поручил исследовать это явление одной из аспиранток. К счастью, этой аспиранткой оказалась незадолго до того эмигрировавшая из Польши Мария Кюри. Работая вместе с мужем Пьером, Кюри обнаружила, что определенные виды горных пород постоянно выделяют значительное количество энергии, не уменьшаясь, однако, в размерах и не изменяясь каким-либо заметным образом. Чего ни она, ни ее муж не знали – и чего не знал никто, пока Эйнштейн не объяснил это в следующем десятилетии, – так это того, что данные породы чрезвычайно эффективно превращают массу в энергию. Мария Кюри окрестила этот эффект «радиоактивностью». В процессе работы супруги Кюри также открыли два новых элемента – полоний, названный в честь родины Марии, и радий. В 1903 году супругам Кюри и Беккерелю была совместно присуждена Нобелевская премия по физике. (Мария Кюри в 1911 году получит еще одну премию, в области химии; она единственный человек, получивший премию и по химии, и по физике.)

В Университете Макгилла в Монреале новыми радиоактивными материалами заинтересовался молодой уроженец Новой Зеландии Эрнест Резерфорд. Вместе с коллегой Фредериком Содди он открыл, что в небольших количествах этих веществ заключены огромные запасы энергии и что радиоактивным распадом в значительной мере может объясняться земное тепло. Они также обнаружили, что радиоактивные элементы распадаются на другие элементы – что один день вы имеете, скажем, атом урана, а на следующий день он уже может оказаться атомом свинца. Это было поистине невероятно. Алхимия в чистом виде; никто даже не представлял, что такие вещи могут происходить в природе самопроизвольно.

Прирожденный прагматик, Резерфорд первым увидел возможность практического использования этого явления. Он заметил, что для распада половины любого образца радиоактивного материала всегда требуется одно и то же время – знаменитый период полураспада*, и что неизменное постоянство темпов этого распада можно использовать наподобие часов. Определив нынешний уровень излучения вещества и зная скорость его распада, можно вычислить его возраст. Резерфорд провел опыт над уранинитом, основным элементом урановой руды, и установил, что ему 700 млн лет, то есть намного старше возраста, который большинство людей было готово дать Земле.

--

* (Возможно, вы когда-нибудь задавались вопросом, как атомы определяют, каким 50 % суждено погибнуть, а каким продолжать жить до следующего раза. На это можно ответить, что период полураспада берется просто для удобства подсчета – это своего рода актуарная таблица элементарных частиц. Представьте, что у вас имеется образец вещества с периодом полураспада 30 секунд. Это не означает, что каждый атом образца будет существовать точно 30 секунд, или 60, или 90 секунд, или какое-то точно предназначенное время. Каждый атом фактически будет существовать совершенно произвольный период времени, вовсе не кратный 30; он может просуществовать две секунды, а может продержаться на протяжении нескольких лет, десятилетий или столетий. Никто не в силах этого предсказать. Но зато можно утверждать, что интенсивность исчезновения в целом по образцу такова, что половина атомов исчезает каждые 30 секунд. Это средний темп распада; другими словами, это характеристика, применимая к любой большой выборке. Например, кто-то однажды вычислил, что период полураспада американских десятицентовиков составляет примерно 30 лет.)

 

Весной 1904 года Резерфорд отправился в Лондон прочитать лекцию в Королевском институте, высокочтимой организации, учрежденной графом фон Румфордом всего за 105 лет до этого, в эпоху напудренных париков, которая казалась глубокой древностью в сравнении с работящей выносливостью поздней викторианской эпохи. Резерфорд ехал рассказать о своей новой распадной теории радиоактивности и для иллюстрации вез с собой кусок уранинита.

Учитывая присутствие на заседании престарелого лорда Кельвина (пусть иногда и засыпающего), Резерфорд тактично заметил, что, согласно предположению самого Кельвина, открытие некоего нового источника тепла может полностью изменить его расчеты возраста Земли. Резерфорд нашел такой источник. Благодаря радиоактивности Земля может быть – и, само собой разумеется, была – намного старше 24 млн лет, которые полагались ей согласно последним расчетам Кельвина.

Кельвин одарил лучезарной улыбкой почтительное изложение результата опытов Резерфорда, но, в сущности, и отнесся к нему равнодушно. Он так и не признал пересмотренные цифры и до конца своих дней считал труд о возрасте Земли своим глубочайшим и важнейшим вкладом в науку – намного более значительным, чем труды по термодинамике.

Как и большинство научных революций, новые открытия Резерфорда не встретили единодушного одобрения. В Дублине Джон Джоли до первой половины 1930 годов, то есть до самой смерти, усиленно настаивал, что возраст Земли не превышает 89 млн лет. Других стало волновать то, что Резерфорд отпустил им слишком большой срок. Но даже при использовании радиодатирования, как стали называть измерения времени по радиоактивному распаду, потребовались десятки лет, прежде чем мы получили действительный возраст Земли, составляющий миллиарды лет. Наука была на правильном пути, но еще довольно далека от цели.

Кельвин умер в 1907 году. Этот год был также свидетелем кончины Дмитрия Менделеева. Как и у Кельвина, его плодотворные труды остались далеко в прошлом, но преклонные годы были заметно менее спокойными. С возрастом Менделеев все больше отличался упрямством и эксцентричностью, например, он отказывался признавать существование радиации,[99] электронов и многие другие новые вещи. Последние десятилетия он большей частью сердито хлопал дверьми в лабораториях и лекционных залах по всей Европе. В 1955 году элемент 101 был назван в его честь менделевием. «Подходящее название, – отмечает Пол Стразерн,[100] – это нестабильный элемент».

Радиоактивное излучение, разумеется, продолжало существовать и давало о себе знать такими явлениями, каких никто не ожидал. В начале 1900-х годов у Пьера Кюри стали проявляться первые признаки лучевой болезни – в частности, тупые боли в костях и постоянное недомогание, – которые, несомненно, привели бы к большим неприятностям. Но мы никогда определенно этого не узнаем, потому что в 1906 году он погиб, переходя улицу в Париже, под колесами наехавшего на него экипажа.

Мария Кюри всю оставшуюся жизнь посвятила работе в этой области и весьма преуспела, в 1914 году она принимала участие в создании знаменитого Радиевого института при Парижском университете. Несмотря на две Нобелевские премии, ее так и не избрали в академию наук, в значительной мере из-за того, что после смерти Пьера она вступила в любовную связь с женатым физиком, настолько нескромную, что шокировала даже французов – или, по крайней мере, возглавлявших академию стариков, что, пожалуй, не одно и то же.

Долгое время считалось, что все обладавшее такой чудесной энергией, как радиоактивность, должно быть целительным. Производители зубной пасты и слабительных средств много лет добавляли в свои продукты радиоактивный торий, и по крайней мере до конца 1920-х годов отель «Глен спрингс» в нью-йоркском районе Фингер Лейке (как, несомненно, и многие другие) с гордостью рекламировал лечебные свойства своих «радиоактивных минеральных источников». Радиоактивные вещества было запрещено применять в потребительских товарах лишь в 1938 году. Но это было уже слишком поздно для Марии Кюри, скончавшейся в 1934 году от лейкемии. Радиоактивность оказалась настолько пагубной и долгоживущей, что и теперь ее бумагами, относящимися к 1890-м годам – даже поваренными книгами, – слишком опасно пользоваться. Ее тетради с лабораторными записями хранятся в выстланных свинцом коробках, а желающие их увидеть должны облачиться в защитную одежду.

Благодаря самоотверженной и неосознанно опасной работе первых ученых-атомщиков в начале двадцатого века стало ясно, что у Земли, несомненно, весьма почтенный возраст, хотя исследователям потребовалось еще полвека, чтобы уверенно и точно сказать, насколько он почтенен. Тем временем наука вступала в свой новый век – атомный.

 

 

III

НА ЗАРЕ НОВОГО ВЕКА

 

Физик – это способ атомов думать об атомах.

Неизвестный автор

 


 

 

8

ВСЕЛЕННАЯ ЭЙНШТЕЙНА

 

По мере того, как девятнадцатый век подходил к концу, ученые могли все более удовлетворенно думать о том, что они разгадали большинство тайн физического мира – назвать хотя бы электричество, магнетизм, газы, оптику, акустику, кинетику и статистическую физику, – все это выстроилось перед ними в образцовом порядке. Ученые открыли рентгеновские и катодные лучи, электрон и радиоактивность, придумали ом, ватт, кельвин, джоуль, ампер и крошечный эрг.[101]

Если что-то можно колебать, ускорять, возмущать, дистиллировать, соединять, взвешивать или превращать в газ, то всего этого они достигли и попутно произвели на свет массу универсальных законов, таких весомых и величественных, что мы до сих пор склонны писать их с заглавной буквы:[102] электромагнитная полевая теория света, закон эквивалентов Рихтера, закон Шарля для идеального газа, закон сообщающихся сосудов, нулевое начало термодинамики, концепция валентности, законы действующих масс и бесчисленное множество других. Во всем мире лязгали и пыхтели машины и орудия, являвшиеся плодами изобретательности ученых. Многие умные люди считали тогда, что науке уже почти нечего больше делать.

Когда в 1875 году молодой немец из Киля Макс Планк решал, посвятить ли себя математике или физике, его горячо убеждали не браться за физику, потому что в этой области все решающие открытия уже сделаны. Предстоящее столетие, заверяли его, будет веком закрепления и совершенствования достигнутого, а никак не революций. Планк не послушал. Он взялся за изучение теоретической физики и целиком отдался работе над понятием энтропии, концепцией, лежащей в самой основе термодинамики, которая представлялась весьма многообещающей честолюбивому молодому ученому*. В 1891 году он представил результаты своих трудов и, к своему крайнему замешательству, узнал, что вся важная работа по энтропии фактически уже была сделана скромным ученым из Йельского университета по имени Дж. Уиллард Гиббс.

--

* (Если быть конкретнее, энтропия – это мера хаотичности или разупорядоченности в системе. Даррелл Эббинг в учебнике «Общая химия» очень удачно поясняет это на примере колоды карт. В новой упаковке, только что вынутой из коробки, карты сложены по мастям и по старшинству – от тузов к королям, – можно сказать, что карты в ней находятся в упорядоченном состоянии. Перетасуйте карты, и вы создадите беспорядок. Энтропия численно характеризует, насколько беспорядочно это состояние, и помогает определить вероятности различных результатов дальнейшей перетасовки. Чтобы полностью постичь энтропию, необходимо также иметь представление о таких понятиях, как тепловые неоднородности, кристаллические решетки, стехиометрические отношения, но здесь была представлена самая общая идея.)

 

Гиббс, пожалуй, самая блестящая личность из тех, о ком большинство людей никогда не слышали. Застенчивый, почти незаметный, он, по существу, прожил всю жизнь, за исключением трех лет учебы в Европе, в пределах трех кварталов, ограниченных его домом и территорией Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. Первые десять лет работы в Йеле он даже не позаботился о получении жалованья. (У него был независимый источник доходов.) С 1871 года, когда он занял в университете должность профессора, и до смерти в 1903 году его курс привлекал в среднем чуть больше одного студента в семестр. Написанная им книга была трудна для понимания, а используемые им собственные обозначения многие считали непонятными. Но в этих его непонятных формулировках скрывались поразительно яркие догадки.

В 1875–1878 годах Гиббс выпустил серию работ под общим названием «О равновесии гетерогенных субстанций», где блестяще излагались принципы термодинамики, можно сказать, почти всего – «газов, смесей, поверхностей, твердых тел, фазовых переходов… химических реакций, электрохимических ячеек, осмоса и выпадения в осадок», – перечисляет Уильям Кроппер.[103] По сути, Гиббс показал, что термодинамика имеет отношение к теплу и энергии не только в масштабах больших и шумных паровых машин, но также оказывает существенное влияние на атомарном уровне химических реакций. «Равновесие» Гиббса назвали «основами термодинамики»,[104] однако по не поддающимся объяснению соображениям Гиббс предпочел опубликовать сыгравшие такую важную роль результаты своих исследований в «Трудах Коннектикутской Академии искусств и наук» – журнале, которому удавалось быть почти неизвестным даже в Коннектикуте, потому-то Планк и узнал о Гиббсе, когда было уже поздно.

Не утратив присутствия духа – но, скажем, слегка обескураженный, – Планк обратился к другим предметам*.

--

* (Планку в жизни часто не везло. Любимая первая жена умерла рано, в 1909 году, а младший из двух сыновей погиб в Первую мировую войну. У него также было двое дочерей-близнецов, которых он обожал. Одна умерла при родах. Другая взялась присматривать за маленькой девочкой и влюбилась в мужа ее сестры. Они поженились, и два года спустя она тоже умерла во время родов. В 1944 году когда Планку было восемьдесят пять лет, в его дом попала бомба союзников [по антигитлеровской коалиции], и он потерял все – бумаги, дневники, все, что было собрано за целую жизнь. В следующем году его оставшийся в живых сын был уличен в заговоре с целью убийства Гитлера и казнен.)

 

Мы вскоре вернемся к ним, но сначала ненадолго (но по делу!) заглянем в Кливленд, штат Огайо, в учреждение, называвшееся тогда Школой прикладных наук Кейза. Там в 1880-х годах сравнительно молодой физик Альберт Майкельсон и помогавший ему приятель-химик Эдвард Морли предприняли серию экспериментов, получив любопытные и вызвавшие озабоченность результаты, которые окажут огромное влияние на последующее развитие событий.

По существу, Майкельсон и Морли непреднамеренно подорвали давно сложившуюся веру в существование некой субстанции, называемой светоносным эфиром – стабильной, невидимой, невесомой, неощутимой и, к сожалению, всецело воображаемой среды, которая, как считалось, пропитывает всю Вселенную. Порожденный Декартом, с готовностью принятый Ньютоном и почитаемый с тех пор почти всеми эфир занимал самое центральное место в физике XIX века, позволяя объяснить, как свет перемещается сквозь пустоту пространства. В нем особенно нуждались в XIX веке, потому что свет стали рассматривать как электромагнитные волны, то есть своего рода вибрации. А вибрации должны происходить в чем-то; отсюда потребность в эфире и долгая к нему приверженность. Еще в 1909 году выдающийся английский физик Дж. Дж. Томсон[105] категорически утверждал: «Эфир – это не порождение фантазии спекулятивного философа; он так же необходим нам, как необходим воздух, которым мы дышим». И это спустя более чем четыре года после того, как было совершенно неоспоримо доказано, что его не существует. Словом, люди очень сильно привязались к эфиру.

Если бы вам потребовалось проиллюстрировать представление об Америке девятнадцатого века как о стране открытых возможностей, вряд ли вы нашли бы лучший пример, нежели карьера Альберта Майкельсона. Он родился в 1852 году на польско-германской границе в семье бедных еврейских торговцев, в раннем детстве переехал с семьей в Соединенные Штаты и вырос в Калифорнии, в лагере на приисках во время «золотой лихорадки», где его отец торговал одеждой. Не имея возможности по бедности платить за учебу в колледже, Альберт отправился в Вашингтон, округ Колумбия, и стал околачиваться у дверей Белого Дома, чтобы во время ежедневного президентского моциона попадаться на глаза Улиссу С. Гранту. (То был куда более наивный век.) В ходе этих прогулок Майкельсон настолько снискал расположение президента, что тот согласился предоставить ему бесплатное место в Военно-морской академии США. Именно там Майкельсон освоил физику.

10 лет спустя, уже будучи профессором в кливлендской Школе прикладных наук, Майкельсон заинтересовался возможностью измерить движение эфира – нечто вроде встречного ветра, который испытывают объекты, прокладывающие себе путь сквозь пространство. Одно из предсказаний ньютоновской физики заключалось в том, что скорость света, движущегося в эфире, должна меняться в зависимости от того, приближается наблюдатель к источнику света или удаляется от него, но никто еще не придумал способа измерить это. Майкельсону пришло в голову, что за полгода направление движения Земли вокруг Солнца меняется на противоположное. Поэтому, если выполнить тщательные измерения при помощи очень точного прибора и сравнить скорость движения света в противоположные времена года, то можно получить ответ.

Майкельсон уговорил недавно разбогатевшего изобретателя телефона Александра Грэма Белла предоставить средства на создание оригинального и точного прибора собственной конструкции, названного интерферометром, который мог с большой точностью измерять скорость света. Затем с помощью талантливого, но державшегося в тени Морли Майкельсон принялся за многолетние скрупулезные измерения. Работа была тонкой и изнурительной и на время приостанавливалась из-за серьезного нервного переутомления ученого, но к 1887 году были получены результаты. Они оказались совсем не такими, каких ожидали двое экспериментаторов.

Как написал астрофизик из Калифорнийского технологического института Кип С. Торн:[106] «Скорость света оказалась одинаковой во всех направлениях и во все времена года». Это был первый за двести лет – действительно ровно за 200 лет – намек на то, что законы Ньютона, возможно, применимы не всегда и не везде. Результат опыта Майкельсона – Морли стал, по словам Уильяма Кроппера, «возможно, самым известным отрицательным результатом за всю историю физики». За эту работу Майкельсон удостоился Нобелевской премии по физике – причем он стал первым американцем, удостоенным этой награды, – правда, спустя двадцать лет. А до того опыты Майкельсона – Морли неприятно, словно дурной запах, витали на задворках научной мысли.

Удивительно, что, несмотря на свои открытия, Майкельсон на заре двадцатого века причислял себя к тем, кто считал, что здание науки почти закончено и остается, по словам одного из авторов журнала Nature, «добавить лишь несколько башенок и шпилей да вырезать несколько украшений на крыше».

На деле же, разумеется, мир должен был вот-вот вступить в век такой науки, в которой многие люди вообще ничего не поймут и никто не будет в состоянии охватить все. Ученые вскоре обнаружат, что запутались в беспорядочном царстве частиц и античастиц, где вещи возникают и исчезают за отрезки времени, в сравнении с которыми наносекунды кажутся излишне затянутыми и бедными на события, где все незнакомо. Наука перемещалась из мира макрофизики, где предметы можно увидеть, подержать, измерить, в мир микрофизики, в котором явления происходят с непостижимой быстротой и в масштабах, не поддающихся воображению. Мы должны были вот-вот вступить в квантовый век, и первым, кто толкнул дверь, был до тех пор неудачливый Макс Планк.

В 1900 году, в зрелом возрасте сорока двух лет, теперь уже физик-теоретик в Берлинском университете, Планк обнародовал новую «квантовую теорию», утверждавшую, что энергия – не непрерывный поток вроде текущей воды, а поступает обособленными частями, которые он назвал квантами. Это была действительно новая концепция, к тому же очень удачная. Вскоре она поможет решить загадку экспериментов Майкельсона – Морли, поскольку покажет, что свету вообще-то не обязательно быть волной. А в более отдаленной перспективе она станет фундаментом всей современной физики. Во всяком случае, это был первый сигнал, что мир скоро изменится.

Но поворотным пунктом – зарей нового века – стал 1905 год, когда в немецком физическом журнале Аппакп der Physik появился ряд статей молодого швейцарского чиновника, не связанного с университетами, не имевшего доступа к лабораториям и не являвшегося постоянным читателем библиотек крупнее национального патентного бюро в Берне, где он работал техническим экспертом третьего класса. (Незадолго до этого заявление о повышении в должности до второго класса было отклонено.)

Его звали Альберт Эйнштейн, и за один этот богатый событиями год он представил в Аппакп der Physik пять работ, из них три, по словам Ч. П. Сноу, «относились к числу величайших трудов в истории физики» – в одной посредством новой квантовой теории Планка исследовался фотоэлектрический эффект, другая была посвящена поведению мелких частиц во взвешенном состоянии (известному как броуновское движение), и еще в одной излагались основы специальной теории относительности.

В первой, за которую ее автор удостоился Нобелевской премии, объяснялась природа света (что, среди прочего, способствовало появлению телевидения)*.

----

* (Эйнштейн был удостоен премии за несколько неопределенные «заслуги в области теоретической физики». Ему пришлось ждать награды шестнадцать лет, до 1921 года, – довольно долгий срок по любым меркам, однако пустяк по сравнению с присуждением премии Фредерику Рейнсу, который открыл нейтрино в 1957 году, а удостоился Нобелевской премии лишь в 1995-м, тридцать восемь лет спустя, или немцу Энрсту Руске, изобретшему электронный микроскоп в 1932 году, а получившему Нобелевскую премию в 1986-м, почти через полстолетия. Поскольку Нобелевская премия не присуждается посмертно, важным условием ее получения наряду с изобретательностью является долголетие.)

 

Вторая содержала доказательство того, что атомы действительно существуют – факт, который, как ни странно, продолжал тогда оспариваться. А третья просто изменила мир.

Эйнштейн родился в 1879 году в Ульме, на юге Германии, но вырос в Мюнхене. В ранний период жизни мало что говорило о грядущих масштабах его личности. В 1890-х годах электротехнический бизнес отца стал приходить в упадок, и семья переехала в Милан, но Альберт, к тому времени уже подросток, уехал в Швейцарию продолжать образование – хотя с первой попытки не смог сдать вступительный экзамен. В 1896 году чтобы избежать призыва в армию, он отказался от немецкого гражданства и поступил в Цюрихский политехнический институт на четырехгодичный курс, выпускавший преподавателей естественных наук для средних школ. Он был способным, но не особо выдающимся студентом.

В 1900 году он окончил институт и через несколько месяцев стал публиковаться в Annalen der Physik. Самая первая его работа о физике жидкостей в соломинках для питья (надо же!) появилась в одном номере с работой Планка о квантовой теории. С 1902 по 1904 год он опубликовал ряд работ по статистической механике, только потом узнав, что в Коннектикуте скромный плодовитый Дж. Уиллард Гиббс проделал то же самое в 1901 году, опубликовав результаты в своих «Элементарных основах статистической механики».

Альберт полюбил венгерскую студентку-однокурсницу Милеву Марич. В 1901 году у них родился внебрачный ребенок, дочь, которую они потихоньку отдали на удочерение. Эйнштейн своего ребенка никогда не видел. Два года спустя они с Милевой поженились.[107] Между двумя этими событиями Эйнштейн поступил на работу в швейцарское патентное бюро, где проработал следующие семь лет. Работа ему нравилась: она была достаточно интересной, чтобы дать работу уму, но не настолько напряженной, чтобы помешать занятиям физикой. Вот в таких условиях он в 1905 году и создал специальную теорию относительности.

«К электродинамике движущихся тел» – одна из самых удивительных научных публикаций, когда-либо выходивших в свет, как по изложению, так и по содержанию. В ней не было ссылок или сносок, почти никаких математических выкладок,[108] не было и упоминаний о предшествующих или оказавших влияние работах и говорилось лишь о помощи одного человека – коллеги по патентному бюро Мишеля Бессо. Выходило, писал Ч. П. Сноу,[109] что «Эйнштейн пришел к этим умозаключениям лишь благодаря отвлеченным размышлениям, без посторонней помощи, не слушая мнений других. Удивительно, но в значительной мере именно так оно и было».

Его знаменитое уравнение Е = тс2 в данной работе отсутствовало, но появилось в кратком дополнении несколько месяцев спустя. Как вы, возможно, помните со школьных времен, Е в уравнении означает энергию, т – массу, а с2 – квадрат скорости света.

В самых простых словах, это уравнение означает, что масса и энергия обладают эквивалентностью. Это две формы одной вещи: энергия – это освобожденная материя; материя – это энергия, ожидающая своего часа. Поскольку с1 (скорость света, умноженная сама на себя) – это на самом деле громадное число, формула показывает, что в любом материальном предмете связано чудовищное – действительно чудовищное – количество энергии*.

--

* (Как с стало символом скорости света – своего рода загадка, но вот Дэвид Бодание предполагает, что оно происходит от латинского celentias, означающего скорость. В соответствующем томе «Оксфордского словаря английского языка», подготовленном лет за десять до появления теории Эйнштейна, для символа с указывается множество значений – от углерода (carbon) до крикета (cricket), но нет никакого упоминания о символе света или скорости.)

 

Вы можете не считать себя дюжим малым, но если вы просто взрослый человек обычной комплекции, то внутри вашей ничем не приметной фигуры будет заключено не менее 7х1018 джоулей энергии. Этого достаточно, чтобы взорваться с силой тридцати очень больших водородных бомб, при условии, что вы знаете, как освободить эту энергию и действительно захотите это сделать. Во всем, что нас окружает, заключена такого рода энергия. Мы просто не очень сильны в деле ее высвобождения. Даже водородная бомба – самая энергичная штука, какую мы сумели на сегодня создать, – освобождает менее 1 процента энергии, которую она могла бы выделить, будь мы более умелыми.

Среди множества других вещей теория Эйнштейна объясняла механизм радиоактивности: как кусок урана может непрерывно испускать высокоэнергичные лучи и не таять от этого подобно кубику льда. (Это возможно благодаря высочайшей эффективности превращения массы в энергию в соответствии с формулой Е = тс2.) Этим же объяснялось, каким образом звезды могут гореть миллиарды лет, не исчерпывая свое топливо. Одним росчерком пера, простой формулой Эйнштейн одарил геологов и астрономов роскошью оперировать миллиардами лет. Но самое главное – специальная теория относительности показала, что скорость света является постоянной и предельной. Ничто не может ее превысить. Теория относительности помогла нам увидеть свет (это не каламбур) в роли самого центрального понятия в наших представлениях о природе Вселенной. И, что также далеко не случайно, она решала проблему светоносного эфира, окончательно проясняя, что его не существует. Эйнштейн дал нам Вселенную, которая в нем не нуждалась.

Физики обычно не склонны уделять излишнее внимание утверждениям служащих швейцарского патентного бюро, поэтому, несмотря на обилие содержащихся в них полезных новшеств, статьи Эйнштейна мало кто заметил. Решив несколько величайших загадок Вселенной, Эйнштейн попробовал устроиться лектором в университет, но получил отказ, затем хотел стать учителем в средней школе, но и здесь ему было отказано. Так что он вернулся на свое место технического эксперта третьего класса – но, разумеется, продолжал думать. Конца еще даже не было видно.

Когда поэт Поль Валери[110] спросил однажды Эйнштейна, есть ли у него записная книжка, где он записывает свои идеи, Эйнштейн поглядел на него с неподдельным удивлением. «О, в этом нет необходимости, – ответил он. – Они не так уж часто у меня появляются». Вряд ли стоит говорить, что когда они у него появлялись, то, как правило, были хороши. Следующая идея Эйнштейна была величайшей среди когда-либо приходивших кому-то в голову – поистине величайшей из великих, как отмечают Бурс, Мотц и Уивер в своей объемистой истории атомной физики.[111] «Как порождение одного ума, – писали они, – это, несомненно, высшее интеллектуальное достижение человечества». И это вполне заслуженная похвала.

Иногда пишут, что где-то около 1907 года Альберт Эйнштейн увидел, как с крыши свалился рабочий, и стал размышлять о проблеме гравитации. Увы, подобно многим забавным историям эта тоже представляется сомнительной. По словам самого Эйнштейна, он задумался о проблеме гравитации, просто сидя в кресле.

На самом деле то, до чего додумался Эйнштейн, было чем-то большим, нежели началом решения проблемы гравитации, поскольку ему с самого начала было очевидно, что гравитация – это единственное, что отсутствует в его специальной теории. «Специальным» в этой теории было то, что она имела дело в основном с предметами, движущимися свободно.[112] Но что произойдет, если движущийся предмет – прежде всего, свет – встретит такую помеху, как гравитация? Этот вопрос занимал его мысли большую часть следующего десятилетия и привел к опубликованию в начале 1917 года труда, озаглавленного «Космологические соображения об общей теории относительности».[113] Специальная теория относительности 1905 года была, разумеется, глубоким и значительным трудом; но, как однажды заметил Ч. П. Сноу, если бы Эйнштейн в свое время не подумал о ней, это сделал бы кто-нибудь еще, возможно, в ближайшие пять лет; эта идея носилась в воздухе. Однако общая теория – совершенно другое дело. «Не появись она, – писал Сноу в 1979 году – мы, возможно, ждали бы ее по сей день».

С его трубкой, неброской привлекательностью и словно наэлектризованной шевелюрой, Эйнштейн был слишком талантлив, чтобы вечно оставаться в тени, и в 1919 году когда война была позади, мир внезапно открыл его. Почти сразу его теории относительности приобрели репутацию непостижимости для простых смертных. Исправлению этого впечатления не способствовали и казусы, вроде того, что случился с газетой «Нью-Йорк таймс», решившей дать материал о теории относительности. Как пишет об этом Дэвид Бодание[114] в своей превосходной книге «Е = тс2», по причинам, не вызывавшим ничего, кроме удивления, газета отправила брать интервью у ученого своего спортивного корреспондента, специалиста по гольфу, некоего Генри Крауча.

Материал был явно ему не по зубам, и он почти все переврал. Среди содержавшихся в материале живучих ляпов было утверждение о том, что Эйнштейну удалось найти издателя, достаточно смелого, чтобы взяться за выпуск книги, которую «во всем мире может уразуметь» лишь дюжина мудрецов. Не было такой книги, такого издателя, такого круга ученых, но слава осталась. Скоро число людей, способных постичь смысл относительности, сократилось в людской фантазии еще сильнее – и, надо сказать, в научной среде мало что делалось, чтобы помешать хождению сей выдумки.

Когда какой-то журналист спросил британского астронома сэра Артура Эддингтона, верно ли, что он один из трех людей во всем мире, кому понятны теории относительности Эйнштейна, Эддингтон на мгновение сделал вид, что глубоко задумался, а затем ответил: «Я пытаюсь вспомнить, кто третий». В действительности трудность в отношении относительности состояла не в том, что она содержала множество дифференциальных уравнений, преобразования Лоренца и другие сложные математические выкладки (хотя так оно и было – даже Эйнштейну требовалась помощь математиков при работе с ними), а в том, что она шла вразрез с привычными представлениями.

Суть относительности состоит в том, что пространство и время не абсолютны, а относятся к конкретному наблюдателю и наблюдаемому предмету, и чем быстрее они движутся, тем более выраженным становится эффект. Мы никогда не сможем разогнаться до скорости света, но чем больше мы стараемся (и чем быстрее движемся), тем сильнее мы деформируемся на взгляд стороннего наблюдателя.

Почти сразу популяризаторы науки принялись искать способы сделать эти представления доступными для широкого круга людей. Одной из наиболее успешных попыток – по крайней мере, в коммерческом отношении – была «Азбука относительности» математика и философа Бертрана Расселла. Рассел приводит в книге образ, к которому с тех пор прибегали множество раз. Он просит читателя представить себе поезд длиною 100 метров, двигающийся со скоростью 60 процентов от скорости света. Человеку, стоящему на платформе, поезд показался бы длиной всего лишь 80 метров, а все находящееся внутри него будет подобным же образом сжатым. Если бы были слышны голоса пассажиров, то они звучали бы невнятно и растянуто, как на пластинке, вращающейся слишком медленно, а движения пассажиров казались бы в такой же степени замедленными. Даже часы в поезде, казалось бы, шли лишь на четыре пятых своей обычной скорости.

Однако – и в этом все дело – люди внутри поезда не ощущали бы этих искажений. Для них все в поезде выглядело бы совершенно нормальным. А вот мы на платформе казались бы им неестественно сплющенными и медлительными в движениях. Все, как видите, определяется вашим положением относительно движущегося предмета.

На самом деле этот эффект наблюдается всякий раз, когда вы двигаетесь. Перелетев Соединенные Штаты из конца в конец, вы выйдете из самолета примерно на одну стомиллионную долю секунды моложе тех, кого вы покинули. Даже расхаживая по комнате, вы чуть-чуть меняете свое восприятие времени и пространства. Подсчитано, что бейсбольный мяч, пущенный со скоростью 160 км/ч, по пути к базе увеличивает свою массу на 0,000000000002 грамма.[115] Так что эффекты теории относительности реальны и были измерены. Трудность в том, что такие изменения слишком малы, чтобы оказывать на нас хоть сколько-нибудь ощутимое влияние. Но для других вещей во Вселенной – света, тяготения, самой Вселенной – они приводят к серьезным последствиям.

Так что если представления теории относительности кажутся нам непонятными, то это лишь потому, что мы не сталкиваемся с такого рода взаимодействиями в повседневной жизни. Однако, если снова обратиться к Боданису все мы обычно сталкиваемся с проявлениями относительности другого рода, например в том, что касается звука. Если вы гуляете в парке и где-то звучит надоедливая музыка, то, как вы знаете, если отойти куда-нибудь подальше, музыку станет не так слышно. Разумеется, это не из-за того, что сама музыка становится тише, просто изменится ваше положение относительно ее источника. Для кого-нибудь слишком маленького или медлительного, чтобы произвести этот опыт – скажем, для улитки, – мысль о том, что для двух разных слушателей барабан одновременно звучит с разной громкостью, может показаться невероятной.

Самой вызывающей и непостижимой из всех концепций общей теории относительности является мысль о том, что время – это часть пространства.[116] Мы изначально рассматриваем время как бесконечное, абсолютное, неизменное; мы привыкли, что его неуклонный ход ничем не может быть нарушен. Наделе же, согласно Эйнштейну, время постоянно меняется. Оно даже имеет форму. По выражению Стивена Хокинга,[117] оно «неразрывно взаимосвязано» с тремя измерениями пространства, образуя удивительную структуру, известную как пространство-время.

Что такое пространство-время, обычно объясняют, предлагая представить что-нибудь плоское, но пластичное – скажем, матрац или лист резины, – на котором лежит тяжелый круглый предмет, например железный шар. Под тяжестью шара материал, на котором он лежит, слегка растягивается и прогибается. Это отдаленно напоминает воздействие на пространство-время (материал) массивного объекта, такого, как Солнце (металлический шар): оно растягивает, изгибает и искривляет пространство-время. Теперь, если вы покатите по листу шарик поменьше, то, согласно Ньютоновым законам движения, он будет стремиться двигаться по прямой, но, приближаясь к массивному объекту и уклону прогибающегося материала, он катится вниз, неотвратимо влекомый к более массивному предмету. Это гравитация – результат искривления пространства-времени.

Каждый обладающий массой объект оставляет небольшую вмятину в структуре космоса. Так что Вселенная – это, как выразился Деннис Овербай, «бесконечно проминающийся матрац». Гравитация с такой точки зрения не столько самостоятельная сущность, сколько свойство пространства, это «не «сила», а побочный продукт искривления пространства-времени», пишет физик Мишио Каку[118] и продолжает: «В некотором смысле, гравитации не существует; что движет планетами и звездами, так это искривление пространства и времени».

Разумеется, аналогия с проминающимся матрацем верна только в известных пределах, потому что не включает эффекты, связанные со временем. Но в данном случае наш мозг способен лишь на нее, ибо практически невозможно представить структуру, состоящую натри четверти из пространства и на одну четверть из времени, причем все в нем переплетено, как нити шотландского пледа. Во всяком случае, я думаю, можно согласиться, что это была потрясающая по масштабу идея для молодого человека, глазевшего из окна патентного бюро в столице Швейцарии.

Среди многого другого общая теория относительности Эйнштейна говорила о том, что Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Но Эйнштейн не был космологом и разделял общепринятое мнение о том, что Вселенная вечна и неизменна. Во многом для того, чтобы отразить это представление, он ввел в свои уравнения элемент, получивший название космологической постоянной, которая играла роль произвольно выбираемого противовеса действию гравитации, своего рода математической кнопки «пауза». Авторы книг по истории науки всегда прощают Эйнштейну этот ляпсус, но, по существу, это было громадным научным промахом. Он это знал и называл «самой большой ошибкой в своей жизни».[119]

Так уж совпало, что приблизительно в то же время, когда Эйнштейн добавлял к своей теории космологическую постоянную, в Лоуэлловской обсерватории в Аризоне один астроном по имени Весто Слайфер (вообще-то он был из Индианы), снимая спектры отдаленных галактик, обнаружил, что они выглядят удаляющимися от нас.[120] Вселенная не была неподвижной. Галактики, которые разглядывал Слайфер, обнаруживали явные признаки доплеровского смещения – тот же механизм стоит за характерным звуком: и-и-иж-жу-у-у, который производят пролетающие мимо нас по треку гоночные машины*.

--

* (Эффект назван по имени австрийского физика Иоганна Кристиана Доплера, который первым теоретически предсказал этот эффект в 1842 году. Если коротко, происходит следующее: когда движущийся источник приближается к неподвижному объекту, звуковые волны уплотняются, толпясь перед приемником (скажем, вашими ушами). Это подобно тому, как любые предметы, подпираемые сзади, нагромождаются на неподвижный объект. Это нагромождение воспринимается слушающим как более высокий звук (и-и-иж). Когда же источник звука проходит мимо и начинает удаляться, звуковые волны растягиваются и удлиняются, и высота звука внезапно падает (жу-у-у).)

 

Это явление также характерно и для света, и в случае удаляющихся галактик оно известно как красное смещение (потому что удаляющийся от нас источник света выглядит покрасневшим, а приближающийся – голубеет).

Слайфер первым обнаружил этот эффект в излучении галактик и осознал его потенциальное значение для понимания движений в космосе. К сожалению, никто не обратил на это внимания. К Лоуэлловской обсерватории, как вы помните, относились как к немного странному учреждению из-за одержимости Персиваля Лоуэлла марсианскими каналами, хотя в 1910-х она стала во всех отношениях выдающимся астрономическим центром. Слайфер не был в курсе эйнштейновской теории относительности, а мир, в свою очередь, не слыхал о Слайфере. Так что его открытие не имело никаких последствий.

Вместо него слава в основном досталась весьма самолюбивому человеку по имени Эдвин Хаббл. Хаббл родился в 1889 году на десять лет позже Эйнштейна, в маленьком городке в штате Миссури на краю плато Озарк, и рос там же и в пригороде Чикаго Уитоне, штат Иллинойс. Его отец был директором успешной страховой конторы, так что жизнь всегда была обеспеченной, и Эдвин пользовался щедрой материальной поддержкой. Это был физически сильный, одаренный спортсмен, обаятельный, остроумный красавец – по описанию Уильяма Г. Кроппера, он был «пожалуй, слишком красив»; «Адонис», по словам еще одного поклонника. Согласно его собственным рассказам, в жизни ему более или менее постоянно удавалось совершать героические поступки – спасать тонущих, выводить перепуганных людей в безопасное место на полях сражений во Франции, приводить в замешательство мировых чемпионов по боксу нокдаунами в показательных матчах. Все это выглядело слишком хорошо, чтобы можно было поверить. Да… При всех своих талантах и способностях Хаббл к тому же был неисправимым лгуном.

Это было более чем странно, ибо жизнь Хаббла с ранних лет была богата настоящими отличиями, порой на удивление обильными. В 1906 году за одни школьные соревнования по легкой атлетике он победил в прыжках с шестом, в толкании ядра, метании диска и молота, прыжках в высоту с места и с разбега и был в составе команды, выигравшей эстафету на одну милю, – словом, семь первых мест за одни соревнования, и вдобавок он был третьим в прыжках в длину. В том же году он установил рекорд штата Иллинойс в прыжках в высоту.

В равной мере он отличался и в учебе и без труда поступил в Чикагский университет, где изучал физику и астрономию (так совпало, что факультет в то время возглавлял Альберт Майкельсон). Здесь он был включен в число первых стипендиатов Родса в Оксфорде. Три года пребывания в Англии явно вскружили ему голову, потому что, вернувшись в 1913 году в Уитон, он стал носить инвернесский плащ с капюшоном, курить трубку и употреблять странно высокопарный язык – не совсем британский, но что-то вроде того, – который сохранил на всю жизнь. Позднее он утверждал, что большую часть двадцатых годов практиковал в качестве адвоката в Кентукки, хотя в действительности работал школьным учителем и баскетбольным тренером в Нью-Олбани, штат Индиана, до того как получил докторскую степень и отслужил короткий срок в армии. (Он прибыл во Францию за месяц до перемирия и почти наверняка не слыхал ни одного боевого выстрела.)

В 1919 году, уже в тридцать лет, он переехал в Калифорнию и получил должность в обсерватории Маунт Вильсон близ Лос-Анджелеса. Быстро и более чем неожиданно он становится самым выдающимся астрономом XX века.

Стоит на минуту прерваться и представить, как мало было известно о космосе в то время. Сегодня астрономы считают, что в видимой Вселенной насчитывается около 140 млрд галактик.[121] Это огромное число, намного больше, чем можно себе представить. Если бы галактики были мороженым горохом, то такого количества было бы достаточно, чтобы заполнить им большой концертный зал, скажем, Бостон Гарден или Ройял Альберт Холл. (Это на самом деле вычислил астрофизик Брюс Грегори.) В 1919 году, когда Хаббл приблизил глаз к окуляру, количество известных галактик составляло ровно одну штуку – Млечный Путь. Все остальное считалось либо частью Млечного Пути, либо одним из множества отдаленных незначительных скоплений газа. Хаббл вскоре продемонстрировал, насколько ошибочным было это убеждение.

В следующие десять лет Хаббл занимался решением двух самых фундаментальных вопросов, касающихся нашей Вселенной: определением ее возраста и размеров. Чтобы получить ответ, необходимо было знать две вещи: как далеко находятся определенные галактики и как быстро они удаляются от нас (т. е. скорость разбегания). Красное смещение дает нам скорость, с которой галактики удаляются, но ничего не говорит о расстояниях до них. Для определения расстояний требуются так называемые «эталонные свечи» – звезды, светимость которых можно надежно вычислить и использовать как эталон для измерения яркости других звезд (а отсюда относительного расстояния до них).

Удача пришла к Хабблу вскоре после того, как выдающаяся женщина, по имени Генриетта Сван Левитт, придумала, как найти такие звезды. Левитт работала в обсерватории Гарвардского колледжа вычислителем.[122] Вычислители всю жизнь изучали фотопластинки с отснятыми звездами и производили вычисления – отсюда название. Это было более чем нудное занятие, но другой работы в области астрономии в те дни для женщин в Гарварде не было – как, впрочем, и в других местах. Такой порядок, хотя и был несправедливым, давал неожиданные преимущества: он означал, что половина лучших умов обращалась на занятия, которые иначе привлекли бы мало внимания, и создал условия, когда женщины в конечном счете сумели разобраться в деталях строения космоса, которые зачастую ускользали от внимания их коллег-мужчин.

Одна вычислительница из Гарварда, Энни Джамп Кэннон, благодаря постоянной работе со звездами создала их классификацию, настолько удобную, что ею пользуются по сей день.[123] Вклад Левитт в науку был еще более основательным. Она заметила, что переменные звезды определенного типа, а именно цефеиды (названные по созвездию Цефея, где была обнаружена первая из них), пульсируют в строго определенном ритме, демонстрируя что-то вроде звездного сердцебиения. Цефеиды встречаются крайне редко, но по крайней мере одна из них хорошо известна большинству из нас – Полярная звезда является цефеидой.

Теперь мы знаем, что цефеиды пульсируют подобным образом, потому что это звезды преклонного возраста, которые прошли, пользуясь языком астрономов, «стадию главной последовательности» и стали красными гигантами. Химия красных гигантов несколько сложновата для нашего изложения (она требует, например, понимания свойств однократно ионизированных атомов гелия и множества других вещей), но, если быть проще, можно сказать так: они сжигают остатки топлива таким образом, что в результате получаются строго ритмичные изменения блеска. Гениальная догадка Левитт состояла в том, что, сравнивая относительную яркость цефеид в разных точках неба, можно определить, как соотносятся расстояния до них. Их можно было использовать в качестве эталонных свечей – термин, предложенный Левитт, который стал употребляться всеми. Этот метод дает возможность определять только относительные, а не абсолютные расстояния, но все же это был первый способ измерения крупномасштабных расстояний во Вселенной.

(Чтобы представить значение этих озарений в истинном свете, стоит, пожалуй, отметить, что в то время, когда Левитт и Кэннон делали свои выводы о фундаментальных свойствах космоса, располагая для этого лишь расплывчатыми изображениями далеких звезд на фотографических пластинках, гарвардский астроном Уильям Г. Пикеринг,[124] который, конечно, мог, когда только хотел, глядеть в первоклассный телескоп, разрабатывал свою, не иначе как новаторскую теорию о том, что темные пятна на Луне вызваны полчищами сезонно мигрирующих насекомых.)

Объединив космическую линейку Левитт с оказавшимися под рукой красными смещениями Весто Слайфера, Хаббл стал свежим взглядом оценивать расстояния до отдельных объектов космического пространства. В 1923 году он показал, что отдаленная призрачная туманность в созвездии Андромеды, обозначаемая М31, – это вовсе не газовое облако, а россыпь звезд, самая настоящая галактика, в сто тысяч световых лет шириной на расстоянии по крайней мере девятисот тысяч световых лет от нас.[125] Вселенная оказалась обширнее – куда как обширнее, чем кто бы то ни было мог предположить. В 1924 году Хаббл опубликовал свою ключевую статью «Цефеиды в спиральных туманностях», где показал, что Вселенная состоит не из одного Млечного Пути, а из большого числа отдельных галактик – «островных вселенных», – многие из которых больше Млечного Пути и значительно удаленнее.

Одного этого открытия было бы достаточно, чтобы прославиться как ученому, но Хаббл теперь решил определить, сколь велика Вселенная, и сделал еще более поразительное открытие. Он стал производить измерения спектров отдаленных галактик, продолжая дело, начатое в Аризоне Слайфером. Пользуясь новым 100-дюймовым телескопом Хукера в обсерватории Маунт Вильсон, он при помощи остроумных умозаключений определил к началу 1930-х годов, что все галактики на небе (за исключением нашего местного скопления) двигаются прочь от нас. Более того, их скорости почти в точности пропорциональны расстояниям: чем дальше галактика, тем быстрее она движется.

Это было поистине потрясающе. Вселенная расширялась стремительно и равномерно во всех направлениях. Не надо обладать богатым воображением, чтобы произвести отсчет в обратную сторону и понять, что все это началось с какой-то центральной точки. Оказалось, что Вселенная далеко не была постоянной, неподвижной, бесконечной пустотой, какой все ее представляли, она оказалась миром, имеющим начало. А значит, у нее может быть и конец.

Удивительно, как отметил Стивен Хокинг, что мысль о расширяющейся Вселенной раньше никому не приходила в голову.[126] Статичная Вселенная, как должно было быть очевидно еще Ньютону и любому думающему астроному после него, просто рухнула бы внутрь самой себя под действием взаимного притяжения всех объектов. Кроме того, существовала еще одна проблема: если бы звезды бесконечно горели в статичной Вселенной, то в ней стало бы невыносимо жарко – слишком жарко для подобных нам существ. Идея расширяющейся Вселенной одним махом решала большинство из этих проблем.

Хаббл был куда лучшим наблюдателем, нежели мыслителем, и не сразу полностью оценил значение своих открытий. Отчасти потому, что был совершенно не в курсе общей теории относительности Эйнштейна. Это довольно удивительно, потому что к тому времени Эйнштейн и его теория пользовались всемирной славой. Кроме того, в 1929 году Майкельсон – тогда уже в преклонных годах, но все еще обладавший живым умом и пользовавшийся уважением как ученый, – занял должность в Маунт Вильсон, чтобы заняться измерением скорости света при помощи своего надежного интерферометра, и наверняка должен был хотя бы упомянуть Хабблу о применимости теории Эйнштейна к его открытиям.

Во всяком случае, Хаббл упустил шанс сделать из своего открытия теоретические выводы. Этот шанс (вместе с докторской степенью в Массачусетском технологическом институте) выпал бельгийскому ученому и священнику Жоржу Леметру. Леметр объединил две части своей собственной «теории фейерверков», которая предполагала, что Вселенная началась с геометрической точки, «первичного атома», который разорвался на части и с тех пор продолжает разлетаться. Эта идея очень близко предвосхищала современную идею Большого Взрыва, но настолько опережала свое время, что Леметру редко уделяют больше пары фраз, которые мы посвятили ему здесь. Миру потребуется не одно десятилетие вкупе с нечаянным открытием фонового космического излучения Пензиасом и Вильсоном с их шипящей антенной в Нью-Джерси, прежде чем Большой Взрыв из интересной идеи превратится в упрочившуюся теорию.

Ни Хаббл, ни Эйнштейн не принимали участия в этой большой истории. Но, хотя в то время никто бы этого не предположил, оба они сыграли в ней такую значительную роль, на какую только могли надеяться.

В 1936 году Хаббл написал популярную книгу «Царство туманностей», в которой с похвалой описывал свои собственные замечательные достижения. Здесь он наконец показал, что ознакомился с теорией Эйнштейна – во всяком случае, до известной степени: он посвятил ей четыре страницы из двухсот.

Хаббл умер от сердечного приступа в 1953 году. Его ожидало одно последнее, несколько странное обстоятельство. По какой-то загадочной причине его жена отказалась от похорон и никогда не говорила, что она сделала с телом. Полстолетия спустя местонахождение останков величайшего астронома двадцатого века остается неизвестным. Что же касается памятника, то надо взглянуть на небо, где находится космический телескоп, запущенный в 1990 году и названный его именем.

 

9

МОГУЩЕСТВЕННЫЙ ATOM

 

В то время как Эйнштейн и Хаббл успешно препарировали крупномасштабную структуру Вселенной, другие ученые бились над постижением того, что находится рядом, под самым носом, но в своем роде также далеко: крошечного, неимоверно загадочного атома.

Выдающийся физик из Калифорнийского технологического института Ричард Фейнман однажды заметил, что, если свести историю науки к одному важному утверждению, оно прозвучит так: «Все вещи созданы из атомов». Атомы повсюду и составляют все сущее. Оглянитесь вокруг себя. Все это атомы. Не только твердые предметы вроде стен, столов или диванов, но и воздух между ними. И их число поистине непостижимо.

Основной рабочей конфигурацией атомов является молекула (от латинского «малая масса»). Молекула – это просто два атома или больше, действующие совместно в более или менее устойчивом сочетании: добавьте два атома водорода к одному атому кислорода и получите молекулу воды. Химики склонны мыслить категориями молекул, нежели элементарных частиц. Так же как писатели мыслят словами, а не буквами, химики подсчитывают молекулы. Ате весьма многочисленны, если не сказать больше. На уровне моря при нуле градусов по Цельсию один кубический сантиметр воздуха (примерно с кубик сахара) будет содержать 25 миллиардов миллиардов молекул.

Столько же их в каждом кубическом сантиметре, которые вы видите вокруг себя. Представьте, сколько кубических сантиметров в мире за вашим окном – сколько нужно кубиков сахара, чтобы они заполнили все видимое вами пространство. Теперь представьте, сколько их надо, чтобы создать Вселенную.[127] Короче говоря, атомов великое множество.

 

Вдобавок к этому они еще и фантастически долговечны. В силу своей живучести атомы действительно повидали свет. Каждый атом вашего тела почти наверняка побывал в составе нескольких звезд и был частью миллионов живых организмов. В нас такое обилие атомов, и мы подвергаемся такой решительной переработке после смерти, что значительное число наших атомов – предположительно, до миллиарда в каждом из нас – когда-то могли принадлежать Шекспиру. По миллиарду каждому досталось от Будды, Чингис-хана, Бетховена и любой другой исторической личности, какая бы ни пришла на ум. (Личности, очевидно, должны быть историческими, поскольку для основательного перераспределения атомам требуется несколько десятков лет; и как бы вам этого ни хотелось, вы вряд ли носите в себе атомы Элвиса Пресли.)

Так что все мы являемся перевоплощениями – правда, недолговечными. Когда мы умрем, наши атомы разберутся и разойдутся искать новое применение где-нибудь в другом месте – станут частью древесного листа, или другого человеческого существа, или капли росы. Сами атомы, однако, живут практически вечно. Никто, по сути, не знает, сколько может просуществовать атом, но, согласно Мартину Рису, вероятно, около 1035 лет – число настолько большое, что даже я рад изобразить его в математической нотации.

И, наконец, атомы еще и очень малы, то есть они действительно совсем крошечные. Полмиллиона их, выстроившись плечом к плечу, могли бы спрятаться позади человеческого волоса. При таких размерах отдельный атом, по существу, невозможно представить, но мы, конечно, попытаемся это сделать.

Начнем с миллиметра, линии вот такой длины «-». Теперь вообразите, что эта линия разделена на тысячу частей. Каждая из них – это микрон. Это масштаб микроорганизмов. Обычная парамеция (туфелька) – крошечное одноклеточное пресноводное живое существо – имеет толщину 2 микрона, или 0,002 миллиметра, – это очень мало.[128] Если бы вы захотели увидеть туфельку невооруженным глазом в капле воды, вам пришлось бы увеличить каплю до диаметра примерно 12 метров. Ну а для того, чтобы увидеть в этой же капле атомы, ее пришлось бы увеличить до 24 километров.

Другими словами, атомы существуют в микроскопических масштабах совершенно другого порядка. Чтобы приблизиться к размерам атомов, нужно каждый микронный кусочек нарезать на десять тысяч еще более тонких ломтиков. Вот это и будет масштаб атома: одна десятимиллионная миллиметра. Эта мера тонкости даже отдаленно недоступна нашему воображению, но можно получить о ней какое-то представление, если учесть, что атом в сравнении с изображенной выше миллиметровой черточкой – это все равно что толщина бумажного листа в сравнении с высотой небоскреба Эмпайр Стейт билдинг.

Разумеется, именно изобилие и поразительная живучесть атомов делают их такими полезными, а из-за малых размеров их так трудно обнаружить и осмыслить. Понимание того, что атомы малы, многочисленны и практически неразрушимы, а также, что все вещи состоят из них, впервые пришло в голову не Антуану-Лорану Лавуазье, как можно было ожидать, и даже не Генри Кавендишу или Хамфри Дэви, а, скорее, скромному, поверхностно образованному английскому квакеру по имени Джон Дальтон, с которым мы впервые встретились в главе 7.[129]

Дальтон родился в 1766 году на границе Озерного края, близ Кокермауса, в бедной семье ткачей, набожных квакеров. (Четыре года спустя в Кокермаусе также появится на свет поэт Уильям Вордсворт.) Он был на редкость способным учеником – до того способным, что в невероятно юные годы, в двенадцать лет, его поставили во главе местной квакерской школы. Возможно, это больше говорит о самой школе, нежели о раннем развитии Дальтона, но может быть, и нет. Из его дневников мы знаем, что примерно в этом возрасте он читал «Начала» Ньютона в оригинале, на латыни, а также другие столь же сложные труды. В пятнадцать лет, все еще продолжая возглавлять школу, он нашел работу в ближайшем городке Кендале, а через десять лет переехал в Манчестер, откуда почти не уезжал остальные пятьдесят лет своей жизни. В Манчестере его в интеллектуальном отношении словно прорвало – он стал выдавать книги и статьи по широкому кругу предметов, от метеорологии до грамматики. Благодаря его исследованиям цветовая слепота, которой он страдал, долгое время называлась дальтонизмом. Но научную славу ему принесла опубликованная в 1808 году пухлая книга, озаглавленная «Новая система химической философии».

В ней, в краткой главе всего на пять страниц (из почти девятисотстраничной книги), ученые впервые встретились с атомами, которые чем-то напоминали наше современное представление о них. Дальтон просто предположил, что основу всего сущего составляют чрезвычайно малые простейшие частицы вещества. «Создать или уничтожить частицу водорода – все равно что пытаться внести в Солнечную систему новую планету или уничтожить уже существующую», – писал он.

Ни идея атома, ни сам термин не были, строго говоря, чем-то новым. И то и другое придумали еще древние греки. Вклад Дальтона состоял в определении относительных размеров и свойств этих атомов и их сочетаний. Он, например, знал, что легчайшим элементом был водород, и принял его атомный вес за единицу. Считая также, что вода состоит из семи частей кислорода и одной части водорода, он определил атомный вес кислорода как 7. Таким путем он смог определить относительные атомные веса известных элементов. Он не всегда был очень точен – атомный вес кислорода на самом деле равен 16, а не 7, – но сам принцип был понят правильно и послужил основой всей современной химии и значительной части других современных наук.

Этот труд сделал Дальтона знаменитым – правда, в скромном, присущем английским квакерам духе. В 1826 году французский химик П. Ж. Пеллетье совершил поездку в Манчестер, чтобы встретиться с героем, изобретшим атом. Пеллетье ожидал найти его в каком-нибудь важном учреждении и был поражен, обнаружив, что тот учит арифметике ребятишек в маленькой школе где-то на задворках. По словам историка науки Э. Дж. Холмъярда, Пеллетье, увидев великого ученого, заикаясь от смущения, пробормотал: «Est-се que j'ai Phonneur de m'addresser a Monsieur Dalton?»* (* Имею ли я честь обратиться к месье Дальтону? (фр.)) – ибо едва мог поверить, что стоящий перед ним прославленный на всю Европу химик учит мальчишку четырем правилам арифметики. «Да, – будничным тоном ответил квакер. – Присядьте, пожалуйста, пока я растолкую этому пареньку задачку».

Хотя Дальтон старался избегать всяческих почестей, он вопреки своему желанию был избран в Королевское общество, осыпан наградами и получил щедрую государственную пенсию. Когда в 1844 году он скончался, за гробом шли сорок тысяч людей, и похоронная процессия растянулась на две мили. Статья о нем в «Национальном биографическом словаре» – одна из самых больших и среди биографий ученых девятнадцатого века уступает по объему только статьям о Дарвине и Лайеле.

На протяжении сотни лет после того, как Дальтон изложил свои идеи, они оставались чисто гипотетическими, а некоторые видные ученые – в частности, венский физик Мах,[130] именем которого названа скорость звука, – вообще сомневался в существовании атомов. «Атомы нельзя воспринять ощущениями… они – принадлежность мысли», – писал он. Скептицизм в отношении существования атомов был настолько силен, особенно в немецкоязычном мире, что, как говорили, сыграл определенную роль в самоубийстве в 1906 году видного физика-теоретика и горячего приверженца атомов Людвига Больцмана.[131]

Первые неопровержимые доказательства существования атомов дал Эйнштейн в своей работе 1905 года о броуновском движении. Но она привлекла мало внимания, к тому же сам Эйнштейн был вскоре поглощен разработкой общей теории относительности. Так что первым героем «атомного века», если не главным его действующим лицом, стал Эрнест Резерфорд.

Резерфорд родился в 1871 году в новозеландской «глубинке». Его родители, эмигрировавшие из Шотландии, выращивали, перефразируя Стивена Вайнберга, «немного льна и уйму детей». Подрастая в глухом уголке далекой страны, Эрнест, как и следовало ожидать, был далек от большой науки. Но в 1895 году он получил стипендию, благодаря которой попал в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета, ту самую, которая вскоре станет самой «горячей» точкой мировой физической науки.

Физики славятся пренебрежительным отношением к ученым других направлений. Великий австрийский физик Вольфганг Паули, узнав, что жена ушла от него к химику, был потрясен. «Я бы еще понял, если бы она вышла за тореадора, – удивленно заметил он приятелю. – Но за химика…»

Резерфорд, видимо, разделял эти чувства. «Вся наука делится на физику и коллекционирование марок», – заметил он однажды. С тех пор это высказывание повторялось множество раз. Поэтому присуждение ему в 1908 году Нобелевской премии в области химии, а не физики, может вызвать, как минимум, улыбку.

Резерфорду повезло – повезло, что он был гением, а еще больше, что жил в то время, когда физика и химия были такими увлекательными и так хорошо сочетались (несмотря на его собственные сантименты). Никогда больше они не будут так удачно выступать единым фронтом.

При всех своих успехах Резерфорд не обладал особо блестящим интеллектом, а с математикой у него был просто кошмар. Часто во время лекций он безнадежно путался в собственных уравнениях, так что бросал все на полпути и предлагал студентам закончить самим. По словам его давнего коллеги Джеймса Чэдвика, открывшего нейтрон, Резерфород не был особенно силен и как экспериментатор. Он просто брал упорством и широтой кругозора. Блеск ума ему заменяли проницательность и своего рода дерзость. Его ум, по словам одного из биографов, «постоянно стремился к переднему краю, каким он ему представлялся, а видел он куда дальше других». Сталкиваясь с неподатливой проблемой, он был готов работать упорнее и дольше большинства и был более восприимчив к неортодоксальным объяснениям. Его самое большое открытие пришло к нему, потому что он был готов утомительно долго просиживать у экрана, подсчитывая сцинтилляции альфа-частиц – труд, который обычно сваливали на кого-нибудь другого. Он одним из первых – возможно, самым первым – разглядел, что заключенная в атоме энергия, если ее направить по определенному руслу, может привести к созданию бомбы, достаточно мощной, чтобы «сей старый мир исчез в дыму».

Он был огромного роста и обладал зычным голосом, который пугал особо робких. Однажды, услыхав, что Резерфорд собирается выступить в радиопередаче, которая должна была транслироваться через Атлантику, один из его коллег сухо спросил: «А зачем ему радио?» Резерфорд также обладал колоссальной, правда, добродушной, самоуверенностью. Когда кто-то заметил, что он всегда оказывается на гребне волны, Резерфорд ответил: «Но волну-то в конечном счете поднимаю я, не так ли?» Ч. П. Сноу вспоминал, что как-то у портного в Кембридже он нечаянно услышал реплику Резерфорда: «Каждый день я прибавляю в весе. И в уме».

Но вес и слава в 1895 году, когда он появился в Кавендишской лаборатории*, были еще далеко впереди.

--

* (Название происходит от тех же Кавендишей, которые дали науке Генри Кавендиша. На сей раз это был Уильям Кавендиш, седьмой герцог Девонширский, способный математик и стальной магнат викторианской Англии. В 1870 году он пожертвовал университету 6300 фунтов стерлингов на создание экспериментальной лаборатории.)

 

То был особенно богатый научными событиями период. В год приезда Резерфорда в Кембридж в Германии, в Вюрцбургском университете Вильгельм Рентген открыл рентгеновские лучи; в следующем году Анри Беккерель открыл радиоактивность. А для самой Кавендишской лаборатории наступало время величия. В 1897 году Дж. Дж. Томсон с коллегами откроют там электрон, в 1911 году Ч. Т. Р. Вильсон изобретет первый детектор заряженных частиц (об этом ниже), а в 1932 году Джеймс Чэдвик все там же откроет нейтрон. Еще позднее, в 1953 году, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик создадут в Кавендишской лаборатории структурную модель молекулы ДНК.

Сначала Резерфорд работал с радиоволнами, и небезуспешно – ему удалось передать четкий сигнал на расстояние более мили; очень неплохое достижение для того времени, но он оставил эту тему, когда один из старших коллег убедил его, что у радио нет большого будущего. Да и вообще Резерфорд не очень преуспевал в Кавендишской лаборатории и через три года, не видя перспектив, занял должность в Макгилльском университете в Монреале, откуда началось его долгое и неуклонное восхождение к вершинам славы. К моменту получения Нобелевской премии (согласно официальной формулировке, за «исследования в области расщепления элементов и химии радиоактивных веществ») он уже работал в Манчестерском университете и, фактически, там и проделал самые важные работы по определению строения и природы атома.

К началу XX века было уже известно, что атомы состоят из частей, – это было установлено в результате открытия Томсоном электрона. Но тогда еще не знали, из какого количества частей состоит атом, как они крепятся друг к другу и какую форму принимают. Некоторые физики думали, что атомы имеют форму куба, потому что куб можно сложить таким образом, чтобы не оставалось пустого пространства. Правда, более общепринятым было представление об атоме, похожем на булочку с изюмом: что это плотный, положительно заряженный предмет, напичканный, как изюмом, отрицательно заряженными электронами.

В 1910 году Резерфорд (при участии своего студента Ханса Гейгера, который позднее изобрел детектор радиоактивности, носящий его имя) обстрелял листок золотой фольги ионизированными атомами гелия, иначе альфа-частицами*.

--

* (Гейгер позднее станет убежденным нацистом, без колебаний выдававшим коллег-евреев, включая многих, прежде оказывавших ему помощь.)

 

К удивлению Резерфорда, некоторые частицы отскакивали назад. Словно, по его словам, он выстрелил 15-дюймовым снарядом в лист бумаги, а снаряд отскочил ему на колени. Возможность такого явления было невозможно предположить. После долгих размышлений он нашел единственно возможное объяснение: частицы отскакивали, сталкиваясь с чем-то очень малым и плотным в сердцевине атома, тогда как другие частицы беспрепятственно пролетали сквозь лист. Атом, догадался Резерфорд, это в основном пустое пространство с очень плотным ядром в центре. Это было весьма обнадеживающее открытие, но оно сразу ставило одну проблему. По всем законам традиционной физики атомы в таком случае не должны были существовать.

Прервемся на минутку и рассмотрим строение атома, как оно представляется теперь. Каждый атом состоит из трех видов элементарных частиц: протонов, несущих положительный электрический заряд, отрицательно заряженных электронов и нейтронов, которые не несут никакого заряда. Протоны и нейтроны плотно упакованы в ядро, а электроны обращаются вокруг него. Химическую индивидуальность дает атомам количество протонов. Атом с одним протоном – это атом водорода, с двумя – атом гелия, с тремя – лития и так далее по таблице. Добавляя протон, вы каждый раз получаете новый элемент. (Ввиду того, что число протонов в атоме всегда уравновешивается равным числом электронов, иногда можно прочесть, что элемент определяется количеством электронов, что, в сущности, одно и то же. Как мне объяснили, протоны придают атому индивидуальность, а электроны определяют его личность.)

Нейтроны не влияют на идентичность атома, но увеличивают его массу. Число нейтронов обычно примерно такое же, как и протонов, хотя может несколько отличаться в ту или иную сторону. Добавьте или убавьте нейтрон-другой, и вы получите изотоп. Обозначения, которые вы встречаете в связи с датированием пород в археологии, относятся к изотопам, например, термин «углерод-14» означает атом углерода с 6 протонами и 8 нейтронами (в сумме получается 14).

Нейтроны и протоны занимают ядро атома. Оно совсем крошечное – всего одна миллионная миллиардной части полного объема атома, – но фантастически плотное, поскольку содержит практически всю массу атома. Как писал Кроппер, если атом увеличить до размеров собора, ядро будет всего лишь размером с муху, но эта муха будет во много тысяч раз тяжелее собора. Именно эта обширность, эта невообразимая, потрясающая вместительность атома заставили Резерфорда в 1910 году чесать в затылке.

По сей день у многих вызывает удивление мысль о том, что атомы в основном представляют собой пустое пространство, и твердость окружающих нас тел – не более чем иллюзия. Когда в реальном мире друг с другом сближаются два тела – чаще всего в качестве иллюстрации берут биллиардные шары, – они на самом деле не ударяются друг о друга. «Правильнее сказать, – поясняет Тимоти Феррис,[132] – что отрицательные заряды обоих шаров взаимно отталкиваются… Не будь у них электрических зарядов, они могли бы, подобно галактикам, беспрепятственно пройти сквозь друг друга». Сидя на стуле, вы на самом деле не сидите на нем, а висите над ним на высоте одного ангстрема (стомиллионная доля сантиметра), ваши электроны и электроны стула отчаянно противятся любой более тесной близости.

Рисунок атома, как его представляют почти все, состоит из одного-двух электронов, которые обращаются вокруг ядра, наподобие планет, вращающихся вокруг Солнца. Это изображение было создано в 1904 году японским физиком Хантаро Нагаока на основе не более чем догадки. Оно абсолютно неверно, но все равно надолго сохранилось. Как не раз отмечал Айзек Азимов,[133] оно вдохновляло поколения писателей-фантастов на создание произведений о мирах внутри миров, в которых атомы становятся маленькими обитаемыми солнечными системами или наша Солнечная система оказывается всего лишь пылинкой в значительно более крупной системе. Даже сегодня Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) использует созданное Нагаокой изображение в качестве эмблемы своего сайта в Интернете.[134] На самом деле, как вскоре поняли физики, электроны совсем не похожи на вращающиеся по орбитам планеты, а больше напоминают лопасти крутящегося вентилятора, умудряясь одновременно заполнять каждый кусочек пространства на своих орбитах (с одной существенной разницей, что если лопасти вентилятора только кажутся находящимися одновременно везде, электроны действительно находятся сразу всюду).

Стоит ли говорить, что очень немногое из этого было понятно в 1910 году или даже годы спустя. Открытие Резерфорда поставило рад крупных неотложных проблем. Не последняя среди них состояла в том, что электроны не могут обращаться вокруг ядра, не падая на него. По законам традиционной электродинамики электрон при вращении должен очень быстро – практически мгновенно – израсходовать свою энергию и по спирали упасть на ядро с гибельными последствиями для них обоих. Была также проблема: каким образом протоны с их положительными зарядами могут быть связаны друг с другом внутри ядра, не разорвав на куски самих себя и весь атом. Становилось ясно, что все происходящее там, в мире очень малого, не подчиняется законам макромира, которые мы берем за основу.

По мере того как физики углублялись в субатомное царство, они начинали понимать, что его реальность не только отличается от всего, что нам известно, но и от всего, что вообще можно себе представить. «Поскольку поведение атома столь сильно отличается от нашего повседневного опыта, – заметил однажды Ричард Фейнман, – очень трудно к этому привыкнуть, и оно представляется необычным и загадочным каждому в равной мере, как начинающему, так и опытному физику». Когда Фейнман высказывался по этому поводу, у физиков уже было полвека, чтобы приспособиться к странностям поведения атомов. Представьте, что должен был испытывать Резерфорд и его коллеги в начале 1910-х годов, когда все это было совершенно новым и неизведанным.

Одним из сотрудников Резерфорда был мягкий обходительный датчанин Нильс Бор. В 1913 году Бору, бившемуся над строением атома, пришла в голову идея, настолько взволновавшая его, что он отложил медовый месяц и сел за написание статьи, которая стала поворотным пунктом в науке.

Поскольку физики не могли видеть столь малые объекты, как атомы, им приходилось делать выводы об их строении, наблюдая, как они реагируют на различные воздействия. Так, например, Резерфорд обстреливал фольгу альфа-частицами. Неудивительно, что иногда результаты таких экспериментов вызывали новые вопросы. Одной из загадок долгое время были особенности спектра водорода. Вид этого спектра говорил о том, что атомы водорода излучают энергию на определенных длинах волн и не проявляются на других. Будто кто-то находящийся под наблюдением обнаруживается то в одном, то в другом месте, но ни разу не был замечен в движении между ними. Никто не мог понять, почему так происходит.

Ломая голову над этой проблемой, Бор неожиданно наткнулся на решение и поспешил изложить его в своей знаменитой статье, озаглавленной «О строении атомов и молекул». В ней объяснялось, как электроны могут удержаться от падения на ядро: для этого выдвигалось предположение, что они могут занимать только отдельные, строго определенные орбиты. Согласно этой новой теории электрон перемещается с орбиты на орбиту, исчезая на одной и мгновенно возникая на другой, не появляясь в пространстве между ними. Эта идея – знаменитый «квантовый скачок» – конечно, была чрезвычайно странной, но она была слишком красивой, чтобы оказаться ошибочной. «Квантовый скачок» не только удерживал электроны от катастрофического спирального падения на ядро, но также объяснял странности с длинами волн в спектре водорода. Электроны появлялись только на определенных орбитах, потому что только на них могли существовать. Это была блестящая проницательная догадка, и она принесла Бору Нобелевскую премию в 1922 году, через год после Эйнштейна.

Тем временем неутомимый Резерфорд, вернувшись в Кембридж и сменив Дж. Дж. Томсона на посту руководителя Кавендишской лаборатории, предложил модель, объяснявшую, почему не взрываются ядра. Он понял, что положительные заряды протонов должны компенсироваться какими-то нейтрализующими частицами, которые он назвал нейтронами. Идея была простой и привлекательной, но труднодоказуемой. Коллега Резерфорда Джеймс Чэдвик целых одиннадцать лет усиленно охотился за нейтронами, пока наконец в 1932 году не добился успеха. Он тоже получил Нобелевскую премию – в 1935 году. Как отмечают Бурс с соавторами[135] в своей истории данного вопроса, задержка с открытием, возможно, оказалась к лучшему, поскольку овладение нейтроном имело существенное значение для разработки атомной бомбы. (Ввиду того, что нейтроны не несут никакого заряда, они не отторгаются электрическими полями в сердцевине атома и тем самым могут, подобно крошечным торпедам, выстреливаться в атомное ядро, давая начало разрушительному процессу, известному как деление.) Случись, что нейтрон был бы выделен в 1920-х годах, замечают они, «весьма вероятно, что атомная бомба была бы впервые разработана в Европе и, несомненно, немцами».

Как бы то ни было, европейцы изо всех сил старались понять странное поведение электрона. Главная проблема, с которой они сталкивались, заключалась в том, что электрон вел себя то как частица, то как волна. Эта невероятная двойственность доводила физиков почти до помешательства. Все следующее десятилетие ученые по всей Европе лихорадочно выдвигали конкурирующие гипотезы. Во Франции принц Луи-Виктор де Бройль, потомок герцогского рода, пришел к заключению, что отдельные аномалии в поведении электронов исчезают, если рассматривать их как волны. Это наблюдение вызвало живой интерес австрийца Эрвина Шредингера, который весьма изощренным способом построил удобную для использования систему, названную волновой механикой. Почти одновременно немецкий физик Вернер Гейзенберг выступил с конкурирующей теорией, названной матричной механикой. Она была до того сложна математически, что вряд ли кто-нибудь в полной мере понимал ее, включая самого Гейзенберга. («Я даже не знаю, что такое матрица», – однажды в отчаянии признался он приятелю.) Но похоже, что он справился с некоторыми проблемами, которые не удалось разрешить Шредингеру.

В результате у физиков появились две теории, основанные на противоречащих друг другу посылках, но дающие одинаковые результаты. Это была неприемлемая ситуация.

Наконец, в 1926 году Гейзенберг нашел знаменитый компромисс, создав новую дисциплину, которая получила известность под названием квантовой механики.[136] В ее основе лежал сформулированный Гейзенбергом принцип неопределенности, устанавливающий, что электрон является частицей, но такой, что ее можно описывать в терминах волн. Неопределенность, на которой построена эта теория, состоит в том, что мы можем знать, как движется электрон в пространстве, или знать, где он находится в данный момент, но не можем знать то и другое вместе. Любая попытка определить одно неминуемо нарушает определение другого. Это не вопрос применения более точной аппаратуры, а неотъемлемое свойство Вселенной.

На практике это означает, что нельзя предсказать, где будет находиться электрон в каждый конкретный момент. Можно только рассчитать вероятность его нахождения там. В известном смысле, как это выразил Деннис Овербай, электрон не существует, пока его не замечают. Или чуть иначе: пока его не замечают, следует считать, что электрон находится «одновременно везде и нигде».

Если вас это смущает, можете найти утешение в том, что это смущало и многих физиков. Овербай пишет: «Бор однажды заметил, что тот, кто, впервые услышав о квантовой теории, не возмутился, просто не понял, о чем шла речь». Когда Гейзенберга спросили, как можно представить себе атом, он ответил: «Не пытайтесь».

Так что атом оказался совсем не похожим на то, каким его представляло большинство. Электрон не летает вокруг ядра, как планета вокруг Солнца, а, скорее, имеет бесформенные очертания наподобие облака. «Скорлупа» атома представляет собой не какую-то твердую блестящую оболочку, как порой подталкивают думать некоторые иллюстрации, а просто наиболее удаленные от центра края этих неясно очерченных электронных облаков. Само облако – это, по существу, всего лишь зона статистической вероятности, обозначающая пространство, за пределы которого электрон очень редко выходит. Так что атом, если бы его можно было увидеть, скорее похож на очень нечетко очерченный теннисный мяч, чем на жесткий металлический шар (впрочем, он не очень похож ни на то, ни на другое, и вообще не похож ни на что из когда-либо виденного вами; все-таки мы имеем дело с миром, очень сильно отличающимся от того, что мы наблюдаем вокруг себя).

Казалось, удивительному нет конца. Как выразился Джеймс Трефил,[137] ученые впервые столкнулись с «областью Вселенной, которую наши мозги просто не приспособлены понимать». Или, как сказал Фейнман, «в поведении малых тел нет ничего общего с поведением больших». Копнув глубже, физики поняли, что открыли мир, в котором не только электроны могут перескакивать с орбиты на орбиту, не перемещаясь через разделяющее их пространство, но также материя может возникать из ничего «при условии, – по словам Алана Лайтмана[138] из Массачусетского технологического института, – что она достаточно быстро исчезает».

Возможно, самой захватывающей из квантовых невероятностей является идея, вытекающая из сформулированного в 1925 году Вольфгангом Паули принципа запрета, согласно которому в определенных парах субатомных частиц, даже разделенных значительными расстояниями, каждая моментально «узнает», что делает другая. Частицы обладают свойством, известным как спин.[139] И, согласно квантовой теории, в тот момент, как вы устанавливаете спин одной частицы, ее родственная частица, независимо от того, как далеко она находится, моментально начинает крутиться с той же скоростью в противоположном направлении.

Это похоже на то, пользуясь сравнением научного писателя Лоуренса Джозефа,[140] как если бы у вас было два одинаковых бильярдных шара, один в Огайо, другой на Фиджи, и в тот момент, когда вы закрутите один шар, второй тотчас же крутится в противоположном направлении с точно такой же скоростью. Удивительно, что это явление подтвердилось в 1997 году когда физики Женевского университета разнесли фотоны на расстояние семи миль и продемонстрировали, что вмешательство в движение одного вызвало мгновенную реакцию другого.[141]

Дошло до того, что на одной из конференций Бор по поводу одной из теорий бросил замечание, что вопрос не в том, безумна ли она, а в том, достаточно ли она безумна. Чтобы проиллюстрировать непостижимую природу квантового мира, Шредингер предложил знаменитый мысленный эксперимент, в котором гипотетического кота помещают в ящик с одним атомом радиоактивного вещества, прикрепленным к пробирке с синильной кислотой. Если в течение часа частица распадется, она запустит механизм, который разобьет пробирку и отравит кота. Если нет, кот останется жив. Но мы не сможем узнать, что произошло на самом деле, так что с научной точки зрения нет другого выбора, как считать, что кот одновременно на 100 процентов жив и на 100 процентов мертв. Это означает, как с понятным раздражением заметил Стивен Хокинг, что никто не может «точно предсказать дальнейшие события, если не может даже точно определить нынешнее состояние Вселенной!».

Из-за этих странностей многие физики недолюбливали квантовую теорию или, по крайней мере, отдельные ее аспекты, и больше всех Эйнштейн. Это было более чем странно, поскольку именно он в своем annusmirabilis[142] 1905 года так убедительно показал, что фотоны могут вести себя то как элементарные частицы, то как волны – представление, лежащее в самой основе новой физики. «Кванговая теория весьма достойна уважения», – тактично отмечал он, но на самом деле не питал к ней любви. «Господь не играет в кости», – говаривал он*.

--

* (Во всяком случае, данную мысль обычно передают именно этими словами. Подлинная же цитата звучит следующим образом: «В карты Всевышнего заглянуть трудно. Но в то, что Он играет в кости и прибегает к «телепатии»… я ни на миг не поверю».)

 

Эйнштейн не мог смириться с мыслью, что Бог мог создать Вселенную, в которой некоторые вещи были бы абсолютно непознаваемы. Кроме того, мысль о воздействии на расстоянии – что одна элементарная частица могла моментально повлиять на другую за триллион миль от нее – была полным попранием специальной теории относительности. Ничто не могло превзойти скорость света, и тем не менее находились физики, настаивавшие на том, что на субатомном уровне информация каким-то образом могла обгонять свет. (Между прочим, никто так и не объяснил, каким образом элементарным частицам удается такое достижение. По словам физика Якира Ааронова,[143] ученые решили эту проблему, «просто перестав о ней думать».[144])

Вдобавок ко всему сказанному, квантовая физика породила невиданный до тех пор уровень беспорядка. Для объяснения свойств Вселенной вдруг потребовалось два набора законов – квантовая теория для мира очень малых величин и теория относительности для Вселенной больших расстояний. Гравитация из теории относительности блестяще объясняла, почему планеты обращаются по орбитам вокруг звезд и почему галактики имеют тенденцию к скучиванию, но оказалось, что она не имеет никакого влияния на уровне элементарных частиц. Для объяснения того, что же связывает атом воедино, требовалась некая иная сила, и в 1930-х годах были обнаружены сразу две таких: сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие. Сильное взаимодействие скрепляет атомы воедино; это оно дает возможность протонам удерживаться вместе в ядре. Слабое взаимодействие отвечает за более разнообразный круг задач, главным образом относящихся к управлению скоростью определенных видов радиоактивного распада.

Слабое ядерное взаимодействие, несмотря на свое название, в десять миллиардов миллиардов миллиардов раз сильнее тяготения,[145] а сильное взаимодействие еще мощнее, причем намного. Но их влияние ограничивается крайне малыми расстояниями. Сильное взаимодействие распространяется всего на стотысячную часть диаметра атома. Вот почему ядра атомов такие компактные и плотные, а элементы с большими переполненными ядрами такие нестойкие: сильное взаимодействие просто не может удержать все их протоны.

Кончилось тем, что у физиков на руках оказалось два набора законов – один для мира очень малых величин, другой для большой Вселенной, – существующих отдельно друг от друга. И это тоже не нравилось Эйнштейну. Остаток жизни он посвятил попыткам найти способ связать эти свободные концы в одну Единую теорию и неизменно терпел неудачи. Время от времени он думал, что ему это удалось, но в конечном счете узел всегда развязывался. Со временем он все более оказывался в стороне от господствующих направлений в науке, и порой его даже немного жалели. Сноу писал, что почти все без исключения «его коллеги считали и считают поныне, что вторую половину жизни он растратил впустую».

Однако в других областях был достигнут реальный прогресс. К середине 1940-х годов ученые чрезвычайно глубоко изучили атом – чересчур эффектно продемонстрировав это в августе 1945 года, когда взорвали пару атомных бомб над Японией.

На тот момент физикам можно было простить их убеждение, что они почти покорили атом. В действительности же все в физике элементарных частиц становилось значительно сложнее. Но прежде чем взяться за этот несколько утомительный рассказ, нам следует подтянуть другую нить нашего повествования, продолжив важный и полезный разговор об алчности, обмане, злоупотреблении наукой, о случаях бесполезной гибели людей и об окончательном определении возраста Земли.

 

10

УДАЛЕНИЕ СВИНЦА

 

В конце 1940-х годов аспирант Чикагского университета Клэр Паттерсон (выходец из фермерской семьи в штате Айова), применяя новый метод измерения изотопов свинца, пытался окончательно установить возраст Земли. К сожалению, все имевшиеся у него образцы пород оказались загрязненными, причем весьма значительно. Большинство из них содержали свинец, в количестве, примерно в двести раз превышавшем обычный уровень. Пройдет много лет, прежде чем Паттерсон поймет, что виновником его неудач был печальной славы изобретатель из Огайо по имени Томас Миджли-младший.

По образованию Миджли был инженером, и мир, несомненно, стал бы безопаснее, если бы он оставался инженером. А он вместо этого заинтересовался промышленным применением химии. В 1921 году работая в «Дженерал моторс рисерч корпорейшн» в Дейтоне, штат Огайо, он изучал соединение, называющееся тетраэтилсвинец, и обнаружил, что оно значительно снижает вибрацию, или стук двигателя.

Хотя было широко известно, что свинец опасен, в первые годы двадцатого века его можно было обнаружить во всевозможных предметах потребления. Продукты питания поступали в банках, запаянных с помощью свинцового припоя. Вода часто хранилась в луженных свинцом баках. Арсенатом свинца в качестве пестицида опрыскивали фрукты. Свинец даже входил в состав тюбиков с зубной пастой. Едва ли можно было найти изделие, которое не вносило бы каплю свинца в организм потребителя. Однако ничто не могло сравниться по масштабам и длительности применения с добавлением его в моторное топливо.

Свинец – это нейротоксин. В больших количествах он может привести к необратимому поражению мозга и центральной нервной системы. Среди множества проявлений отравления – потеря зрения, бессонница, почечная недостаточность, потеря слуха, рак, паралич и судороги. В самой острой форме интоксикация проявляется в виде внезапных галлюцинаций, страшных как для пострадавших, так и для свидетелей. Как правило, они заканчиваются комой и смертью. Вряд ли вы захотите, чтобы вам в организм попало слишком много свинца.

С другой стороны, свинец легко добывать и обрабатывать и страшно выгодно производить в промышленных масштабах, а тетроэтилсвинец действительно устраняет стук в двигателях. Так что в 1923 году три крупнейшие американские корпорации – «Дженерал моторе», «Дюпон» и «Стандард ойл оф Нью-Джерси» создали совместное предприятие, названное «Этил газолин корпорейшн» (позднее для краткости просто «Этил корпорейшн»), с целью производства такого количества тетраэтилсвинца, какое мир был готов купить, и это оказалось потрясающей сделкой. Они назвали свою добавку «этилом», что звучало привлекательнее, чем токсичный «свинец», и 1 февраля 1923 года запустили ее в широкое применение (более разнообразное, чем представляло большинство потребителей).

Почти сразу у рабочих на производстве стали появляться неустойчивая походка и нарушения психики – ранние признаки отравления. Также почти сразу «Этил корпорейшн» стала следовать практике спокойного, но твердого отрицания, которая успешно служила ей десятки лет. В своей увлекательной истории промышленной химии «Прометеи в лаборатории» Шэрон Берч Макгрейн[146] приводит пример, когда у персонала одного из заводов стали проявляться необратимые галлюцинации, представитель компании успокоил репортеров: «Они, вероятно, тронулись рассудком, потому что слишком напряженно работали». В ранний период производства этилированного бензина погибло по меньшей мере пятнадцать рабочих и бесчисленное множество других заболели, часто очень тяжело; точное их число неизвестно, потому что компании почти всегда удавалось замять неприятные известия об утечках и отравлениях. Однако временами замять их бывало невозможно – особенно в 1924 году, когда всего на одной плохо вентилируемой установке за несколько дней погибли пять рабочих и еще тридцать пять навсегда остались жалкими развалинами.

Поскольку об опасности нового продукта пошли слухи, полный энтузиазма изобретатель этила Томас Миджли, дабы ослабить беспокойство репортеров, решил провести для них наглядную демонстрацию. Непринужденно болтая об обязательствах компании в области безопасности, он плеснул тетроэтилсвинца себе на руки, затем на целую минуту поднес мензурку к носу, утверждая при этом, что может без вреда повторять эту процедуру каждый день. На самом деле Миджли прекрасно знал об опасности отравления свинцом. Он сам за несколько месяцев до того серьезно пострадал от избыточного воздействия и за исключением этого эпизода, если мог, близко не подходил к этой дряни.

Воодушевленный успехом с этилированным бензином, Миджли теперь обратился к другой технической проблеме века. В 1920-х годах пользоваться холодильниками часто бывало крайне рискованно, потому что в них применялись коварные, опасные газы, которые иногда просачивались наружу. В 1929 году в больнице Кливленда, штат Огайо, в результате утечки из холодильника погибло больше ста человек. Миджли задался целью создать газ, который был бы устойчивым, невоспламеняющимся, некоррозионным и безопасным при вдыхании. Можно подумать, что он обладал почти сверхъестественной способностью творить беды – на сей раз он придумал хлорфторуглероды, или ХФУ.[147]

Редко какой промышленный продукт так быстро находил применение и причинял столько неприятностей. ХФУ поступили в производство в начале 1930-х годов и нашли тысячи применений практически во всех областях, от кондиционеров в автомашинах до баллончиков с дезодорантами, прежде чем полвека спустя заметили, что они разрушают в стратосфере озон. А это, как вы увидите, очень нехорошо.

Озон – это разновидность кислорода, в котором каждая молекула содержит три атома кислорода вместо обычных двух. По капризу природы у поверхности Земли он является очень вредным загрязнением, тогда как высоко в стратосфере оказывает благотворное воздействие, поскольку поглощает опасное ультрафиолетовое излучение. Однако полезного озона не так уж много. Если его равномерно распределить по всей стратосфере, он образовал бы слой всего около трех миллиметров толщиной. Вот почему этот слой так легко нарушить.

Хлорфторуглеродов тоже не очень много – они составляют всего около одной миллиардной части атмосферы, взятой в целом, – но они крайне разрушительны.[148] Один-единственный килограмм ХФУ может захватить и уничтожить 70 тысяч килограммов атмосферного озона. ХФУ остаются в атмосфере долгое время – в среднем около ста лет, – все это время причиняя огромный вред. К тому же они как губка впитывают тепло. Молекула ХФУ дает в десять тысяч раз более сильный вклад в парниковый эффект, чем молекула углекислого газа – а углекислый газ, как известно, весьма эффективно создает парниковый эффект. Словом, хлорфторуглероды в конечном счете могут, пожалуй, оказаться одной из худших выдумок двадцатого века.

Миджли об этом так и не узнал, поскольку умер задолго до того, как поняли, насколько вредны ХФУ. Сама его кончина была весьма необычной. Заболев полиомиелитом и став инвалидом, Миджли изобрел хитроумное приспособление, включавшее несколько блоков с моторчиками, которые автоматически поднимали и переворачивали его в постели. В 1944 году, приведя в действие механизмы, он запутался в тросах и был ими задушен.

Если вы интересовались определением возраста различных предметов, то в 1940-х годах самым подходящим для вас местом был Чикагский университет. Уиллард Либби тогда разрабатывал метод радиоуглеродного датирования, позволяющий ученым точно определять возраст костей и других органических остатков, что было им недоступно раньше. В то время самые древние, надежно определенные даты не выходили за пределы Первой династии в Египте – около 3000 лет до н. э. Никто, например, не мог с уверенностью сказать, когда отступили последние ледниковые щиты или в какое время в прошлом кроманьонцы украшали пещеры Ласко во Франции.

Идея Либби оказалась настолько полезной, что в 1960 году ему присудят за нее Нобелевскую премию. Она исходила из понимания, что все живые организмы содержат изотоп углерода, называемый углерод-14, который начинает распадаться со строго определенной скоростью, как только те погибают. Период полураспада углерода-14, то есть время, необходимое для того, чтобы в любом образце исчезла половина его атомов, составляет примерно 5600 лет, так что, определив, сколько осталось углерода в данном образце, Либби мог получить довольно надежное представление о возрасте изучаемого предмета, правда, до известного предела. После восьми периодов полураспада от первоначального количества радиоактивного углерода остается всего 0,39 процента, а этого слишком мало для надежных измерений, так что радиоуглеродное датирование годится только для объектов возрастом примерно до 40 тысяч лет.

Любопытно, что когда данный метод стал получать широкое распространение, в нем обнаружились некоторые изъяны. Начать с того, что один из основных элементов формулы Либби – период полураспада – был определен с ошибкой примерно на три процента. Однако к тому времени во всем мире были проведены уже тысячи измерений. Чтобы не пересматривать их все, ученые решили сохранить неточную величину. «Таким образом, – отмечает Тим Флэннери,[149] – во всех необработанных данных радиоуглеродного датирования, которые вы встречаете сегодня, возраст образцов занижен примерно натри процента». Но этим проблемы не исчерпывались. Вскоре было также обнаружено, что содержащие углерод-14 образцы легко загрязнялись углеродом из других источников, например от незаметно попавшего вместе с образцом кусочка растительности. Для сравнительно молодых образцов, которым меньше двадцати тысяч лет, легкое загрязнение не имело большого значения, а вот для более древних образцов оно могло стать серьезной проблемой, потому что в этом случае подсчитывал ось очень малое количество остающихся атомов. Позаимствуем сравнение Флэннери – в первом случае ошибка в один доллар будет при подсчете тысячи долларов, а во втором ошибка в доллар будет иметь место, когда у вас на руках всего 2 доллара.

К тому же метод Либби основывался на предположении, что содержание углерода-14 в атмосфере и степень его усвоения живыми существами были неизменными на протяжении всей истории. На самом деле это не так. В настоящее время известно, что содержание углерода-14 в атмосфере изменяется в зависимости от того, как земное магнитное поле отклоняет космические лучи, а этот показатель со временем может значительно меняться.[150] Это означает, что некоторые данные, полученные на основе распада углерода-14, могут вызывать сомнения. Среди наиболее сомнительных – датировки, относящиеся ко времени, когда в Америку пришли первые люди, что является одной из причин неустанных споров вокруг этого вопроса.

Наконец, и, пожалуй, несколько неожиданно, результаты могут быть искажены, казалось бы, не относящимися к делу внешними факторами – такими как пища, которую употребляли те, чьи кости подвергаются исследованию. Один недавний случай вызвал долгие споры относительно того, где берет начало сифилис – в Новом Свете или в Старом? Археологи из Гулля обнаружили, что похороненные на монастырском кладбище монахи страдали сифилисом, но первоначальное заключение, что монахи заразились им до путешествия Колумба, было поставлено под сомнение из-за того, что они потребляли много рыбы, отчего их кости могли казаться старше, чем на самом деле.[151] Монахи вполне могли подцепить сифилис, но когда и как – остается неразрешенной загадкой.

Из-за этих недостатков углерода-14 ученые стали разрабатывать другие методы определения возраста древних материалов, среди них датирование по термолюминесценции, посредством которой подсчитываются электроны, заключенные в глинах,[152] и метод электронного спинового резонанса, при котором образец облучается электромагнитными волнами и измеряются вибрации электронов. Но даже самые лучшие из этих методов не подходят для датирования чего-либо старше примерно двухсот тысяч лет и совсем не годятся для датирования неорганических веществ, таких как горные породы, что, разумеется, необходимо, если вы хотите определить возраст своей планеты.

Трудности датирования горных пород были таковы, что одно время почти во всем мире бросили этим заниматься. Если бы не один преисполненный решимости английский профессор, которого звали Артур Холмс, поиски решения этой проблемы могли бы вообще заглохнуть.

Холмс героически преодолевал препятствия и добивался нужных результатов. К 1920-м годам, в разгар его научной деятельности, геология вышла из моды, поскольку новым увлечением века стала физика. Геологию жестко ограничивали в средствах, особенно на ее духовной родине, в Англии. Холмс много лет единолично представлял весь геологический факультет Даремского университета. Чтобы продолжать радиометрическое датирование горных пород, ему часто приходилось заимствовать у других или латать свою аппаратуру. Однажды дошло до того, что его расчеты фактически были задержаны на год в ожидании того, когда университет обеспечит его простой суммирующей машинкой. Время от времени он был вынужден совсем оставлять научную деятельность, чтобы заработать на содержание семьи – некоторое время он держал антикварную лавку в Ньюкасле-на-Тайне, – бывало, что у него даже не находилось пяти фунтов стерлингов на членские взносы в Геологическое общество.

Методика, которую Холмс применял в своей работе, была теоретически проста и непосредственно вытекала из явления, впервые замеченного в 1904 году Эрнестом Резерфордом и состоявшего в том, что некоторые атомы, распадаясь, образуют другой элемент, причем с достаточно предсказуемой скоростью, так что могут использоваться в качестве часов. Если известно, сколько времени требуется для превращения калия-40 в аргон-40, и измерить содержание того и другого в образце, то можно определить возраст материала. Холмс же, чтобы вычислить возраст пород и тем самым, как он надеялся, возраст Земли, измерял скорость распада урана с превращением в свинец.

Но на этом пути предстояло преодолеть множество технических трудностей. Холмс также нуждался в сложной аппаратуре, с помощью которой можно было бы делать очень тонкие измерения небольших по размеру образцов, но все, что ему удалось, так это получить простую счетную машинку. Так что было большим достижением, когда в 1946 году он смог с уверенностью заявить, что Земле по крайней мере три миллиарда лет, а возможно, и значительно больше. К сожалению, теперь он столкнулся с новым тяжелым препятствием: консерватизмом его коллег ученых. Охотно воздавая хвалу его методике, многие из них утверждали, что он установил не возраст Земли, а всего лишь возраст составляющих ее пород.

Как раз в это время Гаррисон Браун из Чикагского университета разработал новый метод подсчета изотопов свинца в породах вулканического происхождения (т. е. тех, которые в отличие от осадочных пород прошли через плавление). Понимая, что работа будет крайне скучной, он перепоручил ее юному Клэру Паттерсону в качестве диссертационного проекта. Особенно замечательно то, что он обещал Паттерсону, что определить возраст Земли этим новым способом – сущий пустяк. В действительности на это потребуются годы.

Паттерсон начал работу в 1948 году. В сравнении с захватывающим воображение вкладом Томаса Миджли в прогресс человечества определение Паттерсоном возраста Земли выглядит более чем скромно. На протяжении семи лет – сначала в Чикагском университете, а затем, с 1952 года, в Калифорнийском технологическом институте – он работал в стерильной лаборатории, делая очень точные измерения соотношений свинца и урана в тщательно отобранных образцах древних пород.

Сложность измерения возраста Земли заключалась в том, что требовались очень древние породы с кристаллами, включающими свинец и уран, примерно того же возраста, что и сама планета. Более молодые образцы дают искажения в сторону более позднего времени. Но на Земле редко находят действительно древние породы. В конце 1940-х годов никто до конца не понимал почему. В действительности, и это весьма удивительно, лишь вступив в космический век, удалось внятно объяснить, куда делись на Земле все древние породы. (Ответ дает тектоника плит, до которой мы, разумеется, еще доберемся.) Паттерсону же между тем пока оставалось лишь пытаться разобраться в этих вещах, располагая весьма ограниченным набором образцов. В конце концов ему пришла в голову оригинальная мысль: можно восполнить нехватку образцов, используя породы внеземного происхождения. И он обратился к метеоритам.

Паттерсон выдвинул весьма сильное и, как оказалось, верное предположение, что многие метеориты представляют собой остатки строительных материалов, сохранившихся с ранних времен существования Солнечной системы, и потому внутри них мог сохраниться более или менее нетронутым первичный химический состав. Измерьте возраст этих странствующих камней – и вы получите (с неплохой точностью) возраст Земли.

Как всегда, все оказалось не так просто, как это может показаться из нашего беглого описания. Метеориты встречаются весьма редко, и достать их образцы не так-то легко. Кроме того, разработанная Брауном методика измерений оказалась крайне сложной в деталях и требовала значительной доработки. Ко всему прочему, с образцами Паттерсона постоянно возникали проблемы из-за того, что они бесконтрольно загрязнялись большими дозами содержащегося в атмосфере свинца каждый раз, как только попадали на воздух. Именно это обстоятельство заставило его в конечном счете создать стерильную лабораторию – первую в мире, если верить по крайней мере одному из источников.

Паттерсону потребовалось семь лет упорного труда, чтобы только собрать и оценить образцы, предназначенные для окончательной проверки. Весной 1953 года он привез свои образцы в Аргоннскую национальную лабораторию в штате Иллинойс. Там ему выделили время на масс-спектрографе последней модели – приборе, способном обнаруживать и измерять самое незначительное количество урана и свинца, упрятанное в древних кристаллах. Когда наконец Паттерсон получил результаты, он так разволновался, что сразу отправился на родину в Айову и попросил мать поместить его в больницу на исследование, так как подумал, что у него случился сердечный приступ.

Вскоре на конференции в Висконсине Паттерсон объявил окончательный возраст Земли – 4550 миллионов лет (плюс-минус 70 миллионов лет) – «цифра, остающаяся неизменной и через пятьдесят лет», как восхищенно замечает Макгрейн. После двухсотлетних попыток Земля наконец обрела возраст.

Почти сразу Паттерсон сосредоточил внимание на насыщавшем атмосферу свинце. Он был поражен, обнаружив, что даже то немногое, что было известно о воздействии свинца на человека, почти неизменно оказывалось либо неверным, либо вводящим в заблуждение. И неудивительно: ведь на протяжении сорока лет все исследования о воздействии свинца финансировались исключительно производителями свинцовых присадок.

В одном из таких исследований врач, не имевший специальной подготовки в области патологии, связанной с химией, взялся за пятилетнюю программу, в ходе которой добровольцам предлагалось вдыхать или глотать свинец в возрастающих количествах. Затем у них проверялись моча и кал. К несчастью, доктор, видимо, не знал, что свинец не выделяется с отходами жизнедеятельности. Наоборот, он накапливается в костях и крови – именно из-за этого он так опасен, – а ни кости, ни кровь не проверялись. В результате свинцу было выдано свидетельство полной безвредности для здоровья.

Паттерсон быстро установил, что в атмосфере находится – и фактически остается сегодня, потому что он никуда не девается, – огромное количество свинца. И около 90 % его, похоже, вышло из выхлопных труб автомашин. Но он не смог этого доказать. Ему требовалось найти способ сравнить нынешний уровень содержания свинца в атмосфере с уровнем, существовавшим до 1923 года, когда началось коммерческое производство тетраэтилсвинца. И тут он догадался, что ответ могут дать ледники.

Было известно, что в местах, подобных Гренландии, выпавший снег откладывается отдельными слоями (из-за сезонных колебаний температуры наблюдаются незначительные изменения в их окраске от зимы к лету). Отсчитывая эти слои и измеряя количество свинца в каждом из них, Паттерсон мог вычислить концентрацию свинца в земной атмосфере в любой период времени на протяжении сотен и даже тысяч лет. Эта идея легла в основу изучения ледниковых кернов, на котором во многом зиждется современная климатология.

Паттерсон обнаружил, что до 1923 года в атмосфере почти не было свинца, а после этого уровень содержания свинца неуклонно и опасно пополз вверх. Теперь делом его жизни стало добиться удаления свинца из бензина. Он стал постоянным и зачастую суровым критиком промышленного производства свинца и стоящих за этим интересов.

Кампания оказалась дьявольски трудной. «Этил» была мощной глобальной корпорацией и имела много высокопоставленных друзей. (Среди ее директоров были член Верховного суда Льюис Пауэлл и Гильберт Гровнор из Национального географического общества.) Паттерсон вдруг обнаружил, что средства на его научные исследования либо отозваны, либо выделяются с огромным трудом. Американский институт нефти расторг с ним контракт на исследования, Служба здравоохранения Соединенных Штатов, считавшаяся беспристрастным правительственным органом, тоже.

По мере того как Паттерсон все больше становился помехой для своего научного заведения, должностные лица свинцовых компаний частенько нажимали на попечителей Калифорнийского технологического института с целью заставить его замолчать или уйти. По словам Джейми Линкольна Китмана,[153] писавшего в 2000 году в The Nation, руководство «Этила» предлагало пожертвовать средства на содержание в институте кафедры, если «Паттерсона уйдут». Дошло до абсурда, когда его, бесспорно, самого видного эксперта Америки по атмосферному свинцу, в 1971 году вывели из комиссии по вопросам свинцового загрязнения Национального научно-исследовательского совета.

Надо отдать должное Паттерсону, он остался тверд в своих убеждениях. И в конечном итоге его усилия привели к принятию Закона 1970 года «о чистом воздухе», а в 1986 году к полному изъятию из продажи в Соединенных Штатах этилированного бензина. Почти сразу содержание свинца в крови американцев упало на 80 %.[154] Но из-за того, что свинец остается навсегда, у каждого современного американца содержится в крови в 625 раз больше свинца, чем у его соплеменника, жившего сто лет назад. Содержание свинца в атмосфере также продолжает увеличиваться, причем вполне законно, примерно на сто тысяч тонн в год, главным образом из-за его добычи, выплавки и промышленной обработки. В Соединенных Штатах также запретили применение свинца в малярных работах внутри помещений. «Через 44 года после большинства стран Европы», – замечает Макгрейн. Удивительно, что, несмотря на поразительную токсичность, свинцовый припой применялся в емкостях для продуктов питания аж до 1993 года.

Что касается «Этил корпорейшн», то она все еще процветает, хотя «Дженерал моторе», «Стандард Ойл» и «Дюпон» больше в ней не участвуют. (В 1962 году они продали свои акции компании «Албермэрл пейпер».) Согласно Макгрейн, еще в феврале 2001 года «Этил» продолжала утверждать, «что исследования не подтвердили, что этилированный бензин представляет опасность для здоровья человека или окружающей среды». На ее сайте в истории компании нет упоминания о Томасе Миджли, а просто содержится ссылка на первоначальный продукт, содержащий «определенные химические соединения».[155]

«Этил» больше не производит этилированный бензин, хотя, согласно отчетам компании за 2001 год, продажа тетраэтилсвинца в 2000 году все еще приносила ей 25,1 млн долларов (из общей суммы 795 млн долл.), даже больше, чемв 1999 году (24,1 млн долл.), но меньше, чем в 1998 году (117 млн долл.). В своем отчете компания заявляет о решимости «максимально увеличить поступления от продаж тетраэтилсвинца, применение которого в мире продолжает постепенно сокращаться». «Этил» сбывает тетраэтилсвинец по всему миру по соглашению с английской фирмой «Ассошиэйтед Октел Лтд.».

Что касается другого наказания, оставленного нам Томасом Миджли, – хлорфторуглеродов, в Соединенных Штатах они были запрещены в 1974 году, но эти коварные невидимки ужасно живучи, и те, что попали в атмосферу раньше (например, в составе дезодорантов или лаков для волос), почти наверняка будут оставаться там и пожирать озон еще долго после того, как нас с вами не станет. Еще хуже то, что мы каждый год продолжаем добавлять в атмосферу огромное количество хлорфторуглеродов. Согласно Уэйну Биддлу,[156] на рынок ежегодно попадает 27 миллионов килограммов этого зелья стоимостью полтора миллиарда долларов. Так кто его производит? Мы, то есть множество наших крупных корпораций, производящих его на своих зарубежных предприятиях. В странах третьего мира его не запретят до 2010 года.

Клэр Паттерсон умер в 1995 году. Он не получил Нобелевской премии за свои труды. Геологам ее не дают. Еще более странно, что полстолетия упорного, самоотверженного труда не принесли ему ни славы, ни маломальского признания. Можно бы привести веские доводы в подтверждение того, что он был самым влиятельным геологом двадцатого века. Однако кто слыхал о Клэре Паттерсоне? В большинстве учебников геологии о нем не упоминается. В двух свежих популярных книгах об истории определения возраста Земли ухитрились исказить его имя.

В начале 2001 года рецензент одной из этих книг в журнале Nature совершил еще одну поразительную ошибку, представив Паттерсона женщиной.

Как бы то ни было, благодаря трудам Паттерсона Земля к 1953 году обрела наконец возраст, с которым все могли согласиться. Теперь оставалась единственная проблема – получалось, что Земля старше содержавшей ее Вселенной.

 

11

КВАРКИ МИСТЕРА МАРКА

 

В 1911 году британский ученый Ч. Т..Р. Вильсон, изучая образование облаков, регулярно взбирался на вершину известной сырыми туманами шотландской горы Бен-Невис. Однажды ему пришло в голову, что должен быть более простой путь. Вернувшись к себе в Кавендишскую лабораторию в Кембридже, он соорудил камеру с искусственным облаком – простое устройство, в котором он мог охлаждать и увлажнять воздух, создавая модель облака в лабораторных условиях.

 

Устройство работало очень хорошо, к тому же обладало неожиданным дополнительным достоинством. Когда Вильсон разгонял в камере альфа-частицу, чтобы запустить образование своих искусственных облаков, она оставляла видимый след – вроде инверсионного следа пролетающего воздушного лайнера. Тем самым он просто изобрел детектор частиц. Прибор предоставил убедительные доказательства того, что субатомные частицы действительно существуют.

 

Позднее двое других ученых из Кавендишской лаборатории создали прибор, дающий более мощный пучок протонов, а в Калифорнии, в Беркли, Эрнест Лоуренс изготовил свой знаменитый впечатляющий циклотрон, или сокрушитель атомов, как долгое время восторженно называли такие устройства в англоязычном мире. Все эти хитрые штуковины действовали – и фактически до сих пор действуют – более или менее по одному принципу. Смысл в том, чтобы разогнать протон или другую заряженную частицу по определенной траектории по направляющему устройству (иногда круговой, иногда прямолинейной), а затем ударить ею в другую частицу и посмотреть, что разлетится в стороны. Именно поэтому их и называли сокрушителями атомов. Не слишком деликатный метод, но в целом весьма результативный.

 

По мере того как физики создавали все более грандиозные машины, ученые, похоже, стали терять всякую меру в обнаружении и теоретическом предсказании новых частиц и их семейств: мюоны, пионы, гипероны, мезоны, каоны, бозоны, барионы, тахионы. Даже физики начали испытывать некоторые неудобства. Когда один из студентов спросил у Энрико Ферми[157] название какой-то частицы, тот ответил: «Молодой человек, если бы я мог запомнить названия всех этих частиц, то стал бы ботаником».

 

Сегодня названия ускорителей напоминают выражения, которыми пользовался генерал Флэш Гордон[158] на поле боя: Протонный суперсинхротрон, Большой электрон-позитронный коллайдер, Большой адронный коллайдер, Релятивистский коллайдер тяжелых ионов. Потребляя колоссальное количество энергии (некоторые из них работают только по ночам, чтобы население окрестных городов не замечало, что у них тускнеет свет, когда запускают установку), они могут так подстегнуть частицы, что отдельный электрон менее чем за секунду 47 тысяч раз оборачивается по 7-километровому туннелю. Высказывались опасения, что ученые, увлекшись, могут по недосмотру создать черную дыру или даже нечто, называемое «странными кварками», которые, теоретически, могли бы, взаимодействуя с другими субатомными частицами, неудержимо размножаться.[159] Если вы в данный момент читаете сию книгу, значит, этого не случилось.

 

Поиски частиц требуют известной сосредоточенности. Они не только очень малые и быстрые, но зачастую также бывают исключительно эфемерными. Частицы могут возникать и снова исчезать за 0,000000000000000000000001 секунды (10-24 секунды). Даже самые медлительные из неустойчивых частиц задерживаются не более чем на 0,0000001 секунды (10-7 секунды).

Некоторые частицы поразительно увертливы. Каждую секунду на Землю приходят сто тысяч триллионов триллионов крошечных, почти не имеющих массы нейтрино (большинство из них вырабатываются в ядерном котле Солнца), и фактически все они проходят сквозь планету и сквозь все, что на ней находится, включая нас с вами, будто всего этого вовсе не существует. Чтобы уловить самую малость, ученым требуются емкости, вмещающие 57 тысяч кубометров тяжелой воды (т. е. воды с повышенным содержанием дейтерия), которые размещают в подземных камерах (обычно в старых шахтах), чтобы избежать помех от других видов излучения.

Очень редко пролетающее нейтрино ударяется в ядро находящегося в воде атома и вызывает маленькую вспышку света. Ученые подсчитывают эти вспышки и таким образом постепенно приближают нас к пониманию основных свойств Вселенной. В 1998 году японские исследователи сообщили, что нейтрино действительно имеют массу, но очень небольшую – около одной десятимиллионной массы электрона.

Что сегодня действительно требуется для открытия частиц, так это деньги, причем уйма денег. В современной физике налицо курьезная взаимосвязь между крошечными размерами искомых объектов и масштабами сооружений, требуемых для их поиска. ЦЕРН, Европейский центр ядерных исследований, похож на небольшой город. Раскинувшись на границе Франции и Швейцарии, он занимает площадь, измеряемую квадратными километрами. Там работает три тысячи сотрудников. Гордостью ЦЕРНа служит ряд магнитов, каждый весом с Эйфелеву башню, и подземный туннель окружностью примерно в 26 километров.

Расщеплять атом, как отмечает Джеймс Трефил, легко; вы делаете это всякий раз, когда включаете лампу дневного света.[160] Но вот расщепление атомного ядра требует уймы денег и обильного снабжения электричеством. А для того чтобы добраться до уровня кварков – частиц, составляющих элементарные частицы, – требуется еще больше: триллионы вольт электричества и бюджет небольшого центрально-американского государства. Новый Большой адронный коллайдер ЦЕРНа, запуск которого намечен на 2007 год, достигнет 14 триллионов вольт.[161] А его строительство обойдется в полтора миллиарда долларов[162]*.

--

* (Все эти дорогие вложения приносят весьма ценные побочные результаты. Всемирная паутина (WWW) – это побочный продукт ЦЕРН. Ее изобрел в 1989 году ученый из ЦЕРНа Тим Бернерс-Ли.)

 

Но эти цифры – ничто по сравнению с тем, что могло бы быть достигнуто и затрачено при строительстве гигантского и теперь, к сожалению, уже неосуществимого сверхпроводящего суперколлайдера. Его постройка началась в 1980-х годах в Ваксахачи, штате Техас, но впоследствии испытала суперстолкновение с Конгрессом Соединенных Штатов. Основная идея создания коллайдера заключалась в том, чтобы дать ученым возможность познать, как издавна любили говорить, «изначальную природу материи», по возможности близко воссоздав состояние Вселенной в первую 10-тысячемиллиардную долю секунды. Планировалось разгонять частицы по 84-километровому туннелю, достигнув поистине ошеломляющей энергии в 99 триллионов вольт. Это был великий проект, но строительство обошлось бы в 8 миллиардов долларов (эта цифра в конечном счете возросла до 10 миллиардов долларов), а на эксплуатацию уходили бы еще сотни миллионов долларов ежегодно.

Это, пожалуй, самый выдающийся в истории пример вбухивания денег в дыру в земле. Конгресс уже затратил 2 миллиарда долларов, но затем в 1993 году когда было пройдено 22 километра туннеля, аннулировал проект. Так что.

Техас теперь может похвастаться самой дорогой дырой во Вселенной. Сама строительная площадка, как написал мне мой друг Джефф Гуинн из «Форт уорт стар-телеграм», «по существу, представляет собой огромное расчищенное поле, усеянное по окружности утратившими надежды маленькими городками».

После поражения с суперколлайдером физики, исследующие элементарные частицы, несколько поубавили запросы, но даже сравнительно скромные их проекты потрясающе дороги, с чем бы их ни сравнивать. Предполагамое строительство нейтринной обсерватории в старой шахте Хоустейк в городке Лид, в Южной Дакоте, обойдется в 500 миллионов долларов (и это в шахте, которая уже вырыта!), не говоря уж о ежегодных текущих расходах. Кроме того, видимо, потребуется 281 миллион долларов на «общие конверсионные работы». А простое переоборудование ускорителя частиц в лаборатории Ферми в Иллинойсе обошлось в 260 миллионов долларов.

Словом, физика элементарных частиц – страшно дорогостоящее занятие, но в то же время и весьма плодотворное. Сегодня насчитывается заметно более 150 элементарных частиц и предполагается существование еще около сотни. Но, к сожалению, по словам Ричарда Фейнмана, «очень трудно разобраться во взаимоотношениях всех этих частиц, понять, для чего они нужны природе или как одни связаны с другими». Всякий раз, когда удается открыть ящик, неизбежно внутри обнаруживается другой, запертый, ящик. Некоторые считают, что существуют частицы, называемые тахионами, которые передвигаются со скоростью, превышающей скорость света. Другие жаждут найти гравитон – носитель силы тяжести. В какой момент мы достанем до самого дна – трудно сказать. Карл Саган в книге «Космос» поднимает вопрос о том, что, возможно, по мере углубления внутрь электрона можно будет обнаружить его собственную вселенную, заключенную внутри него, вызывая в памяти все многочисленные произведения научной фантастики 1950-х годов. «Внутри собранных в здешние эквиваленты галактик и других, менее крупных образований находятся в огромном количестве еще более мелкие элементарные частицы, которые сами есть вселенные следующего уровня, и так далее – бесконечная регрессия вселенных, вложенных одна в другую. И такая же прогрессия, устремленная в другую сторону».[163]

Для большинства из нас это мир, выходящий за пределы понимания. Ныне, чтобы прочесть даже начальное руководство по физике элементарных частиц, требуется продираться сквозь терминологические заросли примерно такого рода: «Заряженные пион и антипион соответственно распадаются на мюон плюс антинейтрино и антимюон плюс нейтрино со средней продолжительностью жизни в 2,603х10-8 секунды, незаряженный пион распадается на два фотона при средней продолжительности жизни около 0,8х10-16 секунды, а мюон и антимюон соответственно на…» И далее в том же духе – и это взято из книги, рассчитанной на широкого читателя, а ее автор – один из наиболее доходчивых (как правило) популяризаторов – Стивен Вайнберг.

В 1960-х годах, пытаясь несколько упростить дело, физик из Калифорнийского технологического института Марей Гелл-Манн придумал новый класс частиц, в основном для того, чтобы, по словам Стивена Айсберга, «в какой-то мере восстановить былой «экономный подход» к многочисленным Ааронам» – этим собирательным термином физики обозначают протоны, нейтроны и другие частицы, которые подчиняются сильному ядерному взаимодействию. По мысли Гелл Манна, все Аароны состоят из еще меньших, даже еще более элементарных частиц. Его коллега Ричард Фейнман хотел назвать эти новые элементарные частицы партонами, но предложение было отвергнуто. Вместо этого их стали называть кварками.

Гелл-Манн взял название из стихотворной строчки «Три кварка для мистера Марка»[164] в книге Джеймса Джойса «Поминки по Финнегану». Представление о фундаментальной простоте кварков продержалось недолго. С углублением понимания появлялась необходимость подразделять их на виды. Хотя кварки слишком малы, чтобы иметь цвет, вкус или другие распознаваемые нами физические свойства, их сгруппировали в шесть категорий – верхние, нижние, странные, очарованные, прелестные и истинные кварки. Эти категории физики почему-то называют ароматами и, в свою очередь, делят на цвета – красный, зеленый и синий. (Кто-то предположил, что эти термины не случайно появились в Калифорнии в разгар психоделической эпохи.)

В конечном счете появилось то, что называют Стандартной моделью, которая, по существу, служит чем-то вроде набора запчастей для субатомного мира. Стандартная модель состоит из шести кварков, шести лептонов, пяти известных бозонов и шестого предсказанного – бозона Хиггса (названного по имени шотландского ученого Питера Хиггса[165]), плюс три из четырех физических взаимодействий: сильное и слабое ядерные и электромагнитное.

Эта модель предусматривает, что фундаментальными строительными блоками материи являются кварки. Их скрепляют между собой частицы, называемые глюонами. Вместе кварки с глюонами образуют протоны и нейтроны, вещество атомного ядра. К числу лептонов относятся электроны и нейтрино. Кварки и лептоны вместе называются фермионами. Бозоны (названные по имени индийского физика С. Н. Бозе) представляют собой частицы, порождающие и передающие взаимодействия. К ним относятся, в частности, фотоны и глюоны. Бозон Хиггса, возможно, существует, а возможно, нет: он придуман просто для наделения частиц массой.

Как видите, теория выглядит несколько тяжеловесно и громоздко, но это самая простая модель, способная объяснить все, что происходит в мире элементарных частиц. Большинство физиков, работающих с элементарными частицами, сознают, как заметил в телевизионной передаче 1985 года Леон Лидерман,[166] что Стандартной модели не хватает изящества и простоты. «Она слишком сложна для понимания. В ней слишком много произвольно введенных параметров, – говорил Лидерман. – Невозможно представить, как творец крутит двадцать ручек, чтобы установить двадцать параметров той Вселенной, которую мы знаем». В сущности, физика – это не более чем поиски предельной простоты. Но пока все, что мы имеем, – это нечто вроде утонченного хаоса, или, как сказал Лидерман: «Есть ощущение, что картина не блещет красотой».

Стандартная модель не только неуклюжа, но и неполна. Начать с того, что в ней ничего не говорится о гравитации. Изучайте сколько угодно Стандартную модель, но вы не найдете там никакого объяснения, почему когда вы кладете на стол шляпу, она не взлетает к потолку. Не может она, как мы только что отмечали, объяснить проблему массы. Чтобы придать частицам какую ни на есть массу, приходится вводить воображаемый бозон Хиггса; существует ли он в действительности – вопрос физики двадцать первого века. Как шутливо заметил Фейнман: «Итак, мы вляпались в теорию, не зная, верна она или нет, но твердо знаем, что она слегка ошибочна или, по крайней мере, неполна».

Пытаясь собрать все воедино, физики пришли к концепции, которую назвали теорией суперструн. Она постулирует, что все эти мелкие объекты вроде кварков и лептонов, которые мы раньше принимали за частицы, в действительности своего рода «струны» – вибрирующие энергетические нити, колеблющиеся в одиннадцати измерениях, включающих три измерения, которые мы знаем, плюс время и семь других измерений, нам неизвестных. Струны эти очень малы – настолько малы, что выглядят точечными частицами.

Вводя дополнительные измерения, теория суперструн позволяет физикам собрать квантовые и гравитационные законы в один сравнительно аккуратный пакет. Но это также приводит к тому, что все, что рассказывают ученые об этой теории, начинает звучать настолько невразумительно, что вызывает немедленное желание от этого избавиться, как если бы к вам на скамейке в парке подсел и стал изливать душу совершенно посторонний человек и у вас появилось бы желание отодвинуться от него подальше. Вот как, например, объясняет структуру Вселенной в свете теории суперструн физик Мишио Каку:

Гетеротическая струна состоит из замкнутой струны, у которой два типа вибраций, по часовой стрелке и против, которые рассматриваются по-разному. Вибрации по часовой стрелке существуют в десятимерном пространстве. Вибрации против часовой стрелки существуют в 26-мерном пространстве, из которых 16 измерений компактифицированы. (Вспомним, что в первоначальном пятимерном пространстве Калуцы пятое измерение было компактифицировано путем сворачивания в окружность.)».

И так на 350 страницах.

Струнная теория далее породила нечто под названием М-теория, которая включает [помимо струн] поверхности-мембраны, или просто браны, как сейчас модно называть их в мире физики. Боюсь, что здесь заканчивается широкая дорога знаний, и большинству из нас на этой остановке пора сходить. Вот цитата из «Нью-Йорк таймс», как можно проще разъясняющая суть этой теории широкому кругу читателей:

«Этот экпиротический процесс берет начало в далеком неопределенном прошлом с пары плоских пустых мембран, расположенных параллельно друг другу в искривленном пятимерном пространстве… Две мембраны, которые образуют стены пятого измерения, могли внезапно появиться из небытия, как квантовая флуктуация в еще более отдаленном прошлом, а затем разойтись».

Бесспорно. И непонятно. Кстати, «экпиротический» происходит от греческого слова, означающего «большой пожар».

Дела в физике дошли до того, что, как отмечал в журнале Nature Пол Дэвис,[167] «для незнакомых с наукой лиц практически невозможно отличить оправданные предсказания от явного бреда». Вершиной глупости стала претенциозная теория, до которой осенью 2002 года додумались двое французских физиков, братья-близнецы Игорь и Гришка Богдановы. Она включала такие понятия, как «воображаемое время» и «условие Кубо – Швингера – Мартина» и претендовала на объяснение небытия. Т. е. того, чем была Вселенная до Большого Взрыва – периода, который всегда считался непознаваемым (поскольку имел место до появления на свет физики и ее законов).

Почти сразу теория Богдановых вызвала в среде физиков возбужденные споры относительно того, является ли она элементарной чушью, гениальным творением или просто мистификацией. «В научном отношении это явно более или менее полная бессмыслица, – поведал «Нью-Йорк таймс» физик из Колумбийского университета Питер Войт, – но в наши дни она не сильно отличается от множества остальных теорий».

Карл Поппер,[168] которого Стивен Вайнберг называет «старейшиной современных философов науки», однажды высказал мысль о том, что в физике может и не быть окончательной теории. И что вместо этого каждое объяснение может потребовать дальнейшего объяснения, создавая «бесконечную череду все более основополагающих принципов». Противоположная идея состоит в том, что такое знание просто лежит за пределами наших возможностей. «К счастью, – пишет Вайнберг в книге «Мечты об окончательной теории», – пока что мы, кажется, далеко не исчерпали свои интеллектуальные возможности».

Почти наверняка в этой области мы еще будем свидетелями дальнейшего развития мысли и почти наверняка эти идеи вновь будут выше нашего понимания.

Тогда как физики середины двадцатого столетия растерянно разглядывали мир очень малого, астрономы, в свою очередь, были ничуть не менее озабочены неполнотой своих представлений о Вселенной в целом.

Когда мы последний раз встречались с Эдвином Хабблом, он установил, что почти все видимые нами галактики летят прочь от нас со скоростью, пропорциональной расстоянию: чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Хаббл увидел, что это можно выразить простым уравнением:

 

Н0 = v/d

 

(где Н0 – постоянная, v – скорость удаления галактики, ad – расстояние до нее).

Н с тех пор называют постоянной Хаббла, а все уравнение – законом Хаббла. Пользуясь своей формулой, Хаббл вычислил, что возраст Вселенной около двух миллиардов лет, что представлялось несколько странным, так как уже к концу 1920-х годов становилось все более очевидно, что многие тела во Вселенной – включая, возможно, и саму Землю – старше этого срока. Поэтому его уточнение стало постоянной заботой космологии.

Почти единственным постоянным явлением в связи с постоянной Хаббла были многочисленные споры относительно ее величины. В 1956 году астрономы обнаружили, что переменные звезды – цефеиды – более разнообразны, чем думали раньше: они были двух видов, а не одного. Это дало возможность астрономам заново произвести свои вычисления и получить новый возраст Вселенной – от семи до двадцати миллиардов лет; не слишком точно, но, по крайней мере, достаточно, чтобы наконец охватить время образования Земли.

В последующие годы разгорелся бесконечный спор между преемником Хаббла в обсерватории Маунт Вильсон Алланом Сэндиджем и работавшим в Техасском университете астрономом, французом по происхождению, Жераром де Вокулером. После многолетних тщательных вычислений Сэндидж пришел к заключению, что значение постоянной Хаббла составляет 50, а возраст Вселенной соответственно двадцать миллиардов лет. Де Вокулер с той же уверенностью утверждал, что постоянная Хаббла равна 100*.

--

* (Разумеется, вы вправе поинтересоваться, что точно имеется в виду под «постоянной, равной 50» или «постоянной, равной 100». Ответ заключен в астрономических единицах измерения. Кроме как в устных разговорах астрономы не пользуются световыми годами. Для выражения расстояний они пользуются парсеками (сокращение от «параллакс» и «секунда»). Парсек связан с универсальном методом измерения расстояний, называемым звездным параллаксом, и равен 3,26 светового года. А действительно большие расстояния, вроде размера Вселенной, измеряются мегапарсеками: 1 мегапарсек= 1 миллиону парсеков. Постоянная выражается в километрах в секунду на мегапарсек. Таким образом, когда астрономы говорят о постоянной Хаббла, равной 50, они в действительности имеют в виду «50 километров в секунду на мегапарсек». Для большинства из нас это, конечно, совершенно бессмысленная единица измерения; но ведь и большинство расстояний, измеряемых астрономическими мерками, настолько чудовищны, что совершенно не поддаются осмыслению.)

 

Это означало бы, что размеры Вселенной наполовину меньше, а ее возраст – десять миллиардов лет. Неопределенности добавила в 1994 году группа исследователей из обсерватории Карнеги в Калифорнии, которая, пользуясь измерениями, полученными космическим телескопом Хаббла, выдвинула предположение, что Вселенной, возможно, всего лишь 8 миллиардов лет – что, даже по их признанию, было меньше возраста некоторых звезд во Вселенной. В феврале 2003 года группа ученых из НАСА и Годдардского центра космических полетов в штате Мериленд, используя новый высокочувствительный спутник – зонд Уилкинсона для измерения анизотропии микроволнового фона (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP), заявила с определенной уверенностью, что возраст Вселенной составляет 13,7 миллиарда плюс-минус сотня миллионов лет. Так обстоят дела, по крайней мере, на данный момент.

Трудность окончательного определения состоит в том, что зачастую имеется огромное пространство для интерпретации данных. Представьте себе, что вы стоите ночью в поле и пытаетесь определить, как далеко от вас находятся две электрические лампочки. С помощью довольно простых астрономических инструментов вы сможете достаточно легко установить, что у лампочек одинаковая яркость и что одна из них находится, скажем, в полтора раза дальше другой. Но что вы не сможете определенно сказать, является ли ближняя лампочка 58-ваттной и находящейся в 37 метрах или же 61-ваттной на расстоянии 36,5 метра. В довершение всего следует внести поправки на искажения, вызванные колебаниями плотности земной атмосферы, межзвездной пылью, влиянием света ближних звезд и множеством других факторов. В результате ваши вычисления неизбежно основываются на ряде вытекающих друг из друга допущений, любое из которых может стать источником разногласий. Трудность и в том, что на доступ к телескопам всегда большой спрос, и исторически особенно дорогим было время, наиболее подходящее для измерений красных смещений. Одна экспозиция могла занять всю ночь. В результате астрономы иногда бывали вынуждены (или предпочитали) строить свои заключения на весьма скудных данных. В космологии, как заметил журналист Джеффри Карр,[169] налицо «целая гора теорий, покоящихся на кочке фактов». Или, словами Мартина Риса, «наше нынешнее ощущение удовлетворения (состоянием нашего понимания) скорее отражает недостаточность данных, чем совершенство теории».

Между прочим, эта неточность относится как к астрономическим телам, находящимся сравнительно недалеко, так и к тем, которые расположились на отдаленных окраинах Вселенной. Как отмечает Дональд Голдсмит,[170] когда астрономы говорят, что галактика М87 находится на удалении в шестьдесят миллионов световых лет, на самом деле они имеют в виду («но не часто подчеркивают в публичных высказываниях»), что она удалена на расстояние от 40 до 90 миллионов световых лет. А это, согласитесь, не совсем одно и то же. Для измерений Вселенной в больших масштабах такие допущения только усиливаются. При всех нынешних громких разглагольствованиях о последних успехах и достижениях мы еще очень далеки от согласия.

В одной свежей интересной теории содержится предположение, что Вселенная вовсе не так велика, как мы думаем; что когда мы всматриваемся в пространство, некоторые из галактик, которые мы видим, могут просто быть отражениями, мнимыми изображениями, вызванными отбрасываемым светом.

Факт состоит в том, что мы очень многого не знаем, даже на базовом уровне – и в том числе, например, из чего состоит Вселенная. Когда ученые подсчитывают количество материи, необходимое для того, чтобы удержать галактики вместе, они неизменно делают это весьма и весьма приближенно. Похоже, что по крайней мере 90, а то и все 99 % Вселенной состоят из «темной материи» Фрица Цвикки – вещества, по своей природе невидимого для нас. Немного унизительно думать, что живешь во Вселенной, которую по большей части даже не можешь увидеть. Но что поделаешь? По крайней мере, названия двух основных подозреваемых на роль темной материи звучат забавно – говорят, что это либо WIMPs, либо MACHOs.[171]

Физики элементарных частиц отдают предпочтение WIMPs, астрофизики склоняются к объяснению через темные звезды – MACHOs. Некоторое время преимущество было на стороне MACHOs, однако пока их число еще очень далеко от необходимого. Поэтому симпатии переместились на сторону WIMPs. Хотя тут тоже есть проблемы – ни одной WIMP до сих пор не найдено. Поскольку они слабо взаимодействуют с обычным веществом, их (если они вообще существуют) очень трудно зарегистрировать. Космические лучи могут создавать слишком большие помехи, поэтому ученым приходится зарываться глубоко в землю. На глубине в один километр космические бомбардировки будут в миллион раз слабее, чем на поверхности. Но даже при всем этом, как заметил один комментатор, «две трети Вселенной все еще не учтены в балансовом отчете». Можно было бы назвать эту неучтенку темными неизвестными, неотражающими недетектируемыми объектами, находящимися неизвестно где, – DUNNOS.[172]

Самые последние данные свидетельствуют о том, что галактики во Вселенной не только разбегаются от нас, но делают это со все возрастающей скоростью. Это противоречит всем ожиданиям. Похоже, Вселенная наполнена не только темной материей, но и темной энергией. Ученые иногда также называют ее энергией вакуума, или квинтэссенцией. Чем бы она ни была, представляется, что она подгоняет расширение, которое ничем больше нельзя толком объяснить. Предполагается, что пустое пространство не такое уж пустое – что там есть то возникающие, то исчезающие частицы материи и антиматерии и что они-то все быстрее расталкивают Вселенную вширь. Невероятно, но единственная вещь, которая позволяет объяснить все это, – та самая космологическая постоянная Эйнштейна – крошечная математическая деталь, которую он вставил в общую теорию относительности, чтобы остановить предполагаемое сжатие, и которую назвал «величайшей ошибкой в своей жизни».

Единственный вывод, который мы можем сделать из всех этих теорий, состоит в том, что мы живем во Вселенной, возраст которой не можем толком вычислить, окружены звездами, расстояния до которых и между которыми толком не знаем, в пространстве, заполненном материей, которую не можем обнаружить и которая развивается в соответствии с физическими законами, которых мы по-настоящему не понимаем.

Вот на такой довольно тревожной ноте давайте вернемся на планету Земля и займемся чем-то, что мы действительно понимаем, – хотя теперь мы, возможно, не удивимся, услышав, что и это мы понимаем не полностью, а что понимаем, то долгое время не понимали.

 

12

ЗЕМЛЯ ДВИЖЕТСЯ

 

Одной из последних работ Альберта Эйнштейна, написанных незадолго до кончины в 1955 году, было краткое восторженное предисловие к книге геолога Чарлза Хэпгуда «Подвижная кора Земли: ключ к некоторым основным проблемам науки о Земле». В своей книге Хэпгуд подвергал уничтожающей критике мысль о том, что континенты движутся. Тоном, который чуть ли не приглашал читателя снисходительно посмеяться вместе с ним, Хэпвуд замечал, что несколько легковерных душ обратили внимание на «видимое сходство очертаний некоторых континентов». Создавалось впечатление, продолжал он, «что Южная Америка могла быть подогнана к Африке и так далее… Даже утверждается, что формации горных пород на противоположных сторонах Атлантики соответствуют друг другу».

Господин Хэпгуд энергично отвергал любые подобные представления, отмечая, что геологи К. Е. Кастер и Дж. С. Мендес проводили обширные полевые работы по обе стороны Атлантичекого океана и, вне всякого сомнения, установили, что никакого сходства не существует. Бог его знает, какие обнажения пород разглядывали господа Кастер и Мендес, потому что на самом деле формации горных пород по обе стороны Атлантики – не просто очень схожие, но одни и те же.

Идея движения континентов не появилась неожиданно во времена господина Хэпгуда и его коллег-геологов.

Предположение, на которое ссылался Хэпгуд, впервые высказал американский геолог-любитель Фрэнк Барсли Тейлор. Тейлор происходил из состоятельной семьи, располагал средствами, не зависел от давления академических кругов и в своих научных исследованиях мог себе позволить идти нетрадиционными путями. Он оказался одним из тех, кого поразило сходство очертаний береговых линий Африки и Южной Америки, и, исходя из этих наблюдений, он предположил, что континенты когда-то дрейфовали. Он выдвинул мысль – как оказалось, провидческую, – что причиной образования горных хребтов могло быть столкновение материков. Правда, ему не удалось представить достаточно доказательств, и теорию сочли слишком безумной, для того чтобы отнестись к ней с должным вниманием.

Однако мысль Тейлора была подхвачена и успешно присвоена в Германии неким теоретиком по имени Альфред Вегенер, метеорологом из Марбургского университета. Вегенер изучил множество аномалий в мире растений и среди ископаемых остатков, которые не вписывались в общепринятую картину истории Земли, и понял, что их очень трудно осмыслить, если следовать традиционным объяснениям. Одни и те же ископаемые животные неоднократно обнаруживались по обе стороны океанов, которые, понятно, слишком широки, чтобы их переплыть. Каким образом, спрашивал он, сумчатые перебрались из Южной Америки в Австралию? Каким образом идентичные улитки оказались в Скандинавии и в Новой Англии? И, коль на то пошло, как объяснить наличие угольных пластов и других ископаемых субтропического происхождения в таких холодных местах, как Шпицберген, более 600 километров к северу от Норвегии, если растения каким-то образом не переселились туда из более теплых краев?

Вегенер выдвинул теорию, согласно которой все материки когда-то существовали как единая масса суши, которую он назвал Пангеей, и где, до того как они расколелись и отплыли к нынешнему месту расположения, их растительные и животные миры могли смешиваться. Он изложил эти мысли в книге «Происхождение материков и океанов», изданной на немецком языке в 1912 году и вышедшую через три года на английском, несмотря на начавшуюся тем временем Первую мировую войну.

Из-за войны теория Вегенера поначалу не привлекла особого внимания, однако в 1920 году, когда он выпустил в свет исправленное и дополненное издание, она быстро стала предметом дискуссий. Все соглашались с тем, что материки двигаются – но не в стороны, а вверх и вниз. Вертикальное перемещение, известное как изостазия, лежало в основе геологических представлений на протяжении поколений, хотя ни у кого не было действительно надежной теории, объясняющей, как и почему оно происходит. Одной из таких концепций, которая бытовала в учебниках еще до того, как я пошел в школу, была теория «печеного яблока», выдвинутая как раз накануне прошлого столетия австрийцем Эдуардом Суэссом. В ней утверждалось, что по мере того как расплавленная Земля остывала, она сморщивалась на манер печеного яблока, образуя океанские бассейны и горные хребты. Ее автору, видимо, было неважно, что задолго до него Джеймс Хаттон указывал, что любое такое статичное явление в результате закончится образованием совершенно ровного сфероида, поскольку эрозия сглаживает выпуклости и впадины. Налицо также была проблема, отмеченная Резерфордом и Содди, которые в начале века показали, что земные элементы хранят огромные запасы энергии – слишком большие, чтобы допустить охлаждение и усадку, о которых вел речь Суэсс. Если бы теория Суэсса была верной, горы должны были бы равномерно распределяться по поверхности Земли, что явно не так, и иметь более или менее одинаковый возраст. Между тем уже к началу 1900-х годов было очевидно, что некоторые горные системы, такие как Урал и Аппалачи, были на сотни миллионов лет старше, скажем, Альп или Скалистых гор. Ясно, что пришло время для новой теории. К сожалению, Альфред Вегенер был не тем человеком, от которого ее ожидали геологи.

Начать с того, что его радикальные представления ставили под сомнение самые основы их науки – не лучший способ вызвать симпатии аудитории. Сам по себе такой вызов был бы воспринят достаточно болезненно, даже если бы он исходил от геолога. Но Вегенер к тому же не имел геологической подготовки. Скажите на милость, метеоролог! Предсказатель погоды, немец. Сплошь неполноценность, которую не скроешь.

Так что геологи приложили все усилия, чтобы отмахнуться от его доказательств и умалить важность его предположений. Дабы обойти проблему распространения ископаемых остатков, они всюду где требовалось, воздвигали древние «земляные перемычки». Когда было обнаружено, что древняя лошадь Hipparion в одно и то же время жила во Франции и во Флориде, был протянут мост через Атлантический океан. Когда поняли, что древние тапиры одновременно существовали в Южной Америке и Юго-Восточной Азии, там тоже протянули мост. Вскоре карты доисторических морей почти полностью покрылись гипотетическими земляными перемычками – от Северной Америки до Европы, от Бразилии до Африки, от Юго-Восточной Азии до Австралии, от Австралии до Антарктиды. Эти связующие нити не только удобно появлялись, как только возникала необходимость переместить живое существо с одного земельного массива на другой, но и услужливо исчезали, не оставляя ни малейшего следа своего прежнего существования. Ни одно из этих предположений не было подкреплено ни малейшим доказательством – идея хуже не придумаешь, – и тем не менее эта геологическая ортодоксия господствовала следующие полстолетия.

Но даже земляные перемычки не могли объяснить некоторые вещи. Один вид трилобита, хорошо известный в Европе, был также обнаружен на Ньюфаундленде, но только на одной стороне. Никто не мог убедительно объяснить, как ему удалось пересечь 3 тысячи километров грозного океана и при этом он не сумел обогнуть остров шириной 300 километров. Еще более нелепой аномалией представлялся другой вид трилобита: он был найден в Европе и на Тихоокеанском северо-западном побережье Америки, но не встречался нигде между ними. Это потребовало бы не столько земляной перемычки, сколько навесной эстакады. Тем не менее даже когда в 1964 году в энциклопедии «Британика» писалось о соперничающих геологических теориях, именно о теории Вегенера говорилось, что в ней полно «серьезных теоретических трудностей». Разумеется, у Вегенера были ошибки. Он утверждал, что Гренландия дрейфует на запад со скоростью примерно 1,6 километра в год – явная нелепость. (Скорее речь может идти о сантиметрах.) Но самое главное, он не нашел убедительного объяснения, каким образом передвигались массивы суши. Чтобы поверить в его теорию, пришлось бы допустить, что огромные материки, подобно вспахивающему землю плугу, каким-то образом вспарывали плотную земную кору, не оставляя позади борозды. При том уровне знаний правдоподобного объяснения того, что приводило в движение эти огромные материки, не находилось.

Одно из предположений исходило от английского геолога Артура Холмса, того самого, который много сделал для определения возраста Земли. Холмс первым из ученых понял, что радиоактивное разогревание могло вызвать внутри Земли конвекционные течения. Теоретически они могли быть достаточно мощными, чтобы двигать континенты по поверхности. В своем широко известном и авторитетном учебнике «Начала физической геологии», впервые опубликованном в 1944 году Холмс изложил теорию дрейфа континентов, основные положения которой признаны и сегодня. Для того времени она была довольно радикальной и широко критиковалась, особенно в Соединенных Штатах, где противодействие теории дрейфа продолжалось дольше, чем где-либо. Там один обозреватель не на шутку беспокоился, что Холмс изложил свои доводы настолько ясно и убедительно, что студенты действительно могут ему поверить. Правда, в других странах новая теория получила устойчивую, хотя и осторожную поддержку. В 1950 году голосование на ежегодном собрании Британской ассоциации содействия развитию науки показало, что около половины присутствовавших к тому времени стали сторонниками идеи дрейфа континентов. (Вскоре после этого Хэпгуд ссылался на эту цифру как на свидетельство прискорбных заблуждений британских геологов.) Любопытно, что сам Холмс порой колебался в своих убеждениях. В 1953 году он признавался: «Мне так и не удалось избавиться от мучительного предубеждения против идеи дрейфа континентов. Можно сказать, я всем своим геологическим нутром чувствую, что гипотеза эта нереальна».

Гипотеза дрейфа континентов не была полностью лишена поддержки и в Соединенных Штатах. В ее пользу высказывался Реджинальд Дейли[173] из Гарварда. Но он, если помните, утверждал, что Луна образовалась в результате космического столкновения. И считалось, что хотя его идеи довольно интересны, даже достойны, но, для того, чтобы серьезно к ним относиться, он все же слегка перегибает палку. Так что большая часть американского научного сообщества придерживалась убеждения, что материки всегда занимали нынешнее положение и что особенности их поверхности можно приписать каким-то другим факторам, а не горизонтальным перемещениям.

Интересно, что геологам нефтяных компаний много лет известно, что если хочешь найти нефть, то нужно учитывать именно такие поверхностные перемещения, которые предполагаются в тектонике плит. Но геологи-нефтяники не писали ученых статей; они просто находили нефть.

Была еще одна крупная проблема теории строения Земли, которую никто не только не решил, но и близко не подошел. Это вопрос, куда делись все осадочные породы. Ежегодно земные реки выносят в море огромный объем эродированного материала – 500 миллионов тонн кальция например. Если помножить темп накопления осадков на количество лет, в течение которых оно продолжается, то получается возмутительная цифра: на дне океанов должно находиться около 20 километров осадков, или, говоря иначе, дно океана должно уже находиться над его поверхностью. Ученые разделались с этим парадоксом самым удобным способом. Оставили его без внимания. Но в конце концов пришло время, когда пренебрегать этим стало больше нельзя.

Во Вторую мировую войну минералог из Принстонского университета Гарри Хесс был направлен на военно-транспортный корабль США «Кейп Джонсон». На борту корабля был новый сложный эхолот для облегчения прибрежного маневрирования при десантных операциях, но Хесс подумал, что его вполне можно использовать в научных целях, и никогда его не выключал, даже в открытом море и в пылу сражения. Он обнаружил совершенно неожиданные вещи. Если ложе океана, как все полагали, очень древнее, то оно должно быть покрыто толстым слоем осадочных пород, как дно рек и озер илом. Однако измерения Хесса показали, что ложе океана – это что угодно, только не сглаженная липкая поверхность из древних илистых отложений. Оно всюду изрезано глубокими ущельями, впадинами и трещинами, усеяно подводными вулканическими плоскими горами с крутыми округлыми склонами, которые Хесс назвал гайотами по имени работавшего ранее в Принстоне геолога Арнольда Гайота.[174] Все увиденное было загадкой, но надо было воевать, и Хесс отложил обдумывание на потом.

После войны Хесс вернулся к преподаванию в Принстоне, однако тайны океанского ложа продолжали занимать его мысли. Тем временем на протяжении 1950-х годов океанографы предпринимали все более и более сложные обследования океанского дна. При этом их ждал еще больший сюрприз: самый мощный и протяженный горный хребет на Земле находился большей частью под водой. Он тянется сплошными полосами по морским ложам всего мира, подобно узору линий на теннисном мяче. Если начать с Исландии и двигаться к югу, то можно дойти до середины Атлантического океана, обогнуть снизу Африку, пересечь Индийский и Южный[175] океаны и чуть ниже Австралии под углом войти в Тихий океан, пересечь его в направлении Южной Калифорнии, повернуть затем вдоль западного побережья Соединенных Штатов и добраться до Аляски. Время от времени его наиболее высокие пики возвышаются над водой в виде острова или архипелага, например, Азорских и Канарских островов в Атлантическом океане, Гавайских в Тихом, но в большинстве случаев они невидимы и похоронены под тысячами метров соленой воды. Если сложить вместе все его отроги, система в целом протянется на 75 тысяч километров.

Кое-что об этом уже было известно раньше. Те, кто в XIX веке прокладывал по дну океана кабели, судя по их поведению, знали о существовании в середине Атлантического океана горных образований. Однако наличие хребта, сплошного от начала до конца, явилось сногсшибательной неожиданностью. Более того, в нем существовали физические аномалии, которые невозможно было объяснить. Посередине атлантической части хребта расположился рифт – разлом земной коры – шириной до 20 километров на всем 19-тысячекилометровом протяжении. Создавалось впечатление, что Земля лопается по швам, подобно скорлупе ореха. Это была нелепая, вызывающая тревогу картина, но от фактов не отмахнешься.

Затем в 1960 году изучение кернов показало, что ложе океана у хребта в середине Атлантики довольно молодое, а к востоку и западу от него постепенно становится более старым. Гарри Хесс, рассматривая это явление, понял, что это может означать лишь одно: по обе стороны срединного разлома образуется новая океаническая кора, и, по мере появления свежей коры, она выталкивается в стороны. Ложе Атлантики фактически представляет собой две конвейерные ленты – одна несет кору в сторону Северной Америки, другая – в сторону Европы. Процесс этот стали называть спредингом морского дна.

Когда кора достигала конца пути на границе с материками, она снова погружалась в глубь Земли. Этот процесс называется субдукцией, пододвижением одной тектонической плиты под другую. Субдукция объясняла, куда деваются осадочные породы. Они возвращаются в недра Земли. Этим также объяснялось, почему ложе океана повсюду сравнительно молодо. Нигде не находили пород старше 175 миллионов лет, что было загадкой, потому что породы, составляющие материки, часто насчитывали миллиарды лет. Теперь Хесс смог понять, почему океанические породы существовали ровно столько, сколько им требовалось, чтобы достичь берега. Это была великолепная теория, объясняющая множество вещей. Хесс обстоятельно развил свои доводы в важной статье, которая почти всюду была проигнорирована. Бывает, что мир просто не готов к новым глубоким идеям.

Между тем двое исследователей, независимо друг от друга, обнаружили удивительные вещи, обратившись к одному любопытному факту из истории Земли, который был известен уже несколько десятков лет. В 1906 году французский физик Бернар Брюн обнаружил, что магнитное поле планеты время от времени меняет полярность и что свидетельства таких переполюсовок навсегда фиксируются в определенных горных породах в момент их зарождения. Конкретно, крошечные вкрапления железной руды в породах указывают туда, где находились магнитные полюса во время их формирования, и потом неизменно указывают это направление после остывания и затвердевания пород. По сути, они «запоминают», где во время их образования находились магнитные полюса. Многие годы это было просто диковинкой, но в 1950 году Патрик Блэкетт из Лондонского университета и С. К. Ранкорн из Ньюкасльского университета, изучая магнитные структуры древних британских горных пород, были поражены, обнаружив, что те указывали, что в отдаленном прошлом Британия, словно сорвавшись с якоря, повернулась вокруг собственной оси и продвинулась на некоторое расстояние к северу. Более того, оказалось, что если положить рядом карты магнитных структур Европы и Америки, относящиеся к одному периоду, они совпадают, как две половинки разорванного листа бумаги. Что-то сверхъестественное! На их открытия тоже не обратили внимания.

Двоим ученым из Кембриджского университета, геофизику Драммонду Мэтьюсу и его аспиранту Фреду Вайну наконец удалось связать все нити вместе. В 1963 году, пользуясь результатами магнитных обследований ложа Атлантического океана, они убедительно показали, что спрединг морского дна происходил в точности так, как предполагал Хесс, и что материки также находятся в движении. Одновременно к такому же заключению пришел один невезучий канадский геолог, которого звали Лоренс Морли. Но он не мог найти никого, кто бы издал его работу. Редактор «Журнала геофизических исследований» с принесшим ему известность снобизмом ответил: «Подобные домыслы могут служить предметом забавных разговоров за коктейлями, но вряд ли годятся для публикации на страницах серьезного научного издания». Позднее один из геологов сказал по этому поводу: «Возможно, это самая значительная работа в области наук о Земле, которой когда-либо было отказано в опубликовании».

Как бы то ни было, время для идеи подвижной земной коры наконец пришло. В 1964 году в Лондоне под эгидой Королевского общества был организован симпозиум с участием большинства самых важных фигур в данной области, и обнаружилось, что все они до единого вдруг оказались сторонниками этой теории. На встрече было решено, что Земля представляет собою мозаику из взаимосвязанных сегментов, многообразные величественные столкновения между которыми определяют по большей части динамику поверхности планеты.

Термин «дрейф материков» был довольно скоро отвергнут, когда поняли, что в движении находится вся земная кора, а не только материки. Но для того, чтобы устоялся термин для обозначения ее отдельных частей, потребовалось время. Сначала их называли «блоками коры», а иногда «каменной отмосткой» (paving stones). Но так продолжалось не позднее 1968 года, когда в «Журнале геофизических исследований» появилась статья трех американских сейсмологов, где эти куски получили название, под которым они с тех пор известны, – плиты. В той же статье была названа и новая наука: тектоника плит.

Старые идеи умирают с трудом, и не все поспешили принять новую захватывающую воображение теорию. В самом популярном и влиятельном учебнике геологии «Земля» почтенного Харолда Джеффриса[176] еще в 1970-е годы, как и в первом издании 1924 года, настойчиво утверждалось, что движения плит физически невозможны. В нем в равной мере отвергались конвекция и спрединг морского дна. А в опубликованной в 1980 году книге «Бассейн и горная система» Джон Макфи отмечал, что даже в это время каждый восьмой американский геолог не верил в тектонику плит.

Сегодня мы знаем, что поверхность Земли состоит из 8-12 крупных плит (в зависимости от того, что назвать «крупным») и около двадцати плит поменьше и что все они двигаются в разных направлениях с разной скоростью. Некоторые плиты велики и сравнительно инертны, другие невелики и активны. Они лишь отдаленно соотносятся с покоящимися на них массивами суши. Северо-американская плита, например, намного больше материка, с которым она связана. Она приблизительно соответствует очертаниям западного побережья материка (поэтому данный район из-за столкновений на краю плиты сейсмически активен), но совсем не совпадает с восточным побережьем, выдаваясь вперед на половину Атлантики, вплоть до срединноокеанического хребта. Исландия расколота посередине и тектонически принадлежит наполовину к Америке, наполовину к Европе. А Новая Зеландия является частью огромной плиты под Индийским океаном, хотя вовсе им не омывается. И так с большинством других плит.

Связи нынешних и прошлых массивов суши оказались неизмеримо сложнее, чем кто-либо мог себе представить. Оказывается, Казахстан был когда-то связан с Норвегией и Новой Англией. Один угол острова Статен, но только угол, относится к Европе. То же самое с частью Ньюфаундленда. Поднимите камень на побережье Массачусетса – сейчас его ближайший родственник обнаружится в Африке. Горная Шотландия и значительная часть Скандинавии в основном относятся к Америке. Считается, что горный хребет Шеклтона в Антарктике, возможно, когда-то был частью Аппалачских гор на востоке США. Словом, горы гуляют.[177]

Непрерывное беспорядочное движение плит не дает им слиться в одну неподвижную плиту. Если исходить из продолжения нынешнего развития, Атлантический океан будет расширяться, пока наконец не станет намного больше Тихого. Значительная часть Калифорнии отплывет прочь и станет чем-то вроде тихоокеанского Мадагаскара. Африка двинется к северу на Европу, полностью выдавит Средиземное море и нагромоздит горы гималайского масштаба, которые протянутся от Парижа до Калькутты. Австралия колонизует лежащие к северу острова и соединится пуповиной с Азией. Это будущие результаты, но не явления. Явления имеют место и теперь. Мы сидим на своих местах, а материки в это время плавают, как листья в пруду. Благодаря глобальным системам позиционирования мы можем видеть, что Европа и Северная Америка расходятся примерно со скоростью роста ногтей – около двух метров за человеческую жизнь. Если вы готовы подождать достаточно долго, то можете доехать от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско.[178] Лишь краткость человеческой жизни лишает нас возможности оценить изменения. Посмотрите на глобус – то, что вы видите, это, по существу, моментальный снимок континентов, какими они были всего лишь одну десятую процента истории Земли.

Земля – единственная из твердых каменистых планет, где существует тектоника, но почему – это до некоторой степени загадка. Дело не в размерах или плотности – в этом отношении Венера является почти двойником Земли, но тектонической активности на ней не наблюдается, – возможно, у нас просто есть нужные вещества в нужных количествах, чтобы Земля продолжала пузыриться.[179] Говорят, хотя это не более чем предположение, что тектоника играет важную роль в процветании органической системы планеты. Как выразился физик и писатель Джеймс Трефил, «трудно поверить, что непрерывное движение тектонических плит не оказывает влияния на развитие жизни на Земле». Он полагает, что проблемы, создаваемые тектоникой – изменения климата, например, – служат важным стимулом развития интеллекта. Другие исследователи считают, что дрейф материков мог стать причиной, по крайней мере, некоторых случаев вымирания обитавших на Земле видов. В ноябре 2002 года Тони Диксон из Кембриджского университета представил отчет, опубликованный в журнале Science,[180] где решительно утверждал, что между историей горных пород и историей жизни вполне может существовать связь. Диксон установил, что за последние полмиллиарда лет химический состав Мирового океана испытывал неожиданные и резкие изменения и что эти изменения часто соотносятся с важными событиями в биологической истории – бурной вспышкой роста крошечных живых существ, оставивших после себя меловые скалы на южном побережье Англии, внезапной модой на раковины у морских организмов в кембрийский период и т. д. Никто не может сказать, что заставляет химию океанов время от времени так поразительно изменяться, но возможно, виной тому служит раскрытие и закрытие подводных горных хребтов.

Во всяком случае, тектоника плит дала объяснение не только поверхностной динамике Земли – например, как древний Hipparion попал из Франции во Флориду, – но и многим внутриземным явлениям. Землетрясения, образование цепочек островов, углеродный цикл, расположение гор, наступление ледниковых периодов, происхождение самой жизни – вряд ли найдешь явление, к которому не имеет прямого отношения эта новая удивительная теория. У геологов, как отметил Макфи, голова пошла кругом, когда они обнаружили, что «все на Земле вдруг обрело смысл».

Но лишь до определенного предела. Расположение материков в прежние времена представляется далеко не таким ясным, как думает большинство людей, далеких от геофизики. Хотя в учебниках изображаются определенные на вид очертания массивов суши, называемых Лавразией, Гондваной, Родинией и Пангеей, они порой основываются на заключениях, которые признаются далеко не всеми. Как замечает в своей книге «Ископаемые и история жизни» Джордж Гейлорд Симпсон,[181] древние виды растений и животных имеют неудобную привычку обнаруживаться там, где им не место, и не находиться там, где следует.

Очертания Гондваны, когда-то громадного материка, объединявшего Австралию, Африку, Антарктиду и Южную Америку, в значительной мере обосновывались распространением рода древнего языковидного папоротника, названного Glossopteris, который находили во всех нужных местах. Однако значительно позже Glossopteris также обнаружили в частях света, насколько известно, не имевших связи с Гондваной. Это неудобное несоответствие в основном оставалось – и до сих пор остается – без внимания. Подобным же образом листрозавр, рептилия триасового периода, была обнаружена на территории от Антарктики до Азии, подтверждая идею прежних связей между этими материками, но ее никогда не находили в Южной Америке или в Австралии, которые, как считают, в то время были частью того же материка.

Имеется также множество деталей поверхности, которые не в состоянии объяснить тектоника. Возьмите Денвер. Он, как известно, расположен на высоте в милю, но подъем этот произошел сравнительно недавно. Когда по Земле бродили динозавры, Денвер был частью дна океана и находился на многие тысячи метров ниже. В то же время породы, на которых покоится Денвер, не разломаны и не деформированы, как если бы Денвер поднялся при столкновении плит. Да и в любом случае он находится слишком далеко от краев плит, чтобы попасть под их воздействие. Это все равно, как если бы вы толкали один край ковра, намереваясь создать складку на другом его конце. Похоже, что каким-то непостижимым образом Денвер миллионы лет поднимался, подобно хлебу в печи. Это же в значительной мере относится и к Южной Африке. Часть ее шириной в 1600 километров за сто миллионов лет поднялась на полтора километра без какой-либо известной тектонической активности. А Австралия тем временем наклонялась и тонула. Последние сто миллионов лет она дрейфовала к северу в сторону Азии, причем передний край ушел под воду почти на двести метров. Похоже, что и Индонезия очень медленно тонет, увлекая за собой Австралию. Ни одна из тектонических теорий не может объяснить эти явления.[182]

Альфред Вегенер не дожил до подтверждения своих идей. В 1930 году, в свой пятидесятый день рождения, во время экспедиции в Гренландию он в одиночку отправился искать сброшенные с воздуха припасы. И не вернулся. Несколько дней спустя его нашли замерзшим на леднике.

Там же его и похоронили, только теперь он примерно на метр ближе к Америке, чем в день своей гибели.

Эйнштейн тоже не дожил до того, чтобы увидеть, что поставил не на ту лошадь. Он умер в Принстоне, штат Нью-Джерси, в 1955 году, еще до опубликования хулы, которой Чарлз Хэпгуд удостоил в своем труде теорию дрейфа континентов.

Еще один главный виновник появления на свет учения о тектонике плит, Гарри Хесс, в то время тоже был в Принстоне и работал там до конца своей научной карьеры. Одним из его студентов был одаренный молодой человек Уолтер Альварес, который со временем изменит мир науки совсем в другом отношении.

Что касается собственно геологии, ее катаклизмы только-только начались, и именно юный Альварес способствовал началу этого процесса.

 

 

IV

ОПАСНАЯ ПЛАНЕТА

 

История любой отдельной части Земли, подобно жизни солдата, состоит из долгих периодов скуки и коротких мгновений ужаса.

Британский геолог Дерек В. Элджер

 


 

 

13

БА-БАХ!

 

Жители городка Мэнсон в штате Айова давно знали, что у них под землей происходит что-то странное. В 1912 году рабочий, буривший скважину для городского водопровода, сообщил, что на поверхность поднимается значительное количество необычно деформированной породы – как позднее говорилось в официальном сообщении, «осколки кристаллических пород, вплавленные в жильную породу» и «выброшенные и перевернутые плоские куски пород». Вода тоже была необычной. Она была мягкая, почти как дождевая. Раньше в Айове никогда не находили природной мягкой воды.

Хотя необычные горные породы и мягкая вода вызвали удивление, пройдет сорок один год, прежде чем там, в городке на северо-западе штата с двухтысячным, как и ныне, населением, появится группа исследователей из Университета Айовы. В 1953 году пробурив серию экспериментальных скважин, университетские геологи сошлись во мнении, что место действительно представляет собой аномалию, и объяснили деформацию пород каким-то древним точно не установленным вулканическим воздействием. Это заключение соответствовало уровню знаний того времени, но при этом было настолько далеким от истины, насколько только может быть геологическое заключение.

Травма, причиненная геологии Мэнсона, была нанесена не из недр Земли, а по крайней мере с расстояния сотни миллионов миль от нее. В какой-то момент в очень далеком прошлом, когда Мэнсон стоял на краю мелководного моря, камень диаметром около двух километров и массой десять миллиардов тонн, летевший со скоростью, возможно, в двести раз превышавшей скорость звука, распорол атмосферу и внезапно врезался в Землю с силой, которую едва ли можно представить. Место, на котором теперь стоит Мэнсон, моментально превратилось в яму глубиною в пять километров и более 30 километров в диаметре. Известняк, в других местах дающий Айове жесткую минерализованную воду был уничтожен, и его заменили принявшие на себя удар породы литосферного фундамента, так поразившие бурильщика в 1912 году.

Мэнсонское столкновение было самым крупным событием, когда-либо имевшим место на материковой части Соединенных Штатов среди всех видов событий за все время ее существования. Образовавшийся кратер был таким огромным, что стоя на одной его стороне, даже в ясный день нельзя было увидеть другую. Большой Каньон в сравнении с ним выглядит изящным пустячком. К разочарованию любителей зрелищ за два с половиной миллиона лет ледники, пересекавшие материк, доверху заполнили мэнсонский кратер валунами и глиной, а затем гладко выровняли, так что сегодня ландшафт у Мэнсона и на много миль вокруг него плоский, как стол. Потому-то, разумеется, никто никогда и не слыхал о мэнсонском кратере.

В мэнсонской библиотеке вам с радостью покажут подборку газетных статей и ящик с кернами, оставшимися от буровых работ 1991–1992 годов – им просто не терпится показать, – но вам нужно попросить. Постоянной выставки нет, да и в городе нигде нет исторических указателей.

Для большинства жителей Мэнсона самым большим событием был торнадо, пронесшийся по Главной улице в 1979 году и разрушивший торговый квартал. Одно из преимуществ окружающего город открытого пространства заключается в том, что опасность видна издалека. Почти все население собралось на одном конце Главной улицы и полчаса следило за приближавшимся смерчем, надеясь, что он повернет. Увидев, что этого не произошло, жители благоразумно разбежались. Увы, четверо бежали недостаточно быстро и погибли. Теперь каждый июнь в Мэнсоне неделю отмечают так называемые Кратерные дни, задуманные для того, чтобы помочь людям забыть об этой печальной годовщине. Вообще-то они не имеют никакого отношения к кратеру. Никто не нашел способа нажить капитал на месте столкновения, которого не видно.

«Очень редко приезжают люди и спрашивают, где можно посмотреть кратер, и нам приходится отвечать, что смотреть нечего, – говорит местный библиотекарь Анна Шлапколь. – И тогда они разочарованно уезжают». Однако большинство людей, включая и жителей Айовы, никогда не слыхали о мэнсонском кратере. Даже у геологов он едва удостаивается постраничного примечания. Но на короткое время в 1980-х годах Мэнсон был для геологов самым интересным местом на Земле.

Завязка истории относится к началу 1950-х годов, когда сообразительный молодой геолог Юджин Шумейкер побывал у метеоритного кратера в Аризоне. Сегодня этот метеоритный кратер – самое известное место падения метеорита на Земле и популярная туристическая достопримечательность. Правда, в то время там было мало посетителей, и его часто называли кратером Барринджера, по имени состоятельного горного инженера Даниэла М. Барринджера, застолбившего этот участок в 1903 году. Барринджер считал, что кратер образовался в результате падения метеорита массой 10 миллионов тонн с большим содержанием железа и никеля и весьма надеялся разбогатеть, выкопав его. Не подозревая, что все содержимое метеорита испарилось при ударе, он потратил свое состояние и двадцать шесть лет жизни на прокладку туннеля, который ничего не дал.

По нынешним критериям, исследования кратеров в начале 1900-х годов были несколько упрощенными, если не сказать больше. Первый видный исследователь, Г. К. Гильберт из Колумбийского университета, моделировал воздействие ударов, бросая детские стеклянные шарики в миски с овсянкой. (По причинам, которые я не смог выяснить, Гильберт проводил свои опыты не в лаборатории Колумбийского университета, а в гостиничном номере.) Как бы то ни было, из этих опытов Гильберт заключил, что лунные кратеры действительно образовались в результате столкновений – что само по себе было довольно радикальным для того времени мнением, – но не земные. Большинство ученых не хотели заходить так далеко. Для них лунные кратеры были свидетельствами активности древних вулканов, не более того. Немногие оставшиеся на Земле кратеры (большинство постепенно подверглось эрозии) обычно объяснялись другими причинами или же рассматривались как редко встречающиеся случайные явления.

Во время появления Шумейкера расхожим было мнение, что Аризонский метеоритный кратер образовался в результате подземного парового взрыва. Шумейкер ничего не знал о подземных паровых взрывах – да и не мог знать: их не было в природе, – но он знал все о зонах распространения ударных волн. Одной из его первых работ по окончании колледжа было изучение взрывных поясов на полигоне ядерных испытаний Юкка Флэте в Неваде. Он, как до него Барринджер, пришел к выводу, что нет никаких оснований предполагать вулканическую активность в Аризонском кратере, зато вокруг обнаруживалось огромное количество других пород – главным образом аномально чистых кремнеземов и магнетитов, – которые указывали на удар из космоса. Заинтригованный находками, он в свободное время занялся этим вопросом.

Работая сначала вместе со своей сотрудницей Элеанор Хелин, а затем со своей женой Кэролин и коллегой по работе Дэвидом Леви, Шумейкер начал систематичное обследование внутренней части Солнечной системы. Каждый месяц они проводили неделю в Паломарской обсерватории в Калифорнии, отыскивая объекты, в первую очередь астероиды, траектории которых пересекались с орбитой Земли.

«Когда мы начинали, за все время астрономических наблюдений было открыто чуть больше дюжины таких тел, – через несколько лет вспоминал Шумейкер в телевизионном интервью. – В двадцатом веке астрономы, по существу, забросили Солнечную систему, – добавил он. – Их внимание было обращено к звездам, к галактикам».

Шумейкер с коллегами обнаружили, что Солнечная система таит в себе значительные опасности, намного более серьезные, чем когда-либо представляли.

Астероиды, как многим известно, – это каменистые тела, вращающиеся в довольно разреженном поясе между Марсом и Юпитером. На иллюстрациях они всегда изображаются беспорядочной плотной кучей, но на самом деле Солнечная система – это довольно просторное место и обычно астероид удален от ближайшего соседа примерно на полтора миллиона километров. Никто даже приблизительно не знает, сколько астероидов кувыркаются в межпланетном пространстве, но считается, что их может насчитываться не меньше миллиарда. Предполагают, что они должны были стать планетой, но так и не стали из-за тяготения Юпитера, мешавшего – и мешающего – им слиться.

Когда астероиды были впервые открыты в 1800-х годах – самый первый был обнаружен в первый день века сицилийцем Джузеппе Пиацци, – их сочли за обычные планеты и первые два получили названия Церера и Паллада. Только дотошный анализ астронома Уильяма Гершеля позволил определить, что они намного меньше планет. Гершель назвал их астероидами – по латыни «звездоподобными», что тоже несколько неудачно, поскольку они совсем не похожи на звезды. Теперь иногда их более точно называют планетоидами.

В 1800-х годах поиск астероидов стал популярным занятием, и к концу столетия их насчитывалось около тысячи. Проблема заключалась в том, что никто не вел систематического учета. К началу 1900-х годов часто бывало невозможно определить, является ли попавший в поле зрения астероид новым или же одним из замеченных раньше, а потом потерянных. К тому же в то время астрофизика продвинулась настолько далеко, что мало кто из астрономов выражал желание посвятить жизнь таким приземленным вещам, как каменистые планетоиды. Лишь немногие вообще проявляли хоть какой-то интерес к Солнечной системе, и в их числе уроженец Голландии Джерард Койпер, именем которого назван пояс объектов за пределами орбиты Нептуна. Благодаря его работам в Обсерватории Мак-Дональда в Техасе, позднее продолженной другими астрономами в Центре малых планет в Цинциннати и в рамках проекта Spacewatch в Аризоне, длинный список утерянных астероидов постепенно сокращался, пока к завершению двадцатого века не остался единственный пропавший из известных астероидов – объект, обозначаемый 719 Альберт. Наблюдавшийся в последний раз в октябре 1911 года, он наконец после 89-летнего отсутствия был обнаружен в 2000 году.

Так что в смысле изучения астероидов двадцатый век, по существу, был всего лишь долгим упражнением в бухгалтерском учете. В самом деле, лишь в последние несколько лет астрономы начали подсчитывать и не упускать из виду сообщество астероидов. На июль 2001 года получили названия и идентифицированы 26 тысяч астероидов – половина из них в последние два года. Поскольку их предположительно насчитывается до миллиарда, подсчет явно еще только начинается.

В известном смысле это едва ли имеет значение. Идентификация астероида не делает его безопасным. Если даже каждый астероид в Солнечной системе получит имя и будет известна его орбита, никто не сможет сказать, какие пертурбации могут заставить его, кувыркаясь, лететь в нашу сторону. Мы еще не можем предсказать возмущения на поверхности собственной планеты. Пустите каменные глыбы свободно плавать в космическом пространстве, и вам никогда не узнать, как они себя поведут.[183]

Представьте, что орбита Земли – это своего рода автострада, на которой мы – единственный автомобиль, но которую регулярно переходят пешеходы, совсем не знающие, куда глядеть, прежде чем шагнуть с обочины. По крайней мере 90 процентов этих пешеходов нам совершенно не известны. Мы не знаем, где они живут, когда начинают и заканчивают работу, как часто встречаются на нашем пути. Все, что мы знаем, так это то, что в каком-то месте через неопределенные промежутки времени они перебегают дорогу, по которой мы мчимся со скоростью более ста тысяч километров в час. Как заметил Стивен Остро[184] из Лаборатории реактивного движения: «Предположим, что вы можете нажать кнопку и осветить все пересекающиеся с орбитой Земли астероиды диаметром более 10 метров; тогда в небе появится больше ста миллионов таких тел». Словом, вы увидите не пару тысяч далеких мерцающих звезд, а миллионы и миллионы куда более близких беспорядочно движущихся тел, «способных столкнуться с Землей и двигающихся по небу разными путями и с разной скоростью. Ощущение было бы не из приятных». Что ж, можете волноваться – они тут. Их просто не видно.

Считается – хотя это всего лишь предположение, основанное на экстраполировании частоты появления кратеров на Луне, – что нашу орбиту регулярно пересекают около двух тысяч достаточно крупных астероидов, способных угрожать существованию цивилизации. Но даже небольшой астероид – скажем, размером с дом – мог бы уничтожить целый город. Количество таких «малышек» на орбитах, пересекающихся с орбитой Земли, почти наверняка достигает сотен тысяч, а возможно, и миллионов, и их почти невозможно отследить.

Первый обнаружили лишь в 1991 году. Он получил обозначение 1991 ВА и был замечен уже после того, как пролетел на расстоянии 170 тысяч километров от Земли – по космическим меркам, равносильно тому, как если бы пуля прошила рукав, не задев руки.[185] Двумя годами позже другой астероид, чуть покрупнее, прошел мимо нас в 145 тысячах километров – самое близкое из отмеченных прохождений. Его тоже не видели, пока он не пролетел, и он мог бы упасть на Землю без предупреждения.[186] Как пишет Тимоти Феррис в журнале «Нью-Йоркер», такие близкие промахи, возможно, случаются два-три раза в неделю и остаются незамеченными.

Тело в сотню метров в поперечнике нельзя увидеть в наземный телескоп, пока ему не останется лететь до нас всего несколько дней, да и то если телескоп будет случайно наведен на него, что маловероятно, потому что даже теперь людей, ищущих такие тела, не так уж много. Обычно приводят такое западающее в память сопоставление: людей, активно занимающихся поисками астероидов, во всем мире не больше числа занятых в одном типичном ресторане «Макдоналдс». (Ныне фактически несколько больше. Но не намного.)

В то время как Юджин Шумейкер пытался привлечь внимание людей к потенциальным опасностям внутри Солнечной системы, в Италии благодаря работе одного молодого геолога из лаборатории Лэмонта Догерти при Колумбийском университете без большого шума развертывалось еще одно исследование, на первый взгляд абсолютно не связанное с астероидами. В начале 1970-х годов Уолтер Альварес проводил полевые съемки в симпатичном ущелье Боттачионе, близ горного городка Губбио в Умбрии, когда его любопытство привлекла узкая полоска красноватой глины, разделявшая два древних слоя известняка – один из мелового периода, другой из третичного. Эта точка известна в геологии под названием КТ-границы* и соответствует времени 65 миллионов лет назад, когда останки динозавров и примерно половины других видов животных внезапно исчезают из состава ископаемых. Альвареса заинтересовало, с чем же таким связана эта тонкая прослойка глины, всего в 6 миллиметров толщиной, что было способно вызвать столь драматический момент в истории Земли.

--

* (Это обозначение происходит от названий двух периодов – мелового и следующего за ним третичного. Меловой период называется Cretaceous. Однако в названии использована буква «К», поскольку «С» уже занята для обозначения кембрийского (Cambrian) периода. Выбор буквы «К» в разных источниках аргументируют ссылками на греческое название мелового периода (kreta) или на немецкое (Kreide). И то и другое в переводе означает «мел», что соответствует меловому периоду.)

 

В то время обычные представления о вымирании динозавров не отличались от тех, которые существовали сотней лет раньше, во времена Чарлза Лайеля, – а именно, что динозавры вымирали на протяжении миллионов лет. Но незначительная толщина глиняной прослойки наводила на мысль, что в Умбрии, а возможно, и в других местах, произошло нечто более внезапное. К сожалению, в 1970-х годах не существовало способов определить, сколько потребовалось времени для образования подобного отложения.

При обычном ходе вещей Альварес почти наверняка оставил бы проблему; но, к счастью, рядом оказался способный помочь самый близкий человек, занимавшийся другой областью науки, – его отец Луис. Луис Альварес был знаменитым физиком; в предыдущем десятилетии получил Нобелевскую премию в области физики. Он всегда чуть снисходительно относился к привязанности сына к камням, но данная проблема заинтриговала и его. Ему пришло в голову, что ответ, возможно, лежит в космической пыли.

Ежегодно на Земле скапливается около 30 тысяч тонн космических сферул», попросту – космической пыли.

Это было бы довольно много, если смести ее в одну кучу, но бесконечно мало, когда она рассеяна по земному шару. В эту тонкую пыль вкраплены экзотические элементы, которых не так уж много находят на Земле. Среди них такой элемент, как иридий, которого в космосе в тысячу раз больше, чем в земной коре (потому что, как считают, большая часть земного иридия погрузилась в ядро, когда планета была молодой).

Луис Альварес знал, что один из его коллег, работавший в лаборатории Лоуренс Беркли в Калифорнии, Фрэнк Асаро, разработал способ очень точного измерения химического состава глин, с использованием процесса, называемого нейтронной активацией. Этот процесс включает бомбардировку нейтронами образцов в небольшом ядерном реакторе и тщательный подсчет испускаемых гамма-квантов – чрезвычайно тонкая и кропотливая работа. До этого Асаро применял этот метод, исследуя гончарные изделия. Но Альварес рассудил, что если измерить количество одного из экзотических элементов в образцах его сына и сравнить с ежегодным темпом отложения, то можно узнать, сколько времени потребовалось для формирования образцов. Октябрьским днем 1977 года Луис и Уолтер Альваресы навестили Асаро и уговорили его провести для них необходимые исследования.

Просьба действительно граничила с нахальством. Они просили Асаро потратить месяцы на кропотливые измерения геологических образцов лишь для того, чтобы подтвердить казавшееся с самого начала очевидным – что тонкий слой глины образовался за время, на которое указывала его толщина. Никто, естественно, не ожидал от исследования каких-либо поразительных открытий.

«Должен сказать, они были прелестны и умели убеждать, – вспоминал Асаро в разговоре в 2002 году. – Предложение показалось мне интересным, и я согласился попробовать. К сожалению, на руках было много работы, и я смог взяться за дело лишь через восемь месяцев. – Он сверился с записями того времени. – 21 июня 1978 года в 1.45 пополудни мы поместили образец в прибор. Он проработал 224 минуты, и мы увидели, что получаются интересные результаты, так что мы остановили работу и взглянули на итоги».

Результаты оказались настолько неожиданными, что трое ученых сначала подумали, что ошиблись. Содержание иридия в образце Альвареса более чем в 300 раз превышало нормальный уровень – намного больше всего, что можно было предсказать. В последующие месяцы Асаро со своей коллегой Хелен Майкл работали до тридцати часов к ряду исследуя образцы («Стоит начать – и уже невозможно остановиться», – пояснил Асаро), и не изменно с теми же результатами. Пробы других образцов из Дании, Испании, Франции, Новой Зеландии, Антарктиды показывали, что содержание иридия было очень высоким во всем мире и порой превышало нормальный уровень в пятьсот раз. Ясно, что причиной такого захватывающего подскока могло быть что-то значительное и внезапное, возможно, катастрофическое.

После долгих размышлений Альваресы пришли к заключению, что самое вероятное объяснение – во всяком случае, для них – заключалось в том, что в Землю ударился либо астероид, либо комета.

Мысль, что Земля время от времени может подвергаться разрушительным ударам, не так уж нова, как полагают ныне. Еще в 1942 году такую возможность высказал на страницах журнала Popular Astronomy («Популярная астрономия») астрофизик из Северо-западного университета Ральф Б. Болдуин. (Он опубликовал статью там, потому что ни одно научное издание не соглашалось ее печатать.) По крайней мере еще двое видных ученых, астроном Эрнст Ёпик и химик, нобелевский лауреат Гарольд Юри, также в разное время высказывались в поддержку этой точки зрения. Даже палеонтологи не оставили ее без внимания. В 1956 году профессор университета штата.

Орегон М. У. де Лаубенфельз в публикации в Journal of Paleontology («Палеонтологический журнал») фактически предвосхитил теорию Альвареса, высказав мысль, что динозаврам был, возможно, нанесен смертельный удар из космоса. А в 1970 году президент Американского палеонтологического общества Дьюи Дж. Макларен на ежегодной конференции высказался в пользу возможности того, что причиной более раннего события, известного как фраснское вымирание, был удар внеземного тела.

Словно бы подчеркивая, что идея уже давно не нова, одна голливудская студия в 1979 году даже поставила фильм, назвав его «Метеор» («Пять миль в поперечнике… Приближается со скоростью 30 тысяч миль в час – и негде укрыться!»), с Генри Фонда, Натали Вуд, Карлом Малденом и внушительных размеров камнем в главных ролях.

Так что, когда в первую неделю 1980 года Альваресы на заседании Американской ассоциации содействия развитию науки объявили о своем убеждении, что вымирание динозавров не тянулось миллионы лет и не было частью неумолимого медленного процесса, а явилось результатом одиночного явления взрывного характера, это сообщение не должно было никого шокировать.

Но шокировало. Повсюду, и особенно среди палеонтологов, оно было воспринято как возмутительная ересь.

«Видите ли, не следует забывать, – вспоминает Асаро, – что мы в этом деле считались дилетантами. Уолтер был геологом, специализировавшимся в области палеомагнетизма, Луис физиком, а я был химиком-ядерщиком. И мы посмели говорить палеонтологам, что решили проблему, которая ускользала от них больше столетия. Неудивительно, что они не спешили принять нас с распростертыми объятиями». – «Нас поймали за тем, что мы занимались геологией, не имея лицензии», – пошутил Луис Альварес.

Но в импактной теории[187] было еще нечто куда более отталкивающее. Убеждение, что происходящие на Земле процессы носили постепенный характер, было основополагающим для естественной истории еще со времен Лайеля. К 1980-м годам катастрофизм так давно вышел из моды, что стал попросту немыслим. Как заметил Юджин Шумейкер, для большинства геологов идея об опустошительном столкновении «шла вразрез с их научной религией».

Не способствовало признанию и то, что Луис Альварес не скрывал своего пренебрежительного отношения к палеонтологам и к их вкладу в научное познание. «Среди них нет действительно хороших ученых. Это скорее собиратели почтовых марок», – писал он в «Нью-Йорк таймс», в статье, которая по сию пору не утратила яда.

Противники теории Альвареса предлагали сколько угодно альтернативных объяснений отложениям иридия, например, что они вызваны продолжительными извержениями вулканов в Индии, ныне носящими название деканские траппы («трапп» происходит от шведского названия определенного вида лавы; «Декан» – нынешнее название географического района), но главным образом напирали на отсутствие доказательств, что динозавры внезапно исчезли из числа ископаемых животных именно в отмеченный иридиумом разграничительный период. Одним из самых решительных противников импактной теории был Чарлз Оффисер из Дартмурского колледжа. Он настаивал, что иридий откладывался в результате вулканической деятельности, в то же время признавая в газетном интервью, что фактически не имеет доказательств этого. Даже в 1988 году более половины всех опрошенных американских палеонтологов были по-прежнему убеждены, что столкновение с астероидом или кометой не имело никакого отношения к динозаврам.

Единственное, что могло убедительно подтвердить теорию Альваресов, было место столкновения, но это было единственное доказательство, которым они не располагали. И тут на сцену выходит Юджин Шумейкер. В Айове у Шумейкера была родственница – невестка, преподававшая в университете этого штата, – а Мэнсонский кратер был ему давно знаком по собственным работам. Благодаря Шумейкеру все взоры обратились теперь к Айове.

Ремесло геолога сильно меняется от места к месту. В Айове, штате равнинном и стратиграфически небогатом событиями, это дело сравнительно спокойное. Ни тебе альпийских пиков или скрежещущих ледников, ни огромных залежей нефти или благородных металлов, ни намека на изливающуюся лаву. Если вы служите геологом в штате Айова, большая часть вашего времени уходит на оценку «планов утилизации навоза», которые должны периодически представлять все «владельцы стойловых помещений» штата – по-нашему, хозяева свиноферм. В Айове пятнадцать миллионов свиней, так что приходится перерабатывать уйму навоза. Я ничуть не насмехаюсь – это жизненно важный и благородный труд; он сохраняет от загрязнения водоемы Айовы, – но при самых лучших намерениях это все же совсем не то, что увертываться от вулканических бомб на горе Пинатубо или карабкаться по расщелинам ледника в Гренландии в поисках кристаллов с останками древних живых существ. Так что можно представить возбуждение, охватившее сотрудников Департамента природных ресурсов Айовы, когда в середине 1980-х годов внимание геологов мира сосредоточилось на Мэнсоне и его кратере.

Траубридж-холл в Айова-сити – это относящаяся к началу прошлого века громадина из красного кирпича, вмещающая факультет наук о Земле Университета Айовы и – где-то высоко, чуть ли не на чердаке, – Департамент природных ресурсов Айовы с его геологами. Сегодня никто не может толком вспомнить, когда и уж тем более почему геологов штата поместили в здании факультета, но у меня создалось впечатление, что место им выделяли неохотно – кабинеты тесные, с низкими потолками, и в них не так легко попасть. Когда показывают туда дорогу, то кажется, что тебя, того и гляди, приведут на край крыши или помогут влезть через окно.

Рей Андерсон и Брайен Витцке провели свою трудовую жизнь здесь, среди беспорядочных груд бумаги, журналов, свернутых карт и увесистых образцов пород. (Геологам не приходится искать пресс-папье.) Если вам здесь нужно что-нибудь достать – лишний стул, кофейную чашку, зазвеневший телефон, – то придется перекладывать разбросанные кругом кучи документов.

«Мы вдруг оказались в центре событий», – расплываясь в улыбке при воспоминании об этом, рассказывал Андерсон, когда я встретился с ним и Витцке одним дождливым июньским утром. – Замечательное было время».

Я спросил их о Юджине Шумейкере, человеке, который, кажется, пользуется всеобщим уважением. «О, это был мировой мужик, – не задумываясь ответил Витцке. – Если бы не он, все это дело и с места бы не сдвинулось. Даже при его поддержке потребовалось два года для того, чтобы все завертелось. Бурение – дело дорогое, тогда было около тридцати пяти долларов за фут, теперь больше, а нужно было идти вглубь на три тысячи футов».

«Иногда еще больше», – добавляет Андерсон.

«Иногда больше, – соглашается Витцке. – И в нескольких местах. Так что речь шла о куче денег. Куда больше, чем позволил бы наш бюджет».

В итоге, был начат совместный эксперимент Геологических служб Айовы и США.

«По крайней мере, мы думали, что совместный», – кисло усмехнувшись, заметил Андерсон.

«Для нас это стало хорошим уроком, – продолжал Витцке. – Все это время наука не могла похвастаться качеством – спешили обнародовать результаты, не выдерживавшие элементарной проверки. Один из таких случаев имел место на ежегодном собрании Американского геофизического союза в 1985 году где Гленн Айзетт и Ч. Л. Пиллмор из Геологической службы США объявили, что время образования Мэнсонского кратера совпадает с периодом вымирания динозавров. Это заявление привлекло значительное внимание прессы, но, к сожалению, оказалось чересчур поспешным. Более тщательная проверка данных показала, что мэнсонский удар не только был слишком невелик, но и произошел на девять миллионов лет раньше, чем надо».

Андерсон и Витцке впервые узнали об этой неудаче, прибыв на конференцию в Северной Дакоте. К ним подходили люди и, сочувственно глядя, произносили: «Слыхали о вашей потере», имея в виду кратер. Для обоих было новостью, что Айзетт и другие ученые из Геологической службы США только что огласили уточненные цифры, свидетельствовавшие, что мэнсонский метеорит в конечном счете не был тем телом, которое привело к вымиранию животных.

«Для нас это стало довольно серьезным потрясением, – вспоминает Андерсон. – Я хочу сказать, что мы занимались очень важным для себя делом, а потом вдруг оказались не у дел. Еще хуже было узнать, что люди, которые, как мы думали, с нами сотрудничали, не дали себе труда поделиться с нами новыми данными». – «Почему?»

Он пожал плечами: «Кто знает? Во всяком случае, начинаешь понимать, какой непривлекательной может стать наука, когда ты занимаешься ею на определенном уровне».

Поиски переместились в другие места. В 1990 году один из исследователей, Алан Хильдебранд из университета штата Аризона, познакомился с репортером из «Хьюстон кроникл», который, как оказалось, знал о большой непонятной кольцевой формации 193 км длиной и 48 км шириной, расположенной у мексиканского полуострова Юкатан, в Чиксулуб, близ городка Прогресо, примерно в 950 км точно к югу от Нового Орлеана. Формацию обнаружила мексиканская нефтяная компания «Пемекс» в 1952 году – по случайному совпадению, в том же году, когда Юджин Шумейкер впервые посетил метеоритный кратер в Аризоне, – но геологи компании в соответствии с духом времени пришли к заключению, что она вулканического происхождения. Хильдебранд поехал на место и быстро решил, что это именно тот кратер, что нужен. К началу 1991 года, почти ко всеобщему удовлетворению, было установлено, что Чиксулуб является местом падения метеорита.

И все же многие были не в состоянии представить, что может наделать столкновение. Как вспоминал в одном из своих очерков Стивен Джей Гоулд: «Помню, я поначалу питал глубокие сомнения относительно масштабов воздействия такого явления… Каким образом тело всего в 6 миль диаметром должно привести к таким опустошительным последствиям на планете диаметром 8 тысяч миль?»

Однако вскоре появилась удобная возможность проверить эту теорию, когда Шумейкеры и Леви открыли комету Шумейкеров – Леви 9, которая, как они скоро поняли, направлялась к Юпитеру. Впервые люди могли стать свидетелями столкновения в космосе – и хорошо разглядеть его благодаря новому космическому телескопу Хаббла. Большинство астрономов, по словам Кертиса Пиблза, ожидали немногого, особенно потому, что комета не являлась плотным шаром, а представляла собой цепочку из 21 осколка. «По-моему, – писал один астроном, – Юпитер проглотит эти кометы, даже не рыгнув». За неделю до столкновения журнал Nature поместил статью «Большая шутиха приближается», предсказывая, что столкновение не даст ничего, кроме метеорного дождя.

Столкновения начались 16 июля 1994 года, продолжались неделю и были намного сильнее, чем кто-либо – возможно, за исключением Юджина Шумейкера, – ожидал. Один фрагмент, обозначаемый буквой G, ударил с силой в 6 миллионов мегатонн – в 75 раз сильнее всего наличного ядерного оружия. Фрагмент G был размером лишь с небольшую гору, а раны на поверхности Юпитера были размером с Землю. Это стало последним ударом для критиков теории Альвареса.

Луису Альваресу не довелось узнать об открытии кратера Чиксулуб и о комете Шумейкеров – Леви – он умер в 1988 году. Шумейкер тоже умер рано. В третью годовщину столкновения с Юпитером он с женой находился в австралийской глубинке, куда ездил каждый год в поисках следов столкновений с космическими телами. На проселочной дороге в пустыне Танами – обычно самом безлюдном месте на Земле, – перевалив через небольшой подъем, они столкнулись со встречной машиной. Шумейкер скончался на месте, жена была ранена. Часть праха ученого отправили на космическом аппарате «Лунар Проспектор» на Луну. Оставшийся был рассеян над Аризонским метеоритным кратером.

У Андерсона и Витцке больше не было кратера, убившего динозавров, «но у нас пока еще самый большой и превосходно сохранившийся кратер ударного происхождения в материковой части Соединенных Штатов», – сказал Андерсон. (Для сохранения превосходной степени применительно к Мэнсону требуется известная словесная натяжка. Другие кратеры крупнее, особенно Чезапикский залив, который в 1994 году был признан местом столкновения с космическим телом; но они либо находятся на некотором расстоянии от берега, либо деформированы.) «Чиксулуб похоронен под 2–3 км известняка и большей частью расположен не на суше, что затрудняет его исследование, – продолжает Андерсон, – тогда как Мэнсон доступен гораздо лучше. Будучи скрыт под землей, он фактически сохранил сравнительно нетронутый вид».

Я спросил у них, за какое время мы получим предупреждение, если подобный кусок камня приблизится к нам сегодня.

«О, вероятно, ни за какое, – беззаботно заметил Андерсон. – Его не будет видно невооруженным глазом, пока он не нагреется, а это случится, когда он врежется в атмосферу, а это произойдет за секунду до удара о Землю. Речь идет о чем-то таком, что летит в десятки раз быстрее самой быстрой пули. Если его не увидит кто-нибудь в телескоп, в чем отнюдь нет уверенности, это событие застигнет нас врасплох».

Насколько сильным будет удар, зависит от множества параметров: от скорости и траектории; от того, каким будет столкновение – лобовым или по касательной; от массы и плотности ударяющего объекта и многого другого, – ни об одном из них мы не в состоянии узнать спустя много миллионов лет после события. Но что могут сделать ученые – и Андерсон с Витцке это сделали, – так это измерить место столкновения и вычислить количество выделившейся энергии. На этом основании они могут строить сценарии и оценивать, на что это было похоже, или – еще страшнее – на что это было бы похоже в наши дни.

Астероид (или комета), летящий с космической скоростью, вошел бы в земную атмосферу с такой быстротой, что воздух под ними не расступился бы, а сжался, как в велосипедном насосе. Те, кто пользовался таким насосом, знают, что при сжатии воздух быстро нагревается, и температура поднялась бы до 60 тысяч градусов по шкале Кельвина, что в десять раз выше температуры поверхности Солнца. В этот момент входа астероидов в атмосферу все на его пути – люди, дома, заводы, автомобили – сморщилось и сгорело бы, как целлофан в пламени.[188]

Через секунду после вхождения в атмосферу, там, где жители Мэнсона только что занимались своими делами, метеорит вонзился бы в земную поверхность. Сам метеорит моментально бы испарился, но взрывом выбросило бы тысячу кубических километров горных пород, почвы и чрезвычайно горячих газов. В радиусе 250 км все живое, еще не сгоревшее при падении космического тела, погибло бы от взрыва. Распространяющаяся с огромной скоростью первоначальная взрывная волна смела бы все на своем пути.

Для находящихся за пределами зоны моментального опустошения первым признаком катастрофы стала бы ослепительная вспышка, небывало яркая для человеческого глаза, за которой в течение минуты-другой последовало бы невообразимо величественное апокалипсическое зрелище: вздымающаяся до небес, заполняющая все видимое пространство и мчащаяся со скоростью тысяч км/ч клубящаяся стена тьмы. Ее приближение было бы ужасающе беззвучным, поскольку она будет надвигаться намного быстрее звука. Если кто, случись, взглянул бы в том направлении из высокого здания, скажем, в Омахе или Де-Мойне, то увидел бы надвигающуюся странную пелену хаоса, за которой наступило бы вечное забытье.

В считанные минуты на пространстве от Денвера до Детройта, включая то, что когда-то было Чикаго, Сент-Луисом, Канзас-сити, Миннеаполисом с Сент-Полом – словом, на всем Среднем Западе почти все стоящие предметы были бы сровнены с землей или загорелись, а почти все живое погибло. В пределах 1500 км людей посбивало бы с ног или иссекло тучами летящих предметов. За пределами 1500 км разрушения от взрыва постепенно уменьшались бы.

Но это только первоначальная ударная волна. Никто не может пойти дальше догадок, каким был бы общий ущерб. Ясно только, что он был бы стремительным и глобальным. Удар почти наверняка вызвал бы серию опустошительных землетрясений. По всей планете начали бы громыхать и извергаться вулканы. Поднялись бы, направляясь к далеким берегам, разрушительные цунами. В течение часа Землю накрыло бы черное облако, повсюду разлетались бы горящие обломки, предавая огню большую часть планеты. Предполагается, что к концу первого дня погибло бы по крайней мере полтора миллиарда человек. Сильные помехи в ионосфере повсюду вывели бы из строя средства связи, так что оставшиеся в живых не имели бы представления, что происходит в других местах и куда податься. Впрочем, вряд ли это имело бы значение. Как отметил один комментатор, бежать означало бы «предпочесть быстрой смерти медленную. Любые возможные переселения мало повлияли бы на масштабы гибели, ибо способность Земли поддерживать жизнь повсеместно сократилась бы».

Поднявшиеся после удара и последовавших за ним пожаров тучи сажи и пепла на много месяцев, а возможно, и лет, заслонили бы солнце, нарушив цикл развития растений. В 2001 году ученые Калифорнийского технологического института исследовали изотопы гелия, взятые из осадочных пород на границе мелового и третичного периодов, и пришли к выводу, что столкновение воздействовало на климат Земли около 10 тысяч лет. Это свидетельствует в пользу представления о том, что вымирание динозавров произошло быстро и неожиданно, если судить по геологическим меркам. Мы можем только догадываться, насколько успешно человечество справится, и справится ли, с подобным явлением.

И не забывайте, что, по всей вероятности, это произошло бы без предупреждения, как гром с ясного неба.

Но предположим, что мы увидели приближение такого объекта. Что бы мы предприняли? Все предполагают, что мы запустили бы ядерную боеголовку и разнесли его вдребезги. Однако в связи с этой идеей возникает ряд проблем. Во-первых, как отмечает Джон С. Льюис,[189] наши ракеты не предназначены для работы в космосе. У них не хватает силенок избавиться от притяжения Земли, а если бы даже хватило, нет устройств, чтобы провести их через миллионы километров космического пространства.[190] Еще меньше возможность послать корабль с космическими ковбоями, которые сделали бы за нас эту работу, как в фильме «Армагеддон». У нас больше нет ракеты, достаточно мощной, чтобы послать людей даже на Луну. Последняя способная на это ракета «Сатурн-5» давно отправлена на покой, так и не получив замены. Не можем мы быстро создать и новую, потому что, как ни поразительно, в ходе генеральной уборки в НАСА были уничтожены чертежи пусковых установок для ракеты «Сатурн».

Если бы нам даже каким-то образом удалось попасть боеголовкой в астероид и разнести его на куски, остается возможность того, что мы просто получим серию каменных осколков, которые станут один за другим падать на нас наподобие кометы Шумейкеров – Леви, упавшей на Юпитер, с той разницей, что в данном случае осколки будут сильно радиоактивными.[191] Охотник за астероидами из университета Аризоны Том Герелс[192] считает, что даже предупреждения за год возможно будет недостаточно, чтобы принять соответствующие меры. Однако куда вероятнее, что мы не увидим объект – даже комету – раньше чем за шесть месяцев, что будет уже слишком поздно. Сближение кометы Шумейкеров – Леви 9 с Юпитером явно бросалось в глаза, начиная с 1929 года, но прошло больше половины столетия, прежде чем это заметили.

Из-за того, что движение этих объектов так трудно предвычислять и при этом возникают значительные погрешности, даже когда известно, что объект летит в нашу сторону, мы почти до конца – во всяком случае, до последней пары недель – не будем знать, неизбежно ли столкновение.[193] На протяжении почти всего периода приближения нам пришлось бы находиться в конусе неопределенности. Это наверняка были бы самые интересные несколько месяцев в мировой истории. А представьте празднование, если бы он благополучно пролетел мимо.

«Но как часто случаются явления, подобные мэнсонскому столкновению?» – уходя, спросил я Витцке и Андерсона. «О, в среднем раз в миллион лет», – ответил Витцке. «И не забывайте, – добавил Андерсон, – что это было относительно незначительное событие. Известно ли вам, сколько видов вымерло в связи с мэнсонским столкновением?» – «Ни малейшего представления». – «Ни одного, – со странным чувством удовлетворения произнес он. – Ни единого».

Разумеется, поспешили добавить Витцке и Андерсон, что, как они только что описали, на большей части планеты были бы ужасные разрушения и на много миль вокруг места падения все живое было бы полностью уничтожено. Но жизнь – явление стойкое, и, когда дым рассеялся бы, уцелело бы достаточно особей каждого вида, которым повезло, и ни один вид не исчез бы.

Хорошая новость, как представляется, состоит в том, что истребить вид – ужасно трудное дело. Плохая же новость в том, что никогда нельзя рассчитывать на хорошие новости. Что еще хуже, так это то, что не обязательно разыскивать приводящие в оцепенение опасности в космическом пространстве. Как мы вскоре увидим, Земля и без того полна угроз.

 

14

ОГОНЬ ПОД НОГАМИ

 

Летом 1971 года молодой геолог по имени Майк Вурхис вел изыскания в заросшей чертополохом местности на востоке Небраски недалеко от его родного городка Орчард. Проходя по дну глубокого оврага, он заметил что-то белевшее наверху в кустарнике и поднялся взглянуть. Там он увидел прекрасно сохранившийся череп молодого носорога, вымытый прошедшими недавно сильными дождями.

А в нескольких метрах от него, как оказалось, находилось самое необычное захоронение ископаемых остатков, когда-либо открытое в Северной Америке: высохший водоем, служивший общей могилой многим десяткам животных – носорогам, зебровидным лошадям, саблезубому оленю,[194] верблюдам, черепахам. Все погибли в результате загадочного катаклизма чуть менее 12 миллионов лет назад, в период, известный в геологии как миоценовый. В те дни Небраска располагалась на обширной жаркой равнине, очень похожей на Серенгети в нынешней Африке. Животных нашли похороненными под вулканическим пеплом трехметровой толщины. Загадка заключалась в том, что в Небраске никогда не было никаких вулканов.

Сегодня открытое Вурхисом место называется Эшфоллским парком захоронений ископаемых животных. Здесь есть новый центр для посетителей и музей с хорошо продуманными экспозициями по геологии Небраски и истории захоронений ископаемых животных. Центр включает лабораторию со стеклянной стеной, через которую посетители могут видеть палеонтологов, занятых очисткой скелетов. В то утро, когда я проходил мимо, в лаборатории в одиночестве работал веселый седоватый малый в синей спецовке, в котором я узнал Майка Вурхиса, теперь ведущего документальной программы «Горизонт» на Би-би-си. В Эшфоллском парке нет большого наплыва посетителей – он находится у черта на куличках, и Вурхис, похоже, был рад поводить меня по парку. Он провел меня на то место наверху шестиметрового откоса, где он обнаружил свою находку.

«Искать здесь кости было бессмысленным занятием, – весело начал он. – Но я-то костей не искал. В то время я собирался составить геологическую карту востока Небраски и, так сказать, просто бродил по окрестностям. Если бы я не поднялся по склону и если бы дождями не вымыло тот череп, то прошел бы мимо и всего этого никогда бы не нашли». Он жестом указал на крытый и огороженный участок, где ведутся основные раскопки. Там нашли лежавшие в беспорядке останки около двухсот животных.

Я спросил, в каком смысле он считает здешние места неподходящими для поисков костей. «Ну, если ищешь кости, то нужны обнажения пород. Вот почему большая часть палеонтологических раскопок ведется в жарких сухих местах. Не потому, что там больше костей. Просто там есть возможность их отыскать. А в таком окружении, – он широким жестом обводит безбрежную однообразную прерию, – не знаешь, где начать. Здесь, может быть, находится действительно великолепный материал, но на поверхности нет никаких подсказок, откуда начинать поиски».

Сначала считали, что животные были погребены живьем, и Вурхис в 1981 году в статье в National Geographic именно так и написал. «В статье место находок названо «Помпеями доисторических животных», – рассказывал он мне. – Названо неудачно, потому что вскоре мы поняли, что животные погибли не сразу. Все они страдали неким недугом, называемым гипертрофической пульмональной остеодистрофией,[195] который возникает при вдыхании большого количества твердых абразивных частиц, а они, должно быть, вдыхали очень много, потому что на сотни миль вокруг слой пепла достигал толщины в несколько футов». Вурхис поднял комок сероватой глинистой породы и раскрошил ее мне в руку. Порошкообразная порода, но с острыми песчинками. «Гадкая штука, если приходится вдыхать, – продолжал он, – потому что очень тонкая, но к тому же довольно острая, режущая. Видимо, они приходили сюда на водопой, ища облегчения, а вместо этого в мучениях гибли. Пепел, видимо, погубил все. Похоронил под собой всю траву, покрыл каждый листок и превратил воду в негодную для питья бурую жижу. Совсем негодную».

В документальной программе «Горизонт» говорилось, что наличие такого количества пепла в Небраске явилось неожиданностью. На самом же деле о громадных залежах пепла в Небраске было известно давно. На протяжении почти сотни лет его добывали для изготовления хозяйственных чистящих порошков типа «Комет» или «Аякс». Но, как ни странно, никому не приходило в голову поинтересоваться, откуда взялся весь этот пепел.

«Неловко признаться, – смущенно улыбнулся Вурхис, – но я сам впервые подумал об этом, когда меня спросил об этом редактор National Geographic, и мне пришлось сознаться, что я не знаю. Никто не знал».

Вурхис разослал образцы коллегам во все западные штаты с просьбой сообщить, нет ли у них чего-нибудь похожего. Несколько месяцев спустя с ним связался геолог из Геологической службы Айдахо Билл Бонничсен и рассказал, что пепел соответствует вулканическим отложениям у местечка Бруно-Джарбридж на юго-западе Айдахо. Явлением, которое убило животных на равнинах Небраски, было извержение вулкана невиданных ранее масштабов – такое, что покрыло трехметровым слоем пепла территорию на расстоянии за 1600 км от него, на западе Небраски. Оказалось, что под западной частью Соединенных Штатов находился гигантский магматический котел, колоссальный вулканический очаг, катастрофически извергавшийся примерно каждые шестьсот тысяч лет. Последнее такое извержение было чуть больше шестисот тысяч лет назад. Очаг остается на месте. Сегодня мы называем его Йеллоустонским национальным парком.

Мы поразительно мало знаем, что происходит у нас под ногами. Страшно подумать, что Форд стал производить автомобили, а Нобелевский комитет стал присуждать премии за долго до того, как мы узнали, что у Земли есть ядро. Да и идея, что материки плавают по поверхности, как листья кувшинок, стала общепризнанной меньше чем поколение назад. «Как ни странно, – писал Ричард Фейнман, – мы разбираемся в распределении вещества внутри Солнца куда лучше, чем во внутреннем строении Земли».

Расстояние от поверхности до центра Земли равно 6370 км, что не так уж много. Подсчитано, что если выкопать колодец до центра и бросить в него кирпич, то он долетит до дна всего за 45 минут (хотя в этой точке он будет невесомым, поскольку вся тяжесть Земли будет не внизу, а наверху и вокруг[196]). Наши попытки продвинуться в направлении центра были поистине скромными. В Южной Африке один или два золотых рудника достигают глубины более 3 км, а глубина большинства шахт и рудников на Земле не превышает 400 м. Если бы планета была яблоком, мы бы даже не проткнули бы кожуру. На самом деле мы бы даже не приблизились к этому.

Чуть меньше ста лет назад самые осведомленные ученые умы знали о недрах Земли не намного больше шахтера – а именно, что на какое-то расстояние вы углубляетесь в грунт, а затем упираетесь в твердую породу, и на этом все. Затем в 1906 году ирландский геолог Р. Д. Олдхэм, изучая сейсмограммы землетрясения в Гватемале, заметил, что отдельные ударные волны проникали до определенной точки глубоко в Землю, а потом отражались под углом, словно встречали какое-то препятствие. Отсюда он сделал вывод, что Земля имеет ядро. Тремя годами позже хорватский сейсмолог Андрей Мохоровичич изучал диаграммы землетрясения в Загребе и отметил подобное необычное отклонение, но на меньшей глубине. Он открыл границу между корой и слоем непосредственно под ней, мантией. С тех пор эта зона известна как поверхность Мохоровичича, или, для краткости, Мохо.

Так мы начинали получать смутное представление о слоистом внутреннем строении Земли – правда, действительно весьма смутное. Только в 1936 году датчанка Инге Леманн, изучая сейсмограммы землетрясений в Новой Зеландии, обнаружила, что существует два ядра: внутреннее, которое мы ныне считаем твердым, и внешнее (то самое, что обнаружил Олдхэм), которое считается жидким и, как полагают, является очагом магнетизма.

Как раз примерно в то время, когда Леманн, изучая сейсмические волны при землетрясениях, уточняла наши начальные представления о внутреннем строении Земли, двое геологов из компании «Калтекс» в Калифорнии разрабатывали способ сравнивать одно землетрясение с другим. Это были Чарлз Рихтер и Бено Гутенберг, хотя по причинам, не имеющим никакого отношения к справедливости, шкала почти сразу стала известна по имени одного Рихтера. (Рихтер тоже здесь был ни при чем. Будучи скромным человеком, он никогда не называл шкалу своим именем и всегда ссылался на нее как на «шкалу магнитуд».)

Не связанные с естественными науками люди в большинстве своем имеют неверное представление о шкале Рихтера, хотя теперь посетители, возможно, чуть реже просят показать знаменитую шкалу Рихтера, полагая ее чем-то вроде линейки. Разумеется, шкала – это скорее понятие, чем вещь, произвольная мера колебаний Земли, основанная на измерениях, сделанных на поверхности. Она возрастает экспоненциально, так что землетрясение магнитудой 7,3 в 32 раза мощнее, чем землетрясение магнитудой 6,3, и в 1000 раз мощнее, чем 5,3.[197]

По крайней мере, теоретически у землетрясений не бывает верхней границы, и уж коли так, то и нижней. Шкала просто служит мерой силы, но ничего не говорит о разрушениях. Землетрясение магнитудой 7 глубоко в мантии – скажем, на глубине 650 км, – возможно, не причинит никаких разрушений на поверхности, тогда как значительно более слабое, но на глубине 6–7 км, может вызвать огромные разрушения. Многое также зависит от характера залегания пород, продолжительности землетрясений, частоты и серьезности толчков, следующих за главным толчком, и от физического состояния пораженной землетрясением территории. Из всего этого вытекает, что самыми страшными не обязательно бывают самые сильные землетрясения, хотя сила, несомненно, значит очень много.

Крупнейшим землетрясением (в зависимости от источника, на который полагаются) после создания шкалы было или землетрясение, случившееся в марте 1964 года в заливе Принца Вильяма на Аляске, которое оценивали магнитудой 9,2, или то, что произошло в 1960 году в Тихом океане у побережья Чили, которому первоначально приписали магнитуду 8,6 балла, но позднее некоторые авторитетные органы (включая Геологическую службу США) пересмотрели ее в сторону повышения до поистине импозантной цифры в 9,5. Как вы теперь понимаете, измерение землетрясений не всегда отличается точностью, особенно когда приходится оценивать данные, полученные из отдаленных мест. Во всяком случае, оба землетрясения были чудовищными. Землетрясение 1960 года не только произвело обширные разрушения вдоль всего южно-американского побережья, но и вызвало гигантское цунами, которое прокатилось почти 10 тысяч миль по Тихому океану и смыло значительную часть городка Хило на Гавайских островах, где было уничтожено пятьсот зданий и погибло 60 человек. Еще больше жертв унесли волны в Японии и на Филиппинах.

Однако что касается в чистом виде разрушений, то, пожалуй, самым значительным землетрясением за весь период письменной истории было землетрясение, поразившее – и, по существу, полностью разрушившее – Лиссабон, столицу Португалии, в день Всех Святых (1 ноября) 1755 года. Как раз перед 10 часами утра город потряс косой удар, по нынешним оценкам, силой 9,0 баллов; дикая тряска продолжалась целых 7 минут. Сила толчков была такова, что вода отхлынула из порта и вернулась волной высотой более 15 метров, еще больше усугубив разрушения. Когда наконец тряска прекратилась, оставшиеся в живых получили всего три минуты покоя, после чего последовал второй удар, лишь чуть слабее предыдущего. В итоге погибло 60 тысяч человек, и практически все здания на много миль вокруг превратились в руины. Для сравнения: землетрясение в Сан-Франциско 1906 года, оценивающееся по шкале Рихтера в 7,8 балла, продолжалось менее 30 секунд.

Землетрясения – явления довольно обычные. Ежедневно где-нибудь в мире происходит пара землетрясений силой 2 балла и больше – достаточных, чтобы находящиеся поблизости получили приличную встряску.[198] Хотя землетрясения имеют тенденцию группироваться в определенных местах – особенно в поясе, окружающем Тихий океан, – они случаются почти всюду. В Соединенных Штатах только Флорида, восток Техаса да северная часть Среднего Запада – пока что – почти полностью от них избавлены. В Новой Англии за последние 200 лет было 2 землетрясения силой 6,0 баллов или больше. В апреле 2002 года этот район пережил землетрясение силой 5,1 балла близ озера Чемплейн на границе штатов Нью-Йорк и Вермонт, причинившее множество разрушений местного характера, когда (могу засвидетельствовать) даже в Нью-Гемпшире картины падали со стен, а дети с кроваток.

Самыми распространенными типами землетрясений являются те, что возникают в местах встречи двух тектонических плит, как в Калифорнии вдоль разлома Сан-Андреас. По мере того как плиты напирают друг на друга, давление нарастает, пока одна или другая не уступит. Вообще говоря, чем дольше интервал между землетрясениями, тем сильнее сдерживаемое давление и тем больше вероятность, что встряска будет действительно сильной. Особая причина для беспокойства есть у Токио, про который Билл Макгуайр,[199] специалист по стихийным бедствиям из Лондонского университетского колледжа, говорит, что это «город, ожидающий гибели» (слоган, который вряд ли найдешь на туристских листовках). Токио стоит на стыке трех тектонических плит, к тому же в стране, уже известной своей сейсмической нестабильностью. Как помните, в 1995 году город Кобэ, находящийся почти в 500 км к востоку от столицы, поразило землетрясение силой 7,2 балла. Тогда погибло 6394 человека, а ущерб оценивался в 99 млрд долларов. Но это ничто – ну, или, скажем, относительно немного – в сравнении с тем, что может ожидать Токио.

Токио уже пострадал от одного из самых разрушительных землетрясений нашего времени. 1 сентября 1923 года как раз перед полуднем город подвергся землетрясению, более чем в 10 раз превосходившему землетрясение в Кобэ. Погибло 200 тысяч человек. С тех пор в Токио наблюдается смешанное со страхом спокойствие; а напряжение под поверхностью уже 80 лет нарастает. В конечном счете оно обязательно вырвется наружу. В 1923 году население Токио составляло около 3 миллионов человек. Сегодня оно приближается к тридцати миллионам. Никто не собирается строить прогнозы, сколько людей может погибнуть, но оценка возможных экономических потерь достигает 7 трлн долларов.

Еще более тревожные сигналы, из-за своей необъяснимости и непредсказуемости, подают редкие толчки, известные как внутриплитные землетрясения. Они происходят далеко от краев плит, что делает их совершенно непрогнозируемыми. Поскольку они зарождаются на куда более значительной глубине, им свойственно распространяться на более обширные области. Наиболее известной из когда-либо поразивших территорию Соединенных Штатов была серия из трех таких толчков в Нью-Мадриде, штат Миссури, зимой 1811–1812 годов. Неожиданности начались сразу после полуночи 16 декабря, когда людей сначала разбудил рев напуганного до смерти скота (беспокойное поведение животных перед землетрясениями – это не бабушкины сказки, а установленный, хотя и непонятный факт), а затем из недр земли раздался могучий разрывающий душу гул. Выбегавшие из домов обитатели городка увидели, как земля перекатывается метровыми волнами, обнажая трещины в несколько метров глубиной. Воздух наполнился едким запахом серы. Тряска продолжалась 4 минуты, вызывая обычные для таких случаев разрушения. Среди свидетелей был случайно оказавшийся там художник Джон Джеймс Одюбон.[200] Землетрясение распространялось вширь так активно, что разрушило дымовые трубы в Цинциннати на расстоянии 600 км, и, согласно по крайней мере одному описанию, «повредило суда в гаванях восточного побережья и… даже повалило строительные леса вокруг Капитолия в Вашингтоне, округ Колумбия». 23 января и 4 февраля последовали дальнейшие землетрясения сравнимой силы. С тех пор в Нью-Мадриде спокойно – неудивительно, потому что такого рода эпизоды никогда не повторяются в одном и том же месте. Насколько известно, такой удар так же непредсказуем, как удар молнии. Следующий может произойти под Чикаго, или под Парижем, или Киншасой. Никто не может даже предположить, что служит причиной этих огромных разрывов в середине плит? Что-то происходящее в недрах Земли. Больше об этом мы ничего не знаем.

К 1960-м годам ученые были изрядно разочарованы собственным невежеством относительно устройства земных недр, чтобы попытаться что-то предпринять. В частности, возникла мысль пробурить со дна океана (земная кора на материках слишком толстая) скважину до поверхности Мохо и достать кусочек мантии Земли, чт