Краткая история науки - Уильям Байнум

Мы в состоянии определить либо импульс электрона (масса, умноженная на скорость), либо его позицию, но никогда то и другое вместе; определяя одно, мы делаем неопределенным другое. Эйнштейн (среди других) оказался шокирован этой идеей, и попытался опровергнуть принцип неопределенности Гейзенберга.

Он не смог и вынужден был признать свое поражение, и до сих пор этот принцип никто не смог убрать: есть определенные пределы человеческого знания о микромире.

Электрон также использовал в своих исследованиях Поль Дирак (1902–1984), англичанин, которого иногда рассматривали как второго Эйнштейна. Его книга о квантовой механике оставалась лучшей на протяжении трех десятилетий, и его собственные уравнения, посвященные квантовой активности атомов и атомных частиц, были просто блестящими.

Проблемой являлось то, что для того, чтобы система работала, требовалась странная частица – положительно заряженный электрон. А его появление вызывало мысль, что существует не только материя, но и антиматерия, а сама идея о подобном выглядела дико, поскольку материя рассматривалась как основа мироздания.

Но за несколько лет поисков искомая частица – позитрон – была обнаружена. Близнец электрона, он несет единичный положительный заряд, а комбинируясь с электроном, производит выплеск энергии, после чего обе частицы исчезают. Материя и антиматерия при столкновении могут аннигилировать друг друга в мгновение ока.

Открытие позитрона доказало, что атомы состоят не только из протонов, электронов и нейтронов. Мы увидим глубокие открытия по этому поводу позже, после того как физики научатся использовать сверхвысокие энергии для наблюдения за атомами и частицами. Хотя «наблюдение» не совсем правильное слово, ведь работая с высокими энергиями, физики на самом деле не могут видеть напрямую, что происходит во время экспериментов. Они разглядывают пятнышки на мониторе, или колебания магнитных полей или иных показателей, измеряемых приборами.

Но атомные бомбы, атомная энергия и даже возможность создания квантового компьютера – все это доказывает существование силы и тайны в природе – совершенно реальные вещи, даже если мы их не видим.

Квант Макса Планка и осознание Эйнштейном того факта, что масса и энергия – два аспекта одного явления: эти открытия навсегда изменили то, как мы понимаем Вселенную. Масса и энергия, волна и частица, время и пространство… природа открывает себя всегда как «и то, и другое», не «или это или это». И все эти концепции помогают не только объяснять структуру мироздания и то, как оно возникло, но и освещать улицы в темное время. Спутники высоко над поверхностью планеты и система спутниковой навигации полагаются на специальную теорию относительности.

Если бы ее не было, то мы бы не смогли найти дорогу так легко.

Землетрясения смертоносны и вызывают страх.

Смертоносны потому, что производят массовые разрушения, а страх они порождают потому, что земля не должна двигаться под нашими ногами. И все же она это делает все время, пусть даже большую часть времени мы этого не чувствуем и не видим. Подобно многому другому в науке, изучение структуры нашей планеты заключается в наблюдении за невидимым (ну и еще в том, чтобы убедить других, что вы правы).

Континенты и океанское дно и в самом деле движутся под нами.

Весь наш опыт как человечества охватывает крохотный отрезок истории Земли, мельчайшую долю очень долгого процесса. Геологи имеют в своем распоряжении особые технологии, но и они должны использовать свое воображение, мыслить нестандартно. Любой хороший ученый обязан иметь такой навык, даже если он работает в лаборатории, проверяет свои гипотезы с помощью экспериментов.

Геологи в девятнадцатом веке использовали традиционные инструменты, находки окаменелостей, анализ и классификацию материалов, наблюдение за последствиями землетрясений и извержений вулканов. Все это они вплетали в ткань земной истории. Многое из того, что было обнаружено тогда, до сих пор сохраняет научную ценность. Одновременно существовали беспокоящие проблемы, для решения которых требовались смелые идеи.

Катастрофисты старого времени опирались на гипотезу разного рода сил или даже божественного чуда – им объясняли большие потопы вроде описанного в Библии. Ученые нового времени сосредоточились на Времени – огромных периодах, именуемых «глубокое время». Что происходило на Земле 200 миллионов лет назад или еще в два раза раньше, или в три?

Как может глубокое время дать ответ на три основных вопроса?

Во-первых, почему основные континенты выглядят так, словно их вырезали из одного куска громадной картонки, а потом растащили, разделив океанами? Восточное побережье Южной Америки очень точно подошло бы к западному берегу Африки. Случайность ли это?

Во-вторых, почему горные породы Южной Африки так похожи на те, что находят в Бразилии, по другую сторону Атлантики? Почему на таком сравнительно небольшом острове, как Великобритания, имеются столь резкие отличия между высокогорьем Шотландии с его утесами и озерами и мягко всхолмленными пустошами Суссекса на юге? В самом деле, была ли Британия всегда отделена от материковой Европы или Аляска от Азии?

В-третьих, имеются странности в том, как распространены по Земле некоторые растения и животные. Почему одни и те же виды улиток живут в Европе и в восточной части Северной Америки, но зато их нет в другой части американского континента, на западе? Почему сумчатые в Австралии так отличаются от всех остальных организмов?

В 1850-х Дарвин и Уоллес попытались найти ответы, и теория эволюции помогла многое объяснить. Дарвин провел некоторое количество экспериментов, поместив семена в морскую воду на несколько месяцев. Он хотел создать такие условия, в какие попали те же семена, если бы их долгий срок носило по океанским волнам.

Затем он посадил их, чтобы проверить – прорастут ли.

Некоторые проросли, так что растения вполне могли распространяться таким образом.

Кроме того. Дарвин обнаружил, что птицы могут переносить семена, насекомых и прочую животную мелочь на очень длинные расстояния. Они и в самом деле иногда это делают, но такой процесс не в состоянии объяснить все загадки.

Имелась одна радикальная идея, способная разъяснить очень многое: мысль о том, что континенты не всегда находились там, где они расположены сейчас, или что некогда их соединяли полосы суши, так называемые «мосты». Многие геологи в конце девятнадцатого века думали, что подобные мосты существовали в нескольких местах.

Находили доказательства того, что Британия некогда соединялась с Европой. Подобная гипотеза могла хорошо объяснить, почему останки медведей, гиен и других существ, не обитающих на Британских островах в наше время, там иногда находят.

Северная Америка наверняка была связана с Азией через Берингов пролив, животные и первые разумные обитатели Американского континента проходили там без проблем. Мосты между Южной Америкой и Африкой выглядели куда менее вероятными, но выдающийся австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831–1914) доказывал факт их наличия в своей объемной пятитомной работе (1883–1909) о нашей планете. Он говорил, что постоянные поднятия и опускания земной поверхности с течением времени делали возможными такие вещи и то, что ныне лежит на дне океана, некогда соединяло континенты.