Красота физики. Постигая устройство природы - Фрэнк Вильчек

Этих высоких стандартов реализма и точности не так просто добиться! Платон провозгласил, что они взаимно исключают друг друга, и на практике даже Кеплеру приходилось удовлетворяться или одним, или другим. Ньютон в своих работах по свету и механике показал, что таких стандартов можно достичь, – и таким путем создал модели, настолько совершенные теоретически, что мы, его последователи, вдохновляемся ими по сей день. Чтобы добиться этих стандартов, нужно сдерживать свои преждевременные амбиции, что признавал Ньютон:

И все-таки сам Ньютон был в высшей степени честолюбив. Его любопытство распространялось во многих направлениях, и в огромном количестве его записей можно найти гипотезы, касающиеся всего на свете. Читать Ньютона – это опьяняющее и в то же время утомительное занятие, поскольку идеи – очень остроумные и яркие – появляются одна за другой. Он проводил обширные наблюдения, касающиеся действия ферментов, мышечных сокращений и трасформаций веществ, отмеченных в древних текстах по алхимии и в современных – по химии.

Чтобы согласовать свое честолюбие со своими требованиями строгости, Ньютон использовал два основных способа. Один из них был методом интеллектуальной работы, другой – уловкой в ее представлении.

Мне нравится думать о его методе как о процессе отбора – о чем-то вроде дарвиновской борьбы за выживание в мире идей. Ньютон всегда пытался задействовать свои предположения, выводя из них следствия, которые мог сравнить с наблюдениями. Некоторые проходили это испытание или оставляли жизнеспособное потомство, тогда как другие вымирали.

В записях Ньютона очень много идей, которые окончились крахом и никогда не были опубликованы. Его известное заявление:

часто воспринимают как демонстрирующее подобающую ему скромность. Я так не думаю. Ньютон не был скромным человеком, но он был честным. Уж кто-кто, а он знал, сколько идей оставил на столе нетронутыми.

Другие его предположения выживали, но не были достаточно успешными, чтобы соответствовать стандартам, которые декларировал Ньютон. Их он тайно протаскивал на публичное обозрение с помощью одного трюка.

Этот трюк Ньютона очаровывает своей прозрачностью. Он просто ставит знак вопроса в конце положения. Таким образом они становятся не утверждениями, не гипотезами, а только вопросами. Последняя научная работа Ньютона – это на самом деле набор из 31 вопроса, который он присоединил к последнему изданию «Оптики».

Первые вопросы, короткие, провокационные, обычно сформулированы с отрицанием. Вот, например, первый из них:

Этот вопрос, как и многие другие, был на самом деле темой для исследования. И, как и многие другие, он оказался достаточно плодотворным. Мы можем прочитать в нем предвидение искривления солнечного света и света, исходящего от далеких галактик, – значительного открытия, сделанного физиками в XX в.

Хотя, кажется, сам он не разрабатывал эту проблему детально, несложно приложить закон всемирного тяготения Ньютона к свету, рассматривая свет, как это всегда делал Ньютон, как состоящий из материальных частиц. При таком рассмотрении орбиты частиц света приобретут такие же формы, как и орбиты планет, которые имеют ту же скорость. (Сила притяжения пропорциональна массе, а сила в общем равна массе, умноженной на ускорение. Таким образом, при расчете отношения ускорения вследствие гравитации масса в числителе и знаменателе сокращается.) Ньютон знал об астрономическом определении скорости света Оле Рёмером и ссылался на него в «Оптике», где упоминал, что свету требуется от семи до восьми минут, чтобы пройти путь от Солнца до Земли. Следовательно, Ньютон имел возможность оценить, насколько Солнце может своим притяжением искривлять путь света. Это очень небольшой эффект, который нельзя было измерить при помощи существовавшей во времена Ньютона техники. Эйнштейн вычислил это искривление лучей солнечного света – вначале упрощенно, как это мог бы сделать Ньютон, а затем, в 1915 г., используя свою новую общую теорию относительности, которая дала вдвое больший ответ. Его предсказания были проверены международной экспедицией во время солнечного затмения 1919 г., когда удалось зарегистрировать сдвиг в расположении близлежащих к диску Солнца звезд. Успех этой экспедиции, которая ознаменовала собой возвращение к обычным европейским ценностям после катастрофы Первой мировой войны, был сенсационным и сделал Эйнштейна мировой знаменитостью.

Илл. 13. Гравитационные поля тел заставляют свет изгибаться, создавая космические линзы. Здесь вы можете видеть, как сильно искаженные изображения галактик появляются в виде тонких дуг.

Намного бо́льшие массы и расстояния играют роль, когда свет от далеких галактик проходит мимо других галактик, лежащих ближе к нам, что приводит к эффектному явлению гравитационного линзирования. Изображения далеких галактик иногда искажаются из-за того, что их свет проходит через гравитационные поля «промежуточного» вещества. Это похоже на то, как преломляется изображение соломинки, если посмотреть на нее сквозь воду. На илл. 13, например, дуги – это искаженные изображения очень далекого скопления галактик, находящихся в 5–10 раз дальше, чем скопление, послужившее линзой.

Ньютону, безусловно, понравилось бы такое космическое доказательство справедливости его первого вопроса!

Последующие вопросы порождают обсуждения, которые становятся все шире и шире, а в последнем из них, 31-м, вопросительный знак уже только подразумевается. Здесь мы видим самую великую гипотезу Ньютона и его последние слова о свете и Природе.