Глава тридцать седьмая

Следы в песках науки

Если вы зайдете в магазинчик при Планетарии имени Хейдена в Нью-Йорке, то найдете там всевозможные сувениры на космическую тему. Там есть много знакомого – пластмассовые модельки космического шаттла и Международной космической станции, магниты на холодильник с фотографиями с орбитальных телескопов, ручки фирмы «Фишер», предназначенные для того, чтобы писать в невесомости. Но есть и много необычного – обезвоженное мороженое для астронавтов, «Монополия» на астрономическую тему, солонки и перечницы в форме Сатурна. Не говоря уже о всяких диковинах вроде ластиков с изображением телескопа имени Хаббла, резиновых мячиков, сделанных в виде шаров из марсианских метеоритов, и съедобных космических червей из «Звездных войн». Разумеется, ничего удивительного, что такое продается в планетарии. Однако на самом деле все это свидетельства куда более глубокого процесса. Этот сувенирный магазинчик – безмолвный свидетель истории символов и эмблем, знаменующих последние полвека эпохи американских научных открытий.

В XX веке американские ученые открыли галактики, расширение Вселенной, природу сверхновых, квазары, черные дыры, гамма-всплески, происхождение элементов, реликтовое микроволновое излучение и большинство известных планет вне нашей Солнечной системы. Кое-где нас опередили русские, но именно мы отправили космические аппараты на Меркурий, Венеру, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Американские зонды опустились на Марс, на астероид Эрос. И именно американские астронавты побывали на Луне. Современные американцы привыкли воспринимать это как должное – собственно, таково рабочее определение культуры: культура – это то, что все делают и о чем все знают, но чего уже никто не замечает.

Когда американцы ходят за продуктами в супермаркет, то не удивляются, что целый проход там заполнен готовыми хлопьями для завтрака с огромным содержанием сахара. А иностранцам это сразу бросается в глаза, точно так же как путешественники-американцы замечают, что в Италии продается широкий ассортимент разных макаронных изделий, а в Японии и Китае – поразительно много видов риса. Обратная сторона того, что сам не замечаешь собственную культуру, – величайшее удовольствие, которое получаешь от путешествий за границу: там ты понимаешь, сколько всего в собственной культуре ты не замечал, и видишь, сколько всего уже не знают сами о себе жители других стран.

Заграничные снобы любят подшучивать над Соединенными Штатами за недостаточно древнюю историю и простоватую культуру, особенно в сравнении с тысячелетним наследием Европы, Азии и Африки. Однако пройдет пятьсот лет, и историки будущего наверняка сочтут XX век веком Америки, ведь именно тогда американские открытия в сфере науки и техники заняли первые места в списке самых значительных достижений во всем мире.

Очевидно, что Соединенные Штаты не всегда занимали верхнюю ступень на лестнице науки. И нет никакой гарантии, что американцы и дальше будут доминировать в этой сфере – более того, весьма вероятно, что это изменится. Поскольку столицы научно-технического прогресса мигрируют из одной страны в другую и в одни эпохи расцветают, а в другие приходят в упадок, каждая культура оставляет свою метку на непрерывном пути нашего биологического вида к пониманию Вселенной и своего места в ней. Когда историки пишут свои отчеты о подобных событиях мирового масштаба, на хронологической оси развития цивилизации ясно видны следы первенства той или иной страны.

* * *

На то, как и почему та или иная страна оставит след в истории науки, влияет множество факторов. Важно, чтобы у нее были сильные лидеры. Не менее важно, чтобы она располагала доступом к различным ресурсам. Однако нужно еще кое-что, не столь осязаемое, однако способное подтолкнуть население целой страны к тому, чтобы вложить весь свой эмоциональный, культурный и интеллектуальный капитал в создание в мире островков прогресса.

Те, кто живет в такие времена, зачастую воспринимают как должное все, что создали, и бездумно предполагают, что так будет вечно, – и потому ставят все свои достижения под угрозу забвения, причем забудет их та же самая культура, которая создала.

Начиная с VIII века и почти 400 лет – пока в Европе ревностные христиане выпускали кишки еретикам – благодаря аббасидским халифам культурной столицей исламского мира был Багдад, процветающий интеллектуальный центр наук, искусств и медицины. Магометанские астрономы и математики строили обсерватории, изобретали точнейшие приборы для измерения времени и разрабатывали новые методы вычислений и математического анализа. Эти ученые сохранили дошедшие до них труды ученых Древней Греции и иных стран древнего мира и перевели их на арабский. Они сотрудничали с христианскими и иудейскими мыслителями. И Багдад превратился в просветительский центр. Какое-то время арабский язык был языком науки.

Влияние раннего ислама на развитие науки заметно до сих пор. Например, арабский перевод главного труда Птолемея о геоцентрической модели Вселенной (написанного в Древней Греции около 150 года до н. э.) был так широко распространен, что даже сейчас во всех переводах он называется «Альмагест» – а это переиначенное на арабский манер греческое слово «megistos», «величайший».

Иракский математик и астроном Мухаммад ибн Муса аль-Хорезми подарил нам слово «алгоритм» (собственно, это слово происходит от «аль-Хорезми») и «алгебра» (от слова «аль-джабр» в названии его трактата об алгебраических вычислениях»). И принятая во всем мире система цифр – 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 – хотя и была придумана в Индии, пребывала в полной безвестности, пока ее не стали применять арабские математики. Более того, именно арабы придумали, как применять число нуль, и вывели совершенно новые следствия из этого понятия, позволяющие применять его во всей полноте. Между тем римские цифры и все разработанные к тому времени системы исчисления никакого нуля не предполагали. И сегодня эти десять символов по праву называются во всем мире арабскими цифрами.

* * *

Портативные латунные астролябии с изящной гравировкой тоже изобрели арабы, опиравшиеся на древние прототипы; это были не просто астрономические инструменты, но и настоящие произведения искусства. Астролябия проецирует купол небосклона на плоскую поверхность. Системой наложенных друг на друга дисков, шестерней и шкал, и подвижных, и неподвижных, она напоминает изысканно украшенный часовой механизм напольных часов. Астролябия была так популярна и служила таким авторитетным средством сопоставления земного и небесного, что и по сей день почти две трети самых ярких звезд на ночном небе носят арабские имена. Она позволяла и астрономам, и всем желающим измерять положение на небе Луны и звезд, из чего можно было рассчитать время, а это в целом полезное умение, особенно если надо знать, когда пора молиться.

Название звезды в переводе обычно означает анатомическую деталь описываемого созвездия. Среди самых знаменитых звезд с арабскими названиями – ярчайшие звезды Ориона Ригель («аль-риджл», «нога») и Бетельгейзе («яд аль-джауза», «рука великого», по нынешним представлениям о форме этого созвездия она находится на месте подмышки), Альтаир («ат-тахир», «летающий»), самая яркая звезда в созвездии Орла, и переменчивая звезда Алголь («аль-гуль», собственно, «гуль»), вторая по яркости в созвездии Персея – она словно мигающий глаз окровавленной отрубленной головы Медузы Горгоны, которую Персей держит в руке. В категории менее знаменитых – две самые яркие звезды созвездия Весов, которые, правда, в те времена, когда астролябия была в зените славы, относились к Скорпиону: это Зубен аль-Генуби («Аз-Зубан аль-Януби», «южная клешня») и Зубен аль-Шемали («Аз-Зубан аш-Шамали», «северная клешня») – самые длинные дошедшие до нас названия звезд.

После XI века исламский мир еще ни разу не возвращал себе то научное влияние, которым он обладал в предшествовавшие четыре столетия. Покойный пакистанский физик Абдус Салам, первый мусульманин, получивший Нобелевскую премию, сокрушался:

Нет никаких сомнений, что именно в мусульманских странах из всех цивилизаций на планете наука слабее всего. Опасности, которые таит в себе подобная слабость, невозможно переоценить, поскольку в условиях нашей эпохи достойное существование общества прямо зависит от могущества науки и техники.

(Hassan and Lui 1984, p. 231)

* * *

Периоды научной плодовитости случались и у многих других стран и народов. Вспомнить хотя бы Британию и точку отсчета долгот на Земле. Нулевой меридиан – это линия, отделяющая на глобусе географический запад от востока. Нулевой он потому, что его долгота – ноль градусов, и он делит пополам основание телескопа в Гринвичской обсерватории, в лондонском боро на южном берегу реки Темзы. Эта линия проходит не через Нью-Йорк, Москву или Пекин. Именно Гринвич был выбран в 1884 году на Международной меридианной конференции в Вашингтоне.

К концу XIX века астрономы из Королевской Гринвичской обсерватории, основанной в 1675 году (нет нужды упоминать, что находится она в Гринвиче), накопили данные о точных позициях нескольких тысяч звезд за сто с лишним лет. Гринвичские астрономы пользовались довольно заурядным, однако сделанным по особому проекту телескопом, который мог перемещаться по меридиональной дуге, соединяющей север и юг через зенит наблюдателя. Поскольку они не отслеживают общее движение звезд с востока на запад, то просто дрейфуют вместе с вращением Земли. Такой телескоп, носящий официальное название «пассажный инструмент», дает возможность отметить точное время, когда та или иная звезда пересекает поле зрения наблюдателя. Зачем это делать? «Долгота» звезды на небосклоне – это время на звездных часах в момент, когда звезда пересекает твой меридиан. Сегодня мы сверяем свои часы с атомными часами, однако когда-то не было хронометра более точного, чем вращение самой Земли. И не было лучшего показателя вращения Земли, чем медленно проплывающие над головой звезды. И никто не измерял положение проплывающих звезд точнее астрономов из Королевской Гринвичской обсерватории.

В XVII–XVIII веках Британия потеряла много кораблей из-за промахов в навигации, которые приводили к тому, что рулевые не знали свою долготу с достаточной точностью. Самая масштабная трагедия произошла в 1707 году, когда британский флот под командованием вице-адмирала сэра Клаудесли Шовелла сел на мель у островов Силли к западу от Корнуолла, потеряв четыре судна и две тысячи человек. У Англии появился стимул к действию, и она учредила наконец Комиссию долгот, которая предложила щедрую награду – 20 000 фунтов – первому, кто создаст хронометр, которым можно пользоваться в открытом океане. Конечно, подобному устройству было суждено сыграть главную роль и в военном деле, и в коммерции. Такой хронометр, синхронизированный с гринвичским временем, позволял очень точно определить долготу судна. Надо было лишь вычесть местное время, которое прекрасно определялось по положению Солнца или звезд, из времени, которое показывал хронометр. Разность и была точным показателем долготы к востоку или к западу от нулевого меридиана.

В 1735 году задание Комиссии долгот было выполнено. Результатом стали портативные, с ладонь размером, часы, которые изобрел и собрал английский механик Джон Гаррисон. Навигаторы сочли, что хронометр Гаррисона ничуть не менее ценен, чем живой человек, стоящий на часах на баке, – собственно, у слова «часовой» появился новый оттенок значения.

Поскольку Англия всячески поддерживала достижения в астрономических и навигационных наблюдениях, именно Гринвич заслужил право считаться нулевым меридианом. Благодаря этому решению автоматически получилось так, что международная линия перемены даты, которая находится в 180 градусах от нулевого меридиана, оказалась в пустоте, посреди Тихого океана на противоположной стороне глобуса. Потому-то на свете нет ни одной страны, в разных частях которой всегда были бы две разные даты. Ни одна страна не отстает сама от себя по календарю.

* * *

Если англичане навсегда оставили свой след в пространственных координатах на глобусе, основу системы исчисления времени – солнечный календарь – заложила римско-католическая церковь, под эгидой которой тоже велись некоторые научные исследования. Церковь побудила к этому не сама по себе жажда астрономических открытий, а стремление удержать дату Пасхи где-то в районе ранней весны. Это было так важно, что папа Григорий XIII основал Ватиканскую обсерваторию, где работали высокообразованные монахи-иезуиты, которые измеряли ход времени с непревзойденной точностью. Было решено, что Пасха приходится на первое воскресенье после первого полнолуния после весеннего равноденствия (для того чтобы Великий четверг, Страстная пятница и Пасхальное воскресенье никогда не попадали на какие-то особые дни по чужим лунным календарям). Это правило действует, если первый день весны приходится на март, где ему самое место. Однако юлианский календарь, который ввел еще Юлий Цезарь в Риме, оказался до того несовершенен, что к XVI веку в нем накопилось десять лишних дней, отчего первый день весны приходился на первое апреля, а не на двадцать первое марта. Високосный год, то есть каждый четвертый год, когда добавлялся дополнительный день, отличительная черта юлианского календаря, с течением столетий слишком сильно корректировал время и сдвигал Пасху все позднее и позднее.

В 1582 году, когда все исследования и подсчеты были закончены, папа Григорий убрал из юлианского календаря 10 никому не нужных дней, и по его распоряжению после 4 октября наступило сразу 15 октября. С тех пор церковь ввела следующую поправку: в каждый год, знаменующий конец столетия и не делящийся нацело на 400, дополнительный день не добавляется, хотя на самом деле этот год должен был быть високосным, и тогда лишние дни накапливаться не будут. Новый – григорианский – календарь в XX веке был еще раз откорректирован и стал еще точнее, так что ваш настенный календарь будет точным и через десятки тысяч лет. Так точно время еще никто не отсчитывал. Государства, враждебные католической церкви, например протестантская Англия и ее мятежные отпрыски – американские колонии, – не спешили принять эти перемены, однако в конечном итоге весь цивилизованный мир, в том числе и культуры, традиционно опиравшиеся на лунные календари, стали считать григорианский календарь стандартным для всех международных сношений – и в коммерции, и в политике.

* * *

Вклад европейцев в научно-технический прогресс западной культуры начиная с зари промышленной революции столь велик и столь всеобъемлющ, что его можно заметить лишь со стороны: большое видится на расстоянии. Промышленная революция стала настоящим прорывом в нашем понимании энергии, и инженеры получили возможность изобретать невероятные способы преобразования одного вида энергии в другой. Результатом этой революции стала замена человеческой рабочей силы машинами, что в несколько раз повысило производительность труда в масштабах целых стран и впоследствии стало основой распределения богатства в мире.

Лексикон энергетики богат именами ученых, которые внесли свой вклад в ее изучение. В честь шотландского инженера Джеймса Ватта, усовершенствовавшего в 1765 году паровую машину, дано название физической величине, которая лучше всего известна даже за пределами научно-инженерных кругов. Практически на каждой электрической лампочке напечатан или его инициал, или фамилия целиком. Мощность лампочки в ваттах отражает темп потребления энергии, что связано с яркостью лампочки. Над усовершенствованием паровой машины Ватт работал, когда служил в Университете Глазго, который тогда был одним из самых плодовитых центров изобретательства в мире.

Английский физик Майкл Фарадей в 1831 году открыл электромагнитную индукцию – и это позволило создать первый электромотор. И то, что в его честь назвали фарад – меру способности устройства накапливать электрический заряд, – пожалуй, не слишком щедрая награда за такой огромный вклад в науку.

Немецкий физик Генрих Герц открыл в 1888 году электромагнитные волны, что сделало возможным радиосвязь, и его имя увековечено в названии единицы частоты и в ее метрических производных – «килогерц», «мегагерц», «гигагерц».

В честь итальянского физика Алессандро Вольта назван вольт, единица электрического потенциала. В честь французского физика Андре-Мари Ампера – единица электрического тока ампер. В честь английского физика Джеймса Прескотта Джоуля – джоуль, единица энергии. Перечислять можно еще долго.

Если не считать Бенджамина Франклина и его неустанные эксперименты с электричеством, американцы наблюдали этот плодотворный период в истории достижений человечества со стороны, поскольку были заняты – добивались независимости от Англии и строили экономику, основанную на рабовладении. Лучшее, что мы можем сделать сегодня, – это воздать промышленной революции должное в оригинальном «Звездном Пути». Шотландия – колыбель промышленной революции и родина главного инженера космического корабля «Энтерпрайз». Как его зовут? Разумеется, Скотти.

В конце XVIII века промышленная революция шла уже полным ходом – и Великая французская революция тоже. Французы воспользовались случаем и избавились не только от аристократии, они еще и ввели метрическую систему, чтобы стандартизировать целое болото разрозненных мер и весов, в котором вязли и наука, и торговля. Члены Французской Академии наук первыми в мире занялись изучением формы земного шара и гордо провозгласили, что это удлиненный сфероид. На основании этих знаний они определили метр как одну десятимиллионную расстояния по поверхности Земли от северного полюса до экватора через – что бы вы думали? – Париж. Эта мера длины была стандартизирована как расстояние между двумя рисками на особом бруске из платиново-иридиевого сплава. Французы изобрели и многие другие десятичные стандарты, которые (за исключением десятичного угла и десятичного времени) в конечном итоге переняли все цивилизованные страны в мире, кроме США, западноафриканской страны Либерии и политически нестабильной тропической страны Мьянма. Первые артефакты этой кампании за десятичную систему хранятся в Международном бюро мер и весов, расположенном, естественно, в предместье Парижа.

* * *

С конца 30-х годов XX века США стали центром разработок в области ядерной физики. Интеллектуальный капитал Америки существенно прирос из-за исхода ученых из фашистской Германии. Однако финансовый капитал шел из Вашингтона, поскольку правительство стремилось опередить Гитлера и первыми создать атомную бомбу. Работа над ней получила название «Манхэттенский Проект», поскольку первые исследования велись на Манхэттене, в Лаборатории им. Пупина при Колумбийском университете.

Вложения в науку, сделанные во время войны, оказали на сообщество физиков-ядерщиков самое благотворное воздействие и в мирное время. С 30-х до 80-х годов XX века именно американские ускорители были самыми мощными и производительными в мире. Ускорители – гоночные трассы для частиц, позволяющие разглядеть фундаментальную структуру и исследовать поведение вещества. В них создаются лучи субатомных частиц, которые разгоняются до околосветовых скоростей в тщательно выстроенном электрическом поле, налетают на другие частицы и разносят их в клочки. Потом физики разбирают эти клочки и таким образом находят признаки существования самых разных новых частиц, а иногда даже открывают новые физические законы.

Американские физические лаборатории стяжали заслуженную славу. Даже те, кто от природы не разбирается в физике, слышали о самых известных – это Лос-Аламос, Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса, Брукхейвенская лаборатория, Национальная лаборатория имени Лоуренса в Беркли, Фермилаб, Окриджская национальная лаборатория. В этих лабораториях ученые открывали новые частицы, получали новые химические элементы, дополняли недавно возникшую «стандартную модель» элементарных частиц и за все это получали целую коллекцию Нобелевских премий.

Американский след в этой эпохе в истории физики навеки запечатлен в нижних строках таблицы Менделеева. Элемент номер 95 называется америций, номер 97 – берклий, номер 98 – калифорний, номер 103 – лоуренсий, в честь американского физика Эрнеста Орландо Лоуренса, изобретателя первого ускорителя частиц, а номер 106 – сиборгий, в честь Гленна Теодора Сиборга, американского физика, в чьей лаборатории при Калифорнийском университете в Беркли открыли десять новых элементов тяжелее урана.

* * *

Чем больше ускоритель, тем выше энергия, которую в нем можно получить, посягая на стремительно отступающую границу между известным и неизвестным во Вселенной. Космологическая теория Большого Взрыва предполагает, что когда-то Вселенная была очень маленьким и очень горячим болотом из высокоэнергичных субатомных частиц. Построив мощный коллайдер («сталкиватель») частиц, ученые могли бы воссоздать условия, существовавшие в первые мгновения жизни нашего космоса. В 80-е годы прошлого века, когда американские физики предложили создать такой ускоритель (впоследствии его называли «Сверхпроводящий Суперколлайдер»), конгресс был готов его финансировать, а министерство энергетики – шефствовать над ним. Создали проект. Началось строительство. В Техасе прорыли кольцевой туннель окружностью в 87 километров (это как окружность города Вашингтона). Физики сгорали от нетерпения, когда же можно будет заглянуть за очередной космический рубеж. Однако в 1993 году стало невозможно отслеживать перерасход средств, конгрессу надоели фискальные сложности, и он отозвал 11 миллиардов, выделенные на проект. Нашим народным избранникам, наверное, и в голову не приходило, что, отказавшись от Суперколлайдера, они заставили Америку уступить пальму первенства в экспериментальной физике частиц.

Если хотите заглянуть за очередной космический рубеж, покупайте билет на самолет и отправляйтесь в Европу, которая воспользовалась случаем и решила построить крупнейший в мире ускоритель частиц – и стать первопроходцем в краях познаний о космосе. Этот ускоритель будет называться Большой адронный коллайдер (БАК) и строится под эгидой Европейского центра ядерных исследований, больше известного под аббревиатурой ЦЕРН, которое уже не вполне соответствует его полному названию. (На момент выхода в свет этой книги в 2007 году БАК еще не был запущен. Церемония его открытия состоялась в октябре 2008 года. – Прим. перев.) Америке придется наблюдать за работой БАК издалека, как когда-то другим странам приходилось наблюдать за ней, – хотя в проекте участвуют и многие американские физики.