Величайшие заблуждения науки прошлого (ч.2)

Марсианские каналы

История с марсианскими каналами — хрестоматийный пример того, как легко учёные могут поддаваться романтическим побуждениям. Впервые геометрически правильные линии на поверхности Марса увидел астроном Джованни Скиапарелли в 1877 году. Открытие зоркого итальянца с самого начала восприняли скептически. Существование неких структур на Марсе можно было допустить — фантастикой было то, что Скиапарелли их увидел.

Даже в идеальных условиях телескопы конца XIX столетия позволяли различить на поверхности Марса только очень контрастные детали шириной не менее 200 километров. Этого хватило, чтобы открыть полярные шапки, убедиться в отсутствии океанов и наблюдать смену времён года, но маловато для обнаружения даже горных цепей. Тем не менее Скиапарелли утверждал, что видит каналы.

Тут стоит напомнить, что наука — не суд, и аргументом в ней служат не показания свидетелей, а доказательства, собранные в ходе опытов. Единственной «уликой» Скиапарелли был сам Марс. Поэтому каждый астроном мог — и должен был — прильнуть к телескопу и лично убедиться в наличии каналов. Или в их отсутствии.

И тут начались проблемы. Поначалу лишь немногие астрономы подтвердили правоту Скиапарелли. Большинству наблюдателей увидеть рассекающие марсианские пустыни линии не удавалось. Но если каналов не видно, это не значит, что их нет! Неудачу объясняли недостаточной остротой зрения, неумелым обращением с телескопом и погодой, влияющей на прозрачность атмосферы. Единственным аргументом скептиков оставалось то, что, если каналы и существуют, увидеть их с Земли невозможно.

Скиапарелли вышел из положения, предположив, что увидел он не сами реки, а широкие полосы растительности по берегам оросительных артерий, различимые на фоне песков. За 18 лет он нанёс на карту Марса сто оросительных каналов, по которым земледельцы Марса доставляли воду от полярных шапок к экватору. К 1908 году последователи астронома «открыли» ещё пятьсот каналов. Правда, схемы, составленные разными исследователями, не совпадали… Но это лишь считалось доводом в пользу «ирригационной» версии — ведь после сбора урожая «канал» должен становиться невидимым.

Скептики, впрочем, не дремали. Уже в 1907 году было доказано, что атмосфера Марса лишена кислорода, а её температура и плотность недостаточны для удержания жидкой воды. То есть по ирригационной системе нечему течь, да и строить её некому — потому что жизни на планете нет и быть не может.

Ответ «скиапареллианцев» оказался внезапно мощным: в 1924 году Роберт Трюмплер сфотографировал каналы. А ведь фотоаппарат не подвержен иллюзиям! И дискуссия пошла на второй круг. Астрономы пытались запечатлеть каналы на плёнке, в основном безуспешно — но это объясняли мутной атмосферой Земли. А положительные результаты хоть редко, но наблюдались! В 1939 году Весто Слайфер получил снимок с дефектами съёмки похожими на сеть каналов, а в 1956 году это удалось советскому астроному Виталию Бронштену.

Точку в споре поставили лишь фотографии поверхности Марса, сделанные межпланетной станцией «Маринер-9». Каналы, в которых не сомневалось множество авторитетных астрономов, оказались выдумкой.

Скиапарелли пал жертвой самовнушения. Есть ли более желанное открытие для астронома, чем внеземной разум? Страстно желая обнаружить его на нечётком пятнышке Марса, астроном «увидел» колоссальную сеть ирригационных каналов. Остальные же, не исключая и скептиков, просто слишком хотели, чтобы Скиапарелли оказался прав. Ведь обитаемый Марс куда более ценен для исследования. И не только для учёных — окажись каналы реальностью, денег на изучение Марса не пожалели бы и военные.

Мировой эфир

К Аристотелю в средние века и начале Нового времени относились почти как к святому, хотя древнегреческий учёный писал немало очевидной чуши. Например, по Аристотелевой механике скорость падения тела зависела только от плотности среды, хотя, подбросив перо и гирю, каждый мог убедиться в обратном. И эта ошибка влекла другую. Из принципа ничего не подбрасывая, а только рассуждая, как и подобает философу, Аристотель пришёл к выводу, что пустоты нет. Ибо в пустоте скорость падения будет бесконечной. Значит, небесные тела должны двигаться в некой среде — эфире. Эфир стал «пятой стихией», наряду с Водой, Огнём, Воздухом и Землёй, четырьмя первоосновами всего.

К счастью, Аристотель крайне мало писал о свойствах «стихий», и появившаяся в XVII столетии рациональная наука смогла сама во всём разобраться, не посягая на авторитет великого мыслителя. Химикам достались Земля, Вода и Воздух. Физики же взялись изучать материю Огня (флогистон) и неуловимый «пятый элемент» — квинтэссенцию, или эфир.

Исследования флогистона продолжались более столетия, и небезуспешно. Удалось установить, что эта форма материи служит лишь носителем тепла, свет же имеет особую природу. Так что флогистон переименовали в теплород. К концу XVIII века стали ясны и механизмы взаимодействия флогистона с газами. Кислород, вступая в реакцию с горючими (содержащими флогистон) веществами, вытягивал из них материю огня. Углекислота же теплороду выходить не давала, и горение прекращалось.

Михаил Ломоносов, впрочем, считал эти рассуждения глупостью, объясняя теплоту движением образующих материю молекул. Но долгое время его точка зрения отвергалась научным сообществом. Лишь в 1787 году, когда Антуан Лавуазье, пытаясь в ходе эксперимента выделить чистый флогистон, открыл водород, молекулярная гипотеза восторжествовала.

Эфир же обосновался в физике всерьёз и надолго. Ещё в начале XVII века Декарт пришёл к выводу о волновой сущности света. А для распространения волн требуется упругая среда. Декарту оппонировали учёные, полагавшие, что как материя, так и свет состоят из мельчайших частиц — «молекул» или «корпускул». В конце XVII века вопрос всё ещё был дискуссионным: Христиан Гюйгенс и Роберт Гук привели весомые доводы в пользу правоты Декарта, Ньютон же отмечал, что свет не огибает препятствия, а распространяется прямолинейно, как и подобает потоку корпускул. Но в 1800 году Томас Юнг, как тогда казалось, забил последний гвоздь в гроб корпускулярной гипотезы, показав на примере интерференции свойства света, объяснимые лишь с «волновых» позиций.

В XIX веке изучение электромагнетизма, а затем и изобретение беспроводного телеграфа — радио — лишь укрепляли всеобщую уверенность в реальности эфира. Но неспособность учёных сказать что-либо о природе «пятого элемента» начала казаться странной даже им самим. Упругая среда должна состоять из колеблющихся частиц… Каких? Почему эфир не препятствует движению космических тел? Почему не поглощает энергию излучений? И если уж сама среда неуловима, то и распространяющиеся в ней волны не должны оказывать влияния на материю. Свет же явно оказывал — его можно было заметить невооружённым глазом!

В 1881 году Альберт Морли пытался обнаружить признаки движения Земли относительно галактического эфира. Безуспешно. Появилось предположение, что Земля увлекает ближайшие слои эфира за собой… Но с какой стати увлекает и как «околоземное» скопление выдерживает напор остального эфира (ведь частицы «тонкой материи» должны отталкиваться друг от друга, раз среда упругая), эта гипотеза не объясняла.

Только в 1923 году Луи де Бройль сформулировал концепцию корпускулярно-волнового дуализма: элементарные частицы (в том числе фотоны) проявляют одновременно и волновые, и корпускулярные свойства. После чего Шрёдингер и Гейзенберг разработали квантовую механику, объясняющую, как это у частиц получается. Потребность в эфире пропала, и мистический пятый элемент оказался предан забвению…

Но был ещё и Эйнштейн, который наблюдал за побоищем и отметил, что спор, в сущности, ни о чём. Учёные лишь переименовали эфир в «физический вакуум». По современным представлениям, именно вакуум, вибрируя в 11 измерениях, порождает всё, что мы именуем «материей». И если назвать пустоту «эфиром», получится, что Аристотель был прав!

Полезные ошибки

Если гипотеза ошибочна, как правило, её рано или поздно опровергнут. Но в астрономии догадки, основанные на ошибочных гипотезах, удивительно часто оказываются верными. Один из лучших примеров — история открытия Фобоса и Деймоса, спутников Марса.

Ещё в 1610 году Иоганн Кеплер предположил, что у Марса есть два крошечных, вращающихся на низких орбитах спутника. Почему два? Потому что число спутников у планет должно возрастать в геометрической прогрессии. У Земли — один, у Юпитера — четыре (как тогда считали), значит, у Марса — два. А почему маленьких? Если бы спутники Марса были велики, их бы удалось рассмотреть с Земли. А раз они малы, то должны пролетать очень низко, чтобы освещать планету по ночам. Ведь если они не светят марсианам, то зачем бы Господь их создал?

Гипотеза Кеплера была основана на неверных данных (сейчас у Юпитера открыто уже 67 спутников) и абсурдных для современного учёного допущениях. Но почти три века она рассматривалась в качестве рабочей — о двух спутниках Марса пишет, например, Джонатан Свифт в «Путешествиях Гулливера». А в 1877 году американский астроном Асаф Холл обнаружил у Марса спутники, точно соответствующие описанию Кеплера.

Другой пример — выведенное в 1772 году правило Тициуса-Боде, по которому каждая следующая планета вдвое дальше от Меркурия, чем предыдущая. С точки зрения физики нет причины, по которой радиусы орбит бы соотносились именно так. И на практике это правило нарушает орбита Нептуна, которая не соответствует предсказаниям. Но именно руководствуясь гипотезой Тициуса-Боде, Уильям Гершель в 1781 году обнаружил Уран, а спустя 20 лет Джузеппе Пиацци открыл Цереру и в целом пояс астероидов.

Математическая мистика продолжалась и в XIX–XX веках. Исследования орбиты Урана позволили в 1846 году открыть следующую по счёту планету — Нептун. Но и в его орбите нашлись несоответствия, для объяснения которых в 1915 году математик Персивать Лоуэлл выдвинул гипотезу о «планете Х». Она якобы массой превосходит Землю и вращается в 40 астрономических единицах от Солнца. И в 1930 году Клайд Томбо обнаружил в предсказанной Лоуэллом точке неизвестное космическое тело.

Казалось бы, всё хорошо, но… для «планеты Х» Плутон был маловат. Когда в 1977 году его массу удалось вычислить, стало ясно, что влиять на орбиту Нептуна такой карлик не способен. А в 1989 году обнаружилось, что с орбитой Нептуна всё в порядке. Лоуэлл просто обсчитался.

Получается, уже третью планету открыли при помощи ошибочной гипотезы! Но астрономы уже верили не в магию чисел, а в статистику. Успех Томбо оказался случайным, но такая случайность возможна лишь если за орбитой Нептуна вращается много подобных Плутону тел. Так и вышло. Уже в 1992 году был открыт пояс Койпера, состоящий из множества карликовых планет — иные даже больше Плутона.

Абсурдные гипотезы в астрономии подтверждаются не всегда. Например, в середине XX века великий советский астрофизик Иосиф Самуилович Шкловский внезапно «открыл» искусственное происхождение спутников Марса. Сравнив свои расчёты орбиты Фобоса со старыми данными, Шкловский обнаружил, что спутник падает на Марс со скоростью 100 метров в год. Это можно было объяснить трением о верхние слои атмосферы, но только если плотность Фобоса меньше плотности воздуха. А тело, представляющее собой полую скорлупу, может быть только искусственным… Конечно, «падение» объяснялось ошибкой старых расчётов. Но три десятилетия, пока наблюдения не показали, что орбита Фобоса не меняется, гипотеза Шкловского была популярна.

Обосновывая искусственное происхождение Фобоса, Шкловский, помимо низкой плотности, привёл и некоторые доводы, остающиеся актуальными до сих пор. Спутники Марса не могли ни сформироваться на столь низких орбитах, ни попасть на них при захвате планетой тел из пояса астероидов. Кто знает, может, ошибка астронома приведёт в будущем к ещё более удивительным открытиям?

Величайшие заблуждения науки прошлого (ч.1)