«Вселенная. Путешествие во времени и пространстве»
В книге «Вселенная. Путешествие во времени и пространстве» (издательство «Питер») директор астрономической обсерватории Иркутского государственного университета Сергей Язев рассказывает о том, как менялись взгляды человечества на устройство Вселенной, почему в правильности основных физических законов нашего мира глупо сомневаться и на какие вопросы о мироустройстве ученым только предстоит ответить. Оргкомитет премии «Просветитель» включил эту книгу в «длинный список» из 24 книг, среди которых будут выбраны финалисты и лауреаты премии. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным зарождению астрофизики: открытию закона смещения Вина и возможностей спектрального анализа.
Вселенная, управляемая физикой
Бог Ньютону сказал откровенно:
«Мне рулить надоело Вселенной!
Сконструируй, Ньютон,
Тяготенья закон —
Пусть он сам управляет Вселенной!»
Сергей Валлаго,
«Законы природы»
Критическое мышление и основанный на нем научный метод позволяют добиться поразительных успехов. Еще раз повторим важный тезис: на протяжении десятков тысяч лет, пока не было науки, человек не мог ничего достоверно узнать об устройстве мира.
Замечательный пример применения научного метода — зарождение астрофизики.
Как узнать об устройстве Солнца, звезд и планет? Как получить информацию о том, из чего состоят небесные тела? Как определить их температуру, скорость движения (на больших расстояниях даже быстро движущиеся тела кажутся неподвижными)?
Казалось, узнать это невозможно. В просвещенном XIX веке, в 1835 году французский философ Огюст Конт писал:
«Мы представляем себе возможность определения их (небесных тел. — Авт.) форм, расстояний, размеров и движений, но никогда, никакими средствами мы не сможем изучить их химический состав, их минералогическое строение, природу органических существ, живущих на их по верхности… Я остаюсь при своем мнении, что любое знание истинных средних температур звезд неизбежно должно быть навсегда скрыто от нас».
Слова вроде «навсегда» и «никогда» надо использовать аккуратно. Потенциал науки, вооруженной критическим мышлением, оказался громадным — она смогла решить эту задачу! При этом — не летая к далеким звездам.
Что попадает к нам на Землю от далеких звезд? Только свет. Начиная с середины XIX века физики выяснили, что свет несет в себе информацию о многих физических свойствах источника света, то есть звездах.
Еще опыты Ньютона показали, что в свете ближайшей к нам звезды — Солнца — присутствует свет с разной длиной волны. Там есть и световые волны, которые наш глаз воспринимает как красный цвет, и волны, которые мы получаем в виде желтого цвета, и так далее. Природа сама научилась разлагать свет в спектр — разноцветную полоску, в которой лучи света с разной длиной волны расходятся в разные стороны. В природе капельки воды в атмосфере могут работать как спектральный прибор — лучи солнечного света, проходя сквозь них, расходятся в разные стороны в зависимости от длины волны, и тогда мы видим радугу.
Ньютон соорудил первый искусственный спектральный прибор — спектроскоп. В дальнейшем физики научились строить более совершенные аппараты. Анализ спектров солнечного света позволил определять многое.
Например, удалось определить температуру излучающей свет поверхности Солнца, причем даже несколькими способами. Если с помощью спектрального прибора разложить солнечный свет в спектр, а затем измерить, сколько энергии приносят от Солнца отдельно красные лучи, отдельно зеленые, отдельно фиолетовые — получится график, напоминающий холм с более крутым левым склоном и более пологим правым.
Оказалось (физики смогли построить соответствующую теорию), что температуру поверхности Солнца можно определить, зная, где находится «вершина холма» на графике (какой длине волны приходящего света соответствует максимум излучения). Простая формула позволяет рассчитать температуру: она тем больше, чем меньше длина волны максимума этой кривой на графике. Эта закономерность носит название закона смещения Вина (по имени открывателя — лауреата Нобелевской премии по физике, немецкого физика