Оказалось, что в одном из своих многочисленных эссе я выразил радость по поводу того, что живу в век, когда мы наконец-то начали понимать основные законы мироздания.
В статье я не вдавался в подробности, но суть заключалась в том, что людям стали известны основные законы, управляющие Вселенной, в том числе законы гравитационного взаимодействия её наиболее крупных объектов, описанные теорией относительности, разработанной в 1905–1916 гг. Также мы знаем базовые законы, которым подчиняются и по которым взаимодействуют элементарные частицы. Эти законы очень точно описаны квантовой теорией, разработанной в 1900–1930 гг. Более того, благодаря открытиям 1920–1930 гг. мы теперь знаем, что галактики и скопления галактик являются основными единицами материального мира.
Как видите, всё это — открытия XX века.
Процитировав эту фразу из статьи, молодой специалист по английской литературе принялся сурово меня отчитывать, делая акцент на то, что в каждом веке люди думали, что наконец-то понимают Вселенную, и каждый новый век доказывал, что они ошибались. Следовательно, единственное, что можно сказать о современном «знании» с уверенностью, это то, что оно ошибочно! Затем молодой человек с одобрением процитировал слова Сократа, которые тот произнес, когда узнал, что Дельфийский оракул объявил его мудрейшим человеком в Греции. «Если я — мудрейший человек, то лишь потому, что я один знаю, что ничего не знаю». Подразумевалось, что я очень глуп, раз думаю, что много знаю.
Я ответил ему так: «Джон, когда люди думали, что Земля плоская, они заблуждались. Когда они думали, что Земля шарообразна, они также заблуждались. Но если Вы полагаете, что считать Землю шарообразной так же неправильно, как считать её плоской, то Ваше мнение ещё более ошибочно, чем оба эти взгляда вместе взятые».
Главная проблема, как вы видите, состоит в том, что люди считают понятия «правильности» и «неправильности» абсолютными, что всё несовершенное и не до конца верное — неверно в корне.
Я же так не считаю. Мне кажется, что правильность и неправильность представляют собой размытые понятия, и я хочу посвятить данное эссе объяснению своей позиции.
Когда мой друг-эксперт по английской литературе говорит мне, что в каждом столетии учёные считали Вселенную разгаданной и оказывались неправы, я хочу спросить только одно: насколько они были неправы? Всегда ли они ошибались в одинаковой степени? Приведу пример.
На заре цивилизации всем казалось, что Земля плоская. И не потому что люди были глупыми или склонны были верить в глупые вещи. Они считали её плоской, потому что существовали убедительные доказательства. И дело не сводилось к простому «потому что она так выглядит», ведь поверхность Земли не выглядит плоской. Она скорее хаотично неровная, с холмами, ущельями, утёсами и так далее.
Конечно, есть и равнины, где на больших пространствах поверхность действительно кажется плоской. Одна из таких равнин находится в долине Тигра и Евфрата, где возникла древнейшая цивилизация, владевшая письменностью, — шумерская.
Возможно, внешний вид равнины сподвиг умных шумеров принять допущение о плоскости Земли, ведь если каким-то образом выровнять все подъёмы и спуски, получится плоскость. Ещё, возможно, водоёмы (пруды и озера) казались им гладкими в безветренные дни.
Другой подход — исчисление «кривизны» земной поверхности на значительных расстояниях, определение того, насколько поверхность отклоняется (в среднем) от идеальной плоскости. Теория плоской Земли предполагала бы, что поверхность вообще не отклоняется от плоскости, т.е. её кривизна составляет 0 на километр.
Сейчас, конечно, учат тому, что теория плоской Земли неверна, причём в корне и абсолютно. Но это не так. Кривизна Земли составляет около 0 на километр, так что, хотя теория плоской Земли ошибочна, она почти верна. И поэтому продержалась так долго.
Конечно, были причины, которые помогли признать её неудовлетворительной, и примерно в 350 г. до н.э. греческий философ Аристотель собрал их все воедино. Во-первых, при путешествии на север некоторые южные звёзды исчезали за горизонтом, а при путешествии на юг исчезали северные. Во-вторых, при лунном затмении тень от Земли на Луне всегда была в форме дуги. В-третьих, корабли исчезают за горизонтом, начиная с корпуса, в каком бы направлении они ни плыли.
Все три наблюдения невозможно было разумно объяснить, считая Землю плоской, но если считать её круглой, объяснение находилось.
Более того, Аристотель считал, что всё твердое вещество имеет тенденцию двигаться к центру, а если это так, то оно должно принимать шарообразную форму. Определённое количество вещества в среднем находится ближе к общему для всего вещества центру именно тогда, когда оно имеет форму шара, а не какую-либо другую.
Спустя век после Аристотеля греческий философ Эратосфен заметил, что Солнце на разных широтах отбрасывает тени разной длины (а если бы поверхность Земли была плоской, все тени были бы одной длины). По разнице в длине теней он рассчитал размер окружности земного шара и получил около 40 000 км.
Кривизна такой сферы составляет примерно 0,00007848 на километр, величина, как видите, очень близкая к 0 на километр, её нелегко измерить методами древних. Крохотная разница между 0 и 0,00007848 обусловливает длительность перехода от идеи плоской Земли к идее Земли шарообразной.
Впрочем, даже мизерная разница между 0 и 0,00007848 может быть существенной. И эта разница накапливается. Если не принимать её во внимание и считать Землю не шаром, а плоскостью, то создание точной карты больших площадей в принципе неосуществимо. Сколько-нибудь надёжная навигация по океану при длительных путешествиях в этом случае тоже невозможна.
К тому же, если Земля плоская, то она либо бесконечна, либо у неё существует «край». Шарообразная же Земля одновременно и бескрайна и конечна, что и показали все последующие открытия. Таким образом, хотя теория плоской Земли неверна совсем чуть-чуть и к её создателям стоит проявить уважение, учитывая все обстоятельства, она достаточно неверна для того, чтобы отказаться от неё в пользу теории шарообразной Земли.
Так является ли Земля шаром?
В строго математическом смысле — нет. Шар имеет определённые математические свойства: например, равны все его диаметры (прямые, идущие от одной точки поверхности Земли через её центр к другой точке поверхности).
О Земле такого сказать нельзя. Её диаметры отличаются по длине.
Что могло натолкнуть на мысль, что Земля — не идеальный шар? Начнем с того, что в пределах погрешности первых телескопов очертания Солнца и Луны действительно виделись идеальными окружностями, и это подтверждало предположение о совершенной шарообразной форме Солнца и Луны.
Однако после первых наблюдений Юпитера и Сатурна в телескоп стало очевидно, что очертаниями этих планет были не круги, а отчётливые эллипсы. Следовательно, Юпитер и Сатурн в полном смысле шарами не были.
В конце XVII века Исаак Ньютон показал, что массивное тело преобразуется в шар под влиянием гравитационных сил (как и говорил Аристотель), но только в случае отсутствия вращения. Если же вращение есть, появляется центробежная сила, поднимающая вещество против силы тяжести, и такая сила возрастает по мере приближения к экватору. Эффект будет тем сильнее, чем быстрее вращается тело, а Юпитер и Сатурн вращаются очень быстро.
Другими словами, Земля выпуклая у экватора и приплюснутая у полюсов. Она — «сплюснутый эллипсоид», а не шар. Соответственно, разные диаметры Земли имеют разную длину. Самые длинные тянутся от одной точки на экваторе к противоположной. Эти «экваториальные диаметры» равняются 12 755 километрам. Длина самого короткого диаметра — от Северного полюса к Южному («полярный диаметр») — составляет 12 711 километров.
Разница между наибольшим и наименьшим диаметрами составляет 44 километра, это означает, что «сплюснутость» Земли (её отклонение от истинной шарообразности) составляет 44/12755, или 0,0034, то есть треть процента.
Иными словами, на плоской поверхности кривизна везде равна нулю на километр. На шарообразной поверхности Земли кривизна составляет 0,00007848 на километр (7,848 см на километр). На поверхности сплюснутого эллипсоида кривизна варьируется от 7,866 до 7,816 сантиметров на километр.
Поправка при переходе от шарообразной формы к форме сплюснутого эллипсоида гораздо меньше, чем при переходе от плоской формы к шарообразной. Поэтому, хотя представление о Земле как о шаре неправильно, оно, строго говоря, менее неправильно, чем представление о Земле как о плоскости.
Даже идея о «сплюснутом эллипсоиде, строго говоря, ошибочна. В 1958 году на орбиту вывели спутник «Авангард-1», который смог измерить локальное гравитационное притяжение Земли — и, следовательно, её форму — с беспрецедентной точностью. Оказалось, что экваториальная выпуклость к югу от экватора немного больше северной, а уровень моря на Южном полюсе — чуть ближе к центру земли, чем уровень моря на Северном полюсе.
Казалось, только и остаётся описать форму Земли как грушевидную, и многие сразу решили, что Земля вовсе не эллипсоид, а болтающаяся в космическом пространстве груша сорта «Бартлетт». На самом же деле грушевидное отклонение от идеального сплюснутого эллипсоида было вопросом метров, а не километров, и поправка к кривизне исчислялась миллионными долями сантиметра на километр.
Одним словом, мой друг-эксперт по английской литературе, живущий в воображаемом мире абсолютной правды и неправды, может считать, что раз уж все теории неверны, форму Земли сегодня объявят эллипсоидом, в следующем веке — кубом, потом — полым икосаэдром, а ещё век спустя — бубликом.
В действительности же, найдя хорошую концепцию, учёные её шлифуют и, по мере совершенствования измерительных устройств, дополняют деталями. Теории обычно не столько неверны, сколько неполны.
Это видно и на других примерах, помимо формы Земли. Даже кажущиеся революционными теории рождаются в результате маленьких усовершенствований. Если бы требовалось что-то большее, старые теории не выдерживали бы проверок.
Коперник перешёл от геоцентрической планетарной системы к гелиоцентрической. По мнению современников, он перешёл от очевидности к откровенной нелепости. Тем не менее, стоило только найти более точные методы расчёта видимого движения планет, как геоцентрическая теория была просто забыта. Именно потому что старая теория давала неплохие по стандартам того времени результаты, она и продержалась так долго.
Точно так же из-за очень медленной смены геологических эпох Земли и такой же медленной эволюции живых существ сначала представлялось разумным, что жизнь на Земле всегда была такой, как сейчас. И тогда не было бы разницы, сколько лет Земле и жизни на ней — миллиарды или тысячи. А тысячи легче для восприятия.
Но когда внимательное наблюдение показало, что Земля и жизнь меняются с хоть и низкой, но ненулевой скоростью, выяснилось, что Земля и жизнь на ней очень стары. Появились современная геология и идея биологической эволюции.
Если бы скорость изменений была выше, геология и эволюция достигли бы современного состояния ещё в древние времена. Однако лишь оттого что разница в скорости изменений для статичной Вселенной и эволюционирующей Вселенной — это разница между нулем и почти нулем, креационисты продолжают распространять свою чушь.
Поскольку вносимых в теории уточнений становится всё меньше и меньше, даже достаточно древние теории сами по себе должны были быть вполне правильными, чтобы их можно было улучшать, а улучшения не разрушили бы эти теории полностью. Древние греки, например, ввели понятия широты и долготы и создали достаточно точные карты Средиземноморского бассейна даже без учёта шарообразности Земли, и мы по сей день используем эти понятия.
Шумеры, вероятно, первыми узнали, что движение небесных тел регулярно и предсказуемо, и разработали способы предсказания этого движения, хоть и считали Землю центром Вселенной. Их способы измерения подверглись значительным изменениям, но принцип остался неизменным.
Естественно, в упрощённом толковании моего собеседника, специалиста по английской литературе, имеющиеся сегодня теории можно считать неправильными, но в более правдивом и точном значении они должны считаться незавершёнными.
Айзек Азимов, «The Relativity of Wrong». Skeptical Inquirer, Fall 1989, Vol. 14, No. 1, Pp. 35-44.
Над материалом работали Мария Матвеева, Анастасия Ткаченко, Виктория Панова, Елена Кочкина и Полина Бальцевич.
