Тем интереснее исследовать историю понятий. Выберем для примера некоторые аспекты понятия «Вселенная».
Известно, что наиболее доступны для изучения и наблюдения те объекты, которые соизмеримы с размерами человека. Ну, а что должно было бы произойти с исследователем, который так вот запросто захотел бы потрогать атомное ядро? Очевидно, для реализации этого фантастического намерения наблюдателю пришлось бы уменьшиться в миллион миллиардов раз.
Но это еще не все. Ведь атом – одна крайняя область поисков. Другая – космос. Представим себе, что человек решил вырасти до космических масштабов – прогуляться по Млечному Пути и передвинуть галактики. Для этого он должен увеличиться в такое число раз, какое и общепонятного названия не имеет: единица с двадцатью нулями.
А теперь сопоставим эти фантастические цифры. Оказывается, к микромиру атома человек значительно ближе, чем к макромиру космоса.
Видимо, этим и объясняется, что революция в физике произошла раньше революции в астрономии.
10 миллиардов лет назад размеры окружающей нас части Вселенной – Метагалактики – были значительно меньше, чем сейчас, а плотность ее во много тысяч раз больше плотности атомного ядра (которое в миллион миллиардов раз плотнее воды). Потом началось расширение. В результате образовались галактики и звезды. Вещество тогда имело огромную температуру. Не претендуя на абсолютную точность, расширение можно сравнить с гигантским взрывом.
Эта гипотеза, высказанная американскими физиками Альфером и Гамовым – так называемая «горячая модель Вселенной», не встретила поддержки при своем рождении.
Для проверки существовал один-единственный путь. Излучение, сопровождавшее начало расширения Вселенной, должно было вызвать электромагнитные колебания, которые могут быть и сейчас зарегистрированы в виде определенных радиосигналов. Обнаружить эти сигналы в эфире значило доказать реальность «горячей модели».
Советские ученые провели своеобразную «инвентаризацию» неба: они рассчитали величину всех известных во Вселенной электромагнитных колебаний.
Эта работа была выполнена, и ученые сделали следующий шаг: они рассчитали, каким должно быть сейчас радиоизлучение, возникшее 10 миллиардов лет назад, когда вещество было сверхплотное и горячее. Итак, величина излучения была рассчитана. Оставалось найти эти радиосигналы.
На решение наткнулись случайно американские радиоинженеры. При отработке системы связи со спутниками они обнаружили загадочное радиоизлучение. Оно оказалось точно совпадающим с расчетами советских ученых.
Теперь «горячая модель Вселенной» признана. Получено еще одно подтверждение возможности гигантских взрывов в космосе.
Чтобы представить себе величину выделяемой энергии, сравним ее с тайфуном. При этом окажется, что самый сильный земной тайфун меньше космического взрыва в фантастическое количество раз – единица с тридцатью шестью нулями.
Это одна сторона вопроса. Посмотрим теперь на понятие «Вселенная» с другой стороны.
«В невообразимо огромной бесконечности пылающих звезд и черного космоса, на столь небольшом каменистом кусочке, что смешно даже упомянуть о нем, слабые создания, которые называются людьми, пытаются точно определить, где они находятся. Они дали имя той звездной бесконечности, в которой вращается их планета. Они зовут ее Вселенной. Они узнали о ней совсем немного, ровно столько, чтобы поражаться все больше и больше. Как она появилась? Что с ней будет? Что она собой представляет?»
Эти строчки взяты не из беллетристики, а из научной статьи.
В «звездные часы разума», когда на смену периоду накопления сведений приходит период переработки этих разрозненных данных в стройную теорию, язык науки становится поразительно красочным, образным. Так было уже на нашей памяти с генетикой и кибернетикой. Нечто подобное происходит сейчас с космогонией – наукой о происхождении и развитии небесных тел и их систем.
Еще сравнительно недавно космос казался людям пустым, безграничным пространством, в котором небесные тела удерживаются за счет гравитационных сил. Считалось также, что этим одним законом можно объяснить все то, что происходит в галактиках и скоплениях галактик.
Доказательства возможности колоссальных взрывов во Вселенной изменили наши взгляды на окружающий мир. Космос оказался ареной самых различных процессов. Космос в нашем представлении стал тесным.
Ну, а если Вселенная возникла из единого центра, не логично ли будет допустить, что нас ждет открытие не изученных ранее взаимосвязей между все еще разлетающимися частицами некогда единой трудновообразимой «глыбы»?
Наука отвечает на этот вопрос утвердительно.
Однако от столь общей формулировки до всеобъемлющей космогонической теории еще очень далеко.
Наиболее пристальное внимание ученых приковано сейчас к Солнцу, к нашей звезде, о которой, несмотря на ее близость, мы располагаем весьма скудными сведениями.
Исследования, проведенные во время Международного геофизического года (когда солнечная активность была наибольшей), а также наблюдения во время Года спокойного Солнца показали, что взаимосвязь земных явлений с процессами на Солнце глубока и многообразна. Мы ограничимся разговором о влиянии космических причин на земной магнетизм.
Совершим небольшой исторический экскурс...
Колумб открыл Америку. Эта хрестоматийная истина документально подтверждается многочисленными географическими картами. Другое открытие Колумба пользуется значительно меньшей популярностью, хотя и не менее важно. Колумб открыл магнитное склонение. Во время плавания он однажды заметил, что стрелка компаса ведет себя странно – отклоняется от магнитного меридиана. В те времена безусловно установленным считалось магнитное притяжение Полярной звезды, и всякое иное положение путеводного указателя считалось противоестественным. По преданию, Колумб засунул под компас топор, чтобы выровнять положение стрелки и успокоить команду. Когда же на горизонте показалась земля, топор был извлечен и стрелка обрела то положение, которое диктовалось законами земного магнетизма.
Трудно сказать, чего больше в этой легенде – правды или вымысла. Но одно очевидно: на рубеже XV и XVI столетий люди заколебались в существовавшем убеждении, что причина земного магнетизма таится в притяжении Полярной звезды.
Вслед за магнитным склонением в 1576 году английский инструментальный мастер Норман открыл магнитное наклонение – изменение положения стрелки компаса относительно горизонтальной плоскости в разных местах земного шара. Он же впервые высказал мысль, что причина магнетизма не есть влияние небесных тел, а имеет свои истоки в строении Земли. Вывод: величина магнитной силы зависит от географических факторов.
Однако вывод этот был далеко не исчерпывающим.
В джунглях Сиама священник Гюи Ташар наблюдал любопытнейшее явление. В устроенной им примитивной обсерватории большая магнитная стрелка, подвешенная на прочной нити, непрерывно колебалась в течение суток. Так было открыто явление, позднее получившее название суточных вариаций магнитного поля Земли.
Следовательно, магнитные явления зависят и от факторов географических и от каких-то иных причин, связанных с внеземными процессами.
На первый взгляд это взаимоисключалось. Действительно, если источник магнитного притяжения лежит вне Земли, если на магнитную силу оказывают влияние планеты и Солнце, то как объяснить значительные изменения склонения и наклонения в разных точках земного шара? (Забегая вперед, скажем, что позднее ученые обнаружили резкие колебания магнитной силы в точках Земли, лежащих по космическим масштабам буквально рядом – на расстоянии 200–300 километров друг от друга). Можно было бы допустить, что источник магнетизма находится внутри нашей планеты. Это объяснит влияние географических факторов на магнитную силу: ведь Земля неоднородна, по образному выражению М. В. Ломоносова, она состоит из частиц «различной доброты», имеющих разные магнитные свойства. Но тогда чем объяснить суточные вариации, открытые Гюи Ташаром (и открытые позже годичные и вековые изменения магнитного поля), цикличность которых может быть объяснена только причинами космическими?
Эта дилемма возникла около 400 лет назад и существует до сих пор.
Из крупиц опыта, накопленного разными исследователями, складывалась все более полная картина действия земного магнетизма. На основе формул, выведенных великим немецким математиком Карлом Фридрихом Гауссом, появилась возможность определять величину и направление магнитной силы в любой точке земного шара. Были составлены точные карты магнитных склонений, без которых немыслима навигация – будь то морская, воздушная или космическая.
И все-таки магнетизм остался величайшей научной загадкой, не разгаданной, несмотря на многолетние усилия десятков ученых, не разгаданной, несмотря на то, что сами изменения магнитной силы точнейшим образом рассчитаны для разных районов земного шара.
Современные ученые выдвигают несколько предположений, объясняющих природу земного магнетизма. Очевидно, считают многие геофизики, внутри земного шара есть токопроводящее ядро, которое, вращаясь в первичном магнитном поле, усиливает это поле. Так возникает сила земного магнетизма. Теория эта получила название гидромагнитного динамо. У нее есть горячие сторонники и не менее горячие противники. Но как бы там ни было, а именно эта теория позволила объяснить целый ряд странных магнитных явлений.
Вот хотя бы мировые аномалии. Существуют области земной поверхности, где стальная стрелка ведет себя странно, – магнитное поле Земли в этих районах явно нарушено. Когда дело касается сравнительно небольших областей, здесь решающими оказываются состав и свойства залегающих пород, как, например, у нас на Курской магнитной аномалии. Ну, а если аномалии сопоставимы с размерами целого материка? В чем их причина?
Ученые давно заметили, что в сейсмических районах во время землетрясений увеличиваются изменения магнитного поля Земли. Японские сейсмологи даже конструируют прибор, который на основе анализа геомагнитных явлений сможет прогнозировать землетрясения в зависимости от магнитных колебаний.
Так что же, земной магнетизм есть только результат перемещения гигантских масс внутри Земли? Нет, отвечают ученые. И здесь мы подходим к «космическому действию солнечных лучей», о котором говорил, в частности, профессор А. Л. Чижевский.
Установлено, что изменения солнечной активности приводят к изменениям в токопроводящих слоях атмосферы (в ионосфере). Ионосфера будто металлическим шаром (если иметь в виду ее электрические свойства) охватывает нашу планету. Токи, циркулирующие в ней, меняют свои величины под действием электромагнитных изменений на Солнце. Такие колебания отражались на стрелке Гюи Ташара, их улавливают все компасы и радиоприборы.
Однако тут лишь одна сторона проблемы. Как показали измерения, сама Земля небезразлична к «космическому действию солнечных лучей».
На радость всем опаздывающим и спешащим, сутки непрерывно увеличиваются. Правда, увеличение это не столь велико, чтобы существенно повлиять на дела житейские: измеряется оно тысячными долями секунды за столетие. Но тем не менее факт остается фактом: наша старушка Земля вертится вокруг своей оси все медленнее и медленнее. Ученые даже прикинули примерно, через сколько миллиардов лет она остановится совсем.
И вдруг в последнее время выяснилось: сутки, вместо того чтобы удлиняться на одну миллисекунду за 120 лет (как это было раньше), вдруг начали расти на ту же величину за год. Потом замедление резко уменьшилось. Затем снова увеличилось.
Астрономы терялись в догадках. Раньше как будто все было ясно: замедление вращения Земли вызвано действием приливных волн в морях и океанах, а также в твердом теле планеты. Влияют на этот процесс и метеорологические явления – снегопады, ветры, бури. Однако перечисленные причины существовали испокон веков. Откуда же появились нерегулярные «таинственные» изменения скорости вращения Земли? Создавалось впечатление, будто что-то находящееся вне Земли заставляет нашу планету вращаться с неравномерным замедлением.
В Институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн родилась смелая гипотеза: изменение скорости вращения нашей планеты связано с активностью Солнца.
Первые расчеты как будто опровергли это предположение. Они показали, что поток солнечного излучения даже во время сильнейших взрывов обладает крайне малой энергией. Энергии этой недостаточно, чтобы устроить сколько-нибудь значительную магнитную бурю в атмосфере Земли, уж не говоря о том, чтобы повлиять на скорость вращения этого весьма массивного тела. Но в опровержении таилась и будущая разгадка непонятного явления. Ведь если энергия солнечного потока недостаточна даже для вызова магнитной бури, а магнитные бури существуют, следовательно, мы неправильно представляли себе структуру и мощь потока. Значит, ноток этот не могучая однородная спокойная река, льющаяся из Солнца, а цепь гигантских облаков плазмы, плазмоидов. Плазмоиды, как огромные бусины, вырываются один за другим из бурлящих недр Солнца и устремляются в мировое пространство. Часть из них движется к Земле.
Каждое такое облако обладает собственным мощным магнитным полем. Взаимодействуя с магнитосферой Земли (а относительные размеры участников этого взаимодействия можно представить так: Земля – горошина, плазмоид – небоскреб), оно и вызывает магнитные бури.
Ну, а теперь отвлечемся от космоса и представим себе школьный опыт. На тонкой нити висит металлический шар. Мимо него в горизонтальной плоскости движется магнит. По мере перемещения магнита шар начинает вращаться. Причем направление вращения шара будет зависеть от того, с какой стороны от него пройдет магнит.
Если теперь представить себе, что описанный нами шар – Земля, а магнит – плазмоид, механизм изменения скорости вращения планеты станет ясен. Если плазмоид-магнит пересекает орбиту движения Земли вокруг Солнца в том месте, откуда Земля недавно только ушла, скорость вращения возрастает, во втором случае плазмоид и Земля как бы движутся навстречу друг другу, и вращение замедляется.
Так сотрудниками Института земного магнетизма была установлена космическая причина изменения скорости вращения Земли. Величины, которыми в этом случае оперируют астрономы, не превышают тысячных долей секунды. Но, незаметные для нас, эти доли чрезвычайно важны для науки, ибо с их помощью математически точно рассчитаны величины взаимодействия Земли с потоками солнечной плазмы.
Но только ли в изменении скорости Земли проявляется действие космического «магнитного союза»? Нет.
Работники Института геофизики АН Груз. ССР установили, что колебания так называемого «постоянного магнитного поля» связаны с 22-летним циклом солнечных пятен. Заметьте, не процессы в ионосфере, а глубинные процессы в ядре планеты зависят от солнечных циклов.
Более того. Недавно обнаружена и еще одна удивительная связь. Ученые нанесли на земной глобус центры землетрясений. Потом точки, относящиеся к одному году, соединили между собой. И создалась поразительная картина. Оказывается, на Земле существуют пояса сейсмически активных зон. Причем пояса эти, близкие по своему направлению к широтным линиям, «сползают» от приполюсных районов к экватору. Такое «сползание» повторяется каждые 11 лет.
А эта цикличность, в свою очередь, совпадает с одиннадцатилетним перемещением зон активности на Солнце – тоже от полюсов к экватору.
Так, «космическое действие солнечных лучей» перемещается в область поисков и экспериментов.
Так эволюционируют понятия – через множество экспериментов и наблюдений, через тщательный анализ, проводимый поколениями исследователей – к сегодняшнему дню, к нынешнему уровню науки. И дальше – в будущее, к исследованиям завтрашнего дня – от безграничности познания к безграничности того, что мы должны познать.