Фундаментальной физике мы обязаны также своими знаниями об океанах в некоторых из этих удаленных миров. Европа – показательный пример. В конце 1990‑х годов космический аппарат NASA «Галилео» сделал несколько облетов Европы, и его приборы обнаружили, что у спутника нет собственного сильного магнитного поля. Вместо этого имеется индуцированное поле, созданное под действием мощного магнитного поля Юпитера. Проще говоря, прозвучал сигнал тревоги.
Но для того, чтобы он прозвучал, должен быть проводник. Исследования показали, что у Европы проводящий слой находится рядом с поверхностью. По другим сведениям, примерно 150 км внешней оболочки Европы составляет вода, но полученные данные не позволяли отличить жидкую воду от твердого льда. Изучение магнитного поля, однако, свидетельствовало не в пользу льда – он слишком плохой проводник, в отличие от воды с растворенными в ней солями, как в наших океанах. Наиболее точное соответствие результатам предполагало, что у Европы имеется ледяная оболочка толщиной 10 км, под которой находится мировой океан глубиной около 100 км. Под ним – океаническое дно, где могут располагаться гидротермальные источники и обитать загадочные внеземные организмы.
Поэтому, когда в следующий раз в службе безопасности аэропорта перед вами окажется неорганизованный пассажир, не способный взять в толк, что его пояс, бумажник и часы включат сигнал тревоги, сделайте глубокий вдох и подумайте о далеких и, возможно, обитаемых океанах. Представления о них мы получили благодаря той же самой красивой физике, которая выводит вас из себя, когда вы опаздываете на самолет.
Тектоника плит элегантно обосновывает дрейф материков
Пол Саффо
Специалист по техническому прогнозированию, управляющий директор фирмы Discern Analytics, профессор Стэнфордского университета
Тектоника плит – это элегантное объяснение красивой теории континентального дрейфа. И загадка, и разгадка скрывались на самом виду, прямо под нашими ногами. Поколения школьников, вращая глобус, замечали, что выпуклость Южной Америки соответствует впадине Африки, а Нижняя Калифорния выглядит так, как будто откололась от континентальной Мексики. Эта и другие подсказки привели Альфреда Вегенера к предположению, которое он изложил Германскому геологическому обществу в 1912 году, – континенты когда-то образовывали единое целое. Его красивая теория была освистана и подверглась резкой научной критике.
Проблема заключалась в том, что теория Вегенера не предполагала никакого механизма движения материков. Критики издевательски заключили, что легковесные континенты, вероятно, не в состоянии бороздить твердую, неподатливую гладь океана. Никто, включая Вегенера, не мог представить себе силу, способную сдвинуть континенты с места. Плохую службу сослужило и то, что Вегенер был метеорологом, вторгшимся на территорию геофизики. Он умер во время экспедиции в Гренландию в 1930 году, а его теория была окончательно отвергнута и почти забыта.
Между тем, указания на механизм имелись повсеместно, но были одновременно слишком незаметными и слишком обширными, чтобы их увидеть. Как муравьи, карабкающиеся на глобус, люди не замечали очевидного. Должны были появиться новые мощные научные методы, чтобы выявить скрытые доказательства континентального дрейфа.
Сонары обнаружили таинственные горные хребты, напоминающие застежки-молнии и расположенные вдоль океанического дна. Магнитометры, буксируемые над дном, отметили симметричные, как у зебры, полосы магнитных аномалий. Сейсмографы, фиксирующие землетрясения, указали границы плит. И радиометрический анализ установил временную шкалу, ведущую в глубину веков.
Через три десятилетия после смерти Вегенера механизм тектоники плит стал очевиден с захватывающей дух ясностью. Континенты ничего не бороздят – они плывут на поверхности коры, как зефир на пластинке остывающего шоколада. А океаническая кора движется, как конвейер: новая кора образуется в зонах растекания океанического дна, а старая поглощается, разрушается или выпячивается в виде горных хребтов на рубежах, где встречаются плиты.
Элегантные объяснения, согласно Томасу Куну, – это растворитель, вымывающий связующее вещество из старых парадигм и оставляющий место для пришедших им на смену новых теорий. Тектоника плит получила всеобщее признание, не оставляющее места для сомнений, в середине 1960‑х годов. Несоответствия неожиданно приобрели смысл, а концы удалось свести с концами, чего никто не ожидал. Континенты превратились в бродяг, какими они всегда и были. Гималаи признали результатом столкновения индийской плиты с евразийской соседкой, и стало ясно, что в Африканской рифтовой долине рождается новый океан. Тайны рассыпались, как домино, под действием предсказаний красивой теории и ее элегантного объяснения. Скептики умолкли, а Вегенер был посмертно реабилитирован.
Почему некоторые морские черепахи мигрируют
Дэниел К. Деннетт
Философ, профессор и содиректор Центра когнитивных исследований Университета Тафтса; автор книги Breaking the Spell: Religion as a Natural Phenomenon («Разрушая чары: религия как природное явление»)
Мой выбор – объяснение, которое меня восхищает. Правдивое оно или ложное – я не знаю. Может быть, кто-нибудь, читающий Edge, сумеет авторитетно ответить на этот вопрос и приведет ссылки на соответствующую литературу. Мне бы очень хотелось в этом разобраться. Несколько лет назад мне рассказали, что некоторые виды морских черепах после спаривания на западном побережье Африки мигрируют через всю Южную Атлантику, чтобы отложить яйца на восточном побережье Южной Америки. Причина их такого странного поведения заключается в следующем: когда Гондвана только начала распадаться на отдельные континенты (между 130 и 110 миллионами лет назад), черепахи для откладки яиц просто переплывали узкий пролив. С каждым годом расстояние увеличивалось – примерно на дюйм, – но кто мог это заметить? В конечном счете, черепахи, чтобы отложить яйца, стали переплывать океан, разумеется, не имея ни малейшего представления, почему они ведут себя столь странным образом.
В этом примере восхищает то, что он живо иллюстрирует важные положения эволюции посредством естественного отбора: изменения происходят в течение миллионов лет настолько постепенно, что практически незаметны, а поведение животных по большей части бесцельно, даже если имеет приспособительный характер. Этот пример также показывает, что эволюционная гипотеза может быть с равным успехом подтверждена открытыми фактами (если они с ней согласуются) или опровергнута ими (если они ей противоречат).
Привлекательная гипотеза, подобная этой, – только начало, а не конец исследования. Критики часто высмеивают эволюционные гипотезы относительно доисторических событий как «сказки», но эти необоснованные обвинения не следует принимать во внимание. Тысячи подобных гипотез – первоначально возникших на шаткой основе, – были проверены и получили подтверждения, не оставлявшие места для сомнений. Тысячи других были проверены и отвергнуты. Другими словами, эти гипотезы оставались «сказками», пока не переставали ими быть. Таким путем развивается наука.
Я заметил, что существует закономерность в обвинениях в «сказочности»: почти без исключений они применяются к гипотезам об эволюции человека. Ведь никого, похоже, не смущает, что мы недостаточно знаем о воздействии окружающей среды на появление цветов или китов, чтобы уверенно рассуждать об их происхождении. Поэтому мое первое правило таково: если вы слышите определение «сказка» – ищите политический мотив. Практически всегда вы его найдете. Пусть некоторые эволюционные психологи выдвинули слабо обоснованные гипотезы об эволюции человека и не слишком настойчивы в поисках их подтверждения или опровержения, очевидно, что критика обращена к области исследований в целом, а не к конкретному методу или гипотезе. Так обстоит дело и со многими другими проблемами эволюционной биологии.
Горячая молодая Земля: бесспорно красиво и совершенно неверно
Карл Циммер
Ученый и писатель; автор книги Planet of Viruses («Планета вирусов»)
Около 4,567 миллиарда лет назад образовалось огромное облако пыли. В центре облака начало светить наше Солнце, в то время как внешние частицы пыли стали слипаться, вращаясь вокруг новой звезды. В течение миллионов лет эти скопления пыли превратились в протопланеты. За 50 миллионов лет наша собственная планета приобрела примерно половину нынешней массы. Так как другие протопланеты сталкивались с Землей, она продолжала расти. В общей сложности, потребовалось еще 50 миллионов лет, чтобы она достигла своего полноценного размера, – время, в течение которого планета размером с Марс врезалась в Землю, оставив память об этом событии, – нашу Луну.
Образование Земли поражает воображение – оно величественно. Но я бы не назвал приведенное мной объяснение элегантным. Ученые не вывели его из основных законов. Эквивалента уравнению e = mc², которое на основе происходивших в ранней Солнечной системе процессов предсказало бы появление обводненной планеты с условиями для жизни, не существует. На самом деле, причина, по которой мы так много знаем о происхождении Земли, состоит в том, что геологи избавились от заманчиво элегантного объяснения, которое довлело над ними 150 лет назад. Оно было бесспорно красиво и совершенно неверно.
А предложил его один из величайших физиков XIX века Уильям Томсон (он же лорд Кельвин). Вклад Кельвина в науку огромен. Он занимался и прикладными вещами (прокладка телеграфного кабеля из Европы в Америку), и теорией (первое и второе начала термодинамики). Большую часть своей деятельности Кельвин посвятил уравнениям, которые позволили бы подсчитать, как быстро остывают горячие предметы. Он понимал, что эти уравнения можно использовать для определения возраста Земли. «Математическая теория, на которой основаны эти оценки, очень проста»