Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее - Александр Потупа

Но время — линза истины. Оба ученых, несмотря на ажиотаж, стали друзьями.

Леверье впоследствии возглавил Парижскую обсерваторию и много сделал для расцвета астрономии и небесной механики у себя на родине. Он провел в жизнь гигантскую программу по составлению таблиц планетных орбит — многими его данными успешно пользуются до сих пор. Он же впервые обратил внимание на вековое смещение перигелия Меркурия, необъяснимое в рамках теории Ньютона.

Адамc со временем занял пост директора Кембриджской обсерватории и даже в течение одного выборного срока возглавлял Английское астрономическое общество.

История планетных открытий на этом не завершилась — Нептун привнес новые загадки и даже не решил всех проблем с движением Урана. Однако поиск следующей 9 планеты, Плутона, развивался как бы по известному сценарию.

Достаточно полные вычисления орбиты Плутона провел американский астроном Персиваль Ловелл (1855–1916), который всего за год до смерти приступил к систематическому его поиску на телескопе своей обсерватории в штате Аризона. Здесь же, в Ловелловской обсерватории, ассистент Клайд Томбо в 1929 году стал фотографировать подозреваемые участки неба. Годичная работа привела к успеху — новая планета была зафиксирована 18 февраля 1930 года.

Я относительно подробно (хотя и не так подробно, как хотелось бы) остановился на истории открытия Нептуна вовсе не из желания лишний раз пересказать ее хитросплетения. Важнее другое — в ней ярко проявились некоторые новые тенденции науки, на которых стоит немного задержать внимание.

Во-первых, наука 19 века принимает выраженные организационные формы. Астрономия уходит из рук любителей-одиночек, все большую роль играют учреждения, стягивающие единой структурой более или менее крупные коллективы исследователей. Даже самый похвальный энтузиазм талантливых одиночек, не включенных в систему научного поиска, с трудом пробивает себе дорогу, как это видно в истории Адамса. Уже во времена Ньютона в науке было тесновато, и из-за одновременно проводимых исследований вспыхивали конфликты. В 19 веке, когда одним и тем же вопросом иногда начинают заниматься десятки людей, проблема включенности ученого в хорошо функционирующий коллектив, необходимость постоянного потока информации о его работе выступают на первый план. Это значительно повышает требования к уровню профессионализма. Иной темп жизни и развития науки предъявляет свой счет. Небольшие частные обсерватории и лаборатории потихоньку уходят в тень — они, как правило, не могут обеспечить необходимых масштабов и темпов работы.

Если в коперниковские времена ученый мог жить ощущением собственного течения мысли, ориентируясь по ярким и практически неподвижным звездам веками возвеличенных классиков, то теперь он чувствовал себя песчинкой — в лучшем случае островком — в общем потоке идей. Интеллектуальная вселенная стала переменной — многие маяки замерцали и погасли. На протяжении одной жизни, а не веков и тысячелетий стали меняться существенные детали картины мира. Мнения, в высшей степени правдоподобные и обоснованные вчера, назавтра могли развеяться совокупностью более точных вычислений и наблюдений. И это был лишь ветер из будущего — лишь неспешные тени того фантастического калейдоскопа новизны, которым заискрился 20 век.

В связи с этим выделяется и второй важнейший аспект — всеохватность увлечений, свойственная Возрождению и основанная на убеждении, что существует некая простая и универсальная картина мира, лишь до поры сокрытая от безграничного ума высшего творения Господня, — эта всеохватность постепенно исчезает, хотя ее остаточные явления сохранялись до недавних времен.

Ученые в отличие от общеобразованных дилетантов почувствовали это весьма остро. Дело не только в том, что один человек просто физически не был способен вести серьезные исследования во многих областях знаний. Возникало новое разделение труда, характерное для коллективной работы, экспериментальная деятельность, требующая тренировки органов чувств и глубоких технических навыков, зачастую не позволяла сосредоточиться на отыскании новых моделей и применения сложных математических методов, и наоборот.

Так произошло разделение ученого мира на экспериментаторов и теоретиков. Еще Коперник и Тихо Браге использовали свои наблюдения для построения собственных теоретических схем. Но уже Кеплер выступает в основном как теоретик по отношению к наблюдениям Тихо Браге и математическим путем выводит свои законы. Ньютон, ставивший превосходные механические и оптические эксперименты, в небесной механике выступает как чистый теоретик — здесь его исходным материалом были в первую очередь даже не данные наблюдений, а эмпирические законы Кеплера. Галлей совмещал функции астронома-наблюдателя и теоретика, выводившего из общей теории Ньютона конкретные предсказания для наблюдений.

На рубеже 18–19 веков в этой области намечается явное разделение. Уильям Гершель, открыв Уран, не слишком интересовался неприятностями, внесенными новой планетой в царство теоретической небесной механики. Адамc и Леверье приложили огромные усилия для проецирования ньютоновской теории на экспериментальный материал, но сами не стремились провести наблюдения, перепоручив их Челлису и Галле.

Именно это характерно для развитой науки. Люди, способные одинаково хорошо работать в эксперименте и в теории, на любом ее уровне — это и в 19 веке, а тем более теперь — редкое исключение из правил.

Итак, наука усложнилась, и постепенно стали вырисовываться важные элементы ее структуры — расслаиваться стали сама теория и сам эксперимент.

До поры считалось естественным, что астроном сам конструирует и изготовляет свои телескопы. Но изготовление крупных приборов требует особых навыков и средств, наконец, немало времени. Выделяются специальные мастерские, где умеют делать хорошие зеркала, монтировать сложные конструкции. Обилие приборов и большой объем наблюдений влекут за собой участие многочисленных помощников в каждой крупной программе.

Еще наглядней процесс усложнения структуры в теории.

Когда мы говорим о триумфе ньютоновской системы в 19 веке, то надо понимать, что у самого Ньютона задавалась лишь принципиальная структура подхода к задачам небесной механики, проиллюстрированная очень простыми и сильно идеализированными моделями.

Истинное движение планет гораздо сложней, чем это следует из Кеплеровых законов, прежде всего потому, что Солнечная система состоит из многих взаимодействующих тел. Аналитически точно решить систему уравнений для многих планет невозможно — уже задача трех тел составляет крупную проблему (едва ли не самостоятельный раздел механики). Поэтому для учета дополнительных влияний на данную планету требуется немалое искусство — ведь истинная орбита, которую с превеликой точностью определяют астрономы, представляет собой, строго говоря, очень сложную волнистую кривую, и ее лишь приближенно можно считать эллипсом.

Трудности в расчете орбиты Урана выглядят еще безобидно по сравнению с теми сюрпризами, которые поднесла астрономам 18 века старая добрая Луна. В значительной степени именно на описании движения Луны создавались и оттачивались мощные методы небесной механики — теория возмущений.

Интенсивное развитие ньютоновской теории началось именно с этого в середине 18-го века. В работах блестящих математиков французской школы Алекси Клеро (1713–1765) и Жана Лерона д'Аламбера (1717–1783) родились корректные методы учета относительно слабых воздействий. Их работы по теории взаимного возмущения планетных орбит обусловили настоящее подтверждение ньютоновского закона тяготения. До того отклонение от строгой эллиптичности движения на равных правах рассматривалось как возможное нарушение этого закона.

Почти сразу же вслед за первой весьма удачной моделью движения Луны, построенной Клеро к 1751 году, появилась еще более точная модель, основные идеи которой использовались впоследствии для всей небесной механики.

Автор этой модели Леонард Эйлер (1707–1783), уникально результативный ученый, сыгравший выдающуюся роль в становлении научных исследований сразу двух стран — России и Германии. 20-летним юношей Эйлер приехал в Петербург по приглашению столичной Академии наук и художеств. В 1741 году Эйлер, завоевавший уже мировой авторитет в науке, приглашается Фридрихом П для организации работ в Берлинской академии. Однако связи с Петербургом он не терял и через четверть века возвратился на свою научную родину. В 1756 году Петербургская академия присудила ему премию именно за работу по теории движения Луны.

Главное достижение Эйлера заключалось в разработке так называемого метода оскулирующих элементов. Эллипс, по которому должен двигаться одинокий спутник центрального тела, принимается за основу, но элементы, характеризующие эту фигуру (эксцентриситет и т. д.), считаются теперь переменными. В их периодическом изменении и сказывается влияние других тел Солнечной системы. Иными словами, поправки к идеальному кеплерову движению приобрели теперь ясный и наглядный смысл.