Уиггинс. 5 нерешенных проблем науки. Янко Слава (Библиотека FortDa )
 Скачать 5.17 Mb.
|
внешняя оболочка. Кора — внешняя оболочка. Она обладает наименьшей плотностью и расколота на многочисленные тонкие и жесткие каменные плиты, медленно движущиеся ввиду перемещения нижележащей мантии. Мантия — следующая оболочка. Мантия — следующая оболочка. Она самая толстая из всех оболочек, относительно теплая и жидкая по сравнению с корой, имеет горячие точки, порождающие конвекционные потоки (представьте завихрения в закипающей воде, только значительно медленнее движущиеся). Потоки в мантии перемещают плиты, вызывая землетрясения, вулкани- Рис . I.8. Строение Земли 278 ческие извержения, расширение морского дна и дрейф континентов. Далее идет горячее жидкое внешнее ядро, состоящее из плотного железа и никеля и плещущееся ввиду вращения Земли. Земной магнетизм, возможно, вызван местным движением внутри этой оболочки. Самая нижняя оболочка именуется внутренним ядром. Она хотя и состоит из расплавленного железа и никеля, Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 137 из-за огромного давления оказывается твердой и самой плотной оболочкой. За подробностями процесса создания этой модели и подтверждающими ее опытными данными обращайтесь к нашей книге Пять крупнейших представлений в науке (The Five Biggest Ideas in Science. N.Y.: John Wiley & Sons, Inc., 1997). Следующие узлы Всемирной Паутины содержат свежую информацию и прекрасные иллюстративные материалы: http://www.hartrao.ac.za/geodesy/tectonics.html http://pubs.usgs.gov/gip/dynamic/dynamic.html http://www.seismo.unr.edu/ftp/pub/louie/class/100/plate-tectonics.html http://scign.jpl.nasa.gov/learn/plate.htm 12. Теория хаоса О тягость легкости, смысл пустоты! Бесформенный хаос прекрасных форм! У. Шекспир. Ромео и Джульетта Как уже говорилось в гл. 5, хаос не следует путать с произволом. Хаос означает скорее чрезвычайную восприимчивость конечного результата к малым изменениям в начальных условиях. Как поется в старой колыбельной: 279 Не было гвоздя — Подкова пропала. Не было подковы — Лошадь захромала. Лошадь захром ла — а Командир убит. Конница разбита, Армия бежит. Враг вступает В город, Пленных не щадя, Оттого что в кузнице Не было гвоздя! [ Гвоздь и подкова. Пер. с англ. С. Маршака] До 1960-х годов существовал некий сугубо математический метод, как оказалось, связанный с теорией хаоса. Гастон Морис Жулиа Гастон Морис Жулиа, математик из Алжира, после ранения в сражениях Первой мировой войны вынужден был носить на лице кожаную повязку, защищавшую сильно искалеченный нос. Из-за многочисленных операций ему приходилось долго скитаться по госпиталям, где, чтобы как-то скоротать время, он занимался математическими выкладками. В 25 лет он пишет «Записку о приближении рациональных функций». Работу он делал в связи с темой, объявленной в 1915 году Французской академией наук на соискание главной премии 1918 года, которой и удостоился; хотя французский математик и астроном Пьер Жозеф Луи Фату (1878—1929) опубликовал в декабре 1917 года работу на ту же тему, однако Жулиа отослал свою статью в Академию наук раньше. Функция представляет собой математическое правило вычисления наподобие следующего: f ( x ) — х 2 + const. Если x = 2, а const = 3, то значение функции составит 7. Приближение (итерация) осуществляется использованием вычисленного для f значения в качестве следующего значения для х . Итак, если x = 7, то f ( х ) = 52, и т. д. Жулиа исследовал более сложные выражения. Особо его занимали функции и значения, при которых возможно многократное приближение без 280 бесконечного роста итоговой величины [самой функции]. Значения х, для которых повторяющиеся итерации давали конечный результат, стали именоваться пленниками [обычно говорят о множестве точек притяжения, или аттракторах]. При стремлении к бесконечности итоговых величин их называют «беглецами» [обычно говорят о множестве точек отталкивания, или репеллерах]. Вычисления велись вручную и были крайне трудоемкими даже для простых функций. Хотя Жулиа и обрел некую славу в математических кругах, его труд был основательно забыт, и вспомнили о нем уже в 1970-е годы. Бенуа Мандельброт Бенуа Мандельброта, родившегося в Польше в 1924 году, со статьей Жулиа познакомил в 1945 году родной дядя, профессор математики. В то время идеи Жулиа его не заинтересовали. Но спустя 30 лет после головокружительной научной карьеры Мандельброт очутился в компании IBM и обратил мощь ЭВМ на итеративные вычисления Жулиа. Мандельброт первым разработал метод графического построения, когда ЭВМ выводит на экран образ схождения и расхождения приближаемой функции. Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 138 281 Рис. I.9. Множество Мандельброта Прекрасные образы, порождаемые методами итерации Мандельброта и Жулиа, способствовали одно время появлению бесчисленных книг и узлов Всемирной Паутины. Вот некоторые из них: Gleick J. Making a New Science. N.Y.: Viking Penguin, 1987. Exploring Chaos — A Guide to the New Science of Disorder / Nina Hall (Ed.). N.Y.: W. W. Norton & Company, 1991. http://hypertextbook.com/chaos/ http://www.wfu.edu/ | http://www.wfu.edu//petrejh4/chaosind.htm (?) В 2002 году Стивен Вулфрем издал книгу по смежной тематике A New Kind of Science (см. http://www.wolfram.com ). Его труд основан на собственных исследованиях в области клеточных автоматов, представляющих собой ряд одинаково запрограммированных автоматов, иначе «клеток», взаимодействующих друг с другом по определенным правилам. С помощью очень простых правил можно создать очень сложные образы. Некоторые из этих образов очень похожи на природные объекты, однако установление связи между математикой хаоса и пригодным описанием реального мира все еще ждет своего часа. 282 13. Предсказание землетрясении Предсказаний землетрясений сегодня много. Поисковые машины в Интернете на запрос «Предсказание землетрясений» выдадут вам более 50 тыс. узлов Всемирной Паутины. Некоторые предсказания делаются на основе «данных» экстрасенсов (см.: Wynn Charles M., Wiggins Arthur W., Harris Sidney. Quantum Leaps in the Wrong Direction: Where Real Science Ends... and Pseudoscience Begins. Washington, 2001). Другие усилия связаны с соотнесением землетрясений с земным электричеством, поведением животных, расположением планет или иными явлениями. Несмотря на ошибочность большинства прогнозов, хотя бы один непременно оказывается верным. Предположим, приятель предлагает вам пари: «Ставлю 20 долларов на то, что в следующем месяце произойдет крупное землетрясение в помеченной точками вот здесь на карте области». Не принимайте вызова. Ваш приятель наверняка выиграет. Помеченная точками область на карте (рис. I.10) соответствует границам плит, составляющих земную кору. Когда Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 139 Рис. I.10. Зоны землетрясений 283 конвенционные потоки в мантии (см.: Список идей, 11. Земля: история недр ) увлекают за собой плиты, происходят землетрясения. Хотя некоторые землетрясения случаются и в иных местах, помимо оконечностей плит, именно на оконечности и приходится подавляющая часть таких событий. Статистические данные о землетрясениях различной силы за год таковы: Сила землетрясения по шкале Рихтера (чем больше величина, тем разрушительнее землетрясение) Количество землетрясений в год 4-4,9 6200 5-5,9 800 6-6,9 120 7-7,9 18 Заметим, что условия пари были довольно туманны. Что такое крупное землетрясение? Если речь идет о значениях по шкале Рихтера выше 6 баллов, то таких событий происходит более десятка в месяц и преимущественно в помеченной точками области. Выражения «за месяц» и в «помеченной области» довольно расплывчаты. Если вы живете в пределах данной области, подобно миллионам других людей, нужно ли вам уезжать отсюда? Данное предсказание сообщает слишком мало сведений, чтобы представлять хоть какую-то ценность. В 1970-е годы некоторые геологи были настроены оптимистично в отношении точного и надежного предсказания землетрясений. Появилась даже разновидность теории хаоса, названная теорией катастроф, которая представлялась пригодной для предсказания таких неожиданных событий, как потеря устойчивости у балок, растрескивание асбестоцементных плит, а также землетрясения. Однако выяснилось, что построение математических моделей поведения внутренних оболочек Земли столь же трудно, как и построение моделей поведения земной атмосферы. Нелегко составить уравнение, точно описываю- 284 щее поведение модели, и даже приближенные уравнения оказываются на редкость нелинейными, выказывая крайнюю чувствительность к начальным условиям, свойственным хаотическим системам. К тому же получение сведений о текущем состоянии пород внутри коры и мантии сложнее, чем измерение параметров атмосферы, ввиду недоступности недр коры и мантии. В статье 1997 года (журнал Science: [ Geller R. J., Jackson D. D., Kagan Y. Y, Mulargia F. Earthquakes cannot be predicted // Science, 1997. Vol. 275]) известные геологи Роберт Геллер из Токийского, Дэвид Джексон и Ян Каган из Калифорнийского университетов и Франческо Муларджа из Университета Болоньи (Италия) утверждают, что «конкретные землетрясения, похоже, изначально непредсказуемы». За подробностями обращайтесь на сайт Всемирной Паутины: http://scec.ess.ucla.edu/ykagan/perspective.html Вот еще неплохие источники: http://quake.usgs.gov/research/parkfield/index.html Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 140 http://www.nature.com/nature/debates/earthquake/equake_frameset.html 14. Составление звездных каталогов Следующий неполный перечень звездных каталогов отражает стремление людей к упорядочению окружающего мира и поиску определенных закономерностей. Намечаются еще более грандиозные замыслы по созданию космических обсерваторий, в том числе на Луне и Марсе. Звезды именуются согласно каталогу, где они встречаются. Многие яркие звезды обозначают согласно приводимым в каталоге Байера названиям. Наиболее ярким звездам каждого созвездия Байер присваивал буквы греческого алфавита в порядке убывания их 285 светимости. Например, Полярная звезда именуется β Ursae Minons (α Малой Медведицы), поскольку она самая яркая в созвездии. Другим примером может служить первая видимая звезда—спутник черной дыры, названная HDE 226868 потому, что впервые появилась в расширенном каталоге Генри Дрейпера, и, таким образом, ее местонахождение там соответствует числу 226868. Год Название каталога и обозначение звезд Составитель Количество небесных тел Примечания 350 до н. э. Ши Шэнь 800 Китай 300 до н. э. Тимохарис Первый настоящий звездный каталог 130 до н. э. Гиппарх 1080 120 н.э. Альмагест Клавдий Птолемей 1022 См. примечание 1 1540 н. э. De le Stelle Fisse Алесандро Пикколомини 48 греческих созвездий 1602 н. э. Тихо Браге Ок. 1000 См. примечание 2 1603 Uranometria (перечисляются в виде: греческая буква плюс латинское наименование созвездия) Иоганн Байер Красочный; координаты взяты из данных Браге 1678 Эдмунд Галлей Первый каталог небесной сферы Южного полушария 1690 Sternverzeichnis Иоганн Гевелий Оспаривает выводы Галлея 1725 Historia Coelestis Britannica Джон Флемстид 3000 Первый королевский астроном; см. примечание 3 1762 Джеймс Брадлей 60 000 Третий королевский астроном 1771 Туманности, получившие в наименовании букву M Шарль Мессье Более 100 См. гл. 6 1801 Иоганн Боде Воспользовался прежними сведениями 286 1863 Bonner- Durchmusterung (BD + CD + CPD) * Фридрих В. А. Аргеландер и др. 1 160 000 Боннская обсерватория Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 141 1864 General Catalog of Nebulae (GC) Фридрих Вильгельм Гершель, Каролина Гершель, Джон У. Гершель 2500 См. примечание 4 1888 New General Catalog of Nebulae and Star Clusters (NGC и 1С) * Дж. Л. Э. Дрейер 13 000 См. примечание 5 1918-1924 Henry Draper Catalog (HD и HDE) Эдуард Ч. Пикеринг, Энни Джамп Кэннон 400 000 См. примечание 6 1966 Смитсоновская астрономическая обсерватория 260 000 Маунт-Паломар и др. 1989 Hipparcos (HIP) и Tycho (TYC) 2 500 000 Точность 1979- продол- жается Guide Star 1 млрд Для наведения [телескопа] Хаббла Янко Слава (Библиотека Fort/Da ) || http://yanko.lib.ru Уиггинс А., Уинн Ч. Пять нерешенных проблем науки / Артур Уиггинс, Чарлз Уинн. — Пер. с англ. А. Гарькавого. — М.: ФАИР- ПРЕСС, 2005. — 304 с: ил. — (Наука & Жизнь). 142 Примечания 1. Птолемеев Альмагест составляет основу нынешних астрологических данных, хотя земная ось с тех пор сместилась таким образом, что созвездия зодиака более не соответствуют принятым для них месяцам. К тому же после Птолемея * BD — Боннское обозрение, каталог в 4 томах и приложенный к нему большой атлас неба на 324 188 звезд (дополнен Э. Шёнфельдом в 1886 году до 457 857 еще 133 659 звездами), видимых в Северном полушарии; CD — через 50 лет после составления Ф. Аргеландером каталога Боннское обозрение в Аргентине (Кордовская обсерватория) вышло продолжение для видимых звезд Южного неба «Кордовское обозрение неба» (Cordoba Durchmusterung — CD), включающее уже 578 802 звезды и составленное в 1892—1914 годах коллективом обсерватории под руководством Джона Томе ( 1843— 1908) ; было доведено до Южного полюса в 1930 году; CPD (Cape Photographic Durchmusterung) — Фотографический обзор с мыса Доброй Надежды, каталог 454 875 звезд Южного полушария, составлен в 1896—1900 годах голландским астрономом Якобусом Корнелисом Каптейном (1851 — 1922). ** IС — Index Catalogue, два дополнительных каталога, появившихся в 1895 и 1908 годах. 287 было открыто огромное число звезд и даже несколько планет, но это, похоже, не занимает астрологию. 2. Тихо Браге, последний величайший наблюдатель звездного неба невооруженным глазом не издавал собственного каталога звезд. Эта задача выпала на долю его помощника, достойного уважения Иоганна Кеплера, внесшего лепту в копилку астрономических знаний, установившего, что планеты движутся не по круговым, а вытянутым (эллиптическим) орбитам. 3. Джон Флемстид (1646—1719) основал Королевскую Гринвичскую обсерваторию, став ее первым директором и первым королевским астрономом. Это был крайне скрупулезный наблюдатель, чей список звезд по численности и точности координат превзошел все прежние каталоги. Современники Эдмунд Галлей и Исаак Ньютон через Королевское общество торопили Флемстида обнародовать свои наблюдения как можно раньше, хоть они и были еще не завершены. Наконец без согласия и даже ведома Флемстида в 1712 году была напечатана часть его наблюдений в 400 экз., которые были использованы И. Ньютоном при обосновании закона всемирного тяготения. Однако Флемстид настоял на уничтожении этого издания и предпринял новое, названное им «Historia coelestis Britannica». При жизни Флемстида вышел лишь первый том, включавший его наблюдения, произведенные в Денби и Гринвиче над Солнцем, Луной, звездами, планетами, спутниками Юпитера, пятнами на Солнце. Второй том содержит меридианные наблюдения в Гринвиче, третий (1725) — исторический очерк описания инструментов и знаменитый «Британский» каталог 2884 звезд. Уже после смерти Ф. был издан (1729) его «Atlas coelestis». 4. Сэр Уильям Гершель (1738-1822) был урожденным Фридрихом Вильгельмом Гертелем и появился на свет в немецком городе Ганновере. Сын бедного музыканта, Гершель поступил на службу простым полковым гобоистом, но походная жизнь ему не понравилась, и уже в 1757 году он дезертировал с военной службы и прибыл в Англию, куда несколько ранее переселился брат его Иаков, капельмейстер ганноверского полка. Здесь Гершель стал органистом и учителем музыки. В 1772 году к нему присоединилась сестра Каролина Лукреция. Вскоре у него пробудился интерес к астрономии, так что бравшие у него уроки музыки ученики постигали не только музыку, но и астрономию. Не имея дома помещения для телескопа, он установил его на улице. Это зрелище привлекало посетителей, одним из которых оказался доктор Уильям Ватсон, член Королевского общества, представивший на его суд некоторые заметки Гершеля о высоте гор на Луне. В последующие два года Гершель обнаружил яркое небесное тело там, где прежние карты не показывали никаких звезд. Это медленно движущееся тело оказалось планетой, названной Гершелем Georgium sidus («Звездой Георгия»), в честь короля Георгия III, позже переименованной в Уран. Это открытие определило карьеру Гершеля; король Георг III, любитель астрономии и покровитель ганноверцев, снабдил его средствами для постройки отдельной обсерватории в Слоу, близ Виндзора, и назначил ему ежегодное содержание в 300 гиней. Здесь Гершель с юношеским жаром и необыкновенным усердием принялся за астрономические наблюдения. По словам биографа, он выходил из обсерватории только для того, чтобы представлять Королевскому обществу результаты своих неусыпных трудов. Он выписал из Ганновера сестру Каролину, которая затем не покидала брата до самой его смерти и была превосходным помощником; она не только записывала наблюдения, но и производила вычисления. Гершель был избран членом Королевского общества, получил звание придворного астронома наряду с сестрой и помощником. 50-летний Гершель женится на вдове Мери Питт, коренной англичанке. У них рождается сын, Джон Фредерик, учившийся вначале в Кембридже на математи- |