Научные открытия

XX в. ознаменовался ошеломляющими прорывами во всех областях научного знания. Специальная и общая теория относительности и квантовая механика пересмотрели фундаментальные основы физики. В этом столетии мы поняли, что атом состоит из ядра, включающего протоны и нейтроны, в окружении электронного облака, догадались о существовании составных элементов самих протонов и нейтронов – кварков и с помощью ускорителей высоких энергий и космических лучей открыли множество короткоживущих элементарных частиц. Реакции ядерного распада и слияния позволили создать соответствующие виды атомного оружия, возвести электростанции на основе деления ядер (со всеми их плюсами и минусами) и строить планы мирного использования энергии ядерного синтеза. Поняв процессы радиоактивного распада, мы смогли точно установить возраст Земли (около 4,6 млрд лет) и время зарождения жизни на нашей планете (порядка 4 млрд лет назад).

В геофизике была разработана теория тектоники плит – научное представление о земной коре как о системе своего рода транспортерных лент, несущих на себе континенты от их рождения и до гибели и движущихся со скоростью около 2,5 см в год. Эта теория имеет принципиальное значение для понимания характера и истории формирования земного рельефа и конфигурации морского дна. Возникла новая наука – планетарная геология, занимающаяся сравнительным изучением сложения рельефа Земли и других планет и их спутников, а также химического состава горных пород и получающая знания о геологии иных миров дистанционно либо по образцам, доставленным космическими аппаратами, и по метеоритам с доказанным инопланетным происхождением. Сейсмология проникла в строение глубинных структур Земли и обнаружила под ее корой полужидкую мантию, жидкое железное ядро и твердое внутреннее ядро – и все это необходимо объяснить, чтобы понять, как наша планета появилась на свет. Некоторые массовые вымирания прошлых эпох ныне объяснены колоссальными выходами плюмов – мантийных выбросов, разлившихся по поверхности с образованием лавовых озер на месте суши. Другие стали следствием падения крупных комет или оказавшихся вблизи Земли астероидов, после которых горели небеса и менялся климат. В следующем веке мы сможем, самое меньшее, провести инвентаризацию комет и астероидов и узнать, нет ли среди них опасных для нас.

Одним из научных триумфов XX в. является открытие строения и функции ДНК, или дезоксирибонуклеиновой кислоты, – важнейшей молекулы, отвечающей за передачу наследственной информации у людей и большинства животных и растений. Мы научились читать генетический код, растет число живых организмов, для которых проведено полное генное картирование и установлено, за какую функцию отвечает каждый ген. Не за горами расшифровка генома человека[46], и это достижение будет иметь колоссальные последствия, которые могут быть использованы как во благо, так и во зло. Самое главное, что дало нам знание о генах, – это полное понимание фундаментальных процессов жизни в физическом и химическом отношении. Никакой жизненной силы, никакого духа, никакой души за ними не просматривается. Аналогичные результаты достигнуты в нейрофизиологии. Гипотетически ум представляется совокупностью сотни триллионов нейронных связей в мозгу и нескольких простых химических веществ.

Молекулярная биология позволяет нам сравнить любые два биологические вида, ген за геном, один молекулярный строительный блок за другим, и установить степень родства организмов. Эксперименты убедительно доказали сущностное сходство всех живых существ на Земле и подтвердили общие взаимосвязи, ранее выявленные эволюционной биологией. Например, у человека и шимпанзе общими являются 99,6 % активных генов, следовательно, шимпанзе – наши ближайшие родственники, с которыми мы имеем общего предка.

В XX в. ученые-экспериментаторы впервые осуществили проект, в рамках которого они жили в окружении других приматов и наблюдали их поведение в естественной среде обитания. Это позволило обнаружить у них сострадание, дар предвидения, этику, способность охотиться и воевать, заниматься политикой, использовать и производить орудия, а также музицировать, зачатки национализма и множество других особенностей, прежде считавшихся исключительно человеческими. Продолжаются споры о языковых возможностях шимпанзе. Живущий в Атланте бонобо (карликовый шимпанзе) по имени Кандзи с легкостью общается на языке символов – его словарный запас включает несколько сот лексиграмм – и самостоятельно научился изготавливать каменные орудия.

Многие самые впечатляющие открытия в химии сделаны на стыке с биологией, но я остановлюсь на одном, имеющем намного более широкое значение – на понимании природы химической связи, сил из мира квантовой физики, предопределяющих, атомы каких элементов образуют друг с другом связи, насколько сильные и в какой конфигурации. Оказалось также, что при воздействии радиации на примитивную атмосферу молодой Земли и других планет (ее наличие у них вполне вероятно) формируются аминокислоты и другие главные строительные блоки жизни. Полинуклеотиды и другие молекулы в пробирке реплицировались и воспроизводили свои мутации. Таким образом, в XX в. был достигнут значительный прогресс в понимании и создании источника жизни. В значительной мере биология сводится к химии, а химия к физике. Даже если это утверждение не всегда верно, в какой-то мере оно все же верно, и уже одно это является самым важным открытием в изучении природы Вселенной.

Специалисты по физике и химии при помощи самых мощных компьютеров попытались изучить изменение климата и общей циркуляции земной атмосферы. Этот мощный инструмент позволяет оценить последствия продолжающихся выбросов углекислоты и других парниковых газов в атмосферу Земли. Метеорологические спутники значительно упростили прогнозирование погоды, по крайней мере на ближайшие дни, что позволяет сохранять урожай на миллиарды долларов ежегодно.

В начале XX в. астрономы были отделены от дальних миров непреодолимым препятствием – толстым слоем подвижного воздуха. К концу века на околоземной орбите появились огромные телескопы, исследующие небо в гамма– и рентгеновском, ультрафиолетовом, видимом, инфракрасном и радиодиапазонах.

Сигнал радиопередатчика Маркони впервые преодолел Атлантический океан в 1901 г. Теперь мы с помощью радио связываемся с четырьмя космическими аппаратами, улетевшими дальше самой крайней известной планеты Солнечной системы, и принимаем естественное радиоизлучение квазаров, удаленных от нас на 8–10 млрд световых лет, а также фиксируем так называемое чернотельное фоновое радиоизлучение, оставшееся от Большого взрыва, в котором родилась нынешняя Вселенная.

Исследовательские космические аппараты были запущены к 70 мирам Солнечной системы и опускались на поверхность трех из них. В этом столетии был совершен прорыв сродни мифическому подвигу – 12 человек побывали на Луне, благополучно вернулись и привезли более 100 кг лунного грунта. Автоматические станции подтвердили, что из-за мощного парникового эффекта температура на поверхности Венеры достигает примерно 470 °С, что 4 млрд лет назад климат на Марсе напоминал земной, что на спутнике Сатурна Титане органические молекулы выпадают дождем будто манна небесная, а кометы примерно на четверть состоят из органического вещества.

Четыре наших аппарата летят к звездам. Недавно были обнаружены планеты у других светил. Наше Солнце оказалось обитателем дальней окраины обширной галактики в форме линзы, содержащей порядка 400 млрд звезд. В начале века считалось, что Млечный Путь – единственная галактика. Теперь мы знаем о существовании сотен миллиардов других, удаляющихся друг от друга вследствие колоссального взрывного расширения – Большого взрыва. В «космическом зоопарке» обнаружились экзотические обитатели, в начале XX в. трудно вообразимые даже в самых смелых мечтах: пульсары, квазары, черные дыры. В пределах нашего наблюдения могут найтись ответы на самые сложные вопросы, мучающие человечество, – о происхождении, природе и судьбе всей Вселенной.

Пожалуй, самым тяжелым побочным следствием научной революции стало развенчание многих верований, наиболее удобных и любезных нашему сердцу. На смену обжитому антропоцентричному мирку предков пришла ледяная, бесконечная, равнодушная Вселенная, где человечество – лишь безвестная пылинка. Но я вижу в углубляющемся постижении Вселенной основы величественного, сложного и совершенного порядка, намного превосходящего все, что могли представить наши прародители. Чрезвычайно многое во Вселенной можно понять в рамках немногих простых законов природы, и желающие верить в бога, разумеется, вольны именовать эти стройные законы высшим разумом, лежащим в основе всего сущего. Сам я полагаю, что гораздо лучше постигать Вселенную как она есть, чем рисовать ее такой, какой нам хотелось бы ее видеть.

Обрести понимание и мудрость, необходимые для подлинного овладения научными достижениями XX в., – вот основополагающая задача XXI в.