Страница 1 из 13

Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

Шарф Калеб

Калеб Шарф

Ошибка Коперника: загадка жизни во Вселенной

Человек как царь природы в мире светил и вероятностей

Caleb Scharf

The Copernicus Complex:

Our Cosmic Significance in a Universe of Planets and Probabilities

Права на перевод получены соглашением с Scientific American, Farrar, Straus and Giroux, LLC, New York.

Пролог

От микрокосма к космосу

Все начинается с капельки воды.

Крепко зажмурив один глаз, торговец мануфактурой и начинающий ученый Антони ван Левенгук[1] пристально вглядывается в крошечную лупу, которую он сделал из осколка оконного стекла. По другую сторону сверкающей линзы – дрожащая капля озерной воды, которую Левенгук зачерпнул накануне во время прогулки по окрестностям голландского города Дельфта. Левенгук подносит лупу то ближе, то дальше, то напрягает зрение, то расслабляет – и вдруг понимает, что провалился в новый мир, в кишащий обитателями город совершенно незнакомого образца. Невидимая доселе Вселенная, скрытая в капельке воды, – это толпы грациозных спиралей и шустрых переливчатых пятен, мириады колокольчиков с тоненькими хвостиками, и все елозят, крутятся, снуют, и не подозревая, что он на них смотрит. Поразительное зрелище: Левенгук не просто человек, он великан вселенских размеров, наблюдающий жизнь в ином мире, который заключен в его собственном. А если всего в одной капельке воды заключена целая Вселенная – может быть, свои Вселенные есть и в другой капельке, и в третьей, и во всех-всех капельках воды на всей Земле?!

На дворе 1674 год – затишье между тектоническими сдвигами в западной науке и философии. Чуть больше века назад польский ученый и эрудит Николай Коперник опубликовал свой трактат «De revolutionibus orbium coelestium» – «О вращении небесных сфер». В этой книге Коперник выдвинул гелиоцентрическую модель Вселенной, сместив Землю из центра мироздания на второстепенное место: оказалось, что она всего лишь вращается по орбите вокруг Солнца.

Прошло всего несколько десятков лет, и итальянец Галилео Галилей создал телескопы и увидел спутники Юпитера и фазы Венеры, и это убедило его, что Коперник был прав. В то время такое мировоззрение было ересью и дорого обошлось Галилею, когда привлекло пристальное внимание инквизиции. Современник Галилея немец Иоганн Кеплер пошел даже дальше: он утверждал, что орбиты планет, в том числе Земли, представляют собой не идеальные окружности, а эллипсы, что подрывало концепцию рациональной Вселенной. А пройдет чуть больше десяти лет с того времени, когда мы застали Левенгука с лупой, и великий английский ученый Исаак Ньютон опубликует свои фундаментальные «Математические начала натуральной философии» и сформулирует законы тяготения и механики, благодаря которым устройство нашей Солнечной системы и Вселенной в целом становится конструкцией строгой и прекрасной, которая не подчиняется ничему и никому, кроме физики и математики. Да, это поразительное время в истории человечества – с какой стороны ни взгляни.

Антони ван Левенгук пришел в наш бурный и изменчивый мир в 1632 году. Он родился в городе Дельфте и поначалу вел жизнь совершенно заурядную. Образования, не считая начального, он не получил. В молодости он быстро завоевал репутацию преуспевающего торговца льняными и шерстяными тканями. Однако он был человеком весьма любознательным и как-то сказал, что его «терзала жажда знаний», и это качество и позволило ему оставить человечеству обширный корпус сочинений о его великой страсти – микрокосме.

Примерно в 1665 году Левенгуку случайно попал в руки великий труд «Micrographia»[2] английского ученого Роберта Гука[3]. Само по себе сочинение «Micrographia» – незаурядное культурное явление: это была первая крупная публикация только что организованного Лондонского королевского общества, первый научный бестселлер и сокровищница чудесных, тщательно проработанных зарисовок увеличенной текстуры всего на свете – от минералов до насекомых, птичьих перьев и растений. Это был атлас мира, увиденного совершенно другими глазами – глазами микроскопа.

Искусство увеличивать изображения предметов при помощи нескольких линз появилось как техническая новинка лишь незадолго до этого, в конце XVI века. Составной микроскоп[4] позволил Гуку, наделенному не только острым зрением, но и острым умом, запечатлеть на прелестных рисунках все те чудеса, которые, оказывается, таились у всех под носом. Но даже лучшие микроскопы Гука добивались увеличения всего лишь раз в 10–50, не больше. А что же таится еще глубже? Для Левенгука соблазн разгадать эту тайну был непреодолимым, поэтому он поставил перед собой задачу создать оптический прибор, необходимый для того, чтобы самому заглянуть в эти неведомые земли.

Как именно Левенгук создал свои микроскопы, остается неясным до сих пор. Левенгук был необычайно скрытен и к тому же любил обставить свои открытия несколько театрально, поэтому проводил исследования, запершись у себя дома. Но, если судить по инструментам, которые он завещал Королевскому обществу, и по воспоминаниям посетителей, мы знаем, что главный секрет заключался в создании крошечных стеклянных бисерин идеальной формы – возможно, для этого Левенгук спаивал концы тончайших стеклянных волокон[5]. Затем он вставлял эти сферические линзы с фокусным расстоянием всего лишь миллиметра в два в медные пластинки с тисочками, которые позволяли помещать рассматриваемый препарат прямо перед линзой. Если держать пластинку прямо на уровне глаза, можно добиться поразительного увеличения – в самых удачных случаях чуть ли не до 500 раз!

Более того, Левенгук не ограничился одним и даже несколькими микроскопами. Им овладел новаторский порыв, достойный современности, и он создал более двух сотен приборов[6]. Похоже, он делал особый микроскоп чуть ли не для каждого образца, который хотел изучить, – то есть каждый раз это был индивидуальный подход. Так и получилось, что прошло несколько лет, и в один сентябрьский день 1674 года изобретательный торговец поместил перед линзой очередной «смотровой пластинки», созданной специально по такому случаю, судьбоносную каплю воды[7].

Рис. 1. Схема микроскопа Левенгука.

Препарат помещают на кончик подвижного металлического штырька прямо перед отверстием в пластине, куда вделана стеклянная линза. Если поднести всю конструкцию к глазу, получится полная оптическая система.

Прирожденный талант создавать оптические системы привел Левенгука не в космическое пространство, а в микромир – однако на этом пути его ждали не менее увлекательные приключения. В капельках воды он обнаружил[8] совершенно неизвестные разновидности живых организмов, которые укрылись от любопытного человечества благодаря тому, что были попросту слишком малы и не видны невооруженным глазом. Кроме того, Левенгук быстро понял, что если эти миниатюрные живые существа могут оказаться в капельке озерной воды, значит, они есть повсюду, и расширил свои исследования на иные области.

О Левенгуке написано огромное количество литературы и существует множество электронных ресурсов. Его часто называют «Отцом микробиологии». Хотя Левенгук был ученым-любителем в том смысле, что не получил никакого официального образования, он состоял в Королевском научном обществе Англии. Всего он написал в Общество и другие научные учреждения более пятисот писем, где рассказывал о своих наблюдениях, в том числе – первых наблюдениях клеток крови и спермы. Интересная историческая подробность: в 1676 году он был душеприказчиком великого живописца Яна Вермеера. Левенгук умер в 1723 году, достигнув девяноста лет. Ему посвящен прекрасный веб-сайт: www.vanleeuwenhoek.com.

У книги есть и подзаголовок: «Некоторые физиологические описания крошечных телец, сделанные при помощи увеличительных стекол, а также их наблюдения и исследования» (вот так вот!). Труд был опубликован в 1665 году (первое издание – London: J. Martyn and J. Allestry) и содержал великое множество рисунков и рассуждений: «О жале пчелы», «О перьях павлина», «О лапках мух и других насекомых», «О голове мухи», «О зубах улитки», «О бороде дикого козла», «О бриллиантах в кремне», «О растительности на листьях, пораженных паршой», «О неизвестном насекомом, напоминающем краба». См. также короткую статью P. Fara, «A Microscopic Reality Tale», Nature 459 (2009): 642–44.

Английский ученый-энциклопедист (1635–1703) и выдающийся изобретатель. Происходил из относительно бедной семьи. Занимал должность «попечителя научных опытов» в недавно основанном Королевском научном обществе, а кроме того, много трудился на ниве микроскопии и подошел очень близко к тому, чтобы вывести основные составляющие ньютонова закона всемирного тяготения. Считается, что именно Гук ввел в научный обиход термин «клетка», поскольку он первым применил его при описании похожих на коробочки растительных клеток, которые рассматривал под микроскопом.

До Левенгука уже создавались микроскопы с несколькими линзами, позволявшие рассматривать предметы под большим увеличением. Самая простая система представляла собой две линзы с разными фокусными расстояниями, встроенные в разные концы трубки.

Приемы Левенгука изучены не полностью. Однако, похоже, он сумел усилить оптическую мощность микроскопов при помощи крошечных сферических линз, избежав необходимости тщательно полировать их. Капельки воды, в которых содержались рассматриваемые образцы, вероятно, также представляли собой своего рода сложный оптический механизм, где вода играла роль линзы.

Оценки историков разнятся: по некоторым источникам, микроскопов было более пятисот, однако, возможно, речь идет о количестве линз, а не собственно микроскопов. Левенгук работал над ними примерно полвека, так что эти числа, возможно, не слишком преувеличены.

Судя по записям Левенгука, эта вода, скорее всего, была взята из небольшого озерца Беркельсе Мер в окрестностях Дельфта.

Левенгук писал: «И, разглядев воду, как указано выше, я взял небольшое ее количество в стеклянный сосуд; рассмотрев же воду на следующий день, я обнаружил плававшие в ней различные частички почвы, какие-то зеленые волокна, закрученные спиралью наподобие змей, очень ровно и упорядоченно, словно медные или оловянные змеевики, при помощи которых винокуры охлаждают свои напитки, когда перегоняют их. По толщине каждое из этих волокон было сравнимо с волоском с человеческой головы».