Фізика мультивсесвіту

«De Luce» («Про світло») – праця Роберта Гросетеста, написана латиною 1225 р., пронизана математичними концептами й цілком присвячена природі космосу та матерії. Чотири століття до ньютонового закону всесвітнього тяжіння, на сім століть раніше за теорію Великого вибуху Гросетест описав свій Всесвіт: народжений сильним вибухом, в результаті якого виникла кристалічна матерія. І не лише зірки й планети, з вибуху постав цілий космос, пов’язані між собою сфери, з яких він складається, а Земля стала його центром. «De Luce» – найстаріша з відомих нині спроб описати небо й землю фізичними законами.  Її автор не здогадувався, що його роздуми стосуються й інших світів – маленької групи впорядкованих Всесвітів в океані хаотичних утворень. «Мультиверсум» – так його називає й сучасна фізика.

Земля – в центрі. Згідно з середньовічним уявленням Земля складається з ідеальних сфер, в яких перебувають небесні тіла. Ця модель визначала мислення філософів аж до ХVI ст. На хроніці 1493 року відображений такий світогляд, який в онову своєї праці поклав і відомий мислитель ХІІІ ст. Гросетест.

Дослідження, про яке йдеться, – не звичайна публікація, яку на початку року опублікували в фаховому журналі «Nature». І не тема робить її унікальною (вона пасувала б кожному виданню, присвяченому астрофізиці), тема, що розповідає про обрахунки взаємодії матерії й світла в ранньому Всесвіті. Ні, незвичним став об’єкт розвідки – середньовічний манускрипт з-під пера Роберта Гросетеста, англійського вченого ХІІІ ст.

Вчені переклали та проінтерпретували науковий доробок Гросетеста в межах міждисциплінарного проекту, яким керував Даремський університет. Над ним спільно працювали філологи й медієвісти, фізики та космологи. Результати спільної роботи збагатили й природознавство, й гуманітарні науки.

Праця Гросетеста доводить, наскільки прогресивною була натурфілософія ХІІІ ст. Жодного сліду «темних часів», про які залюбки говорять у доповідях про історію науки, про середньовічну натурфілософію, що зайшла в науковий тупик, заглибоко занурившись в алхімію та астрологію.

Звичайно, роздуми на рукописних сторінках пергаменту насичені метафізикою, чужою для нас, до того ж – написані формальною латиною. Та незважаючи на це, наука ХІІ-ХІІІ ст. – вирішальна фаза в історії мислення.

На той час – кінець ХІІ ст. – спостереження, на яких базувалася наука Арістотеля, спричинили бурю серед вченої спільноти Європи. Його літературний спадок переступив культурні та мовні обмеження: з грецької через арабську до латини, на якій його передавали з покоління в покоління. Гросетест й Аверроес в Кордобі та Джерард з Кремони в Толедо задумувалися над глобальними запитаннями: що таке колір? Що таке світло? Як з’являється веселка? Як виник космос? Не можна недооцінювати силу уявлень, які вважають ці питання такими, на які в принципі можна відповісти.

Роберт Гросетест (приблизно 1175-1253 рр.) походив з невідомої сім’ї англо-норманців, був єпископом Лінкольна, став одним з найпомітніших теологів свого часу. Одним із перших мешканців Північної Європи він прочитав перекладені твори Арістотеля, маючи на меті почерпнути з них нове знання про найгостріші тоді проблеми: «що можемо знати про світ?», тобто онтологію, і «як можемо це дізнатися», тобто епістемологію. Наприкінці ХІІІ ст. філософ Роджер Бекон назвав його «найвидатнішим математиком» свого часу. На працях Гросетеста з оптики виховували покоління математиків і натурфілософів, передусім в Оксфорді XIV ст. та у Празі XV ст.

Без спільної роботи науковців різних галузей досліджувати наукове мислення ХІІІ ст. – неможливо. Потрібно досконало знати латину, історію та філософію, фізику й інші природничі науки. Науковий проект під керівництвом Даремського університету почався на семінарі, присвяченому Гросетесту, який 2008 року вів один з членів майбутньої команди науковців Том Маклайш. Фізик почав цікавитися мислителями ХІІІ ст., відвідував у Лідсі доповіді історика Джеймса Гінтера з Сент-Луїського університету (Міссурі, США).

Медієвіст з Дарема Гайлс Гаспер захопився ідеєю кооперації та залучив інших знавців Гросетеста, серед них Сечілію Панті з Римського університету Тор Вергата, Ніла Левіса з Джорджтаунського університету в Вашингтоні та латиніста Греті Дінкова-Бруна з Папського інституту медієвістичних досліджень в університеті Торонто. Перед тим, як взятися за «De Luce», потрібно було випробувати метод роботи на маленьких, простих працях Грсетеста, зокрема, вивчили «De Colore» – працю, присвячену дослідженню кольору, «De Iride» – розвідки про веселку. Вчених підтримувала спеціаліст з вивчення механізмів сприйняття кольору, психофізик Ганна Смітсон з Оксфордського університету та Браян Танер, експерт з оптики в Даремі. «De Luce» з 1940-х рр. є в англійському перекладі.

Гросетест почав наукову розвідку обговоренням проблеми класичного атомізму: якщо атом, з  якого складається матеріал, має вигляд точки, чому матеріал як ціле має об’єм? Відповідь Гросетест знайшов у світлі, що наповнює простір.

Тут він намагається пояснити просторове розширення матерії і її стабільність. І нині захоплює те, що фізичне дослідження учений доповнив математичними висновками. Остаточний об’єм, – пише філософ, – постає з безкінечної множини світла, що впливає на крихітні елементи матерії. Вчений проводить аналогію з результатом співвідношення двох нескінченних сум: дріб «(1+2+4+8+…)/(0.5+1+2+4+…)» дорівнює «2», тобто одному скінченному числу. Хоча поняття границі числової послідовності він виводить не з суто математики, та розуміємо, що він хотів виразити: коли числівник та знаменник дробу збільшувати одночасно, результат залишається скінченним. 

Третім помітним моментом в «De Luce» є ідея універсальності: ця ж фізика, яка описує світло й матерію як земні явища, придатна для вивчення космосу загалом.

На початку історії космосу, на думку Гросетеста, відбувся вибух прадавнього світла, який він називає «lux». Цей вибух надув Всесвіт до розмірів величезної кулі, через що матерія на її межах стала дуже тонкою. Читача ХХІ ст. така гіпотеза неодмінно наштовхне на думку про Великий вибух.

Потім Гросетест робить припущення: матерія має щось на кшталт мінімальної густини, з якої виходить «досконалість», ця матерія набуває кристалічної форми. Сьогодні ми б сказали: відбувається фазовий перехід. Перфекціоналізація починається в оболонці, що ззовні космосу, її вважали найбільш кристалізованою зі всіх оболонок середньовічного Всесвіту.

Звідти ллється ідеальна матерія – другий вид світла, що називається «lumen», – назад до центру космосу. Тиск випромінювання «lumen» штовхає матерію на своєму шляху вперед. накопичує її у просторі, а з протилежного боку вона стає тоншою. Подібний процес в сучасній фізиці відбувається тоді, коли ударні хвилі наднової скеровують своє випромінювання всередину.

Як соната, що повертається до головної теми, мислитель знову згадує скінченне відношення двох нескінченних сум – як квантування, правило, яке допускає тільки скінченний результат. Подіне знаємо про енергетичні рівні атомів. Вони зводять кількість сфер матерії до скінченного числа.

Щоби створити космос у відповідності з середньовічними уявленнями, Гросетест задіяв 9 ідеальних сфер, які огортають Землю, що є їхніх центром. Це були «небо», нерухомі зорі, Сатурн, Юпітер, Марс, Сонце, Венера, Меркурій і Місяць. Завдяки їхній нерухомості, густина матерії в другій оболонці була удвічі більшою, ніж у першій, в третій – втричі більшою, ніж у першій, і так далі. Отже виникає закономірний порядок взаємно диференційованих сфер.

Завершальний аргумент остаточно уніфікує небо й землю Гросетеста: на шляху до центру Всесвіту залишок недосконалої матерії такий густий, а випромінювання «lumen» таке слабке, що жоден подальший фазовий перехід настати не може. Так Гросетест пояснює арістотелівське розрізнення досконалої сфери неба та недосконалої землі, тобто  атмосфери.

Типова для Середньовіччя будова Всесвіту, його сфер. Коли команда науковців на чолі з Даремським університетом перевела гросетестові закони природи в формули, то на комп'ютері отримали таку схему.

Отже, «De Luce» – перший приклад проекту, згідно з яким на землі та небі діють одні й ті ж фізичні закони, хоча домінують тут дуже різні структури. Й так вважають ще впродовж сотень років, аж до 1687 року, коли Ісаак Ньоютон вводить в гру силу гравітації, під впливом якої речі падають на підлогу, а Місяць обертається навколо Землі.

Завдяки здійсненому перекладу вдалося усунули одне непорозуміння раніших дослідників Гросетеста, згідно з якими світло виходить з центру й на нього ллється. Аби краще зрозуміти висновки фізичного механізму та сам текст праці «Про світло», науковці вдалися до комп’ютерного моделювання.

Спочатку вчені ідентифікували 6 основоположних «законів природи» в рукописі філософа, що описують принципи взаємодії світла й матерії, умови доскональності матерії та відбиття променів, тобто абсорбції «lumen». Ці закони перевели в математичні формули, застосувавши сучасні поняття, зокрема непроникність світла, їх можна вивести з тексту, хоча й прямо їх тут не називають. Потім вирахували диференційне рівняння всередині тривимірного, кулеподібного простору.

Річард Бовер, космолог з Даремського університету, вирахував простір усіх можливих середньовічних Всесвітів шляхом систематичного варіювання значень чотирьох параметрів: власне градієнтів давнього розподілу матерії після «Великого вибуху», сили зв’язку між світлом та матерією, прозорості світла неідеальної та кристалічної матерій.

Отримали багато значень. Але параметри дуже вузької області відображали послідовність 9 ідеальних небесних сфер та 4 земних всередині орбіти Місяця – вогню, води, повітря та землі. Отже, науковці відтворили картину середньовічного світогляду.

Більшість параметрів системи обчислення не відповідають або зовсім ніякій сфері, або зумовлені мішаниною сотень не впорядкованих за радіальним критерієм густини оболонок. Інші моделі Всесвіту вказують на нескінченне число сфер з необмеженими показниками густини. Але завдяки математичним підрахункам науковці натрапили на середньовічний мультиверс.

Питання «чи можливо, що існує багато Всесвітів» стало предметом жвавого обговорення свого часу. В папському декреті 1277 року вказано: різні наукові доведення з цього приводу слід вважати лженаукою. Гросетест не брав участі в цих дебатах, принаймні в жодному творі не намагається ні довести, ні спростувати існування багатьох світів.

Сьогодні геоцентричний Всесвіт не витримує критики.  Завдячуємо цьому знанню зокрема й  зближеним спостереження через телескоп, які стали можливими в XVII ст. 1225 року найпростіша теорія збігалася з результатами спостереження. Гросетестові спроби фізично пояснити космос та його виникнення захоплюють, вказують і на обмеження сучасної космологічної теорії, адже вона досі не зважає на конкретні чинники, зокрема «темну матерію», «темну енергію».

Переклад «De Luce» заставляє задуматися, наскільки важливо для природничих та гуманітарних наук працювати спільно над проектом і при тому перевіряти нові методи мислення та роботи. Це мусить нагадувати, що традиція мислення, яку сьогодні називають «наукою», має довгу історію.

Як і гуманітарії, так і представники природничих факультетів вважають проект дуже продуктивним і таким, що сильно змінює погляд на оптимальні методи дослідження; кооперація змушує шукати згоди, дискутуючи про нові проблеми та уявлення. Спочатку були труднощі та виклики, бракувало терпіння, але потім всі члени команди дійшли згоди стосовно методів і вихідних пунктів. Їхні очікування в процесі дослідження змінилися. На початку проекту хотіли краще зрозуміти текст, а потім підтвердили нові наукові відкриття.

800-річна подорож від космологічних роздумів Роберта Гросетеста до ідей сучасності чітко ілюструє прогрес повільної еволюції ідей.

Текст опублікований в «Nature» під назвою «Історія: середньовічний мультиверс» («History: A medieval multiverse»).

Зреферувала Соломія КРИВЕНКО

Оригінал за посиланням http://www.spektrum.de.