Знание-сила, 2009 № 02 (980) - [9]
Вот уже четыре с половиной миллиарда лет планеты обращаются вокруг Солнца. Мы привыкли к их размеренному ходу; они движутся, как заведенные часы — из века в век, из тысячелетия в тысячелетие. Кажется, что небесная машинерия — самый надежный механизм мироздания. Мы знаем, где окажутся стрелки часов через сорок минут, через десять дней… Да и движение планет вроде бы предсказуемо на миллионы лет вперед: пророчества Кеплера отлились в монументальную форму законов. Так ли это? Ведь не раз в этой отлаженной системе грозил воцариться хаос.
Восемь больших планет и огромная свита, собранная из астероидов, карликовых планет и прочих плутиносов, церемонно кружат по небу, сохраняя заведенный порядок, но стоит кому-то выбиться из строя, как «карточный домик» валится. Изменившуюся силу притяжения ощущают на себе соседние планеты. Все это напоминает — другое сравнение — игру в бильярд, затеянную на космических просторах. Свернувший в сторону шар планеты заставляет катиться иначе и другие, соседние с ним шары.
«Стабильность Солнечной системы не вытекает ни из каких математических расчетов. Это одна из эмпирически обоснованных научных догм. Так как на протяжении последних трехчетырех веков люди не наблюдали никакого серьезного отклонения траекторий планет от их наблюдавшихся ранее орбит, в науке утвердилось представление о стабильности движения планет вокруг Солнца, — пишет в своей работе «История под знаком вопроса» математик Е.Я. Габович, эмигрировавший из СССР в 1980 году. Стабильность Солнечной системы — это лишь некий постулат веры, восходящий ко времени Ньютона, когда загипнотизированные возможностью теоретического описания поведения динамических систем в небесной механике великие ученые узрели в математике новое божество».
Видимый покой обманчив. Еще в 1889 году французский математик Анри Пуанкаре показал, что невозможно раз и навсегда рассчитать, как поведут себя хотя бы три тела, связанные друг с другом силами взаимного притяжения. Конечно, можно составить уравнения, которые описывают их перемещения, но решить оные не представляется возможным. Ответы получатся приблизительными. У всех этих тел (в нашем случае — планет) останется толика свободы.
Итак, эта система уравнений имеет лишь приближенное решение. Впрочем, данное слово не должно обманывать. Это решение позволяет с точностью до секунды предсказать солнечное или лунное затмение, а также безошибочно вывести автоматический аппарат на орбиту Юпитера или Сатурна. Однако оценить далекое будущее планет можно лишь с долей вероятности. На них, как и на мир электронов, распространяется свой «принцип неопределенности».
Планируя, повторюсь, космические экспедиции, которые продлятся несколько лет (и даже десятилетий, столетий), мы получим результат поразительной точности. Если мы захотим узнать, что произойдет с планетами через пару миллионов лет, то и здесь мало в чем ошибемся. На оси Времени наша пара миллионов — лишь неприметная точка. Таким образом, если в микромире «точность, с которой известно положение частицы, зависит от ее состояния движения» («Берклеевский курс физики»), то в космосе она зависит от времени. В момент t = 0 место планеты на карте небес достоверно ведомо, когда же космическое время будет немного отлично от нуля (на Земле пройдут десятки миллионов лет!), тогда и судьба планеты, — прежде всего земного типа, — станет неопределенной. Мы лишь будем строить догадки, говоря, что случится с ней (так физики микромира предсказывают поведение электрона: «С вероятностью 50 процентов он пересек барьер, с вероятностью 50 процентов остался по эту сторону барьера»).
Вот и теперь астрономы, решив заглянуть в будущее, подсчитывают шансы планеты занять то или иное место на своде небес. Ее траектория через длительный промежуток времени уже не укладывается в рамки науки Кеплера и Ньютона, ее нельзя вычислить, а можно только предугадать. Что ожидается? Что состоится?
Итак, крупным планом — Солнечная система. Время громадным кораблем мчится по своей реке. Планеты пловцами подрагивают в набежавших волнах, хаотично уплывая во все стороны. Кто с кем столкнется, кто куда денется, когда — миллиарды лет спустя — этих «купальщиков» перемешают нахлынувшие на них волны? Ответа не даст никакая точная наука. «Вероятно, они останутся.», «возможно, они сместятся.», «наверное, столкнутся» — этот набор формулировок разделяет силу и слабость современной астрономии. Здесь оканчивается мир, поддающийся счету с использованием классических приемов механики XVIII века, и мир постклассический, где вероятность возводит случай в квадрат, а к полученному результату прибавляет недопустимую погрешность. Имя этому произволу — хаос, высший порядок мироздания.
Используя все более мощные вычислительные машины, астрономы вот уже четверть века пытаются угадать облик Солнечной системы в далеком будущем. Еще в 1980-е годы Джек Уисдом и Джеральд Зуссман из Массачусетсского технологического института решили проверить, так ли прочны скрепы планетного царства? Они стали изучать орбиты планет, пользуясь специально созданным компьютером.
