Чи квантована Сонячна система?
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Чому природа не робить нічого даремно, і звідки виникає весь порядок і краса, які ми бачимо в світі? І. Ньютон.
Гармонія структури і рухів планет Сонячної системи, та «музика сфер», що не давала спокою Йогану Кеплеру, вражала навіть непосвячених і поетів. З давніх часів ця гармонія служила предметом глибоких філософських роздумів і невпинного наукового пошуку. У чому прихований сенс цієї гармонії? Чому природа вибрала цей, спостережуваний в єдиному екземплярі і такий, що здається нам гармонійним і природним, а іноді і парадоксальним спосіб існування?
Сонячна система, найбільш близька до нас планетна система, здавалося б, і краще за все вивчений астрономічний об’єкт Всесвіту. Але в підсумку декількох тисячоліть розвитку наглядової астрономії і через кілька століть після народження небесної механіки в її сучасному розумінні накопичені дані спостережень підводять науку до необхідності радикального критичного аналізу існуючих теоретичних уявлень. І не тільки ці дані або виявлені раз у раз аномалії і невідповідності стимулюють нові пошуки.
Більше двохсот років, наприклад, класична небесна механіка зберігає величне мовчання з приводу емпіричного закону Тиціусу-Боде (закони планетних відстаней). Цей виклик, навіяний уявленнями Кеплера і його «Гармонією світу» і «Космографічною таємницею», був кинутий ще в 1766 році, але і досі в рамках класичних уявлень не дозріло якесь зв’язне розуміння того, що відстані планет від Сонця або відповідні їм періоди обертання планет повинні підкорятися певній, послідовно теоретично обґрунтованій закономірності. Чому? Можливо, проблема надзвичайно складна або вузький концептуальний базис і фундаментальні підстави сформованих уявлень?
В такому випадку, які сучасні погляди можуть претендувати на роль цього базису, включати природним чином в себе ігноровані класикою факти і явища? Однак перш – про самі факти, точніше, лише про один їх комплекс.
Видима структура Сонячної системи в значній мірі характеризується лінійними розмірами її планетних орбіт. Так, великі півосі цих орбіт, виражені в астрономічних одиницях, являють собою зростаючу послідовність чисел. Досить точні значення цих величин самі по собі ще не вкладаються в будь-яку видиму закономірність. Але ось різниці великих піввісь сусідніх планетних орбіт, віднесені (або, як кажуть математики, нормовані) до цілком певної, спеціально обраної величини, несподівано дають практично цілочисельний ряд чисел. Ця величина, що дорівнює 0,037219300 астрономічної одиниці, виявляється деяким «ключем» до дешифрування структури Сонячної системи, а ряд чисел, отриманих з її допомогою, мабуть, заслуговує на те, щоб називатися «магічним».
Може бути, це просто випадковий збіг? Вдалий інтуїтивний вибір «ключа», що стосується виключно розмірів орбіт? Але тоді слід було б очікувати, що інші параметри нашої планетної системи зовсім і не утворюють цілочисельних рядів. Однак можна безпосередньо переконатися в тому, що, не дивлячись на вже існуючий зв’язок такого роду (швидше за же – при більш тонкому аналізі – завдяки йому), деякі динамічні параметри Сонячної системи також шикуються в невипадкові ряди. Це, наприклад, так звані секторіальні швидкості планетних орбіт, кути нахилів орбіт і осей обертання небесних тіл і так далі.
Про що ж говорять наведені «голі», поки ще, здавалося б, не обтяжені будь-якою інтерпретацією факти? Чи не про те, що отриманий досить точний наглядовий, емпіричний, а тому переконливий, вільний від теоретичних спекуляцій доказ, кажучи сучасною мовою, дискретності структури Сонячної системи? Чи не дозволяють ці факти зробити вдаване справедливим твердження: Сонячна система квантована, тобто володіє, зокрема, властивостями дискретності і цілочисельності її динамічних параметрів?
Не нав’язуючи будь-якого переважного способу мислення, чи має сенс закликати задуматися над сенсом можливих квантових ефектів з найширших позицій. Чи можна плідно інтерпретувати подібні факти квантування Сонячної системи? Адже вони, самі по собі несподівані і дивні, все ж потребують пояснюючу їх доктрину, концепцію, теорію, штовхають дослідників до розуміння фундаментальної суті пов’язаних з ними явищ.
До цього пояснення можуть бути покликані всі можливі нетривіальні концепції – традиційні і нетрадиційні, і в першу чергу, зрозуміло, добре відомі в науці – від класичної небесної механіки до загальної теорії відносності. Кінцевим підсумком, думається, буде значно більш чітке уявлення про глибинну динамічну структуру навколишнього нас фізичного світу.