Происхождение и возраст Земли - М. Субботин

Но новый взгляд на Вселенную, признание того, что «подлунный мир» и «небо» подчиняются одним и тем же законам природы, что между ними нет никакой принципиальной разницы — этот взгляд установился далеко не сразу и лишь в результате ожесточённой борьбы. Ещё Коперник считал, что небесные светила могут двигаться только по окружностям (как наиболее совершенным кривым, как бы выражающим идею вечности) и только с постоянной скоростью, так как всякое другое движение было бы, по его мнению, «недостойно небесных светил». Для Коперника, как и для Птолемея, мир ещё ограничен сферой неподвижных звёзд, хотя он, в отличие от Птолемея и считал, что неподвижные звёзды чрезвычайно удалены от нас. Излагая своё учение, Коперник отделяет то, что доступно познанию, от того, «чего мы знать не можем».

Не только для Коперника, но и для его великого продолжателя Кеплера, окончательно установившего законы движения планет, вопрос о происхождении Земли ещё стоял вне науки. Для них обоих мир неизменен — он таков, каким был сотворён. Идея развития Вселенной ещё отсутствовала. Чтобы могла возникнуть космогония, т. е. наука о развитии мира, о происхождении планет, звёзд, звёздных систем, нужен был глубокий сдвиг во всём миропонимании. Этот сдвиг, знаменовавший переход от средневекового феодализма с его церковно-схоластическим мировоззрением к новому времени, ярко выразился в философии Декарта.

В основе этой философии, оформившей в середине XVII века новый взгляд на мир, лежала могучая уверенность в том, что разум сам по себе, независимо от каких бы то ни было авторитетов, в том числе и авторитета церкви и религии, может постигнуть истину. Она вся была проникнута стремлением к причинному объяснению явлений. В своих «Началах философии», опубликованных в 1644 г., Декарт пытался построить грандиозную теорию, которая должна была объяснить развитие мира, начиная с первичного однородного состояния материи вплоть до нынешней сложной структуры солнечной системы и всей земной жизни. По его замыслу эта теория должна была охватить историю всей Вселенной, включая историю Земли, историю растений и животных, историю человека. Основой развития Вселенной Декарт провозгласил вихреобразное движение частиц вещества.

Рассматривая первоначальный мир, как хаос находящегося в движении вещества, Декарт исходил из убеждения, что природа сама может распутать сложность этого хаоса и привести части вещества в весьма стройный порядок. В результате движения и трения друг о друга частиц вещества, постоянно нарушается его однородность и постоянно образуются вихри. Под воздействием этих вихревых движений бесформенность скопления первоначального вещества сглаживается, причём мельчайшие частицы вещества осаждаются в центрах вихрей, образуя Солнце и звёзды.

Созданная Декартом теория вихрей пыталась (подобно учениям некоторых древнегреческих философов) одним общим всеобъемлющим принципом объяснить и образование миров во Вселенной, и те процессы, которые происходят в ней в настоящее время. При помощи вихрей Декарт пытался объяснить движение планет вокруг Солнца, вращение планет, движение спутников вокруг планет, и, наконец, весь процесс образования солнечной системы.

Появление теории вихрей, дающей такую стройную и исчерпывающую картину мира в его историческом развитии, произвело на современников огромное впечатление. Она впервые полностью уничтожала церковное мировоззрение, безраздельно господствовавшее в течение многих веков. В этом было её положительное значение и причина того энтузиазма, с которым относились к теории вихрей многие выдающиеся учёные не только XVII, но и начала XVIII века (Гюйгенс, Лейбниц, Бернулли).

Но непосредственного значения для развития науки теория вихрей не имела, так как была ошибочна в самых своих основах. Вместо того, чтобы выводить силы, действующие между телами, из наблюдений, Декарт исходил из произвольного предположения о существовании вихрей. Вместо того, чтобы дать настоящую научную теорию, позволяющую делать точные расчёты, которые можно сравнивать с наблюдениями, Декарт ограничился лишь общими рассуждениями, не приводящими к числовым результатам.

В 1686 году Ньютон опубликовал свои знаменитые «Математические начала натуральной философии», где все движения небесных тел сведены к одному общему принципу — закону всемирного тяготения. Согласно этому закону все тела во Вселенной, точно так же как все тела на Земле, притягиваются друг к другу с силой, которая тем больше, чем больше их массы; сила эта быстро убывает с увеличением расстояния между телами. Ньютон нанёс теории вихрей смертельный удар. Но борьба между сторонниками закона всемирного тяготения и приверженцами философии Декарта (так называемыми картезианцами) продолжалась ещё несколько десятилетий.

Ньютон и его последователи неопровержимо доказывали, что закон всемирного тяготения не только полностью, во всех деталях, объясняет движения небесных тел, но объясняет и такие явления, остававшиеся в течение тысячелетий неразрешимой загадкой, как морские приливы и предварение равноденствий. Предварение равноденствий было открыто ещё Гиппархом, который нашёл, что длина года, определённая как промежуток времени между двумя весенними равноденствиями (так называемый тропический год), на 20 минут 40 секунд короче, чем длина года, найденная как промежуток времени, по истечении которого Солнце занимает прежнее положение относительно звёзд (звёздный или сидерический год). Коперник показал, что это явление вызывается медленным перемещением земной оси, описывающей в 26 ООО лет конус. Ньютон доказал, что такое движение земной оси является неизбежным следствием закона всемирного тяготения. Более того, закон всемирного тяготения сразу же привёл к открытию новых явлений — например, сжатия Земли у полюсов.

Однако, сущность всемирного тяготения — этой удивительной силы, заставляющей частицы вещества, сколь угодно далёкие, стремиться друг к другу, — оставалась совершенно непонятной. Поэтому картезианцы считали, что закон всемирного тяготения не разрешает загадку движений небесных тел, а только заменяет её другой, между тем как теория вихрей давала, как им казалось, полное и окончательное объяснение устройства мира.

Но перед непреодолимой мощью математических доказательств картезианцам очень скоро пришлось уступить. Закон всемирного тяготения так просто и естественно раскрывал все свойства движений планет, так убедительно показывал, что сила, управляющая этими движениями, есть та самая сила тяжести, которая с детства известна каждому, этот закон так поразительно точно предсказывал новые явления, что сомневаться в том, что здесь мы действительно имеем закон природы, не было возможности.

Что же касается до сущности силы тяготения, то она стала нам известна лишь в 1915 году, когда Эйнштейн, создав общую теорию относительности, показал, что закон всемирного тяготения является одним из необходимых следствий этой теории. Таким образом, с момента, когда закон всемирного тяготения стал основой физики и астрономии, до выяснения природы силы тяготения (или, что то же — силы тяжести) прошло 230 лет, наполненных неустанными попытками разгадать тайну этой силы. Прекрасный пример того, что не всегда наука даёт немедленно ответ на интересующие нас вопросы! Но всё-таки рано или поздно она этот ответ даёт.

4. Возникновение научной космогонии 

Закон всемирного тяготения развеял теорию вихрей — эту последнюю попытку проникнуть в тайны развития мира сразу, одним могучим взлётом фантазии, вместо того чтобы постигать их медленным и упорным трудом, по крупицам вырывая у природы её секреты. Но этот же самый закон всемирного тяготения стал вместе с тем прочным основанием для построения научной космогонии, т. е. такой космогонии, в которой картина развития Вселенной выводится из твёрдо установленных законов природы при помощи строгих математических рассуждений.

Первая такая попытка была сделана знаменитым философом Кантом в сочинении, вышедшем в 1755 г. под длинным названием: «Всеобщая естественная история и теория неба или попытка рассмотреть устройство и механическое происхождение всего мироздания на основании ньютоновских законов».

Кант исходил из предположения, что вся материя, образовавшая Солнце и планеты, вначале была равномерно распределена в теперешних границах солнечной системы и находилась в беспорядочном, хаотическом движении. Он старался далее показать, что взаимное притяжение частичек материи привело в конце концов к образованию большой центральной массы — теперешнего Солнца и к круговому движению всего оставшегося вещества вокруг Солнца; это вещество должно было затем, как думает Кант, под влиянием притяжения образовать планеты.

Кант был прав в том отношении, что равномерно распределённая в пространстве материя находится в неустойчивом состоянии и должна, под действием тяготения, распасться на отдельные части. Но он делал грубую ошибку, когда считал, что из беспорядочного движения частиц может возникнуть общее вращательное движение, ибо это противоречит одному из основных законов механики — закону сохранения количества вращения. Количество вращения какой либо массы вычисляется как сумма количеств вращения всех её частиц. Количество вращения отдельной частицы, вращающейся по окружности, равно произведению трёх величин: массы частицы, её скорости и радиуса окружности. Количество вращения называется также моментом количества движения. Согласно закону сохранения количества вращения, имеющему первостепенное значение для космогонии, общее количество вращения, присущее любой массе вещества, может измениться лишь при соответствующем внешнем воздействии. Внутренние же силы (в данном случае — силы взаимного притяжения отдельных частичек) изменить общее количество вращения не могут. Так как при хаотическом движении частичек общее количество вращения равно нулю, то оно навсегда останется равным нулю, и ничего похожего на нашу солнечную систему, имеющую большое количество вращения (благодаря вращению Солнца и обращению вокруг него планет в том же направлении, в каком вращается Солнце), получиться не может.