Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
Ситуация начала стремительно меняться после выхода в свет «Основных начал геологии» Чарльза Лайеля[97] (Charles Lyell. Principles of Geology) в 1830–1833 годах. Лайель был близким другом Дарвина и доказал, что доктрина катастроф не выдерживает никакой критики и не может служить компромиссом между наукой и богословием. Он решил оставить в стороне вопрос о происхождении Земли и сосредоточиться на ее эволюции. Лайель полагал, что основные факторы, сформировавшие облик Земли – вулканизм, седиментация, эрозия и тому подобные процессы – на протяжении всей истории Земли оставались, в сущности, неизменными и по силе, и по природе. В этом и состояла теория актуализма, которая вдохновила Дарвина на создание концепции градуализма в эволюции видов. Главное ее положение было очень просто: чтобы оказать ощутимое воздействие, медленным геологическим силам не нужно ничего, кроме времени. Зато времени нужно очень, очень много. Последователи Лайеля практически отказались от представления об определенном возрасте Земли, предпочитая расплывчатую формулировку «немыслимо долго». Иначе говоря, Земля по Лайелю находилась в квазистатическом состоянии – под воздействием очень медленных процессов в течение, условно говоря, бесконечного времени. Какой яркий контраст с богословскими представлениями о шести тысячах лет!
В определенной степени представление об истории Земли как о неизмеримо долгой геологической эпохе проникло и в «Происхождение видов» Дарвина, хотя сам Дарвин тоже пытался оценить возраст равнины Уилд – эродированной долины, раскинувшейся на юго-востоке Англии, – наделал грубейших ошибок и впоследствии отказался от этой затеи и объявил ее результаты недействительными. Дарвин представлял себе, что эволюция проходит множество фаз, каждая из которых может длиться и десять миллионов лет. Однако между позицией Дарвина и точкой зрения геологов было и одно важное различие. Дарвин и вправду считал, что эволюции требуется много времени, чтобы пройти все этапы, однако категорически настаивал на прямой «стреле времени» и не смирился бы ни со статическим состоянием, ни с циклическим ходом времени, поскольку понятие эволюции придавало времени вполне определенное направление. Однако в науке наметился раскол – не между Дарвином и Лайелем лично и даже не между геологией и биологией в целом, а между горячим сторонником физики с одной стороны и некоторыми геологами и биологами – с другой.
Итак, представляю вам одного из величайших физиков своего времени – Уильяма Томсона, впоследствии лорда Кельвина.
Глобальное похолодание
В 1897 году в альманахе «Vanity Fair Album» был опубликован панегирик лорду Кельвину[98], в котором, в частности, говорилось:
«Его отец был профессором математики в Глазго. Сам он родился в Белфасте 72 года назад и получил образование в университете Глазго и в колледже Св. Петра в Кембридже; заняв почетное второе место[99] на экзамене по математике в этом колледже и завоевав премию Смита, он стал стипендиатом-исследователем. Что нетипично для шотландца, он через некоторое время вернулся в Глазго, стал там профессором физики и с тех пор сделал столько изобретений и, несмотря на математическое образование, сотворил столько добра, что его имя – Уильям Томсон – известно не только во всем цивилизованном мире, но и во всех морях и океанах. Ведь еще в бытность простым дворянином он изобрел морской компас сэра Уильяма Томсона, а также навигационный лот – к сожалению, это изобретение не стяжало широкой известности. Кроме того, он много работал с электричеством на море – как инженер участвовал в прокладке различных трансатлантических кабелей, как изобретатель – сконструировал зеркальный гальванометр, сифон-отметчик и многое другое, не просто познавательное с научной точки зрения, но и полезное. В сущности, у него столько заслуг, что четыре года назад он получил титул барона Кельвина Ларгского, однако титул не испортил его и ничуть не навредил его мудрости… Он знает все, что можно, о тепле, все, что известно, о магнетизме и все, что смог выяснить, об электричестве. Он – великий, добросовестный и смиренный Ученый, много написавший и сделавший еще больше.»
Это вполне точное, пусть и юмористическое, описание многочисленных достижений этого выдающегося человека, которого биографы прозвали «Динамическим викторианцем». В 1892 году Томсон получил дворянский титул барона Кельвина Ларгского в честь реки Кельвин, протекавшей неподалеку от его лаборатории в университете Глазго. В панегирике говорится, что он получил второе место на выпускном экзамене по математике, что было для него большим огорчением. Легенда гласит, что в то утро, когда должны были вывесить результаты экзамена, Уильям Томсон послал своего камердинера узнать, кто занял второе место, и был просто вне себя, когда услышал «Вы, сэр!». Нет никаких сомнений, что Кельвин был одной из самых заметных фигур своего времени, заставшего конец классической физики и зарю современной эпохи. На илл. 9 вы видите портрет лорда Кельвина, сделанный, вероятно, с фотографии 1876 года. А после смерти в 1907 году Кельвин по праву упокоился рядом с Исааком Ньютоном в Вестминстерском аббатстве.
Однако в панегирике не отражен последующий крах репутации Кельвина в научных кругах. К старости Кельвин стал печально знаменит как ретроград от науки. Он упрямо цеплялся за свои старые представления, и много пишут о том, что он не желал признавать открытия, связанные с атомами и радиоактивностью. Но удивительно другое: хотя Максвелл при разработке своей поразительной теории электромагнетизма полагался на практическое применение некоторых законов, открытых Кельвином, Кельвин все равно не соглашался с его идеями и заявлял: «Должен сказать, что единственное, что я в этом понимаю, для меня неприемлемо»[100]. Столь же неожиданные заявления Кельвин при всех своих инженерных талантах делал и в сфере техники и технологии – например, «У меня нет ни мельчайшей крупицы веры в воздухоплавание, кроме как при помощи воздушных шаров». И этот загадочный человек – в молодости блестящий ученый, а в старости утративший связь с реальностью – и попытался полностью дезавуировать представления геологов о возрасте Земли.
28 апреля 1862 года Кельвин, тогда еще Томсон, прочитал в Эдинбургском королевском обществе доклад под названием «Похолодание на Земле, происходящее раз в столетие»[101] («On the Secular Cooling of the Earth»). Этот доклад появился по следам другой статьи, опубликованной в том же году, но немного раньше – «О возрасте солнечного тепла»[102] («On the age of the Sun’s heat»). Томсон в первом же предложении дал понять, что это не просто очередная заметка о технике, которую можно прочитать и забыть. Это полномасштабная атака на предположение геологов о неизменной природе сил, сформировавших Землю.
«Вот уже восемнадцать лет мне не дает покоя мысль, что те геологи, которые бескомпромиссно отметают все гипотезы, связанные с пароксизмами, не принимают в расчет основные принципы термодинамики, и я не просто считаю, что в наши дни прямо перед нашими глазами имеются примеры воздействия самых разных сил, которые модифицируют ее кору на протяжении геологической истории: я полагаю, что в прошлом эти силы действовали отнюдь не так жестоко и никогда не были так мощны, как в настоящем[103].»
Конечно, выражение «мне не дает покоя мысль» несколько выспренно и театрально, однако, несомненно, правда, что первые статьи Кельвина о теплопроводности и распределении тепла в пределах земного шара[104] были написаны еще в 1844 и 1846 годах, когда он был еще студентом двадцати – двадцати двух лет. Томсону не было и семнадцати, когда он заметил ошибку в статье о теплопроводности, написанной одним эдинбургским профессором.
Идея Кельвина была проста. Измерения в шахтах и скважинах показали, что тепло распространяется из земных глубин к поверхности, а это заставляет предположить, что Земля первоначально была горячей планетой и теперь остывает. Следовательно, рассуждал Кельвин, в отсутствие внешних либо внутренних источников энергии, которые могли бы компенсировать потери тепла, а существование таких источников не доказано, ни стабильное состояние, ни повторение идентичных геологических циклов невозможно. На самом деле и Чарльз Лайель понимал, что здесь налицо сложность, и в своих «Началах геологии» предположил механизм самоподдержания, который, по его предположению, обеспечивал циклический обмен химической, электрической и тепловой энергией с недрами Земли. В целом Лайель представлял себе сценарий, при котором химические реакции вырабатывают тепло, тепло вызывает электрические токи, а они заставляют химические соединения распадаться на первоначальные составляющие, что снова запускает процесс. Кельвин с трудом скрывал презрение. Он недвусмысленно доказал, что подобный процесс сводится к своего рода вечному двигателю, что противоречит принципу рассеяния (и сохранения) энергии, когда механическая энергия необратимо преобразуется в тепло, как, например, при трении. Так что механизм Лайеля нарушал основные законы термодинамики. Для Кельвина это было последним доводом за то, что геологи совершенно не знают основных законов физики, и он язвительно заметил:
