Марио Ливио - От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной
В основном Перри сосредоточился на одном из основных предположений Кельвина – что теплопроводность Земли одинакова на любой глубине. Иначе говоря, Кельвин предположил, что тепло распространяется с одинаковой эффективностью на любой глубине, что в одну милю, что в тысячу. Эта гипотеза была для него жизненно необходимой. Примерно как криминалист может определить время смерти по измерению температуры трупа, так и Кельвин опирался именно на это допущение, чтобы определить время остывания Земли, измеряя, насколько повышается температура в недрах Земли с каждым футом в глубину. В сущности, вычисления Кельвина показали, что если бы Земля была сколько-нибудь старше 100 миллионов лет, то температура возрастала бы с глубиной медленнее, чем наблюдается, поскольку охлажденная кора была бы толще.
Перри задался вопросом: что если теплопередача не везде одинакова, а в глубине идет эффективнее, чем ближе к поверхности? Очевидно, что в этом случае недра Земли под корой сохранят тепло гораздо дольше. В частности, Перри показал, что если недра Земли отчасти находятся в жидком состоянии – а такое может быть, – то сама жидкость поднимает тепло к поверхности посредством конвекции (так бывает, когда подогревают воду в глубокой кастрюле), причем механизм этот столь действенный, что предполагаемый возраст Земли можно увеличить до 3 миллиардов лет. Затем, в завершение статьи, он разобрал аргументы, основанные на возрасте Солнца и на вращении Земли, однако здесь ему не удалось сказать ничего нового. Что касается вопроса о том, что приливы замедляют скорость вращения Земли, то тут Перри прежде всего ссылался на доказательство Джорджа Дарвина, что даже отвердевшая Земля все же способна менять форму.
Одним из первых, кто откликнулся на статью Перри еще до публикации, в том виде, в каком автор разослал ее на апробацию, был не сам Кельвин, а его самопровозглашенный «бульдог» Питер Гатри Тэт. Он ответил на статью оскорбительно-пренебрежительным письмом, написанным 22 ноября 1894 года[137].
«…я так и не сумел уловить, в чем цель вашей заметки. Ведь, насколько я могу судить, против математических выкладок лорда Кельвина вы не возражаете. Тогда зачем было вообще углубляться в математику, если совершенно очевидно, что чем лучше теплопроводность земных недр по сравнению с корой, тем больше времени прошло с тех пор, когда температура целого составляла 7000 градусов по Фаренгейту [температура плавления камня по подсчетам Кельвина]: в каком же состоянии кора находится сегодня? Сдается мне, подобные выкладки едва ли обеспокоят лорда Кельвина.»
Похоже, Тэт и вправду совершенно не разобрался, в чем дело. Поскольку в то время никто не мог определенно сказать, каковы условия на большой глубине, все предположения с целью что-то вычислить были не больше чем догадками. Перри намеревался всего-навсего показать, что если, в отличие от Кельвина, предположить, что в недрах Земли тепло распространяется быстрее и легче, чем на поверхности, то вычисления, основанные на законах физики, приходят в соответствие с тем возрастом Земли, которого требуют биологи и геологи и который значительно превышает оценки Кельвина. Ляпсус Кельвина состоял в том, что он не понял, что диапазон значений, который допускали имевшиеся на тот момент наблюдения, мог привести к куда большей погрешности в оценке возраста Земли, чем Кельвину хотелось признать.
В ответе Тэту[138] Перри старался быть вежливым и отметил: «Вы пишете, что я прав, и спрашиваете, какова моя цель. Дело лорда Кельвина, несомненно, проиграно, осталось только показать, что возможно такое состояние Земли, что возраст ее составит во много раз больше, чем предполагаете и вы, и он». После чего добавляет тоном, выдающим восхищение бывшего ученика: «Меня тревожит, что на вашей стороне, как мне представляется, нет ни крупицы истины, и все же я настолько привык взирать на вас и лорда Кельвина снизу вверх, что, наверное, мои сомнения выглядят более или менее по-идиотски, коль скоро вы с ним столь уверены в своей правоте».
Однако ради Тэта можно было и не стараться и не писать примирительным тоном – тот продолжал изничтожать собеседника иронией (на илл. 10 приведена фотокопия его письма)[139]: «Хотелось бы получить ответы на два вопроса: (1) Какие у вас основания утверждать, будто внутренние материалы Земли проводят тепло лучше, чем кора?» Второй вопрос был, собственно, не вопрос, а скорее презрительная реплика о том, что геологам сколько ни предложи, все мало: «(2) Неужели вы считаете, будто подлинно передовые геологи скажут вам спасибо, если вместо ста миллионов лет вы дадите им десять миллиардов? Им и триллиона едва хватит – в качестве части какого-то вторичного периода!» Однако Перри не сдался: «Это лорд Кельвин должен доказать, что теплопроводность внутри не больше, чем снаружи!» – настаивал он[140].
Не стоит и говорить, что оценки Перри оказались верными. В отсутствие каких бы то ни было определенных экспериментальных свидетельств о том, каковы на самом деле условия в недрах Земли, достаточно было уже того, что Перри сумел показать: Кельвин может ошибаться, причем во много раз.
Когда Кельвин наконец решил ответить Перри, то держался куда менее агрессивно, чем Тэт. Хотя он и отметил, что «мне кажется, никак нельзя предполагать, что на разных глубинах теплопроводность и теплоемкость различаются так сильно, как вы [Перри] предполагаете при своих вычислениях»[141], однако добавил – нехарактерным для него умиротворяющим тоном: «Я считал, что диапазона от 20 до 400 миллионов вполне достаточно, однако не исключено, что верхний предел мне стоит подвинуть гораздо выше, быть может, до отметки 4000 вместо 400». Да, это, пожалуй, единственный случай, когда Кельвин выказал такое уважение взглядам, которые противоречили его собственным. Скорее всего, подобное великодушие свидетельствует о том, что Кельвин хотел подчеркнуть свою признательность бывшему ученику. Однако затем он поспешно добавил, что его оценка возраста Солнца по-прежнему «отказывает [Земле] в солнечном свете[142] более чем на два десятка или несколько раз по два десятка миллионов лет в прошлом». Как мы увидим чуть дальше, у Кельвина и в самом деле в то время не было причин пересматривать вычисления возраста Солнца.
Критика Перри не прошла незамеченной[143]. Месяца два Кельвин провел за опытами – он подогревал базальт, мрамор, кварц и каменную соль. В соответствии с новыми результатами швейцарского геолога Роберта Вебера, эти эксперименты, похоже, показали, что при повышении температуры теплопроводность либо вообще не слишком меняется, либо даже слегка понижается. К сожалению для Перри, новые результаты Вебера противоречили данным его собственных более ранних опытов, согласно которым, по всей видимости, теплопроводность повышалась с температурой и которые Перри приводил в доказательство своей правоты. Кельвин возликовал[144] и напечатал статью с этими результатами в журнале «Nature» 7 марта 1895 года, где объявил во всеуслышание, что «Нам с профессором Перри не пришлось долго ждать… и теперь мы знаем, что предположение, будто камень лучше проводит тепло при высоких температурах, безосновательно». Далее Кельвин приводит вывод американского геолога Кларенса Кинга, который утверждал (не рассматривая вероятность конвекции в жидкости): «У нас нет никаких доказательств, что возраст Земли может превышать 24 миллиона лет». Кельвин радостно провозгласил, что и сам он «не делает выводов, которые сильно отличаются от его [Кинга] оценки в 24 миллиона лет».
Однако Перри все это не убедило. Он сосредоточился на том, какие внутренние условия в принципе возможны, в отличие от Кельвина, который пытался догадаться, какие условия наиболее вероятны, и отметил, что вывод Кинга не выходит за рамки предположения, что Земля была твердой и однородной. В статье, напечатанной в «Nature» 18 апреля 1895 года, Перри подытожил свое представление о сложившейся тупиковой ситуации: «Теперь, когда очевидно, что если мы возьмем любой возможный закон температуры конвекционного равновесия в самом начале и предположим, что на глубине теплопроводность может быть больше, чем у камней на поверхности, то изобретательная проверка на текучесть, которую провел мистер Кинг, не препятствует нам предположить любой, сколь угодно древний возраст». Логика Перри была ясна: он поставил себе цель доказать, что Земля может быть старше, чем получалось по оценкам Кельвина, даже если не удастся выявить слабое место в аргументации Кельвина из-за недостаточных знаний о внутренней структуре Земли. Измерение теплопроводности нагретых камней, может быть, и опровергло один из предполагаемых вариантов распространения тепла на большой глубине быстрее, чем снаружи, однако есть и другие возможности. В частности, многообещающей альтернативой была конвекция посредством текучей, словно жидкость, массы.
