Текст книги "Происхождение и возраст Земли"
Автор книги: М. Субботин
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 3 страниц)
М. Ф. Субботин
Происхождение и возраст Земли
Введение
Одним из важнейших вопросов, встающих перед человечеством при изучении природы, является, без сомнения, вопрос о происхождении и судьбе Земли. Уже в самой глубокой древности, на заре своей сознательной жизни, люди пытались ответить на этот вопрос. Такие попытки возобновлялись на всём протяжении истории человечества по мере того, как развивающаяся наука позволяла всё дальше и дальше заглядывать не только в бездны пространства, но и в бездны времени как прошедшего, так и будущего.
Вопрос о далёком прошлом, равно как и о далёком будущем нашей Земли принадлежит к числу труднейших вопросов естествознания. Ведь от той отдалённой эпохи, когда из газообразного или пылеобразного вещества образовывался земной шар, не сохранилось почти никаких свидетельств. Можем ли мы, при этих условиях, доказать, что Земля образовалась именно так, а не иначе? Можем ли мы сказать, когда это произошло? Разрешим ли вообще вопрос о происхождении Земли?
История науки показывает, что неразрешимых проблем нет, если только эти проблемы поставлены правильно. Но сложные проблемы естествознания поддаются решению постепенно и никогда не бывают решены до конца сразу. Их решение напоминает древний город, который строили многие поколения, расширяя, улучшая и переделывая то, что было сделано раньше; многое из ранее сделанного приходится при этом разрушать, чтобы на освободившемся месте построить нечто лучшее.
Для того, чтобы как следует понять такое сложное произведение человеческой мысли, каким является современный взгляд на прошлое и будущее нашей Земли, лучше всего идти историческим путём и проследить шаг за шагом, как этот взгляд создавался. Тогда только мы сможем по справедливости оценить результаты, добытые наукой за ничтожный промежуток времени, бывший в распоряжении человечества. Ведь от зарождения науки не прошло ещё и трёх тысяч лет, а пытаться ответить на вопрос о происхождении Земли – это значит изучать явления, отделённые от нас миллиардами лет.
1. Представление о мире на заре сознательной жизни человечества
О том, как представляли себе устройство и происхождение мира в доисторические времена, мы можем судить по дошедшим до нас религиозным учениям древних народов. Каждая религия, стремясь дать полное, законченное миропонимание, не могла не иметь более или менее определённого взгляда на устройство и судьбу мира. Естественно, что это был тот взгляд, который был общепринятым в эпоху создания рассматриваемой религии. Сделавшись религиозным догматом, т. е. слепой верой, этот взгляд уже не мог подвергаться изменениям, несмотря на дальнейший прогресс цивилизации. Вот почему весьма древние взгляды могли дойти до нас в неизменённом виде, как памятники первых проблесков человеческой мысли. Например, изучение вавилонского или мало от него отличающегося библейского мифа о сотворении мира даёт нам возможность судить о том, как люди несколько тысяч лет тому назад представляли себе окружающий мир.
Вселенная представлялась им круглой плоской Землёй, покрытой сверху куполообразным небесным сводом, под которым движутся облака и небесные светила. Не зная, что небесный свод – это только обман зрения, люди того времени рассматривали его, как нечто весьма прочное, похожее на своды, знакомые человеку из строительной техники. Этот свод, по их мнению, поддерживал ту «верхнюю» воду, которая изливается на нас в виде дождя. В Библии так и говорится: «бог сотворил твердь небесную и отделил воды, находящиеся под ней, от вод, находящихся над ней». Таким образом, тогда ещё не имели представления о круговращении воды в природе: не знали, что вода испаряется, сгущается в форме облаков и, падая на землю в виде дождя и снега, снова возвращается в моря и реки.
Отметим ещё одну любопытную черту этих наивных представлений. Люди не подозревали тогда, какое боль шое значение для освещения Земли имеет атмосфера, рассеивающая свет Солнца и производящая явления утренней зари и вечерних сумерек. Видя, что день начинается ещё задолго до восхода Солнца, что после его захода темнота наступает далеко не сразу, что в самую пасмурную погоду, когда Солнца не видно вовсе, день и ночь всё же правильно сменяют друг друга, люди тех далёких времён не считали появление Солнца причиной наступления дня. Для них Солнце как бы украшало своим появлением уже наступивший день. Сообразно с этим в древнегреческих мифах утренняя заря зажигается особой богиней (Авророй) ещё до того, как бог солнца (Феб) на своей огненной колеснице выезжает на небо. Подобно этому в древнееврейском мифе о сотворении мира, унаследованном христианской церковью, в первый день бог творит свет и отделяет его от тьмы; только на четвёртый день он создаёт Солнце.
В этот период своего развития, наиболее древний из тех, о которых сохранились сведения, люди, имея ещё столь несовершенные, детски наивные представления об устройстве мира, по-детски решали и вопрос о его происхождении. Ветер, гроза, волнение моря, произрастание растений – одним словом, все явления природы приписывались тогда непосредственному вмешательству богов или духов, подобных людям и животным, но более могущественных. Считалось, что мир сотворён одним или несколькими богами.
Любопытно, что на первоначальных ступенях культуры мы встречаем представление о сотворении мира из некоторого уже существовавшего материала – из воды, первобытного хаоса и т. п. Только значительно позже возникла мысль о сотворении мира «из ничего», иначе говоря, о сотворении материи. Эта мысль лишена всякого здравого смысла. Однако, тут сказалось стремление уже оформившихся религий развить до конца идею всемогущества божества, приписать ему чудодейственную силу, способность творить всё «из ничего».
2. Зарождение науки
Удовлетворение насущных практических потребностей, заставляющее внимательно наблюдать и изучать природу, всегда было сильнейшей побудительной причиной для развития науки. Не праздное любопытство и не простая любознательность заставили первобытные народы тщательно следить за движением Солнца и Луны, а насущная необходимость иметь календарь.
Когда люди были вынуждены от охоты и скотоводства, являвшихся вначале единственными средствами существования, перейти к земледелию, то они уже не могли обходиться без достаточно правильного календаря, позволяющего своевременно выполнять полевые работы. Вот почему за несколько тысяч лет до нашей эры в земледельческих государствах, возникших на плодородных долинах Месопотамии, Египта, Индии и Китая, одной из важнейших обязанностей жрецов делается систематическое наблюдение небесных светил. После многих веков тщательных наблюдений Солнца им удалось изучить его перемещение относительно звёзд и определить продолжительность года, что легло в основу календаря. Наблюдение Луны, определение законов её перемещения между звёздами было необходимо, чтобы установить связь между новым солнечным календарём и тем счётом времени по лунным фазам, к которому люди привыкли, когда жили охотой и скотоводством.
Необходимость уметь точно предсказывать наступление времён года была первой причиной, заставившей людей старательно следить за движением Луны и Солнца. Подмеченное при этом правильное чередование, или, как мы теперь говорим, периодичность небесных явлений, впервые дало людям представление о законах природы. Они стали понимать, что явления окружающего мира происходят не по капризу богов, а по твёрдым и неизменным законам.
Развитие торговли и мореплавания дало новый могучий толчок к изучению природы, так как далёкие путешествия, особенно в открытом море, можно было совершать, лишь тщательно изучив звёздное небо и умея ориентироваться по созвездиям. Финикийские и греческие купцы, достигавшие с одной стороны берегов современной Франции и Англии, а с другой – проникавшие в южные области Египта и в Индийский океан, быстро убедились в том, что Земля не может быть плоской. Ведь при путешествии на север созвездия, расположенные в южной части неба, перестают быть видимыми, а при перемещении в южном направлении, появляются новые созвездия. Путешествия на юг показали, что существуют места, в которых полуденная тень от вертикального пред мета летом или исчезает вовсе, или даже падает к югу, а не к северу, как у нас. Всё это было несовместимо с представлением о плоской Земле и подготовляло мысль о её шарообразности.
Однако, пока изучение движения небесных светил производилось только жрецами, заботившимися о точности календаря, и купцами-мореплавателями, заинтересованными лишь в умении находить путь по звёздам и Солнцу, наука в нашем смысле этого слова ещё не могла возникнуть. И жрецы, и мореплаватели представляли замкнутые группы, нисколько не заинтересованные в распространении своих открытий. Напротив, накопленный опыт являлся обычно тайной, сохраняемой в храмах или торговых конторах и недоступной для непосвящённых. А самое главное, и те и другие были лишь узкими практиками, не занимавшимися обобщением и объяснением открытых явлений.
Заслуга создания науки принадлежит древним грекам. Хотя вавилоняне, египтяне, индусы раньше греков начали систематически наблюдать явления природы и размышлять над ними, но до настоящей науки о природе, до естествознания они не дошли. Они никогда не могли освободиться от своих религиозно-мистических воззрений, подняться до мысли о естественной закономерности явлений природы и заняться выяснением их причинной связи. Напротив, греки, в жизни которых религиозные представления не имели такого господствующего влияния, как у восточных народов, очень скоро стали искать познаваемую связь явлений, а не «волю богов».
В греческих государствах и колониях, рассеянных по берегам Средиземного моря, уже примерно за 6–7 веков до начала нашей эры, ведущая роль в развитии знаний переходит от жрецов к философам. Философами (что по-гречески означает «любители мудрости») называли тогда людей, занимающихся наукой и преподаванием. Это время, когда научные занятия окончательно отделились как от религии, так и от ремёсел, и можно считать временем зарождения науки.
Однако, возникшая наука далеко не сразу нащупала верный путь в изучении природы. Вместо того, чтобы кропотливо изучать отдельные явления и постепенно доходить до открытия общих законов природы, первые учёные пытались одним широким взмахом обнять всё мироздание. Не довольствуясь продвижением вперёд осторожными шагами – маленькими, но верными, – они старались угадать общие принципы для объяснения природы в целом. Фалес Милетский учил, что «начало всех вещей – вода, из воды всё происходит и всё возвращается к воде». Анаксимандр считал началом всех вещей некоторое первичное вещество, качественно неопределённое, количественно бесконечное, вечное и неисчерпаемое. Из этого неопределённого вещества выделяются тёплое и холодное начала, соединение их даёт влагу, из которой путём высыхания образуется земля, далее – воздух и огненная стихия, а из этой последней – небесные светила. Анаксимен за первоначальное вещество принимал воздух, полагая, что от сгущения воздух превращается в воду, а вода в землю; разрежение воздуха даёт огонь.
Наряду с подобными наивными попытками осмыслить окружающую природу (имевшими огромный успех у современников), понемногу развивалось и точное знание. Наибольших успехов греческие учёные достигли в геометрии, которая в их руках скоро стала – по своей законченности, стройности, а главное убедительности – образцом для всех других наук. Развитие геометрии позволило получить много важных результатов и в астрономии. Таким образом, познание окружающего мира становится на прочный фундамент.
3. Освобождение от предрассудков, преграждавших путь науке
От первых проблесков научной мысли, которые начинают встречаться около двух с половиной тысяч лет тому назад, до грандиозного развития современной науки было ещё очень далеко. Человечеству предстояло пройти длинный и трудный путь, раньше чем познание окружающего мира расширилось настолько, что стала возможна разумная постановка вопроса о происхождении Земли. Ведь для этого нужно было сначала выяснить, что же такое представляет собой наша Земля, какое место занимает она во Вселенной. А разрешение этих вопросов было возможно лишь при условии полного освобождения от ряда предрассудков, укоренившихся в сознании людей с незапамятной древности. Важнейшими из этих предрассудков были: представление о плоской Земле, глубокая вера в её неподвижность и, быть может, ещё более глубокая уверенность в том, что вся Вселенная существует ради Земли и населяющих её людей, что Земля есть центр мироздания.
Первый важный шаг был здесь сделан греческими учёными, которым ещё за несколько веков до начала нашей эры удалось установить истинную форму Земли. Доказав шарообразность Земли, люди совсем по-новому стали смотреть на мир. Представление о Земле, как о шаре, свободно висящем в пространстве и ни на что не опирающемся, ставило перед ними множество новых, весьма важных вопросов. Вопрос о существовании антиподов (т. е. обитателей взаимно противоположных пунктов земного шара), для которых «верхом» является то, что для нас является «низом», и наоборот, – впервые дал ясно почувствовать относительность наших представлений о внешнем мире.
Следующий, не менее важный и несравненно более трудный шаг заключался в установлении движения Земли, той самой Земли, которая испокон веков была как бы символом неподвижности.
Что Земля вращается вокруг своей оси, производя этим кажущееся суточное движение светил, и одновременно обращается вокруг Солнца, завершая полный оборот в течение года, – об этом учили философы-пифагорейцы (последователи Пифагора) ещё за 400–500 лет до начала нашего летоисчисления. Но тогда это учение являлось лишь гениальной догадкой, не только не доказанной сколько-нибудь основательными рассуждениями, но и плохо согласовавшейся со всей наукой того времени. Поэтому неудивительно, что самые выдающиеся из греческих учёных – Аристотель, Архимед, Гиппарх, Птолемей – не разделяли этих взглядов, хотя хорошо их знали.
Если обратиться к знаменитому сочинению Птолемея «Альмагест» – этому величайшему памятнику астрономической литературы древних, подводящему итоги всем достижениям греческой науки в области астрономии, – то мы найдём там доводы о неподвижности Земли. Эти доводы, направленные против учения философов-пифагорейцев, казались очень убедительными не только современникам Птолемея, но и в течение ещё очень долгого времени.
Только после того, как многовековое развитие строительного дела, ремёсел и военного искусства привело к накоплению значительных сведений в области практической механики и тем самым подготовило открытие общих законов движения, только после этого мысль о вращении Земли вокруг оси стала казаться более приемлемой, нежели представление о вращении всей Вселенной вокруг ничтожно маленькой Земли. Именно с точки зрения законов механики, еще не высказанных, но уже угадываемых в своих основных чертах, стало казаться неправдоподобным суточное вращение всего неба, при котором и Солнце, и Луна, и звёзды, двигаясь с невообразимо большими скоростями, должны строго согласованно описывать свои круги вокруг Земли.
Ещё больше усилий пришлось затратить человечеству для того, чтобы убедиться в годичном движении Земли. Убеждение в неподвижности Земли, тесно связанное с верой, что Земля является центром мироздания, столь глубоко коренится в нашем непосредственном восприятии природы, что понадобилась многовековая подготовка и ожесточённая борьба, чтобы освободиться от этого предрассудка. Напомним, как это произошло.
Как только насущные потребности заставили заняться тщательным изучением звёздного неба, то очень скоро было замечено, что среди огромного количества неподвижных (т. е. не меняющих своего взаимного расположения) звёзд, образующих всем нам хорошо знакомые созвездия, имеется пять ярких звёзд, которые перемещаются среди неподвижных звёзд. Вот эти-то пять звёзд – Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, – получивших название планет (греческое слово «планета» означает «блуждающий», и задали своим движением загадку, разрешение которой оказалось столь важным для всего нашего мировоззрения.
В то время, как Солнце и Луна движутся всё время в одном направлении с почти постоянной скоростью, движения планет несравненно сложнее. Каждая планета, двигаясь относительно звёзд обычно в том же направлении, как Солнце и Луна (т. е. от запада к востоку), время от времени приостанавливается и начинает движение в обратную сторону. Это попятное движение после новой остановки снова заменяется прямым движением и т. д.
Создать теорию движения Солнца и Луны, позволяющую удовлетворительно предвычислять их положение на небе, удалось ещё греческим астрономам более двух тысяч лет тому назад. Но ключ к разгадке планетных движений был найден всего лишь 400 лет тому назад, когда Коперник показал, что вся запутанность движения планет, все те петли, которые планеты описывают на небе, проис ходят от того, что мы наблюдаем их с движущейся Земли, что сама Земля есть ничто иное как одна из планет, которая подобно Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру и Сатурну, обращается вокруг Солнца.
Признание этого факта означало огромный сдвиг, глубочайшую революцию во всём миропонимании. Это означало окончательное ниспровержение взгляда, противопоставлявшего «небо» и «землю». Согласно этому взгляду, лежавшему в основе всей древней философии, воспринятому христианской церковью и бывшему краеугольным камнем всего мировоззрения до XVI века, Вселенная разделялась на две совершенно различные по своим качествам части: на мир подлунный – нашу Землю, где всё подчинено закону рождения, изменения и смерти, где всякое движение останавливается, всякий огонь потухает, где всё несовершенно, и на мир небесный, где всё вечно, неизменно и совершенно, где никогда не потухающие небесные светила своим неизменным движением осуществляют небесную гармонию.
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.
