Текст книги "От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной"
Автор книги: Марио Ливио
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 23 страниц) [доступный отрывок для чтения: 9 страниц]
Глубокое воздействие
Считать дискуссию о возрасте Земли великой битвой между физикой и геологией, пожалуй, не стоит. Да, между этими дисциплинами существовали определенные методологические разногласия, однако Кельвин полагал себя полноправным британским геологом и даже в обращении к съезду Геологического общества Глазго в 1878 году объявил, что «Мы, геологи (выделено мной. – М. Л.), повинны в том, что не прибегаем к физическим опытам, дабы изучить свойства материи»[118]118
Kelvin 1891–4, vol. 2, p. 304.
[Закрыть]. Такая «гибкость» самоопределения свидетельствует о том, что научный мир XIX века был гораздо менее раздроблен. Викторианские ученые свободно посещали съезды обществ, формально относившихся к другим отраслям науки. Поэтому дискуссия о возрасте земли была не междисциплинарным диспутом, а скорее столкновением между Кельвином-человеком и доктриной, которой придерживались некоторые геологи.
Тут возникает вопрос, что подтолкнуло Кельвина к тому, чтобы вообще заняться этой проблемой. Ответ очень прост. Даже поверхностное исследование не оставляет сомнений, что стимулом, который подвиг Кельвина повести наступление на оценки возраста Солнца и Земли, был выход в свет «Происхождения видов» Дарвина в 1859 году. Поясню, что против теории эволюции как таковой Кельвин не возражал. В своем Президентском обращении к Британской ассоциации продвижения науки в 1871 году он, в частности, даже выразил осторожное согласие с некоторыми выводами, которые Дарвин делает в «Происхождении видов». Однако идею естественного отбора Кельвин отмел полностью, поскольку «всегда считал, что эта гипотеза не содержит истинной теории эволюции в биологии, если эта эволюция вообще была»[119]119
Президентское обращение под названием «О происхождении жизни» Кельвин прочитал в Эдинбурге в августе 1871 года. Ibid., p. 132.
[Закрыть]. Каким же был главный довод Кельвина против естественного отбора? Он объяснил, что был «глубоко убежден, что в последних научных дискуссиях в зоологии не следовало так пренебрегать аргументом единого замысла»[120]120
Ibid.
[Закрыть]. Иначе говоря, даже этот адепт физики и математики, страстно провозгласивший, что «самая суть науки… состоит в том, чтобы логически выводить, каковы были условия в прошлом, и предвосхищать развитие в будущем тех феноменов, которые мы наблюдаем в действительности», верил все же, что «нас повсюду окружают неопровержимые доказательства разумного благосклонного замысла». Более того, Кельвин полагал, что и законы термодинамики – тоже часть этого вселенского замысла. Тем не менее нельзя забывать, что даже если Кельвин ощущал определенную душевную склонность к идее «замысла», он, несомненно, обосновывал свою беспощадную критику геологических методов на самой настоящей физике, а не на своих религиозных представлениях.
Какое влияние Кельвин оказал на геологию? Первое, что следует отметить, – это что до 1860 года геологов гораздо больше занимали диспуты о том, какая Земля внутри, твердая или жидкая, а не вопросы геохронологии. Однако к середине 1860 годов довольно многие авторитетные геологи начали очень внимательно прислушиваться к заявлениям Кельвина[121]121
Подробнейший разбор влияния Кельвина и значения его трудов приводит Burchfield 1990 (особенно главы III и IV).
[Закрыть]. В первую очередь это были Джон Филлипс, Арчибальд Гейки и Джеймс Кролл. Филлипс и сам на основании изучения осадочных пород еще в 1860 году подсчитал, что возраст Земли составляет около 96 миллионов лет. К 1865 году он публично поддерживал Кельвина. А Гейки, новый руководитель Геологоразведочных работ Шотландии, стал тем человеком, который занял позицию посредника между физикой и геологией. С одной стороны, он критиковал утверждение Кельвина о том, что геологическое прошлое Земли было активнее настоящего, и приводил свидетельства, которые, по его мнению, доказывали, как минимум, что «интенсивность… в целом возрастала». С другой стороны, в статье, опубликованной в 1871 году, он отказался от идеи геологического актуализма и утверждал, что на основании физических исследований «всю геологическую историю следует вместить примерно в 100 миллионов лет». Кролл – незаурядная личность, физик и геолог-самоучка, считал, что вычисления, основанные на остывании Земли, которые проделал Кельвин, целиком и полностью верны, и также считал, что возраст Земли равен 100 миллионам лет, хотя крайне скептически относился к Кельвиновой оценке возраста Солнца.
Судить, насколько влиятельна та или иная научная теория, иногда можно по тому, насколько яростно возражают против нее различные светила, обремененные заслугами и авторитетом. В случае Кельвина верным признаком, что теория привлекла внимание оппозиции, было то, что в феврале 1869 года вычисления Кельвина раскритиковал биолог Томас Гексли.
Томас Гексли заслужил прозвище «Бульдог Дарвина» за агрессивную поддержку теории эволюции и готовность в любой момент встать на ее защиту. Дарвин терпеть не мог научных споров, зато Гексли их просто обожал. Более всего он прославился, пожалуй, легендарной перепалкой с Самуэлем Уилберфорсом, епископом Оксфордским, 30 июня 1860 года[122]122
Это произошло во время ХХХ ежегодной конференции Британской ассоциации продвижения науки с 27 июня по 4 июля 1860 года. Главным событием 30 июня была довольно длинная лекция историка науки Джона Уильяма Драпера. По оценкам газеты «The Evening Star» (номер за 2 июля), послушать ее собралось от 400 до 700 зрителей. Судя по всему, епископ Уилберфорс после лекции высказывал свои соображения в течение получаса. В заключение он заявил, что «выводы мистера Дарвина были гипотезой, которую самым нефилософским образом подняли на уровень очередной теории» (согласно «The Achenaeum» за 7 июля). Дотошнейший анализ тогдашних событий приведен в Jensen 1988 (см. также Lucas 1979).
[Закрыть] в библиотеке Музея естественной истории при Оксфордском университете во время ежегодной конференции Британской ассоциации продвижения науки. Инцидент был описан яркими, пусть и не вполне достоверными красками в октябрьском выпуске «Macmillan’s Magazine» за 1898 год[123]123
Sidgwick 1898.
[Закрыть]. Автор вспоминает:
«Мне выпало счастье присутствовать при достопамятной коллизии в Оксфорде, когда мистер Гексли бросил дерзкий вызов епископу Уилберфорсу… Тогда епископ поднялся, покраснев, и несколько презрительным тоном заверил нас, что идея эволюции совершенно пуста и голуби испокон веку были теми же голубями. Затем он обратился к своему противнику с тем же оскорбительно высокомерной улыбкой и поинтересовался, по какой же линии тот произошел от обезьяны, по деду или по бабке? Услышав это, мистер Гексли поднялся – медленно и грозно. Высокий и худой, суровый и бледный, очень сдержанный и очень суровый, он стоял перед нами – и произнес сокрушительные слова, которые сейчас, пожалуй, никто, в том числе и я, не вспомнит в точности, более того, они стерлись у нас из памяти тут же, едва были произнесены, поскольку от их смысла захватывало дух, однако же смысл этот был бесспорен. Мистер Гексли ничуть не стыдился, что среди его предков была обезьяна, но ему было бы стыдно оказаться в родстве с человеком, который при помощи своих великих талантов стремится сокрыть истину. Никто не сомневался, что верно уловил суть сказанного, и впечатление это произвело душераздирающее. Одна леди лишилась чувств, и ее пришлось унести.»
Хотя сохранилось несколько версий того, к каким именно словам и выражениям прибегли участники этого неожиданного диалога, закрепившаяся за Гексли слава блестящего оратора и растущее недовольство вмешательством церковников в дела науки послужили причиной популярности этой легенды, которая с каждым годом обрастала подробностями[124]124
В частности, 7 июля «The Press» писала: «[Епископ] спросил профессора [Гексли], кем из своих предков он предпочел бы считать обезьяну – прабабкой или прадедом». Сам Гексли писал своему другу доктору Драйслеру 9 сентября 1860 года: «Не считая, разумеется, вопроса о моих личных предпочтениях в области происхождения… Что ж, сказал я, если вопрос ставится так – хотел бы я, чтобы моим прадедом была жалкая обезьяна или же человек, весьма щедро одаренный природой, обладающий значительными средствами и влиянием и при этом обращающий все эти блага на то, чтобы отпустить нелепую шутку во время серьезного научного диспута, я бы, не колеблясь, остановил выбор на обезьяне». Письмо приведено в The Huxley Papers, 15, 117 (London: Imperial College) и цитируется в Foskett 1953.
[Закрыть]. Историк науки Джеймс Мур даже заявил, что «XIX век не знал более прославленной битвы со времен Ватерлоо»[125]125
Moore 1979, p. 60.
[Закрыть].
Гексли решил выступить в защиту геологов в своем президентском обращении к Лондонскому геологическому обществу. Сначала он воспользовался тем обстоятельством, что Кельвин раскритиковал довольно старое сочинение Плейфэра, и сделал довольно сомнительное заявление: «Я не считаю, что в наши дни среди геологов найдутся сторонники догматического актуализма»[126]126
Huxley 1909 [1869], p. 335–336.
[Закрыть]. Далее он задает риторический вопрос, требовалось ли какому-либо геологу более 100 миллионов лет на все геологические процессы. Это был крупный промах, поскольку «хозяин» самого Гексли, сам Дарвин, ошибочно оценил возраст Уилда в 300 миллионов лет. Наконец, после нескольких еще более сомнительных, хотя и красноречивых утверждений Гексли объявил собственный вердикт: «от всей критики [геологии и биологии] не осталось камня на камне».
Обращение Гексли вызвало яростный ответ одного из самых верных сторонников Кельвина – физика и математика Питера Гатри Тэта, который никогда не упускал возможности поучаствовать в хорошем скандале и написал отзыв на обращения Кельвина и Гексли, где в нескольких учтивых фразах всячески оскорблял Гексли. После чего решил нанести удар еще болезненнее и заявил, что подобная оценка возраста Земли не только не имеет под собой никаких физических оснований, но и на самом деле Земля гораздо моложе даже самых смелых оценок Кельвина.
«Как выяснилось, мы можем со значительной долей вероятности сказать, что физика уже указывает на период в десять-пятнадцать миллионов лет, которого вполне достаточно для достижения всех целей геолога либо палеонтолога – и весьма вероятно, что, получив более точные экспериментальные данные, мы сумеем еще сильнее сократить этот период [127]127
Tait 1869.
[Закрыть] .»
Итогом провокационных заявлений Тэта стал ропот среди геологов, которые сочли, что достаточно постарались найти компромисс с временными ограничениями, которые установил Кельвин, а физики при этом не сочли нужным снисходить к геологическим данным. Однако, даже если учесть все эти мелочи, победу одержал, несомненно, Кельвин – в научном мире возобладало представление о том, что возраст Земли все же ограничен, а не непостижимо велик. К концу XIX века идея стабильного состояния Земли уступила место осознанию, что подсчет возраста Земли с опорой на законы физики, в сущности, входит в задачи геологии как науки.
Казалось бы, подобный колоссальный прогресс геологии в сочетании с сонмом других научных заслуг Кельвина (он опубликовал более 600 статей) должны были ввести его в число тех выдающихся деятелей науки, вклад которых запоминается человечеству навеки, поставить в один ряд с Ньютоном и Галилеем. К сожалению, реальность жестока, и не помогло даже то, что Кельвин был светилом и в науке, и в технике. В 1999 году журнал «Physics World» и интернет-сайт Британского Института физики «Physics Web» провели опросы с целью выявить десять величайших физиков всех времен и народов[128]128
В перечень, опубликованный в декабрьском номере «Physics World» за 1999 год, входили – именно в этом порядке – Альберт Эйнштейн, Исаак Ньютон, Джеймс Клерк Максвелл, Нильс Бор, Вернер Гейзенберг, Галилео Галилей, Ричард Фейнман, Поль Дирак, Эрвин Шредингер и Эрнест Резерфорд. Примерно такие же списки фигурировали и в других опросах (например, в некоторых списках первое место занимал Ньютон, а Эйнштейн – только второе).
[Закрыть]. Ни в том, ни в другом списке Кельвин упомянут не был. По крайней мере одна из причин такого низвержения с пьедестала – это «маленькая проблема», возникшая при определении возраста Земли: сегодня мы знаем, что нашей Земле примерно 4,54 миллиарда лет[129]129
См., например, Dalrymple 2001.
[Закрыть]. Это примерно в пятьдесят раз больше оценки Кельвина! Как же ему удалось настолько промахнуться – ведь он опирался на физические законы?
Глава 5.
Как правило, уверенность – это иллюзия
Наука становится опасной тогда лишь, когда начинает воображать, будто она достигла цели.
Джордж Бернард Шоу,«Врач перед дилеммой»(Пер. П. Мелковой)
Диспут о возрасте Земли между Кельвином и «Бульдогом Дарвина» Томасом Гексли вызвал значительный интерес и в научных кругах, и среди широкой публики. В целом почти никто не спорил, что позиция Кельвина в этой словесной битве значительно прочнее. Тем не менее Гексли затронул один вопрос, который оказался весьма чувствительным. В сущности, он уловил суть ляпсуса Кельвина.
«Математику можно сопоставить с искусно сделанной мельницей, которая способна молоть муку любой тонкости, но все же что заложишь в нее, то и получишь, и как самая лучшая мельница в мире не намелет пшеничной муки из бобов, так и целые страницы формул не дадут правильного результата, если в них заложены неточные данные [130]130
Huxley 1909 [1869].
[Закрыть] .»
И в самом деле, Кельвин владел математическим аппаратом в совершенстве, так что если он и ошибся, то, разумеется, не в вычислениях. Нужно было разобраться, какой набор допущений обеспечил исходные данные для этих вычислений.
Дерзкий ученик
Первым, кто отважно, пусть и неохотно, попытался найти ошибку в первоначальных постулатах Кельвина, был бывший ученик и ассистент Кельвина инженер Джон Перри[131]131
Джон Перри (1850–1920) родился в Ирландии. Он преподавал машиностроение в университетах Великобритании и Японии, а затем получил место преподавателя инженерного дела и математики в Техническом колледже Финсбери в Лондоне. В 1896 году он стал профессором Королевского физического колледжа. На протяжении всей своей карьеры Перри предлагал новаторские методы обучения математике и работал над задачами прикладной электротехники. См., например, Nudds, McMillan, Weaire and McKenna Lawlor 1988; Armstrong 1920.
[Закрыть]. По воле случая Перри изучал инженерное дело под началом Джеймса Томсона, старшего брата Кельвина, но впоследствии провел год в лаборатории Кельвина в Глазго. Хотя в основном научные заслуги Перри лежат в сфере электротехники и прикладной физики, сегодня он, пожалуй, известен именно кратким экскурсом в геологию.
В августе 1894 года Роберт Сесил, третий маркиз Солсбери, выступил с президентским обращением на LXIV съезде Британской ассоциации продвижения науки. Солсбери опирался на оценку возраста Земли по Кельвину (100 миллионов лет), чтобы доказать, что эволюции путем естественного отбора быть не могло[132]132
Солсбери утверждал, что 100 миллионов лет недостаточно для того, чтобы медуза путем естественного отбора превратилась в человека, а также повторял возражения Кельвина, основанный на доводе разумного замысла. Salisbury 1894. Пересказ см. в Shipley 2001.
[Закрыть]. Однако, как часто бывает с чересчур догматичными заявлениями, эта речь возымела прямо противоположное воздействие – по крайней мере на Джона Перри. То, что Солсбери отрицал теорию эволюции, убедило Перри, что в расчеты Кельвина вкралась какая-то ошибка. Огромное количество геологических и палеонтологических данных произвело на Перри сильное впечатление, и он написал другу-физику[133]133
Письмо Перри Оливеру Лоджу датировано 31 октября 1894 года. Он добавил, что если отказаться от идеи естественного отбора, останется лишь полагаться на своего рода провиденеие, что, по его мнению, деструктивно для научного метода. Shipley 2001.
[Закрыть], что «едва мне стало ясно, что [в расчетах Кельвина] должен быть подобный промах, найти его перестало быть вопросом случая».
Первую версию исследования, посвященного задаче об остывании Земли, Перри закончил 12 октября 1894 года, а в последующие недели прилежно рассылал экземпляры статьи[134]134
Физикам Джозефу Лармору и Джорджу Фицджеральду, а также Осборну Рейнольдсу и Питеру Гатри Тэту. Кроме того, Перри написал Кельвину 17 октября 1894 года, а затем 22 и 23 октября (Библиотека Кембриджского университета, архив Кельвина, раздел MS. Add. 7342 (P56, P57, P58)).
[Закрыть] самым разным физикам, в том числе Кельвину, с просьбой высказать замечания. Даже критикуя Кельвина, он не забывал об учтивости и письмо к Кельвину подписал «Ваш преданный ученик». Выводы Перри подтвердило с полдюжины физиков, однако сам Кельвин не утрудил себя ответом. Второй случай подвернулся Перри, когда его пригласили на торжественный обед в Колледж Св. Троицы в Кембридже, где должен был присутствовать и Кельвин. Возможность поговорить с Кельвином лично Перри упускать не хотел. На следующий день он взволнованно писал другу:
«Вчера вечером в колледже я сидел рядом с Кельвином, и он вынужден был выслушать меня. Я заранее знал, что мои бумаги он читать не станет, он и не стал, но я дал ему богатую пищу для ума, и минут через пятнадцать снисходительная улыбка при виде моего невежества угасла. Думаю, теперь он обо всем этом всерьез задумается. Гейки [тот самый Арчибальд Гейки, геолог] сидел напротив, и глаза у него сияли от восторга [135]135
Обед состоялся 28 октября 1894 года. Оливеру Лоджу Перри написал 29 октября (Лондонский университетский колледж, архив Лоджа, раздел MS. Add. 89).
[Закрыть] .»
Вскоре – 3 января 1895 года – статью Перри напечатал журнал «Nature»[136]136
Perry 1895a.
[Закрыть]. В заметке, предварявшей статью, звучат извиняющиеся нотки: «Друзья, интересующиеся геологией, иногда просили меня подвергнуть критическому разбору вычисления лорда Кельвина касательно вероятного возраста Земли. Обычно я отвечал, что ожидать, чтобы лорд Кельвин ошибся в вычислениях – дело безнадежное». Далее Перри выражал свое личное мнение о методологии, принятой в тогдашней геологии: «Мне очень не нравится решать численные задачи, если их ставит геолог. Почти во всех случаях заданные условия очень расплывчаты, и ответ, найденный с их помощью, никак нельзя считать удовлетворительным, к тому же геологу, судя по всему, кажется, будто несколько миллионов лет в ту или иную сторону – это сущий пустяк». Наконец, Перри объяснил, что все же подвигло его на то, чтобы взять на себя деликатную задачу усомниться в выкладках Кельвина: «В наши дни его [Кельвина] вычисления применяются для дискредитации прямых свидетельств, полученных геологами и биологами, и именно поэтому я и счел своим долгом проверить условия лорда Кельвина».
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]137
Выдержка из письма Тэта Перри включена в Perry 1895a.
[Закрыть].
«…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]138
Письмо Перри Тэту от 26 ноября 1894 года. Это письмо также включено в Perry 1895a. Кроме того, Перри отметил, что «Я выяснил, что со мною согласны очень многие мои знакомые».
[Закрыть] 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]139
Письмо Тэта Перри от 27 ноября 1894 года (Библиотека Кембриджского университета, архив Кельвина, раздел MS. Add. 7342, P59d). Включено в Perry 1895a.
[Закрыть]: «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]140
Письмо Перри Тэту от 29 ноября 1894 года. Включено в Perry 1895a. В этом письме Перри подчеркивает два довода: (i) в недрах Земли имеет место некоторая текучесть, поэтому тепло может передаваться посредством конвекции, и (ii) по результатам, полученным Робертом Вебером, теплопроводность горных пород с повышением температуры возрастает. Последнее впоследствии было опровергнуто.
[Закрыть].
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]141
Письмо Кельвина Перри от 13 декабря 1894 года. Входит в Perry 1895a, p. 227. В особенности Кельвина интересовала проверка результатов Вебера по теплопроводности.
[Закрыть], 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]142
Кельвин в письме Перри от 13 декабря 1894 года. Входит в Perry 1895a.
[Закрыть] 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]143
Перри, со своей стороны, обратился за помощью к математику Оливеру Хэвисайду, и тот опубликовал более детальный математический аналази задачи. Perry 1895b.
[Закрыть]. 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]144
Thomson (Lord Kelvin) 1895, Thomson (Lord Kelvin) and Murray 1895. Свои выводы Кельвин основал на измерениях точки плавления диабаза, разновидности базальта, которые проделал геолог Карл Бакус.
[Закрыть] 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.
Оказалось, что интуиция Перри и в самом деле была пророческой. Он до конца отстаивал свою позицию: то, что модель Кельвина не позволила определить более древний возраст Земли, – прямое следствие предположения Кельвина о том, что теплопроводность Земли везде одинакова, а это ограничение можно преодолеть, если допустить, что в земной мантии происходит конвекция. Геологам ХХ века понадобилось несколько десятилетий, чтобы доказать, что Перри был прав. Мысль о возможности конвекции – правда, внутри достаточно твердой земной мантии – сыграла важную роль в том, что впоследствии научное сообщество приняло идею тектоники плит и материкового дрейфа (ее выдвинул в 1912 году немецкий ученый Альфред Вегенер). Мало того что тепло может передаваться подобно течению жидкости – целые континенты способны дрейфовать горизонтально в течение длительных периодов времени. А вот вокруг того, каковы в точности условия теплообмена между недрами Земли и корой, до сих пор ведутся жаркие споры (да, это был каламбур).
Последнюю свою статью[145]145
Perry 1895c. Подробное описание этого диспута можно найти в Shipley 2001 и Burchfield 1990.
[Закрыть] о возрасте Земли Перри заключил совершенно недвусмысленным заявлением:
«Три физических аргумента [замедление вращения Земли из-за приливов, охлаждение Земли и возраст Солнца] дали лорду Кельвину возможность заключить, что верхний предел – это 1000, 400 и 500 миллионов лет. Я же показал, что у нас есть причины полагать, что возраст – исходя из всех трех аргументов – может быть весьма существенно недооценен. Нужно отметить, что если мы исключим все аргументы, кроме чисто физических, то вероятный возраст жизни на земле окажется гораздо меньше всех вышеприведенных оценок, однако если у палеонтологов найдутся веские причины требовать значительно более длительных периодов, я как физик не вижу никаких причин, которые помешали бы постановить, что подлинный возраст Земли вчетверо превышает самую большую из вышеприведенных величин».
Обратите внимание: из этого утверждения следует, что у Перри не было никаких возражений против того, что возраст Земли составляет четыре миллиарда лет – и это очень близко к современным представлениям, согласно которым Земле примерно 4,5 миллиарда лет.
Труды Перри проделали первую брешь в вычислениях Кельвина, которые казались абсолютно бесспорными: Перри подверг сомнению постулаты о твердости и однородности Земли, из которых исходил Кельвин. Однако оценка возраста Земли по Кельвину опиралась и на другую гипотезу: не существует никаких неведомых источников энергии, ни внешних, ни внутренних, которые компенсировали бы теплопотери. События конца XIX века показали, что Кельвин ошибся и здесь.
