От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной

Ливио Марио

Во время воображаемого путешествия в физическое прошлое Земли Бюффон предположил [94] , что сначала Земля представляла собой расплавленный шар, вырванный из Солнца в результате столкновения с кометой. Но поскольку Бюффон был прирожденный изобретатель, то не удовлетворился чисто теоретическим сценарием, а тут же стал изготавливать шары разного диаметра и точно измерять, сколько времени им нужно, чтобы охладиться. На основании этих опытов он предположил, что земной шар застывал до твердого состояния в течение 2905 лет, а охлаждался до нынешней температуры еще 74 832 года; правда, Бюффон подозревал, что на самом деле могло понадобиться гораздо больше времени.

94

Двадцатый том «Естественной истории» Бюффона назывался «Эпохи природы». В нем Бюффон подразделил историю Земли на семь эпох и попытался оценить продолжительность каждой из них. Хороший пересказ можно найти в кн. Haber 1959, p. 118.

Однако вопрос о возрасте Земли вышел на первый план даже не благодаря ньютоновой физике. В XVIII веке вспыхнул интерес к изучению окаменелостей, что и убедило естествоиспытателей

вроде Жоржа Кювье, Джеймса Геттона и Жана-Батиста Ламарка, что и палеонтологические, и геологические данные можно объяснить только воздействием геологических сил в течение очень длительного времени. Такого длительного, что, по выражению Геттона, он не видел «ни следа начала, ни проблеска конца» [95] .

95

Hutton 1788.

Втиснуть всю историю Земли в библейские рамки – всего несколько тысяч лет – становилось все труднее, и некоторые естествоиспытатели, склонные к религиозности (и не только они) предпочли полагаться на то, что катализаторами стремительных изменений стали природные катаклизмы, например, потопы. Если не принимать гипотезу о длительных промежутках времени, получается, что единственный фактор, способный существенно и практически мгновенно повлиять на облик Земли – это катаклизмы. И правда, распределение морских окаменелостей явно свидетельствует, что в геологическом прошлом Земли были и наводнения, и ледниковые периоды, однако многие рьяные сторонники теории катастроф по крайней мере отчасти строили свои теории на незыблемой верности библейскому тексту, а не на научных доказательствах. Один из известнейших химиков своего времени Ричард Кирван выразил свою позицию ясно и недвусмысленно. Кирван стравил Геттона с самим Моисеем, заявив, что его крайне возмутило, когда он понял, «насколько нежизнеспособна гипотеза о древности земного шара с точки зрения истории Моисея, а следовательно, с точки зрения религии и морали» [96] .

96

Ричард Кирван был президентом Ирландской королевской академии. Он написал цикл статей и книгу в поддержку библейской концепции и против Геттона. Здесь приведена цитата из Kirwan 1797.

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!

97

Lyell 1830–1833.

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.»

98

Подробных биографий лорда Кельвина довольно много. Самые познавательные, на мой вкус, – Gray 1908, Thompson 1910 (переиздана в 1976 году), Smith and Wise 1989, Lindley 2004 и Sharlin and Sharlin 1979. Wilson 1987 проводит подробное сравнение научных воззрений Кельвина и викторианского физика сэра Джорджа Габриэля Стокса (Стокс жил в 1819–1903 годах, Кельвин в 1824–1907). Burchfield 1990 в основном повествует о работе Кельвина над задачей возраста Земли.

99

В Кембридже студента, получившего наивысшую оценку на экзаменах для получения отличия по математике (так называемых tripos), по традиции награждают почетным званием Senior Wrangler. Практически все были убеждены, что это звание достанется Уильяму Томсону. Его куратор доктор Куксон даже отмечал, что «если он его не получит, это будет большой неожиданностью для университета». Сам Томсон был не настолько уверен в успехе. Когда начались состязания, вперед выдвинулся другой студент – Стивен Паркинсон, который, очевидно, умел отвечать быстрее и находить более экономичные решения. В результате более одаренный, но менее проворный Кельвин и в самом деле занял второе место. Зато Томсон победил Паркинсона в борьбе за премию Смита (по теоретической физике), которая требовала более глубоких аналитических способностей и полного владения материалом.

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.

100

Это замечание Кельвин сделал в ходе своих балтиморских лекций по молекулярной динамике и волновой теории света, которые читал в Университете Джона Хопкинса в 1884 году.

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.

101

Kelvin 1864.

102

Kelvin 1862.

«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] .»

103

Kelvin 1864. Доклад был прочитан 28 апреля 1862 года.