Борис Воронцов-Вельяминов - Лаплас
Сведение всех сложных явлений к простым, всех качественных различий к одним количественным, всех движений материи к простому механическому перемещению частиц – не соответствует истинным соотношениям, существующим в мире. Законы развития живого организма отличны от законов, применимых к отдельной молекуле, а законы развития человеческого общества отличны от законов развития отдельного человека.
Современность и небесная механика Лапласа
Какова современная точка зрения на результаты научных исследований Лапласа? Историческая оценка его работ по математике и физике уже была дана.
Мы остановимся на оценке основных работ Лапласа, на его стремлении вывести из закона тяготения Ньютона все настоящие, прошлые и будущие движения в солнечной системе, а в частности – на современной оценке космогонической гипотезы Лапласа, имевшей особенное значение.
Задача трех тел в общем виде практически остается неразрешенной до сих пор, так как решение ее в виде формул, найденных Зундманном (в 1912 г.), не может быть применено на практике. В области же приближенного решения задачи трех и более тел, в частности в применении ее к солнечной системе, исходя из теорий Лапласа и Лагранжа, работал ряд позднейших исследователей. На методах классической небесной механики были основаны знаменитые таблицы движения планет, вычисленные Леверрье в середине прошлого столетия. В ряде важных случаев этими методами, частично усовершенствованными, астрономы пользуются и теперь.
Развитие математики позволило, однако, значительно видоизменить методы классической небесной механики Лапласа. Работами Гюлдена, Линстедта, Хилла и в особенности Пуанкаре созданы «новые методы небесной механики», но нельзя сказать, что они полностью заменили то, что полтора века назад сделали Лаплас и Лагранж.
Вопросом устойчивости солнечной системы также занимались многие ученые. Этот вопрос в астрономии решается пока путем изучения бесконечных рядов. Лаплас и Лагранж, пользуясь только первыми членами рядов, нашли систему устойчивой. Пуассон, ученик Лапласа, подтвердил их результаты, вычислив большое число членов, но потом оказалось, что устойчивость в понятии Пуассона имеет несколько иной смысл. В его понимании солнечная система устойчива и тогда, когда в ней происходят огромные изменения в движении планет, лишь бы по прошествии любых достаточно длинных промежутков времени состояние системы возвращалось к первоначальному. Некоторые ученые пытались решить вопрос об устойчивости при помощи рядов другой формы, чем та, которой пользовался Лаплас, но неудачно. Последний крупнейший небесный механик Пуанкаре установил, что устойчивость солнечной системы действительно доказана Лапласом и Лагранжем, но лишь на некоторый конечный, хотя и большой, промежуток времени; и Пуанкаре должен был признать: «Я не смог разрешить строгим и полным образом проблему устойчивости солнечной системы».
Абсолютная и вечная устойчивость любой системы мирового пространства несовместима, конечно, с идеей эволюции, но в области теории крайне важно математически точно доказать устойчивость или неустойчивость той несколько упрощенной схемы, которую вместо подлинной солнечной системы изучает в данном случае небесная механика.
В какой мере удалось Лапласу действительно об'яснить ньютоновской теорией тяготения все подробности движения небесных тел?
Время шло, и поэтому возмущения в движении небесных тел делались все более ощутимыми. С другой стороны, развитие техники позволило астрономам, применяя более совершенные приборы, подмечать в краткий срок те особенности движения светил, для установления которых раньше требовались столетия. Развитие практики не могло не заставить вновь и вновь сопоставлять данные наблюдений с теориями Лапласа.
Загадка векового ускорения Луны, как будто блестяще разрешенная Лапласам, оказалась разрешенной лишь наполовину, если говорить о числах, и недостаточно разрешенной, если говорить принципиально. Действительно, более точный пересмотр вычислений Лапласа и наблюдений показал, что истинное вековое ускорение Луны вдвое больше теоретического. Кто же устранил за истекшие полтора столетия оставшуюся невязку? Никто. Современные таблицы движения Луны поэтому не составляются исключительно на основании теоретических данных, как того требовал Лаплас. В них вводят эмпирические поправки, хотя и очень незначительные, взятые из прямых наблюдений. Дело в том, что нельзя еще утверждать, но есть основания предполагать, что неправильности в движении Луны, необ'яснимые теорией тяготения, являются, так сказать, кажущимися. Они происходят, повидимому, от постепенного замедления суточного вращения Земли в результате тормозящего действия, которое оказывают на это вращение морские приливы. Значит, не Луна движется быстрее, чем должно быть по теории тяготения, а наша единица для измерения времени – сутки – не постоянна, а удлиняется как промежутки между ударами часов, которые с каждым днем шли бы «все тише», все медленнее. Влияние на видимое движение Луны может оказывать и предполагаемая пульсация земного шара – очень маленькие изменения его диаметра.
Таким образом, в солнечной системе практически нет явлений, которые противоречили бы ньютоновской теории тяготения. В тех случаях, когда совпадение теории с наблюдениями оказывалось неполным, обнаруживался добавочный фактор, не замеченный ранее, но влияющий на ход явлений, не противореча и часто непосредственно вытекая из теории тяготения.
Действительно ли закон тяготения Ньютона об'яснил с абсолютной строгостью все движения тел солнечной системы, как утверждал после своих исследований Лаплас? Нет, в этой системе наблюдается одно мало заметное движение, которое не вполне поддается об'яснению теорией тяготения. Оно незначительно, но его достаточно, чтобы усомниться в абсолютной строгости закона тяготения.
Дело заключается в следующем. Перигелий орбиты планеты Меркурий под действием вековых возмущений непрерывно поворачивается в мировом пространстве.[17] Однако это вращение происходит быстрей, чем должно быть по теории тяготения (с учетом, казалось бы, всех возможных влияний); оно больше «чем нужно» на крошечную величину – 41 секунду дуги в столетие. Можно ввести некоторые добавочные предположения, имеющие, правда, характер известной искусственности, и тогда это разногласие с теорией тяготения будет устранено.
Однако развитие физики выдвинуло в последние годы, наряду с ньютоновскими представлениями о времени, пространстве и массе, другие, принципиально новые представления, из которых выросла целая физическая система, названная теорией относительности. Как следствие этой теории, перигелий орбиты Меркурия должен перемещаться как раз так, как наблюдается, и что с трудом об'яснялось теорией тяготения. Правда, истинная величина движения перигелия Меркурия, может быть, и не равна в точности тому, что требует теория относительности, – наблюдения дают величину движения перигелия недостаточно точно. Все же, сопоставляя это явление с рядом других наблюдений, можно думать, что механика Ньютона несовершенна и что ее должна заменить механика теории относительности.
