Лев Мухин - В нашей галактике
В это время физика и математика были озарены гением Ньютона, а астрономия — открытиями Гершеля. Величайшие умы задумывались о первопричине удивительной стройности и порядка, царящих в Солнечной системе. Ведь все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении и почти в одной плоскости. За исключением Венеры и Урана, все планеты имеют одинаковое направление вращения вокруг собственной оси. Орбиты всех планет имеют форму почти правильных окружностей.
Насколько трудна была задача объяснения всех этих закономерностей, а главное — их появления, показывает следующий примечательный факт. Бесспорно, что такой титан, как Ньютон, не мог не попытаться подойти к решению вопроса о происхождении Солнечной системы. В своих «Математических началах натуральной философии» он описывает особенности движения планет. Но, по мнению гениального ученого, столь упорядоченное движение не могло быть следствием «какой-либо механической причины».
Ньютон думал, что взаимное притяжение планет обязано нарушить устойчивость Солнечной системы. Ну а поскольку она не нарушается, великий ученый так же, как и многие его предшественники, прибегнул к помощи Верховного Разума, который и наводит в мире соответствующий порядок.
Но, бесспорно, не Верховный Разум, а простые физические законы управляли и управляют по сегодняшний день нашей Солнечной системой. И как ни парадоксально, первым, кто это понял, был великий философ И. Кант, который, кстати, тоже исповедовал идею существования Верховного Разума.
Изучая богословие в Кенигсбергском университете, Кант увлекся физикой и математикой и стал горячим приверженцем ньютоновской физики. Он высказал идею, что вращение туманностей приводит к превращению шаровой формы в сплюснутую, дискообразную, и разработал интересные физические принципы в обоснование этой идеи.
В 1755 году вышла книга Канта «Всеобщая естественная история и теория неба», где были изложены его основные мысли. Уже в этой книге Кант рассматривал кольца Сатурна как рои частиц, вращающиеся вокруг планеты. Но по непонятной причине книгу Кант издал анонимно. К тому же издатель обанкротился, и она осталась на складах. Поэтому даже слава Канта как философа не привлекла особенного внимания современников к его идеям.
Кант полностью посвятил себя к этому времени вопросам, связанным с мышлением и познанием. На всякий случай он еще раз кратко изложил свою теорию в предисловии к книге «Единственное возможное доказательство бытия божьего». Книга эта вышла в 1763 году. Интересно, что именно в связи с этой книгой М. Булгаков устами Воланда упоминает Канта в своем знаменитом романе.
Полностью книга Канта «Всеобщая естественная история и теория неба» была вновь издана в 1798 году, а четыре года спустя первый консул Французской республики, тогда еще не ставший императором Наполеон, выразил желание побеседовать о судьбах мироздания со своим бывшим министром внутренних дел П. Лапласом, великим астрономом В. Гершелем и известным физиком графом Б. Румфордом.
Будущий император принял ученых в саду своего дворца в Мальмезоне, где он давал указания рабочим, подводившим воду для поливки растений. В своих воспоминаниях Гершель отмечает отличное знакомство Наполеона с мелиорацией.
Любезно встретив гостей и побеседовав с ними на общие темы, первый консул взял инициативу научной дискуссии в свои руки. Речь зашла о протяженности мира… «Кто же творец всего этого?» — спросил Наполеон Лапласа.
Лаплас пытался объяснить ему, как последовательность естественных событий могла привести к наблюдаемым астрономами фактам, но не сумел убедить будущего завоевателя Европы. Наполеон, как и многие другие, предпочитал более простое объяснение — вмешательство бога.
А между тем у Лапласа были все основания отстаивать свою точку зрения. Ко времени этой встречи вышло уже два издания его знаменитой книги «Изложение системы мира». В своей книге Лаплас показал, что вывод Ньютона о нарушении устойчивости Солнечной системы и грядущей катастрофе ошибочен. Именно после работы Лапласа и отпала необходимость привлечения божественного вмешательства. На вопрос Наполеона, оставляет ли он во Вселенной место для ее творца, Лаплас мог с полным основанием ответить: «Гражданин первый консул, я никогда не испытывал нужды в этой гипотезе».
Надо заметить, что Наполеон чрезвычайно высоко ценил Лапласа. В первые годы своего консульства он даже назначил пятидесятилетнего ученого министром внутренних дел в своем правительстве. Трудно сказать, на что рассчитывал будущий император Франции, решаясь на подобный шаг. То ли излишний либерализм, то ли уверенность в том, что человек, который «навел порядок» в Солнечной системе, наведет порядок и во Франции.
Величайший математик своего времени, человек, еще в конце XVIII века показавший возможность существования черных дыр, был министром лишь полтора месяца… «Первоклассный геометр тут же показал себя весьма скверным администратором… Лаплас… в конце концов принес в управление дух бесконечно малых величин», — не без чувства юмора писал в своих мемуарах Наполеон.
Хорошо известно, что Лаплас всегда посвящал свои научные труды сильным мира сего. Поэтому, лишив его должности министра, Наполеон все-таки оставил Лапласу кресло сенатора. Именно с этого кресла Лаплас впоследствии одним из первых проголосовал за изгнание из Франции своего благодетеля.
Но нас прежде всего интересует небулярная теория происхождения Солнечной системы, или, как ее еще называют, теория Канта — Лапласа. Последнее название привилось в науке уже много лет спустя после смерти Лапласа. Сам он считал себя единственным основоположником теории эволюции Солнечной системы, но гениальное предвидение Канта не могло не оставить следа в истории науки, и сейчас, когда мы говорим о происхождении семьи планет, мы используем термин «модель Канта — Лапласа».
Бесспорной заслугой Лапласа явилось построение изящной математической модели Солнечной системы с использованием закона всемирного тяготения Ньютона. Он широко пользовался данными наблюдательной астрономии, в частности В. Гершеля. Поэтому некоторые принципы его теории не потеряли до настоящего дня своего значения.
Посмотрим, к чему же сводятся основные черты модели Канта — Лапласа. Солнце по этой модели возникло в результате сжатия огромного вращающегося облака. «В первоначальной стадии… — пишет Лаплас, — оно (Солнце. — Л. М.) представляло собой туманность, состоящую, как это видно в телескопы, из ядра, окруженного туманным веществом… Сгущаясь на поверхности ядра, такая туманность преобразуется в звезду».
Как мы видим, вполне современная точка зрения на образование звезд из сжимающейся прототуманности. Но как же по мере сжатия прото-Солнца образовывались планеты?
Лаплас полагал (и, кстати говоря, совершенно справедливо), что молодое Солнце «было некогда окружено колоссальной атмосферой». Только теперь, почти двести лет спустя после выхода в свет книги Лапласа, мы знаем, что под «атмосферой» следует понимать оставшуюся после образования Солнца часть туманности. Из этой «атмосферы» на различных стадиях сжатия Солнца, по мнению Лапласа, отрывались, формировались кольца, вращающиеся вокруг Солнца. Затем кольца разрывались на отдельные части, и если одна из них была достаточно велика, чтобы притянуть к себе в соответствии с законом всемирного тяготения другие, кольцо могло преобразоваться в планету. Так Солнце последовательно сбрасывало с себя кольца вещества, которые затем превратились в планеты.
В этом и состоит суть идеи великого французского математика. Я специально достаточно подробно остановился на небулярной модели Канта — Лапласа, поскольку многие новейшие теории в той или иной мере включают в себя старые идеи.
Спустя почти сто лет, в начале XX века, ученые вновь стали разрабатывать «катастрофические модели» образования планет. Здесь особенно «постарались» два чикагских физика Ф. Мультон и Т. Чемберлин, которые, исследуя сжатие вращающегося облака газа, установили ряд слабых мест в теории Лапласа.
Основная претензия к гипотезе Канта — Лапласа состояла в следующем. В физике существует такое понятие, как момент количества движения. Чтобы лучше уяснить себе физический смысл этой величины, рассмотрим следующий пример. Все мы хорошо знаем один из элементов фигурного катания — вращение спортсмена вокруг собственной оси. Этим эффектным номером часто фигурист заканчивает свое выступление. Я здесь хочу обратить внимание на некий тонкий момент (и в буквальном и в переносном смысле слова). Начинает вращение фигурист довольно медленно с широко расставленными руками. А затем он увеличивает скорость вращения, используя лишь один прием — приближая руки к оси вращения. Делает спортсмен это по-разному: может поднять их вверх, сомкнув над головой, может прижать к бокам. Эффект один — скорость вращения резко возрастает. В чем здесь дело?
