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

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], 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]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]. 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]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]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.

Весной 1896 года французский физик Анри Беккерель открыл, что распад нестабильных атомных ядер сопровождается испусканием излучения и частиц. Это явление получило название радиоактивности [146]. Семь лет спустя физики Пьер Кюри и Альбер Лаборд сообщили, что распад солей радия создает источник тепла, прежде не известный. Астроному-любителю Уильяму Э. Уилсону [147]потребовалось всего четыре месяца с того момента, когда Кюри и Лаборд объявили о своем открытии, чтобы сделать наблюдение, что такое свойство радия «вероятно, содержит в себе подсказку, каков источник энергии Солнца и звезд». По оценке Уилсона, всего «3,6 грамма радия на кубический метр объема Солнца достаточно, чтобы обеспечить наблюдаемый выход тепла». Очень краткая заметка Уилсона в журнале « Nature » не привлекла особого внимания научной общественности, однако потенциальные следствия из того обстоятельства, что был открыт неожиданный источник энергии, не укрылись от внимания Джорджа Дарвина [148]. Дарвин постоянно искал способы освободить геологию от смирительной рубашки геохронологии по Кельвину и в сентябре 1903 года с радостью объявил, что «Количество энергии, которую можно получить [из радиоактивных материалов], столь огромно, что теперь уже невозможно сказать, как давно существует солнечное тепло и надолго ли его хватит в будущем». Ирландский физик и геолог Джон Джоли [149]отнесся к этому заявлению с большим энтузиазмом и тут же применил его к задаче оценки возраста Земли. В письме в « Nature », опубликованном 1 октября 1903 года, Джоли указал, что «источник тепла [радиоактивные минералы] в любом элементе материала [Земли]» может влиять на теплопередачу точно так же, как повышенная теплопроводность земных недр. Именно этого, как ранее показывал Перри, и недоставало, чтобы оценки возраста Земли существенно возросли. Иными словами, по сценарию Кельвина Земля исключительно теряла тепло из своих первоначальных запасов. Открытие нового источника внутреннего тепла, очевидно, подрывало самые основы подобной гипотезы.