Хал Хеллман - Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов

Со студенческой скамьи Томсон всегда с интересом относился к вопросу теплоты. Несомненно, он знал, что Лейбниц до него верил в первоначально расплавленную Землю, а Ньютон проводил некоторые исследования потери теплоты и остывания тел. К 18 годам Томсон уже опубликовал работу на тему «Однородное движение теплоты в гомогенных твердых телах и его связь с математической теорией электричества». Название знаменательное, потому что показывает, что он не только интересовался проблемами теплоты и ее движения в твердых телах, но и пытался применить к их решению математические методы, которые оказались такими успешными в работе с механическим движением и электричеством.

Для практика Томсон прекрасно разбирался в математике. Например, он изучил работу Жозефа Фурье, который провел первые математические исследования теплопроводности. Воспользовавшись дифференциальным исчислением Лейбница и Ньютона, Фурье нашел способ в любое время определять скорость изменения температуры в разных точках твердого тела, а также реальную температуру в любой точке этого тела. Томсона очаровал этот метод. Позже он писал, что хотя в то время был еще студентом, но «освоил его за две недели — проработал от начала до конца» {185} 185 Smith and Wise, 1989, p. 167. .

Хотя потом он называл работу Фурье «великой математической поэмой» {186} 186 Ibid., p. 127. , она послужила более земным целям, потому что убедила Томсона в том, что Земля постепенно остывала — от первоначального расплавленного и жидкого до теперешнего состояния.

До этого французский физик Никола Леонар Сади Карно под влиянием огромного значения парового двигателя доказал, что теплота и работа взаимозаменяемы. Но этой идее уделялось мало внимания до тех пор, пока Томсон в 1849 году пристальнее не взглянул на нее и не пришел к далеко идущим выводам.

Томсон был убежден, что определенная часть теплоты не превращается в работу, а это было важно при разработке таких машин. Кроме того, он расширил сферу приложения своих усилий, заинтересовавшись ролью данных феноменов в «работе» Земли.

На его взгляд, ответ на вопрос о возрасте Земли лежит в обычных наблюдениях, которые делались при сооружении многочисленных шахт и колодцев: чем дальше копать, тем становится горячее. Хотя это явление можно объяснить и иначе, Томсон считал его доказательством того, что теплота исходит из недр Земли.

Он понимал это так: тепловая энергия уходит из Земли и, как и в паровом двигателе, фактически необратима. Такое рассеивание энергии предполагает, что нашим природным системам когда-то наступит конец, что и стало, по докладу, представленному в 1851 году, вторым законом термодинамики, одной из основ для практического применения теплоты и работы. Первый и второй законы утверждают примерно следующее: энергия никогда не теряется (первый закон), но некоторая ее часть не превращается в работу (второй закон).

Благодаря второму закону был сделан значительный прорыв в научном понимании физических машин любого рода. Например, он объяснил, почему невозможно создание вечного двигателя. Кроме того, говорил Томсон, он показывает, что природные двигатели — такие как Солнце, Земля и другие элементы Солнечной системы — тоже имеют свой конец.

В своих расчетах он исходил из предположения, что Земля изначально была частью Солнца, имела его температуру и с тех пор остывала. Сначала Томсон использовал эти вычисления, пытаясь понять, как долго Земля и вся Солнечная система могут находиться в своем теперешнем состоянии. Затем, как представлено в докладе 1842 года, он изучал возможность проведения вычислений не вперед, а назад. И вдруг стало возможным довольно точно с научной точки зрения определить возраст Земли.

Сознавая некоторые слабые стороны своего подхода, Томсон начал уточнять его и в последующие годы развивал эти идеи. В 1846 году, в год своего назначения в Университет Глазго, он заявил, что определение возраста Земли основывается на физических принципах. Все сидели и слушали. Он говорил, что для того чтобы достичь сегодняшней температуры, Земле потребовалось время, и этот период составляет около 100 миллионов лет. Признавая, что эта цифра приблизительна вследствие упрощенных предположений, он расширил диапазон от 20 до 400 миллионов лет.

Но если признать правоту Томсона, тогда оказываются неверными несколько ведущих теорий. Например, геологи наблюдают древние пласты, возраст которых составляет миллиарды лет. Теория эволюции Дарвина, еще завоевывающая позиции, тоже нуждалась в значительно более длинной истории, чем позволяли вычисления Томсона. Как следствие, Томсон так никогда и не принял эволюционную теорию.

В наше время креационисты превознесли Томсона как пример человека, верящего в их учение. Но это все же величайшее заблуждение в истории науки. Хотя Томсон отвергал теорию Дарвина, он никоим образом не был креационистом, т.е. не соглашался с буквальным пониманием религиозных текстов, а его возражения абсолютно не походили на религиозные нападки на эволюцию, характерные для биологии того периода.

Хотя Томсон не воспринимал идеи многих ведущих ученых, он никогда не считал себя одиноким. Джеймс Прескотт Джоуль, который провел впечатляющую работу по демонстрации механического эквивалента теплоты,. был одним из его сторонников. В письме к Томсону, написанном в мае 1861 года, Джоуль отмечал: «Я рад, что вам не нравится многое из той чепухи, которая в последнее:время была представлена на суд общественности. Виноват в этом совсем не Дарвин, поскольку, на мой взгляд, он не собирался публиковать никакой законченной теории, а, скорее, хотел обозначить трудности, которые необходимо разрешить… Похоже, в наше время публике ни до чего нет дела, если это не имеет характера сенсации. Ничто не доставляет ей большего удовольствия, чем… философы, обнаружившие связь между человеком и обезьяной или; гориллой» {187} 187 Ibid., p. 525. .

К 1869 году Томсон объединился с людьми, которых: называл «истинными геологами», подразумевая, естественно, тех, кто соглашался с его временной шкалой. Что касается других геологов, а также биологов, то им была нужна помощь. Поэтому через девять лет после известного спора между Томасом Генри Гексли и епископом Уилберфорсом первый снова выступил в роли общественного защитника. Хотя сегодня его помнят как бульдога Дар- вина, но сам Гексли тоже был видным ученым и занимал; пост президента Лондонского Королевского общества, вот почему его и выбрали для битвы с Томсоном.

На этот раз спор проходил на более научной арене — в Геологическом обществе Лондона. Было и еще одно существенное различие: Гексли скрестил оружие с намного более искусным противником — Томсоном, который к тому же раньше следил за дебатами между ним и Уилберфорсом. (Следует отметить, что словесная перепалка Гексли и Томсона так ничего и не решила. В последующие годы она переросла в письменное противостояние, в которое были втянуты многие другие участники. В данной главе мы пользуемся всеми этими источниками.)