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

И все же когда век подошел к концу, что-то случилось. Даже сам Кельвин, как его теперь называли, начал задумываться, не слишком ли ограничена его точка зрения. К 1894 году он полагал, что, возможно, более подходящим возрастом Земли нужно считать четыре миллиарда лет. Наверное, говорить, что Кельвин был крайне неуступчив во взглядах — это преувеличение. Но к тому моменту это уже не имело значения, потому что первоначальные цифры превратились в незыблемую аксиому. Студенты-физики во всем мире 30 лет использовали его вычисления в качестве классического примера.

Сегодня мы знаем, что геологи и биологи были правы, когда заявляли, что Земля намного старше, чем сначала подсчитал Кельвин. Но понадобились совершенно новые методы, разработанные физиками, чтобы собрать необходимые доказательства его заблуждения. Чего Кельвин не знал и что не было известно никому из его современников — это то, что изнутри Земля действительно получает огромное количество тепла.

Начало конца вычислениям Кельвина положило открытие радиоактивности, которое в 1896 году совершил французский физик Антуан Анри Беккерель. Хотя до окончательного понимания процесса прошло еще несколько лет, Пьер Кюри и Альбер Лабор в 1903 году доказали, что благодаря своей радиоактивности радий обладает поразительной способностью постоянно испускать тепло. В результате это вещество не остывает до температуры более холодного окружения, в отличие от того, как обычно ведут себя теплые объекты. Позже было обнаружено, что различные радиоактивные элементы не являются независимыми, а определенным образом могут превращаться один в другой. Например, радий получается из урана, а свинец — последний стабильный продукт распада урана. В 1907 году американский химик и физик Бертрам Борден Болтвуд предположил, что поскольку нам известна скорость превращения урановой руды в свинец, то, если мы знаем количество свинца в определенном образце руды, значит, можно определить возраст скальной породы, в которой эта руда была обнаружена. Чем выше процентное содержание свинца, тем старше руда.

Дальнейшее развитие этого метода привело к значительно более точному определению возраста объектов в наши дни. Старейший образец скальной породы, обнаруженный на Земле, имеет возраст около 4,3 миллиарда лет. Кажется разумным предположить, что Земля старше, чем самый древний образец скалы на ней. Насколько старше?

Доказательства, полученные на метеоритах, позволяют говорить, что Солнечная система начала формироваться около 4,6 миллиарда лет назад. Новейшие исследования с помощью другого оборудования, например лазера или ионных приборов, пока подтверждают результаты более ранних подсчетов.

Другие открытия пролили свет на такие факты о Земле, о которых во времена Кельвина можно было лишь догадываться. Например, мы знаем, что тепло по некоторым причинам — вследствие энергии гравитации, падения метеоритов и внутренней радиоактивности — стало причиной частичного расплавления вещества внутри Земли. В результате возник мощный конвекционный процесс, смешивание и подъем расплавленной горной породы, а также передача тепла изнутри наружу, которую и исследовал Кельвин. Кроме того, имеет место химическая сегрегация, о которой Кельвин еще не мог знать. Все эти; процессы, продолжающиеся по сей день, привели к тому,; что на поверхности появилась тонкая кора, под ней — более плотная мантия, а внутри — еще более тяжелое ядро] из железа и никеля.;

Кроме того, мощные конвекционные процессы действуют на разные части нашей планеты с огромной силой, вследствие чего огромные участки на поверхности Земли; сминаются, проваливаются, разрываются и поднимаются. Поэтому едва ли могли сохраниться самые первые горные породы, что объясняет, почему старейшие из имеющихся образцов не могут рассказать всей истории.

Новые исследования дают основание предполагать, что: при этом задействованы дополнительные мощные силы, что еще больше повлияет на научные результаты. Дебра С. Стейкс, геохимик из исследовательского института: Монтерей Бей Аквариум, утверждает, что «большинство геологических процессов на самых глобальных этапах были непосредственно связаны с биологическими, что ставит под сомнение наши взгляды на неорганическую термодинамику и движущие реакции. Было обнаружено, что микробы живут на глубине четырех километров при температуре 110°С. Общая масса этих организмов может превышать массу всей неорганической материи в составе нашей планеты. Все чаще появляется мысль, что микробы, живущие на многие мили вглубь земной коры, сыграли заметную, а возможно, и ведущую роль в создании горных пород, почвы, металлов и минералов, а также морей и газов» {202} 202 Broad, 1996, p. 68. . Другими словами, нам предстоит еще многое узнать о происхождении и функционировании Земли.

Но как бы Кельвин ни ошибался, его репутация от этого не пострадала. Хотя новые методы определения возраста убедительно доказали, что вычисления Кельвина неверны, и хотя он отказывался признавать существование радиоактивности, он оставался влиятельной и уважаемой фигурой в науке. В 1904 году в возрасте 80 лет он стал президентом Университета Глазго.

Известность лорда Кельвина поставила Эрнеста Резерфорда в очень неловкое положение, когда в том же году его пригласили выступить с приветственной речью на заседании Королевского общества. Резерфорд занимался крайне важной работой по изучению атома и уже доказал, что радиоактивные атомы, а может быть, и все атомы, содержат огромные запасы скрытой энергии. Он прекрасно понимал, что такая информация приведет к острому конфликту между ним и Кельвином, присутствующим в аудитории, в вопросе о возрасте Земли.

«К моему облегчению, — писал он позже, — Кельвин почти уснул, но когда я подошел к этому важному моменту, то увидел, как старик распрямился, открыл глаза и метнул в меня недобрый взгляд! Меня внезапно осенило, и я сказал: «Лорд Кельвин ограничивал возраст Земли, если не будет найден новый источник тепла. Это пророческое высказывание относится именно к тому, о чем мы говорим сегодня, — к радию!» И вот старик уже сияет улыбкой».

Возможно, старик и улыбался Резерфорду; возможно, как уже говорилось выше, у него даже были некоторые сомнения по поводу своих подсчетов возраста Земли, но это не значит, что он на самом деле изменил мнение. Еще в 1906 году он утверждал, что радиоактивность не может влиять на теплоту Земли. Многие геологи точно так же не могли перестроить свое мышление. Прошло еще 10 лет, прежде чем новое поколение ученых освободилось от влияния Кельвина.

Хотя вычисления Кельвина оказались ошибочными, его основная мысль — что Солнечная система когда-нибудь прекратит свое существование — остается в основе своей правильной. К счастью, до этого конца остается намного больше времени, чем полагал Кельвин.