Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— Ты имеешь в виду, что разумные существа обитают где-то в солнечной системе?

— Нет. Космические зонды и другие исследования сделали весьма сомнительным существование любой формы жизни на любой из планет, обращающихся вокруг нашего Солнца, разумеется, за исключением Земли, и развитой цивилизации, кроме нашей. Но вполне возможно, что где-то вокруг других солнц, отстоящих от нас на огромные расстояния и называемых звездами, обращаются иные планеты, на которых существует не просто жизнь, но жизнь разумная и цивилизованная.

— Грандиозная идея, — не мог не признать мистер Томпкинс. — Разумеется, мне отлично известно, что сюжеты о разумных обитателях далеких миров давно используются в научной фантастике, но из того, что ты сейчас мне поведал я заключил, что ученые также вполне серьезно относятся к подобным идеям. Что стало причиной изменения их отношения к проблемам поиска внеземных цивилизаций?

— Все дело в том, как мы теперь отвечаем на два вопроса, —пояснил Уилфред. — Вопрос первый: существуют ли другие обитаемые миры? Ответить на него призваны астрономы. Вопрос второй: если обитаемые миры действительно существуют, то отличаются ли они от нашего?

Это вопрос адресован биологу, на который он может ответить только в том случае, если понимает, как зародилась и в каком направлении развивается жизнь на Земле. Ответ на первый вопрос о том, существуют ли иные обитаемые планеты, обращающиеся вокруг других звезд, мы сможем дать, если будем знать, как образуются планетные системы.

Первые теории происхождения планетных систем были сформулированы во второй половине восемнадцатого века немецким философом Иммануилом Кантом и французским математиком Пьером Симоном де Лапласом. Созданные совершенно независимо друг от друга, теории были очень схожи и стали известны под общим названием гипотезы Канта-Лапласа. Согласно этой гипотезе, молодое Солнце было окружено поясом рассеянной материи, так называемой «солнечной туманностью», которая либо сохранилась от начальных стадий сжатия рассеянной материи, из которой образовалось Солнце, или которая была исторгнута из недр Солнца на более поздних стадиях из-за увеличившейся скорости вращения основного тела Солнца. Кант, будучи философом, сформулировал свою гипотезу чисто качественно. Удивительно, что Лаплас, хотя он и был блестящим математиком, опубликовал свою гипотезу только в популярной брошюре и, насколько известно, никогда не пытался облечь ее в математически строгую форму.

— Может быть, он пытался, но ему не удалось получить сколько-нибудь значимых результатов? — высказал предположение мистер Томпкинс.

— Возможно, я бы даже сказал, очень даже возможно. Но так или иначе гипотеза Канта-Лапласа не привлекла внимание математиков вплоть до появления на сцене примерно через сто лет британского физика-теоретика Джеймса Клерка Максвелла. Свой анализ он начал со сравнительно второстепенной проблемы — с вопроса об устойчивости колец Сатурна, почему кольца не конденсируются в один сгусток материи или, может быть, в несколько сгустков материи. Иначе говоря, почему из колец Сатурна не образуются его новые спутники? Максвелл понял, что на вещество в кольцах Сатурна действуют две противоположные силы. Во-первых, между различными частями кольца действуют силы ньютоновской гравитации, стремящиеся сконденсировать вещество в кольце в одно или несколько сферических тел, аналогичных другим спутникам Сатурна. Во-вторых, существует разрушительная сила, возникающая вследствие того, что по третьему закону Кеплера внешние части кольца движутся с меньшей угловой скоростью, т. е. с большим периодом обращения, чем внутренние части. Эта сила стремится разрушить конденсацию в самом зародыше и распределить вещество равномерно по кольцу. Окончательный результат противоборства зависит от того, какая из сил больше. Максвелл вывел математическую формулу, дающую решение задачи об устойчивости кольца Сатурна, если известна полная масса кольца, его размеры и скорость вращения. Эти величины известны из астрономических наблюдений.

Максвеллу удалось показать, что разрушительная сила больше гравитационных сил. Следовательно, кольца Сатурна не могут конденсироваться в спутники. Именно так и происходит в действительности.

Затем Максвелл применил свою математическую теорию к гипотетическому кольцу, которое якобы окружало Солнце на ранних стадиях его формирования. Для этого Максвелл предположил, что все вещество, сосредоточенное ныне в планетах, некогда было равномерно распределено по всей плоскости эклиптики и образовывало первичную «солнечную туманность». Результат вычислений Максвелла был поистине шокирующим: выяснилось, что баланс между гравитационными, конденсирующим и разрушительными силами был таким же, как в кольце Сатурна.

Иначе говоря, если бы «солнечная туманность» существовала, то она никогда не смогла бы конденсироваться в планеты! Для этого ее масса слишком мала.

Единственная очевидная альтернатива состояла в предположении, что наша планетная система возникла в результате столкновения Солнца с какой-то другой звездой. Действительно, в звездной системе Млечного Пути существует сто тысяч миллионов звезд. Но из-за больших расстояний между соседними звездами по сравнению с их диаметрами звездное «уличное движение» в Млечном Пути происходит в очень спокойной обстановке, и столкновения звезд и даже пролеты на опасно близких удалениях происходят крайне редко. Если наши планеты возникли в результате столкновения, то наше Солнце и его партнер по столкновению, происшедшему около пяти тысяч миллионов лет назад, вполне могут оказаться двумя единственными звездами в Млечном Пути, обладающими планетными системами. Поэтому и жизнь в Млечном

Пути должна встречаться чрезвычайно редко.

Гипотеза возникновения планетной системы в результате столкновения Солнца и какой-то звезды была сформулирована в начале 20-го века сэром Джеймсом Джинсом в Англии и Форестом Моултоном и Томасом Чемберленом в Америке, но вскоре и на ее пути возникли трудности, и положение стало отчаянным. И только в год окончания второй мировой войны парадокс удалось разрешить немецкому физику Карлу фон Вейцзеккеру. Он показал, что заключение Максвелла было ошибочным не потому, что Максвелл недостаточно владел математикой, а потому, что во времена Максвелла астрономы придерживались совершенно неверных представлений о химическом составе Вселенной. Считалось, что Солнце, другие звезды и межзвездное вещество по своему химическому составу, ничем не отличаются от нашей Земли, т. е. состоят в основном из атомов железа, кремния и кислорода. Предполагалось, что водород на Солнце практически отсутствует, и что гелий, впервые открытый в солнечном спектре и названный в честь Солнца (гелиос по-древнегречески означает Солнце), встречается на Солнце так же редко, как на Земле. И только в конце 30-х годов 20-го века астрономы с помощью квантовой теории атома Нильса Бора пришли к заключению, что их предыдущие представления о химическом составе Вселенной опирались на совершенно неверные предпосылки. Действительно, теперь мы знаем, что Солнце, другие звезды и межзвездное вещество состоят на 55% из водорода, около 44% из гелия и менее чем 1% из всех остальных элементов. Это позволило снять возражение Максвелла против первоначальной гипотезы Канта-Лапласа, поскольку последняя означала, что во времена образования планет, или, как их принято называть теперь, протопланет, те содержали огромные количества водорода и гелия, ныне почти полностью исчезнувших. Солнечная туманность должна была быть гораздо более массивной, чем полагал Максвелл.