Возражение столь же грозное и даже более фундаментальное было выдвинуто Кирквудом в 1869 году. Туманный материал неконцентрированного Солнца должен был быть в самом начале предельно разреженным. Атмосферный воздух по сравнению с ним — плотное и массивное вещество. Однако никто в здравом уме не мог приписать воздушной материи малейшую способность сопротивляться деформации. Мы прекрасно знаем, что вращающийся шар воздуха, и, à fortiori, шар материи в тысячи раз менее компактной, чем воздух, непрерывно распадался бы на поверхности по мере ускорения. Нарушение и восстановление равновесия были бы практически одновременными. Не могло бы быть накопления внутреннего напряжения и, следовательно, никаких четко разделенных эпох неустойчивости. При первом же требовании, в первое же мгновение, когда центробежная скорость брала верх над гравитацией, туманные клочья отделялись бы, и их отделение продолжалось бы без пауз. Пространство было бы усеяно обломками сжимающейся туманности, и в результате должно было бы возникнуть огромное облако космической пыли, а не величественный строй вращающихся сфер.
Далее, возможность их возникновения из существовавших ранее колец отнюдь не гарантирована. Даже если бы туманный материал обладал сказочным сцеплением, необходимым для его разделения на объемные кольца с широкими промежуточными пустыми пространствами, их окончательная агломерация в планетные шары, вероятно, никогда не была бы эффективно осуществлена. Кирквуд давно поставил под сомнение осуществимость этого процесса. Г-н Моултон был близок к доказательству того, что он должен был иметь неудачный исход. Профессор Дарвин объявляет само его начало, помимо очень особых условий, невыполнимым.
Другое серьезное возражение против схемы Лапласа основано на заметных отклонениях, видимых в Солнечной системе, от соответствия фундаментальной плоскости движения. Если на них не действуют влияния, которые трудно вообразить или объяснить, все планеты должны обращаться вдоль уровня солнечного экватора и вращаться вокруг осей, перпендикулярных ему. Как далеко это от реализации в природе, мы можем убедиться, просто оглядевшись вокруг. Мы обязаны сменой времен года наклоненному положению вращения Земли. Однако отнюдь не легко понять, как полюс ее экватора оказался расположенным в хвосте Малой Медведицы, в то время как полюс эклиптики вовлечен в складки Дракона. Они должны были бы совпадать, если бы простые правила небулярного предписания соблюдались при создании и моделировании планет. И земные устройства не являются исключением. Экватор Сатурна и кольца Сатурна имеют еще больший наклон; в то время как в системах Урана и Нептуна — если мы можем так интерпретировать их ретроградные обращения — угол превышает предел квадранта. Эти и другие подобные расхождения доказывают, что солнечный механизм возник более сложным методом, чем тот, который вообразил Лаплас, и гипотеза, которая призывает на помощь множество вспомогательных устройств для своего избавления от накапливающихся затруднений, попадает тем самым под подозрение, что она не стоит затраченных на избавление усилий. Она теряет, во всяком случае, всякое право на похвалу за прямоту и простоту.
Космогония, созданная в Париже, таким образом, оказалась уязвимой по ряду пунктов; но не все удары, направленные на нее, имели такой смертельный эффект, как те, о которых только что говорилось. Некоторые попали безвредно или соскользнули в сторону. Один враждебный аргумент в частности, который одно время казался неотразимым, был полностью опровергнут логикой фактов и заслуживает упоминания лишь как исторический курьез. К середине девятнадцатого века прогресс звездной астрономии, казалось, принял направление, показывающее все туманности без исключения как имеющие звездный состав. С помощью больших рефлекторов лорда Росса многие такие объекты были подлинно, а некоторые, кроме того, обманчиво разрешены на звезды, причем иллюзорные эффекты были подтверждены наблюдениями Бонда с помощью заслуженно знаменитого 15-дюймового рефрактора, недавно построенного Мерцем для Гарвардского колледжа. Отсюда был сделан поспешный вывод, что разрешение — это целиком вопрос оптической силы и что не существует реального различия между звездными и небулярными мирами. «Сияющая жидкость» Гершеля приобрела мифический вид; «островные вселенные» вошли в популярную моду; и все, кроме немногих осторожных мыслителей, считали туманности и скопления дифференцированными лишь по степени удаленности. Но если пространство содержало только полноразмерные звезды, а не звезды в процессе становления — не звездную икру, не звездную протоплазму, — тогда воображаемая эволюционная история нашей системы оставалась висеть в воздухе, лишенная даже самой хрупкой опоры наблюдаемого факта.
Из этого шаткого положения она была спасена, отчасти убедительными рассуждениями Уэвелла и Герберта Спенсера, окончательно и триумфально спектроскопическим открытием сэра Уильяма Хаггинса космического газа «небулия». С августа 1864 года нет возможности отрицать, что небеса содержат обильные запасы именно того рода материала, который был нужен Лапласу, хотя играет ли он именно ту роль, которую он ему отвел, тем способом, который он предполагал, — это вопрос, на который следует отвечать с глубокой и растущей сдержанностью.
Возражение, недавно выдвинутое против небулярной теории с точки зрения кинетической доктрины газового строения, представляет большой умозрительный интерес. Газовая туманность, равная по массе Солнцу и планетам и растянутая достаточно, чтобы заполнить орбиту Нептуна, была бы, если предположить, что преобладающее мнение верно, подвержена быстрой утечке в пространство своих более легких ингредиентов. Водородом и гелием, как нам говорят, она должна была бы неизбежно обеднеть; однако нет недостатка ни в том, ни в другом на Солнце двадцатого века. Их удержание, надо признать, при гипотетических условиях трудно объяснить. «Критическая скорость» на ограничивающей поверхности предполагаемой туманности составила бы 4,8 мили в секунду. Это, по сути, на расстоянии Нептуна, параболическая скорость. Сама планета, если бы она могла ее достичь, разорвала бы узы, связывающие ее с Солнцем, и искала бы своей судьбы под другим покровительством. Точно так же любая частица первобытной туманности, ускоренная таким образом, должна была стать неисправимым бродягой.
Теперь, скорость молекул водорода при нуле по Цельсию составляет, в среднем, около 1-1/6 мили в секунду, но достигает в крайнем случае более семи миль. Водород, следовательно, не мог быть постоянно удержан солнечной туманностью, и утечка гелия последовала бы медленнее. Однако эти результаты, хотя и кажущиеся неизбежными, на самом деле не произошли, либо потому, что порождающее тело было устроено иначе, чем предполагалось, либо потому, что в действие вступили противодействующие влияния. Вполне возможно, например, что динамическое состояние газов может быть существенно изменено разрежением, доведенным до степени, выходящей за рамки экспериментальных исследований. Прогресс науки дает много предупреждений против слепого доверия правилу непрерывности. Кривые изменения редко сохраняют неопределенно долго равномерный характер. Их неисследованные участки могут включать совершенно неожиданные особенности изгиба, и эта возможность серьезно подрывает доверие к выводам, зависящим от «экстраполяции». Присутствие водорода и гелия в нашей системе, следовательно, не может быть отнесено к числу фактов, неоспоримо противоречащих небулярной гипотезе.
Согласованное продвижение математической астрономии в течение восемнадцатого века осуществлялось с уверенным спокойствием непреодолимой силы. Одно за другим препятствия, преграждавшие ей путь, падали перед повторяющимися и искусными атаками, непрерывная последовательность которых придает некое ликующее однообразие истории героического века анализа. «Небесная механика» засвидетельствовала «победу по всему фронту». Не было больше миров для завоевания, о которых знал бы Лаплас; царство закона тяготения было прочно установлено во всех солнечных владениях; угрожавшие восстания были подавлены; аномалии устранены; никакие существующие наблюдения больше не нарушали идеальной гармонии между тем, что было, и тем, что было предвидено. Природа на мгновение легко подчинилась оковам, наложенным на нее человеческой мыслью; ее сложности, по-видимому, перестали бросать вызов разгадке; ее способы действия выглядели прямолинейными и понятными. Какими они судились в настоящем, такими их можно было предполагать и в прошлом; и искушение было непреодолимым — пуститься в обратные спекуляции, выводя начальные условия из разработанного продукта, открытого для изучения.
Это была эпоха решительных обновлений. Формула равенства обещала возродить общество; политическая панацея была найдена путем создания республики «единой и неделимой»; и успех гильотины в обеспечении ее верховенства был почти превзойден триумфами исчисления в оправдании беспрепятственного господства гравитации.
Человечество начало все сначала; наука должна была сделать то же самое. Оптимистичный дух омоложенного мира оживлял все формы человеческих усилий. Он давно испарился. Оптимистичные надежды столетней давности были подавлены; будущее цивилизации выглядит тусклым; и его неопределенность ставит под угрозу будущее знания. Но мы, по крайней мере, больше не обманываем себя мыслью, что тот, кто бежит, может прочитать тайны вселенной. Мы убедились на убедительном опыте, насколько сильно и насколько разнообразно «тонкость природы превосходит тонкость чувств и интеллекта»; мы живо осознаем, что не существует единого и простого рецепта для «космификации» хаоса.
Та, что была разработана Лапласом, перестала быть удовлетворительной. Ее простота, на первый взгляд столь соблазнительная, оставляет ее в невыгодном положении по сравнению со сложностью эффектов, которые она была призвана вызвать. Отношения, требующие объяснения, умножились с прогрессом исследований. Те, что динамического порядка, были единственными, на которые обращали внимание геометры восемнадцатого века, и даже они стали непокорными; в то время как те, что физического и химического рода, оказались совершенно неуправляемыми. Стало, действительно, вполне ясно, что серия операций, описанных Лапласом, едва ли могла быть выполнена при самых благоприятных обстоятельствах, а в разреженной туманной среде была бы совершенно невозможна. Небулярная космогония, следовательно, не устояла «четырехугольником против всех дувших ветров».
Ее башни и укрепления рухнули перед бурями критических замечаний. Она выживает лишь как обломки, ее отличительные черты стерты, хотя старый флаг все еще развевается на цитадели. В следующей главе мы попытаемся сделать обзор работ, начатых для ее реконструкции.
СНОСКИ:
[10] Президентское обращение к Британской ассоциации, Йоханнесбург, 30 августа 1905 г.
[11] Comptes Rendus, том lii., стр. 481.
[12] Astrophysical Journal, том xi., стр. 103.
[13] Моултон, Astrophysical Journal, том xi., стр. 110.
[14] Нолан, Nature, том xxxiv., стр. 287.
[15] Bulletin Astronomique, том ii., стр. 223.
ГЛАВА IV
НЕБУЛЯРНАЯ ГИПОТЕЗА: ВАРИАЦИИ И УЛУЧШЕНИЯ
«Реставрации» часто заходят очень далеко. Вещи могут быть улучшены до неузнаваемости, более того, до исчезновения. Так случилось с небулярной гипотезой. Stat nominis umbra. Имя сохранилось, но с бесконечно разнообразными коннотациями. Исходная тема едва ли вспоминается многими вариациями, сыгранными на ее основе. Господствует полная свобода обращения. Строгие и простые линии эволюции, намеченные Лапласом, стерты или поглощены. Некоторые из схем, предложенных современными космогонистами, по существу являются возвратами к «Всеобщей естественной истории и теории неба» Канта; давно отброшенные и презираемые картезианские вихри вновь появляются, с блеском виртуальной новизны, в других; не недостает и теорий или спекуляций, напоминающих даже о кометных ударах Бюффона. Более того, вошла в моду вводящая в заблуждение манера объединять Канта с Лапласом как соавторов величественного и упорядоченного плана роста, обычно называемого «небулярной гипотезой». Это было и остается источником большой вредной путаницы. За исключением одной фундаментальной идеи — и то отнюдь не являющейся их исключительной собственностью — приписывания единства происхождения планетной системе, эволюционные методы Канта и Лапласа имели мало общего. Их постулаты были очень далеки от идентичности; они использовали радикально разные виды «мирового вещества»; и «мировое вещество» подвергалось в каждом случае совершенно несхожим процессам.
Тем не менее, часто молчаливо предполагается, что защитить или обновить одну схему — значит реабилитировать другую. Под прикрытием интеллектуальной расплывчатости, таким образом поощряемой, действительно заметен дрейф мысли назад, к точке зрения кёнигсбергского философа. Она рекомендуется не столько благоприятным вердиктом науки, сколько широкой свободой перспективы, которую она предоставляет. Императивное руководство Лапласа, обнадеживающее поначалу, привело к последующим восстаниям. Но Кант весьма уступчив; можно сильно отклониться от пути его концепций, не покидая его окончательно; они достаточно емки и неопределенны, чтобы соответствовать большой новизне как воображения, так и опыта, и поэтому легко поддаются меняющимся требованиям прогресса.
Примечательная попытка была предпринята в 1873 году покойным Эдуаром Рошем из Монпелье реконструировать, не разрушая, гипотезу Лапласа. Этот замечательный человек жил и умер провинциалом. Лишь немногие разрозненные студенты познакомились из первых рук с его работами; его слава, всегда тусклая, теперь уже начинает казаться далекой. А ведь двадцать лет назад он все еще читал лекции в лицее своего родного города. Воды забвения стали, возможно, более мутными, чем прежде. Как бы то ни было, Роша из Монпелье смутно помнят, и то лишь специально образованная часть публики, как того, кто установил предел, внутри которого спутник не может вращаться в целости [16]. Ближе к управляющей планете, чем 2,44 ее средних радиуса, он не мог — если отбросить маловероятные условия плотности — поддерживать субстанциальный шарообразный статус под разрушительным напряжением приливных сил. В действительности все луны, открытые до сих пор в Солнечной системе, обращаются за пределами «предела Роша»; и кольца Сатурна, которые лежат внутри него, обязаны этим обстоятельством, можно правдоподобно утверждать, своему порошкообразному состоянию. Профессор Дарвин, соответственно, считает знание этого состояния датируемым 1848 годом, годом, в котором Рош опубликовал закон, включающий его в качестве следствия [17].
Рош был предшественником Пуанкаре и Дарвина в тех глубоких исследованиях фигур равновесия вращающихся жидких тел, которые открыли новые пути и обнаружили неизведанные возможности в эволюционной астрономии. Его исследования, кроме того, происхождения Солнечной системы [18] составили подкрепление первостепенной важности для прочности позиции Лапласа. Он был, возможно, ее самым эффективным и своевременным защитником; он пришел на помощь как раз тогда, когда ее безопасность была серьезно скомпрометирована, исправил ее бреши и возвел искусно построенные укрепления. Принимая те же предпосылки, он сделал практически те же выводы, что и Лаплас, остроумно изменив их, однако, чтобы избежать определенных возражений и временно заставить замолчать менее упорных придирок. Его результаты было, действительно, почти так же трудно опровергнуть, как и достичь. Они были получены кропотливо, законно, путем длительных аналитических операций; и рассуждения сохраняют полное доверие, даже если начальные условия, от которых они отталкивались, теперь носят аспект нереальности. Таким образом, изобретение trainées elliptiques не только полезно встретило аргументационную чрезвычайную ситуацию, но и до сих пор остается как дополнительное приспособление к космическим процессам. Несомненно, полярная аннуляция могла сыграть роль в планетообразовании; возможность этого нельзя отрицать.
«Эллипсоидальные шлейфы», исследованные в Монпелье, были огромными туманными пластами, отделенными от полярных областей первобытного сфероида, которые, принося с собой низкую вращательную скорость, свойственную этому положению, стремились, одни — образовать внутренние экваториальные кольца, другие — агломерироваться с центральной массой. Но их включение должно было иметь следствием — поскольку «закон площадей» нерушим — ускорение углового вращения по всей туманности. «Закон площадей», можно объяснить, — это лишь краткое название для «закона сохранения момента количества движения», который предписывает — как мы знаем — что сумма площадей, описываемых за данное время на данной плоскости членами или составляющими частицами вращающейся системы, умноженная на их соответствующие массы, остается постоянной при всех мыслимых обстоятельствах перегруппировки или взаимного возмущения. Следовательно, приближение к центру, поскольку оно сужает круг, должно ускорять скорость вращения. Короткая линия, вынужденная охватывать то же пространство, что и линия большей длины, ее движущийся конец должен пропорционально ускорять свой темп. Поглощение, соответственно, зарождающимся Солнцем одного из «эллиптических шлейфов» Роша вызвало бы немедленное сокращение периода обращения как ядра, так и атмосферы, приращение центробежной силы, вызывающее внезапную неустойчивость, и, как следствие, отделение экваториального кольца.
Этим тонко придуманным приемом Рош стремился объяснить трудность, связанную с широкими интервалами между планетами. Ибо они возникли, как он полагал, не в обычном ходе конденсации, а через осложнения, возникающие внезапно и исключительно. То, что он называл «ограничивающей поверхностью» туманности, можно также описать как атмосферный предел. Он соответствует самому широкому возможному расширению истинной атмосферы. Его границы установлены на расстоянии, непосредственно за пределами которого спутник мог бы свободно обращаться с осевым периодом своего первичного тела. Теперь ограничивающая поверхность, если бы сжатие происходило равномерно, должна была бы отступать непрерывно, по мере ускорения осевого движения, причем ее отступление сопровождалось бы сбрасыванием тонких ручейков излишней материи. Но с введением «эллиптических шлейфов» устойчивость, искусственно поддерживаемая (так сказать) в течение долгих промежутков времени, нарушалась лишь катастрофическими обвалами с плеч туманного сфероида, когда, с быстрым сокращением осевого периода, ограничивающая поверхность так же быстро сжималась внутрь, и оставалось, выдающимся и самосуществующим, разреженное кольцо, предназначенное для слияния в планету. Уникальное и необъяснимое изящество анализа Роша заключалось в симметрии временных отношений, установленных им. Последовательные рождения его планет следовали друг за другом через равные интервалы. Вид трансляции закона расстояний Боде (расширенного им на спутниковые системы) в терминах небулярной гипотезы, таким образом, казался осуществимым [19].