«В большинстве случаев всякое контролирующее притяжение ощущалось бы слабо. Эти облака космической пыли плавали бы практически уравновешенно посреди пространства и постепенно росли бы за счет постоянного притока новой материи. Некоторые из них стали бы агрегатами больших размеров, и их притяжение отчетливо ощущалось бы другими агрегатами. Существовала бы тенденция таких агрегатов приближаться друг к другу. Они могли бы, возможно, приближаться вдоль прямой линии; но более вероятно, что некоторая третья агрегация, или некоторое далекое солнце, отклонило бы их на орбиты вокруг их общего центра тяжести, в которых, путем длительных столкновений космической материи, они приводятся к окончательному слиянию друг с другом. Или некоторое другое притягательное возмущение дает такой результат действий, который может привести их более прямо друг к другу. Когда эти большие агрегации мирового вещества собираются вместе, результатом является агрегация, приближающаяся к размерам туманностей Гершеля».
Что касается происхождения тепла туманностей, я рад обнаружить, что профессор Уинчелл в определенной степени принимает взгляды, которых я так долго придерживался по этому вопросу. «Мысль, — говорит он, — уже должна была возникнуть у читателя, что процесс конгломерации дает объяснение интенсивного тепла, которое испаряет его вещество и заставляет его давать спектр ярких линий. Как внезапное сжатие порции атмосферного воздуха дает тепло, достаточное для воспламенения трута, или плавления и испарения падающей метеорной массы, так и падение одной планеты на другую высвободило бы достаточно тепла, чтобы привести их обе в состояние плавления или даже пара. Еще больше тепла должно генерироваться ударом двух туманных масс, одна или обе из которых вместе могут охватывать больше материи, чем все наши планеты и Солнце вместе взятые — столько же, сколько материя всего нашего видимого небосвода звезд. Испытываешь отчетливое чувство облегчения при открытии такого возможного средства воспламенения туманностей».
Мистер Чарльз Моррис о донебулярном состоянии материи. — Другие, опять же, предполагают, что материя присутствует везде по всему пространству. Этот взгляд был остроумно защищен мистером Чарльзом Моррисом в статье «Материя пространства», которая появилась в Nature 8 февраля 1883 года. Гипотезу эфира, специально отличного от материи, он считает безвозмездным допущением и одним из последних выживших пережитков науки восемнадцатого века, и, если не может быть доказано, что высокодезинтегрированная материя положительно неспособна передавать световые вибрации, нет никаких оснований назначать эту обязанность отдельной форме субстанции. Но что материя существует в космическом пространстве в тех же условиях, что и в планетных атмосферах, он считает маловероятным. Ее обязанность как передатчика лучистых вибраций, кажется, требует гораздо большей напряженности, и ее дезинтеграция, вероятно, экстремальна. Предполагая материю по всей Вселенной — здесь как конденсированные сферы, а там в космическом пространстве как высокоразреженное вещество — атмосферные оболочки сфер, он считает, будут постепенно переходить в чрезмерно редкую материю межпространства. Материя может существовать в бесчисленных условиях в отношении простоты и сложности и т.д., но базовую частицу он предполагает быть той же самой при всех условиях. В сферах есть материя, варьирующаяся от простейших элементарных газов, через минеральные соединения твердой поверхности, до высококомпонированных органических молекул. В космическом пространстве вариация идет в противоположном направлении; материя, существующая там в высокодезинтегрированном состоянии.
Каждую частицу он считает обладающей определенным количеством моторной энергии в форме тепла. Поскольку общее количество этой энергии во Вселенной остается неизменным, частица может потерять энергию, только передавая ее другим. Эта тепловая энергия действует, конечно, в оппозиции к гравитации: она стремится оттолкнуть частицы друг от друга, в то время как гравитация, с другой стороны, стремится стянуть их вместе. Первая действует как центробежная, вторая как центростремительная энергия. Если тепловой импульс частиц недостаточен, чтобы составить центробежную энергию, равную центростремительной энергии гравитации, тогда материальное содержимое пространства будет втянуто в притягивающие сферы как атмосферное вещество, и космическое пространство в этом случае останется лишенным материи. Если, напротив, центробежная энергия частиц достаточна, чтобы противостоять гравитации, тогда частицы останутся свободными, и пространство продолжит быть занятым материей. Как было сказано, сумма моторной энергии во Вселенной остается неизменной, агрегация атмосферного вещества вокруг любой планеты, возникающая из потери моторной энергии, должна вызвать увеличение моторной энергии в частицах снаружи.
Теория, кажется, обходится без необходимости допущения светоносного эфира, ибо функции, приписываемые эфиру, могут, как считается, выполняться самими частицами; взгляд, который был защищен Эйлером, Гроувом и другими. Происхождение туманностей, согласно теории, объясняется следующим образом:
«Небулярная гипотеза, — говорит мистер Моррис, — утверждает, что материя, ныне сконцентрированная в солнца и планеты, была когда-то более широко рассеяна, так что вещество каждой сферы занимало весьма значительную протяженность пространства. Она даже заявляет, что материя Солнечной системы была туманным облаком, простирающимся далеко за нынешние пределы этой системы. Из этого исходного состояния нынешнее состояние сфер возникло через постоянную концентрацию материи. Но эта концентрация постоянно противостояла тепловой энергии частиц, или, другими словами, их центробежному импульсу. От этого импульса можно было избавиться только перераспределением моторной энергии. Если, для иллюстрации, средний импульс частиц туманностей был в точности эквивалентен их гравитационной энергии, тогда часть этой энергии должна излучаться или проводиться наружу, прежде чем внутренние частицы могли быть удержаны пленниками гравитации. Потеря импульса внутрь должна быть коррелирована с увеличением импульса наружу.
«Это необходимое следствие тепловых отношений материи. По мере того как вещество конденсируется, его емкость для тепла уменьшается, а его температура растет, следовательно, разница температур должна была постоянно возникать между более плотными и более редкими частями туманной массы, и равенство температуры могло быть восстановлено только излучением тепла. Это излучение все еще продолжается и должно продолжаться до тех пор, пока конденсация не прекратится и температуры сфер и пространства не уравняются; но это эквивалентно заявлению, что по мере того как частицы сфер уменьшаются в тепловом импульсе, частицы межсферного пространства увеличиваются, и если изначально центробежные и центростремительные энергии материи приближались к равенству, они должны стать неравными, центростремительная энергия становясь в избытке в сферной материи, центробежная энергия в материи пространства. Таким образом, по мере того как часть широко распределенной туманной материи теряла свое тепло и становилась постоянно зафиксированной на месте гравитационным притяжением, другая часть приобретала тепло, становилась еще более независимой от гравитации и принимала состояние большей туманной диффузии, чем изначально. Конденсирующиеся сферы только очистили пространство от части материи, которую оно ранее удерживало, и оставили остаток более тонко распределенным, чем прежде. Сферы, в своей концентрации, излучали и излучают огромную энергию движения. Эта моторная энергия все еще существует в пространстве как движение частиц материи, которые, следовательно, давят друг на друга или стремятся расширить свои пределы с возрастающей энергией, так что эластичность межсферной материи постоянно увеличивается».
Сэр Уильям Р. Гроув о донебулярном состоянии материи. — Среди первых, кто защищал взгляд, что обычная материя везде присутствует в пространстве, был сэр Уильям Р. Гроув. В лекции, прочитанной в Лондонском институте еще в январе 1842 года, он заявил, что ему кажется, что тепло и свет, согласно волновой теории, были результатом вибраций самой обычной материи, а не результатом отдельной эфирной жидкости. Двадцать лет спустя, ссылаясь на взгляды, которые он тогда выдвинул, он говорит: «Хотя эта теория была сочтена дефектной философом с высокой репутацией, я не вижу силы аргументов, которыми она была атакована; и поэтому, на данный момент, хотя и с неуверенностью, я все еще придерживаюсь ее».
Он приводит множество фактов и убедительных аргументов в поддержку своей позиции. Он говорит, что «не видно причин, почему атмосфера разных планет не могла бы быть, по отношению друг к другу, в состоянии равновесия. Эфир, или высокоразреженная материя, существующая в межпланетном пространстве, будучи расширением некоторых или всех этих атмосфер, или более летучих их частей, таким образом предоставил бы материю для передачи способов движения, которые мы называем светом, теплом и т.д.». В теории, конечно, предполагается, что материя должна формировать универсальный план.
Сэр Уильям Гроув поддерживает идею о том, что Вселенная безгранична по протяженности, взгляд, разделяемый многими выдающимися мыслителями.
Evolution of the Chemical Elements, and its Relations to Stellar Evolution.
Мы подходим теперь к рассмотрению предмета, который имеет наиболее важное отношение к вопросу звездной эволюции, а именно к генезису и диссоциации химических элементов. Эволюция одного элемента из другого есть, это правда, пока лишь простая гипотеза, но это гипотеза, хорошо подкрепленная множеством фактов и соображений, и разделяемая большим числом наших ведущих химиков и физиков. «Демонстрируемое единство силы, — говорит профессор Ф. У. Кларк, — ведет нас по аналогии ожидать подобного единства материи; и многие странные и до сих пор необъясненные отношения между разными элементами стремятся поощрить наши ожидания». Гипотеза проливает много света на некоторые неясные моменты в звездной эволюции. В отношении этого профессор Кларк справедливо отмечает, что «ясно, что небулярная гипотеза удвоилась бы в важности, и наши взгляды на Вселенную значительно расширились бы, если бы можно было показать, что эволюция сложных из простых форм материи сопровождала развитие планет из туманностей. Эволюция не могла бы искать более грандиозного триумфа». На самом деле, трудно понять, как наше Солнце и звезды могли быть развиты из туманностей без допущения эволюции химических элементов. Истинные туманности показывают присутствие только двух элементов, азота и водорода, но наше Солнце содержит более дюжины различных элементов, а планеты более чем в три раза больше этого числа. Как же тогда все они могли возникнуть из туманностей, состоящих просто из азота и водорода? Дело ясно, если мы допустим эволюцию элементов.
Звезды были классифицированы на четыре группы, которые, как заметил профессор Кларк, указывают на разные стадии в процессе эволюции. Первый класс, содержащий белые звезды, такие как Сириус, показывает преобладание водорода и дефицит металлических элементов. Во втором классе металлические элементы становятся более многочисленными, а водород менее отчетливым; в то время как в третьем классе водород трудно обнаружить. Это, кажется, показывает постепенное развитие химических элементов по мере того, как звезда остывает и становится старше. Я теперь дам краткий отчет о взглядах, выраженных на этот предмет некоторыми из наших ведущих физиков и химиков.
Следует заметить, в отношении теорий, которые мы только что рассмотрели, что процесс эволюции, как предполагается, происходит от меньших к большим агрегатам материи. Начиная с экстремального состояния разреженности, путем агрегации материалы становятся последовательно крупнее и сложнее. Двигаясь назад в процессе, мы находим агрегаты, становящиеся все меньше и меньше, пока они не достигают «космической пыли», или «огненного тумана», из которого, как предполагалось, были сформированы примитивные туманности. Отступая еще дальше назад, мы имеем универсальную атмосферу, из которой, как предполагается, был получен огненный туман.
Эта универсальная атмосфера, хотя и находится в состоянии крайней разреженности, является, как мы увидим, предполагаемой некоторыми как находящаяся в более элементарной форме, чем что-либо, раскрытое нам в лаборатории. Предложение о диссоциации химических элементов и его применении к звездной физике было, я думаю, впервые выдвинуто сэром Бенджамином Броди в 1866 году, и более полно в 1867 году. В последнем году подобные взгляды были рассмотрены более полно доктором Т. Стерри Хантом. Вопрос о диссоциации элементов был умело обсужден мистером Локьером в его различных трудах. Было предложено мистером Локьером, что совпадение лучей, испускаемых разными химическими элементами при подвергании очень высоким температурам, дает доказательство общего элемента в составе металлов, производящих совпадающие лучи. Мистер Локьер заявляет, что многие ходы мысли, предложенные солнечной и звездной физикой, указывают на гипотезу, что сами элементы, или, во всяком случае, некоторые из них, являются сложными телами. Этот взгляд был также выдвинут профессором Грэмом, который говорит, «что мыслимо, что разные виды материи, ныне признанные в разных элементарных веществах, могут обладать одним и тем же элементом или атомной молекулой, существующей в разных условиях подвижности. Существенное единство материи, — добавляет он, — есть гипотеза в гармонии с равным действием гравитации на все тела». Подобные взгляды были защищены М. Дюма, который основывал предложение о композитной природе элементарных атомов на определенных отношениях атомных весов. Композитная природа химических элементов также поддерживалась Анри Сент-Клер Девилем, а также Бертело, который считал, что атомы элементов одинаковы и различаются только своими способами движения. Профессор Шустер, в статье, прочитанной перед Британской ассоциацией в 1880 году, поддерживает взгляд на диссоциацию химических элементов.
Что все чисто физические науки однажды будут приведены под несколько общих законов и принципов, и вся совокупность признанных химических элементов будет разрешена в один или два материальных элемента, есть заключение, к которому физическая наука, кажется, в настоящее время медленно склоняется. Есть, безусловно, что-то захватывающее в этом взгляде на единство природы. В этой идее есть больше, чем чисто физический интерес, привязанный к ней. Она имеет, как я надеюсь показать в будущей работе, важное отношение к вопросам, касающимся основ истинной теории эволюции.
Вопрос о единстве химических элементов есть, однако, вопрос, все еще находящийся в гипотетическом состоянии. Профессора Ливинг и Дьюар, которые уделили внимание этому предмету, говорят: «Предположение, что разные элементы могут быть разрешены в более простые составляющие, или в один единственный, долгое время было излюбленной спекуляцией химиков; но, как бы вероятна эта гипотеза ни казалась априори, должно быть признано, что факты, полученные из самого мощного метода аналитического исследования, который был до сих пор разработан, дают ей скудную поддержку».
Сэр Бенджамин Броди о донебулярном состоянии материи. — Есть, считает сэр Бенджамин Броди, очень убедительные причины, которые ведут нас подозревать, что химические вещества действительно составлены из примитивной системы элементарных тел, аналогичных по своей общей природе нашим нынешним элементам: что некоторые из тех тел, о которых мы говорим как об элементах, могут быть соединениями. Эти идеальные элементы, предполагаемые им, он говорит, «хотя ныне раскрытые нам числовыми свойствами химических уравнений только как имплицитные и зависимые существования, мы не можем не предполагать, могут иногда становиться, или могли в прошлом быть, изолированными и независимыми существованиями» — как, например, в случае Солнца, где температура чрезмерна. «Мы можем, — добавляет он далее, — считать, что в отдаленные века температура материи была намного выше, чем она есть сейчас, и что эти другие вещи [идеальные элементы] существовали тогда в состоянии совершенных газов — отдельных существований — некомбинированных». Он затем ссылается на определенные наблюдения мистера Хаггинса и доктора Миллера над спектрами туманностей, где одна из линий азота была найдена в одиночестве; и что это предложило им, что линия могла быть произведена одним из элементов азота; и что азот может поэтому быть сложным. Он упоминает как значимый факт, что большая пропорция класса элементов, который он назвал «композитными элементами», не была найдена на Солнце, они, вероятно, были разложены интенсивным теплом.
Доктор Т. Стерри Хант о донебулярном состоянии материи. — Год спустя после того, как вышеупомянутые взгляды относительно химической диссоциации были выдвинуты сэром Бенджамином Броди, доктор Т. Стерри Хант, в лекции о «Химии первобытной Земли», прочитанной в Королевском институте (31 мая 1867 года), выдвинул, по-видимому, совершенно независимо, мнения о диссоциации, подобные взглядам Броди. В этой лекции он говорит: «Я рассмотрел химию туманностей, Солнца и звезд в комбинированном свете спектроскопического анализа и исследований Девиля по диссоциации, и заключил обобщением, что распад соединений, или диссоциация элементов, интенсивным теплом есть принцип универсального применения, так что мы можем предполагать, что все элементы, которые составляют Солнце, или нашу планету, были бы, при столь интенсивном нагревании, чтобы быть в газообразном состоянии, которое вся материя способна принимать, оставались бы некомбинированными, то есть сказать, существовали бы вместе в состоянии химических элементов, чья дальнейшая диссоциация в звездных или туманных массах может даже дать нам доказательство материи еще более элементарной, чем та, что раскрыта в экспериментах лаборатории, где мы можем только предполагать сложную природу многих так называемых элементарных веществ». И в своем обращении на могиле Пристли он сослался на предложение Лавуазье, что водород, азот и кислород, с теплом и светом, могли бы рассматриваться как более простые формы материи, из которых все другие происходят. Это предложение было рассмотрено в связи с фактом, что туманности, которые мы представляем себе конденсирующимися в солнца и планеты, до сих пор показывали доказательства только присутствия первых двух из этих элементов, которые, как хорошо известно, составляют большую часть газообразной оболочки нашей планеты, в формах воздуха и водного пара. С этим он соединил гипотезу, выдвинутую Гроувом, «что наша атмосфера и океан суть только части универсальной среды, которая, в разреженной форме, заполняет межзвездные пространства; и далее предложил как законную и правдоподобную спекуляцию, что эти же туманности и их результирующие миры могут быть развиты процессом химической конденсации из этой универсальной атмосферы, к которой они поддерживали бы отношение, несколько аналогичное отношению облаков и дождя к водному пару вокруг нас».