Страница:
Брать всю область социологии Лаплас не рискует, так же, как и его предшественники, и для согласования личных и общественных интересов человека прибегает к расплывчатым рассуждениям о существовании абсолютных нравственных законов, подобно тому, как это делали энциклопедисты.
«Правда, справедливость, человечность – вот вечные законы социального порядка, которые основываются исключительно на истинных взаимоотношениях человека с себе подобными и с природой; для поддержания социального порядка они так же необходимы, как и всемирное тяготение для существования порядка в физике». Эти слова, подчеркнем, написаны Лапласом в эпоху, когда подобные «либеральные мысли» рассматривались как признак крамольного настроения.
Теория вероятностей в применении к судам
Современность и небесная механика Лапласа
Судьба гипотезы Лапласа
«Правда, справедливость, человечность – вот вечные законы социального порядка, которые основываются исключительно на истинных взаимоотношениях человека с себе подобными и с природой; для поддержания социального порядка они так же необходимы, как и всемирное тяготение для существования порядка в физике». Эти слова, подчеркнем, написаны Лапласом в эпоху, когда подобные «либеральные мысли» рассматривались как признак крамольного настроения.
Теория вероятностей в применении к судам
Несколько в стороне от столь общих суждений Лапласа стоят его попытки применить исчисление вероятностей к человеческому обществу. Они являются, однако, связующим звеном между механистическим подходом, к области социологии и психологии и стремлением Лапласа дать всякой теории практически полезное применение.
В применении теории вероятностей к «нравственным», как тогда говорили, наукам Лаплас имел своим предшественником Кондорсе. Лаплас высказывается гораздо осторожнее, чем Кондорсе, занимавшийся, как и Лаплас, вопросом о рациональном устройстве судов. Лапласу более понятна сложность этого вопроса и его качественное отличие от простых процессов, изучаемых механикой. Лаплас подробно разбирает и пропагандирует, хотя и с оговорками, применение теории вероятностей к свидетельским показаниям, выборам, решениям собраний и к судебным приговорам.
Разбирая, например, как нужно организовать суды, чтобы вероятность справедливого приговора, выносимого несколькими судьями, была наибольшей, Лаплас пытается принять во внимание как можно больше обстоятельств и пробует математически учитывать политические симпатии судьи, степень запутанности дела, индивидуальную понятливость судьи и т. п.
Очевидно, у Лапласа было искреннее желание как можно больше приблизить математику к практике, но учесть все обстоятельства, могущие играть роль, и всем им дать правильное численное выражение в данном случае невозможно, – такая математическая схема схемой и останется. Однако и тут, как и в других философских обобщениях, Лаплас оказывается оптимистом, ведущим нас в бой за разоблачение тайн природы и подчинение ее нашей воле. Но, касаясь общественных форм своего времени, Лаплас боится революционных потрясений: «Не будем противополагать бесполезного и часто опасного сопротивления неизбежным следствиям прогресса просвещения, но будем лишь крайне осторожно изменять наши учреждения и обычаи, к которым мы давно уже применились. Мы хорошо знаем по опыту прошлого те неудобства, которые они представляют, но мы не знаем, как велико будет зло, которое может причинить их изменение. При такой неизвестности теория вероятностей предписывает избегать всякого изменения; особенно следует избегать внезапных изменений, которые в нравственном порядке, как и в физическом, никогда не происходят без большой потери живой силы».
Лаплас не был признанным философом в современном смысле слова и не создал самостоятельной философской системы. Он являлся последователем французских материалистов-механистов XVIII века, хотя и самостоятельно дал четкое выражение их мировоззрения. Правда, он сделал это не во всей полноте, но зато развил некоторые положения, находившиеся у специалистов-философов этой школы в зародыше.
Мировоззрение Лапласа отражает взгляды на мир одного из крупнейших представителей науки своего века, человека, который детально изучал наиболее крупные проявления неорганической природы. Кроме того, знание научного мировоззрения Лапласа помогает уяснить, чем он руководствовался в тематике и методике своих исследований, имевших такое большое влияние на его сотрудников и учеников.
Подводя итоги, надо отметить, что ошибки Лапласа были свойственны всему механическому материализму. Эта философия является теперь лишь достоянием истории, она превзойдена философией марксизма – диалектическим материализмом.
Но не только как общефилософское мировоззрение, даже в области естествознания механистический материализм оказался недостаточным для об'яснения всего многообразия форм и движений материи, изучаемых в физике, химии и особенно в биологии.
Сведение всех сложных явлений к простым, всех качественных различий к одним количественным, всех движений материи к простому механическому перемещению частиц – не соответствует истинным соотношениям, существующим в мире. Законы развития живого организма отличны от законов, применимых к отдельной молекуле, а законы развития человеческого общества отличны от законов развития отдельного человека.
В применении теории вероятностей к «нравственным», как тогда говорили, наукам Лаплас имел своим предшественником Кондорсе. Лаплас высказывается гораздо осторожнее, чем Кондорсе, занимавшийся, как и Лаплас, вопросом о рациональном устройстве судов. Лапласу более понятна сложность этого вопроса и его качественное отличие от простых процессов, изучаемых механикой. Лаплас подробно разбирает и пропагандирует, хотя и с оговорками, применение теории вероятностей к свидетельским показаниям, выборам, решениям собраний и к судебным приговорам.
Разбирая, например, как нужно организовать суды, чтобы вероятность справедливого приговора, выносимого несколькими судьями, была наибольшей, Лаплас пытается принять во внимание как можно больше обстоятельств и пробует математически учитывать политические симпатии судьи, степень запутанности дела, индивидуальную понятливость судьи и т. п.
Очевидно, у Лапласа было искреннее желание как можно больше приблизить математику к практике, но учесть все обстоятельства, могущие играть роль, и всем им дать правильное численное выражение в данном случае невозможно, – такая математическая схема схемой и останется. Однако и тут, как и в других философских обобщениях, Лаплас оказывается оптимистом, ведущим нас в бой за разоблачение тайн природы и подчинение ее нашей воле. Но, касаясь общественных форм своего времени, Лаплас боится революционных потрясений: «Не будем противополагать бесполезного и часто опасного сопротивления неизбежным следствиям прогресса просвещения, но будем лишь крайне осторожно изменять наши учреждения и обычаи, к которым мы давно уже применились. Мы хорошо знаем по опыту прошлого те неудобства, которые они представляют, но мы не знаем, как велико будет зло, которое может причинить их изменение. При такой неизвестности теория вероятностей предписывает избегать всякого изменения; особенно следует избегать внезапных изменений, которые в нравственном порядке, как и в физическом, никогда не происходят без большой потери живой силы».
Лаплас не был признанным философом в современном смысле слова и не создал самостоятельной философской системы. Он являлся последователем французских материалистов-механистов XVIII века, хотя и самостоятельно дал четкое выражение их мировоззрения. Правда, он сделал это не во всей полноте, но зато развил некоторые положения, находившиеся у специалистов-философов этой школы в зародыше.
Мировоззрение Лапласа отражает взгляды на мир одного из крупнейших представителей науки своего века, человека, который детально изучал наиболее крупные проявления неорганической природы. Кроме того, знание научного мировоззрения Лапласа помогает уяснить, чем он руководствовался в тематике и методике своих исследований, имевших такое большое влияние на его сотрудников и учеников.
Подводя итоги, надо отметить, что ошибки Лапласа были свойственны всему механическому материализму. Эта философия является теперь лишь достоянием истории, она превзойдена философией марксизма – диалектическим материализмом.
Но не только как общефилософское мировоззрение, даже в области естествознания механистический материализм оказался недостаточным для об'яснения всего многообразия форм и движений материи, изучаемых в физике, химии и особенно в биологии.
Сведение всех сложных явлений к простым, всех качественных различий к одним количественным, всех движений материи к простому механическому перемещению частиц – не соответствует истинным соотношениям, существующим в мире. Законы развития живого организма отличны от законов, применимых к отдельной молекуле, а законы развития человеческого общества отличны от законов развития отдельного человека.
Современность и небесная механика Лапласа
Какова современная точка зрения на результаты научных исследований Лапласа? Историческая оценка его работ по математике и физике уже была дана.
Мы остановимся на оценке основных работ Лапласа, на его стремлении вывести из закона тяготения Ньютона все настоящие, прошлые и будущие движения в солнечной системе, а в частности – на современной оценке космогонической гипотезы Лапласа, имевшей особенное значение.
Задача трех тел в общем виде практически остается неразрешенной до сих пор, так как решение ее в виде формул, найденных Зундманном (в 1912 г.), не может быть применено на практике. В области же приближенного решения задачи трех и более тел, в частности в применении ее к солнечной системе, исходя из теорий Лапласа и Лагранжа, работал ряд позднейших исследователей. На методах классической небесной механики были основаны знаменитые таблицы движения планет, вычисленные Леверрье в середине прошлого столетия. В ряде важных случаев этими методами, частично усовершенствованными, астрономы пользуются и теперь.
Развитие математики позволило, однако, значительно видоизменить методы классической небесной механики Лапласа. Работами Гюлдена, Линстедта, Хилла и в особенности Пуанкаре созданы «новые методы небесной механики», но нельзя сказать, что они полностью заменили то, что полтора века назад сделали Лаплас и Лагранж.
Вопросом устойчивости солнечной системы также занимались многие ученые. Этот вопрос в астрономии решается пока путем изучения бесконечных рядов. Лаплас и Лагранж, пользуясь только первыми членами рядов, нашли систему устойчивой. Пуассон, ученик Лапласа, подтвердил их результаты, вычислив большое число членов, но потом оказалось, что устойчивость в понятии Пуассона имеет несколько иной смысл. В его понимании солнечная система устойчива и тогда, когда в ней происходят огромные изменения в движении планет, лишь бы по прошествии любых достаточно длинных промежутков времени состояние системы возвращалось к первоначальному. Некоторые ученые пытались решить вопрос об устойчивости при помощи рядов другой формы, чем та, которой пользовался Лаплас, но неудачно. Последний крупнейший небесный механик Пуанкаре установил, что устойчивость солнечной системы действительно доказана Лапласом и Лагранжем, но лишь на некоторый конечный, хотя и большой, промежуток времени; и Пуанкаре должен был признать: «Я не смог разрешить строгим и полным образом проблему устойчивости солнечной системы».
Абсолютная и вечная устойчивость любой системы мирового пространства несовместима, конечно, с идеей эволюции, но в области теории крайне важно математически точно доказать устойчивость или неустойчивость той несколько упрощенной схемы, которую вместо подлинной солнечной системы изучает в данном случае небесная механика.
В какой мере удалось Лапласу действительно об'яснить ньютоновской теорией тяготения все подробности движения небесных тел?
Время шло, и поэтому возмущения в движении небесных тел делались все более ощутимыми. С другой стороны, развитие техники позволило астрономам, применяя более совершенные приборы, подмечать в краткий срок те особенности движения светил, для установления которых раньше требовались столетия. Развитие практики не могло не заставить вновь и вновь сопоставлять данные наблюдений с теориями Лапласа.
Загадка векового ускорения Луны, как будто блестяще разрешенная Лапласам, оказалась разрешенной лишь наполовину, если говорить о числах, и недостаточно разрешенной, если говорить принципиально. Действительно, более точный пересмотр вычислений Лапласа и наблюдений показал, что истинное вековое ускорение Луны вдвое больше теоретического. Кто же устранил за истекшие полтора столетия оставшуюся невязку? Никто. Современные таблицы движения Луны поэтому не составляются исключительно на основании теоретических данных, как того требовал Лаплас. В них вводят эмпирические поправки, хотя и очень незначительные, взятые из прямых наблюдений. Дело в том, что нельзя еще утверждать, но есть основания предполагать, что неправильности в движении Луны, необ'яснимые теорией тяготения, являются, так сказать, кажущимися. Они происходят, повидимому, от постепенного замедления суточного вращения Земли в результате тормозящего действия, которое оказывают на это вращение морские приливы. Значит, не Луна движется быстрее, чем должно быть по теории тяготения, а наша единица для измерения времени – сутки – не постоянна, а удлиняется как промежутки между ударами часов, которые с каждым днем шли бы «все тише», все медленнее. Влияние на видимое движение Луны может оказывать и предполагаемая пульсация земного шара – очень маленькие изменения его диаметра.
Таким образом, в солнечной системе практически нет явлений, которые противоречили бы ньютоновской теории тяготения. В тех случаях, когда совпадение теории с наблюдениями оказывалось неполным, обнаруживался добавочный фактор, не замеченный ранее, но влияющий на ход явлений, не противореча и часто непосредственно вытекая из теории тяготения.
Действительно ли закон тяготения Ньютона об'яснил с абсолютной строгостью все движения тел солнечной системы, как утверждал после своих исследований Лаплас? Нет, в этой системе наблюдается одно мало заметное движение, которое не вполне поддается об'яснению теорией тяготения. Оно незначительно, но его достаточно, чтобы усомниться в абсолютной строгости закона тяготения.
Дело заключается в следующем. Перигелий орбиты планеты Меркурий под действием вековых возмущений непрерывно поворачивается в мировом пространстве. [17]Однако это вращение происходит быстрей, чем должно быть по теории тяготения (с учетом, казалось бы, всех возможных влияний); оно больше «чем нужно» на крошечную величину – 41 секунду дуги в столетие. Можно ввести некоторые добавочные предположения, имеющие, правда, характер известной искусственности, и тогда это разногласие с теорией тяготения будет устранено.
Однако развитие физики выдвинуло в последние годы, наряду с ньютоновскими представлениями о времени, пространстве и массе, другие, принципиально новые представления, из которых выросла целая физическая система, названная теорией относительности. Как следствие этой теории, перигелий орбиты Меркурия должен перемещаться как раз так, как наблюдается, и что с трудом об'яснялось теорией тяготения. Правда, истинная величина движения перигелия Меркурия, может быть, и не равна в точности тому, что требует теория относительности, – наблюдения дают величину движения перигелия недостаточно точно. Все же, сопоставляя это явление с рядом других наблюдений, можно думать, что механика Ньютона несовершенна и что ее должна заменить механика теории относительности.
Значит ли это, что закон тяготения Ньютона не верен и не нужен, что все труды Лапласа были напрасны? Нет. Если наши сегодняшние представления верны, то теория тяготения Ньютона может рассматриваться как приближенная форма теории тяготения, вытекающей из принципа относительности. Различие между ними в большинстве практических случаев так ничтожно, что даже не может быть обнаружено. Оно проявляется лишь в очень редких и специальных случаях. Все исследования в астрономии, основанные на законах Ньютона, сохраняют свою силу и по сей день, но, пользуясь ими, надо помнить, что они являются лишь первым приближением к соотношениям, об'ективно существующим в природе, теория же относительности является лишь вторым приближением, вторым шагом к познанию объективной истины.
Мы остановимся на оценке основных работ Лапласа, на его стремлении вывести из закона тяготения Ньютона все настоящие, прошлые и будущие движения в солнечной системе, а в частности – на современной оценке космогонической гипотезы Лапласа, имевшей особенное значение.
Задача трех тел в общем виде практически остается неразрешенной до сих пор, так как решение ее в виде формул, найденных Зундманном (в 1912 г.), не может быть применено на практике. В области же приближенного решения задачи трех и более тел, в частности в применении ее к солнечной системе, исходя из теорий Лапласа и Лагранжа, работал ряд позднейших исследователей. На методах классической небесной механики были основаны знаменитые таблицы движения планет, вычисленные Леверрье в середине прошлого столетия. В ряде важных случаев этими методами, частично усовершенствованными, астрономы пользуются и теперь.
Развитие математики позволило, однако, значительно видоизменить методы классической небесной механики Лапласа. Работами Гюлдена, Линстедта, Хилла и в особенности Пуанкаре созданы «новые методы небесной механики», но нельзя сказать, что они полностью заменили то, что полтора века назад сделали Лаплас и Лагранж.
Вопросом устойчивости солнечной системы также занимались многие ученые. Этот вопрос в астрономии решается пока путем изучения бесконечных рядов. Лаплас и Лагранж, пользуясь только первыми членами рядов, нашли систему устойчивой. Пуассон, ученик Лапласа, подтвердил их результаты, вычислив большое число членов, но потом оказалось, что устойчивость в понятии Пуассона имеет несколько иной смысл. В его понимании солнечная система устойчива и тогда, когда в ней происходят огромные изменения в движении планет, лишь бы по прошествии любых достаточно длинных промежутков времени состояние системы возвращалось к первоначальному. Некоторые ученые пытались решить вопрос об устойчивости при помощи рядов другой формы, чем та, которой пользовался Лаплас, но неудачно. Последний крупнейший небесный механик Пуанкаре установил, что устойчивость солнечной системы действительно доказана Лапласом и Лагранжем, но лишь на некоторый конечный, хотя и большой, промежуток времени; и Пуанкаре должен был признать: «Я не смог разрешить строгим и полным образом проблему устойчивости солнечной системы».
Абсолютная и вечная устойчивость любой системы мирового пространства несовместима, конечно, с идеей эволюции, но в области теории крайне важно математически точно доказать устойчивость или неустойчивость той несколько упрощенной схемы, которую вместо подлинной солнечной системы изучает в данном случае небесная механика.
В какой мере удалось Лапласу действительно об'яснить ньютоновской теорией тяготения все подробности движения небесных тел?
Время шло, и поэтому возмущения в движении небесных тел делались все более ощутимыми. С другой стороны, развитие техники позволило астрономам, применяя более совершенные приборы, подмечать в краткий срок те особенности движения светил, для установления которых раньше требовались столетия. Развитие практики не могло не заставить вновь и вновь сопоставлять данные наблюдений с теориями Лапласа.
Загадка векового ускорения Луны, как будто блестяще разрешенная Лапласам, оказалась разрешенной лишь наполовину, если говорить о числах, и недостаточно разрешенной, если говорить принципиально. Действительно, более точный пересмотр вычислений Лапласа и наблюдений показал, что истинное вековое ускорение Луны вдвое больше теоретического. Кто же устранил за истекшие полтора столетия оставшуюся невязку? Никто. Современные таблицы движения Луны поэтому не составляются исключительно на основании теоретических данных, как того требовал Лаплас. В них вводят эмпирические поправки, хотя и очень незначительные, взятые из прямых наблюдений. Дело в том, что нельзя еще утверждать, но есть основания предполагать, что неправильности в движении Луны, необ'яснимые теорией тяготения, являются, так сказать, кажущимися. Они происходят, повидимому, от постепенного замедления суточного вращения Земли в результате тормозящего действия, которое оказывают на это вращение морские приливы. Значит, не Луна движется быстрее, чем должно быть по теории тяготения, а наша единица для измерения времени – сутки – не постоянна, а удлиняется как промежутки между ударами часов, которые с каждым днем шли бы «все тише», все медленнее. Влияние на видимое движение Луны может оказывать и предполагаемая пульсация земного шара – очень маленькие изменения его диаметра.
Таким образом, в солнечной системе практически нет явлений, которые противоречили бы ньютоновской теории тяготения. В тех случаях, когда совпадение теории с наблюдениями оказывалось неполным, обнаруживался добавочный фактор, не замеченный ранее, но влияющий на ход явлений, не противореча и часто непосредственно вытекая из теории тяготения.
Действительно ли закон тяготения Ньютона об'яснил с абсолютной строгостью все движения тел солнечной системы, как утверждал после своих исследований Лаплас? Нет, в этой системе наблюдается одно мало заметное движение, которое не вполне поддается об'яснению теорией тяготения. Оно незначительно, но его достаточно, чтобы усомниться в абсолютной строгости закона тяготения.
Дело заключается в следующем. Перигелий орбиты планеты Меркурий под действием вековых возмущений непрерывно поворачивается в мировом пространстве. [17]Однако это вращение происходит быстрей, чем должно быть по теории тяготения (с учетом, казалось бы, всех возможных влияний); оно больше «чем нужно» на крошечную величину – 41 секунду дуги в столетие. Можно ввести некоторые добавочные предположения, имеющие, правда, характер известной искусственности, и тогда это разногласие с теорией тяготения будет устранено.
Однако развитие физики выдвинуло в последние годы, наряду с ньютоновскими представлениями о времени, пространстве и массе, другие, принципиально новые представления, из которых выросла целая физическая система, названная теорией относительности. Как следствие этой теории, перигелий орбиты Меркурия должен перемещаться как раз так, как наблюдается, и что с трудом об'яснялось теорией тяготения. Правда, истинная величина движения перигелия Меркурия, может быть, и не равна в точности тому, что требует теория относительности, – наблюдения дают величину движения перигелия недостаточно точно. Все же, сопоставляя это явление с рядом других наблюдений, можно думать, что механика Ньютона несовершенна и что ее должна заменить механика теории относительности.
Значит ли это, что закон тяготения Ньютона не верен и не нужен, что все труды Лапласа были напрасны? Нет. Если наши сегодняшние представления верны, то теория тяготения Ньютона может рассматриваться как приближенная форма теории тяготения, вытекающей из принципа относительности. Различие между ними в большинстве практических случаев так ничтожно, что даже не может быть обнаружено. Оно проявляется лишь в очень редких и специальных случаях. Все исследования в астрономии, основанные на законах Ньютона, сохраняют свою силу и по сей день, но, пользуясь ими, надо помнить, что они являются лишь первым приближением к соотношениям, об'ективно существующим в природе, теория же относительности является лишь вторым приближением, вторым шагом к познанию объективной истины.
Судьба гипотезы Лапласа
Прошли десятилетия, и в космогонической гипотезе Лапласа обнаружились трещинки. В то время, как одни принялись заделывать эти прорехи и пытались спасти гипотезу Лапласа путем введения в нее поправок или видоизменений, другие стремились выдвинуть на смену ей новые мысли, более соответствующие уровню современных знаний.
В цепи явлений, обнаруженных в солнечной системе и не предусмотренных гипотезой Лапласа, одно явление было указано уже в следующем году после опубликования «Изложения системы Мира». При помощи своих гигантских телескопов Вильям Гершель в 1787 году открыл спутников у планеты Уран, наиболее далекой из планет, известных в то время, и открытой им самим шестью годами раньше. В 1797 году Гершель уже установил и сообщил, что в противоположность всем остальным спутникам планет четыре луны Урана вращаются в обратном направлении, т. е. пробив движения самого Урана вокруг Солнца. В 1815 году, еще при жизни Лапласа, Гершель снова подтвердил свое открытие, противоречащее гипотезе Лапласа, утверждавшей необходимость прямых вращений во всей солнечной системе. Он отметил еще, что плоскость движения урановых лун почти перпендикулярна плоскости движения Урана вокруг Солнца.
Несмотря на это, ни в одном из последующих изданий своей книги Лаплас не попытался об'яснить это новое явление и даже не удостоил его упоминания. Считал ли Лаплас наблюдения Гершеля недостоверными, так как никто другой ни в Европе, ни в Америке, не обладая такими могучими инструментами, как Гершель, не мог проверить его наблюдения? Авторитет Гершеля, как прекрасного наблюдателя, был тогда уже достаточно велик, и скорее можно думать, что Лаплас, будучи весьма высокого мнения о своих трудах, не пожелал пересматривать всю свою гипотезу из-за единственного возражения.
С течением времени, однако, был открыт еще ряд обратных вращений в солнечной системе, показавших, что они далеко не являются редкими исключениями. Так, оказалось, что спутник планеты Нептун, обнаруженной в 1846 году по гениальному теоретическому предвидению Леверрье, так же вращается в обратном направлении, как и спутники Урана. Этот спутник был открыт в 1847 году, а в конце столетия обнаружилось, что один из девяти спутников Сатурна – Феба – и два из девяти спутников Юпитера также вращаются в обратных направлениях и навстречу вращению самих планет. Выяснилось и то, что вращение Урана вокруг своей оси происходит в обратном направлении, как и у его спутников, а у далекого Нептуна, по исследованиям 1928 года, вращение оказалось прямым, что еще больше осложнило картину вращений в нашей планетной системе.
Второй группой новооткрытых явлений, не вяжущихся с гипотезой Лапласа, явилось открытие спутников, вращающихся вокруг своей планеты быстрее, чем она сама вращается вокруг оси.
В кольце Сатурна, в котором сам Лаплас видел лучшее подтверждение своей гипотезы, также было открыто, что внутренний край кольца делает один оборот за восемь часов, тогда как сама планета делает его за десять с половиной часов. Это открытие, сделанное в конце прошлого века русским академиком Белопольским, с несомненностью показало, что кольцо Сатурна состоит из отдельных мелких твердых частичек, движущихся по законам Кеплера, так что внутренние из них обегают планету быстрее, чем наружные.
Между тем по гипотезе Лапласа кольца и спутники образовывались, когда скорость вращения была еще невелика, раньше, чем ядро газового сгустка собралось в уплотненную планету. После отделения кольца и спутников сжимающееся ядро – будущая планета – должно было ускориться в своем вращении. Все это противоречит фактам, открытым Холлом и Белопольским.
Критерием истины является практика; роль ее в астрономии играют наблюдения. В эпоху Лапласа изучение туманностей только еще начиналось и лишь лет восемь тому назад природа этих обширных образований выяснилась в достаточной степени. Оказалось, что некоторые из туманных пятен, на которые указывал Лаплас, являются на самом деле далекими звездными системами, но часть туманностей действительно состоит из облаков разреженного газа, существование которых предполагал в своей гипотезе Лаплас. Однако до сих пор не найдено никаких подтверждений существования туманностей, сгущающихся в звезды. Скорее напротив, в тех случаях, когда в середине туманности наблюдается звездочка, можно предположить, что окружающие ее газы удаляются от нее, рассеиваются в пространстве. Среди десятков тысяч туманностей не было открыто таких, известных нам в настоящее время, которые по своему виду напоминали бы ядро, окруженное кольцами, описанными Лапласом. Есть лишь один случай, неизвестный авторам, писавшим когда-либо о гипотезе Лапласа. Одна из так называемых планетарных туманностей, занесенная под номером 6620 в «Новый генеральный каталог» Дрейера, судя по рисунку с ее фотографии, обнаруживает нечто, близко напоминающее картину, воображаемую Лапласом. Маленькая звездочка окружена уплотненным, слегка продолговатым газовым туманом, вокруг которого хорошо заметно тонкое туманное кольцо с отчетливым сгущением в нем, напоминающим узелок. Картина эта настолько удивительна, что автор этой книги попросил для проверки прислать ему вместо рисунка лучший оригинальный снимок этой туманности, полученный в Ликской обсерватории (Америка). На оригинальном снимке сходство туманности с тем, что описывает Лаплас, оказалось еще поразительнее.
Конечно, на основании этого единичного случая еще совершенно преждевременно делать какие-либо выводы. Производить тут сравнение тем более затруднительно, что радиус туманного кольца этой туманности по крайней мере в тысячу раз превышает радиус самой далекой от Солнца планеты. Однако утверждение, что об'екты, напоминающие картину Лапласа, отсутствуют, как мы видим, не совсем верно.
Туманности, называемые планетарными, ничего общего с планетами, вообще говоря, не имеют. Это название они получили лишь потому, что обычно они имеют вид зеленоватых, слабо светящихся кружков, на первый взгляд напоминающих далекие планеты – Уран и Нептун, как они видимы в телескоп средней силы.
Не только по линии новых наблюдений, на гипотезу Лапласа обрушивался один удар за другим и по линии теоретической.
Солнечная система, предоставленная самой себе, без воздействия внешних сил должна всегда обладать одним и тем же суммарным моментом количества вращения. [18]С этой точки зрения теперь видно, что та скорость, которую могла иметь вращающаяся туманность Лапласа, являлась совершенно недостаточной, чтобы в ней развилась центробежная сила, отрывающая от нее кольца. Если же принять, что нужная для отрыва колец скорость вращения существовала в давно прошедшие времена, и предположить, что тогда туманность была однородной и простиралась за орбиту Плутона, получится момент количества вращения, раз в 200 больше современного. Куда же пропало движение, бывшее в системе? Это движение не могло исчезнуть. Мы увидим дальше, как современная наука пытается разрешить эту загадку.
Вывод Лапласа о необходимости прямого вращения планет и прямого обращения спутников также подвергается большому сомнению. Если массу какой-либо современной планеты распределить равномерно вдоль ее орбиты в виде кольца, шириной хотя бы в несколько диаметров планеты, то увидим, что полученная степень разрежения газа будет очень велика. Частички газа будут так далеки друг от друга, что они не смогут достаточно сильно друг друга притягивать и выравнять взаимные скорости настолько, чтобы кольцо стало вращаться, как твердое тело. Скорее можно ожидать, что частички будут обращаться вокруг Солнца независимо друг от друга. Следовательно, они будут подчиняться законам Кеплера, и внутренние частички будут иметь и угловую и линейную скорость больше, чем внешние, в противоположность тому, что думал Лаплас; значит, если в таком кольце станет сгущаться планета, то будет забегать вперед ее край, более близкий к Солнцу, и ее вращение около оси получится не прямым, а обратным. Если это так, то гипотезе Лапласа противоречат не обратные вращения планет вокруг оси, а более часто наблюдаемые прямые вращения. Спутники, образующиеся из колец, отделяемых такой не сгустившейся еще планетой с обратным вращением, тоже будут иметь обратное движение.
Мы видим, что в смысле направления вращения планет возражения, делавшиеся против гипотезы Лапласа, стали рассматриваться как подтверждения его гипотезы; зато большинство вращений, рассматривавшихся как подтверждения гипотезы, теперь надо признать противоречащими ей.
Замечательно, что сторонники гипотезы Лапласа более или менее удачно оправились почти со всеми возражениями, которые против нее выставлялись. Некоторые из попыток улучшить или спасти гипотезу Лапласа противоречат друг другу или дополняют, а то и видоизменяют ее первоначальный вид, но во всех этих попытках основные идеи Лапласа остаются все-таки в силе. Поэтому, так или иначе, гипотеза Лапласа продержалась среди научных достижений вплоть до нашего столетия.
В сороковых годах XIX века Рош математически разработал гипотезу Лапласа, поскольку это вообще было возможно, и убедился, что в своих основных выводах Лаплас был прав. Кроме того, Рош детальнее разобрал механизм образования колец, которого Лаплас подробно не касался.
Соображения и расчеты Роша полвека спустя проверил третий выдающийся французский механик, Пуанкаре. Очень интересна, хотя и мало вероятна, найденная Рошем возможность образования в туманности, помимо внешних, особых «внутренних колец», как он их называет. У этих «внутренних колец» скорость вращения должна быть больше, чем у ядра туманности, и Рош думал, что из них должны были образоваться быстрые спутники Марса и внутренняя часть кольца Сатурна – явления, противоречившие гипотезе Лапласа в той форме, как он ее высказал сам.
Вопрос о происхождении в солнечной системе вращений, обратных тем, которые должны быть по Лапласу, мог быть улажен путем учета так называемого приливного трения. Это явилось некоторым добавлением к творению Лапласа, основанном на развитии теории приливов. Приливное трение, которому очень большое внимание уделил Фридрих Энгельс в своей «Диалектике природы», затрагивалось еще Кантом, но особенно блестяще оно было разработано трудами Джорджа Дарвина, сына знаменитого естествоиспытателя Чарльза Дарвина.
Если вблизи некоторого жидкого или газообразного тела, способного изменить свою форму, находится другое массивное тело, то оно притягивает к себе сильнее более близкую часть поверхности первого тела. Поэтому на теле, скажем, на планете, в этом месте получается выступ, направленный к притягивающему телу, – получается приливная волна. Такие приливные волны или водяные горбы создают на нашей Земле Луна и Солнце. В реальных жидкостях существует внутреннее трение, препятствующее, хотя и слабо, движению жидкости. Чем больше вязкость жидкости, тем сильнее в ней эти явления.
Приливный горб всегда стремится направиться по прямой, соединяющей планету с притягивающим телом. Поэтому, если планета вращается вокруг оси быстрее, чем вокруг нее обращается тело, вызывающее приливы, то приливный горб будет отставать от вращения планеты. Трение в жидкости, а на Земле и трение воды об океанское дно в таком случае тормозят вращение планеты, замедляют его. Действуя из года в год на протяжении сотен миллиардов лет, это ничтожное трение, как капля, долбящая камень, может сильно затормозить вращение планеты или даже остановить его совсем. Дарвин показал, что под действием лунных приливов Земля замедлилась в своем суточном вращении. Раньше она вращалась быстрее, и тогда Луна была к Земле ближе. Вообще торможение вращения центрального тела, благодаря действию приливов, ведет к удалению спутника от главного тела, и наоборот. Таким образом, для ряда планет с их спутниками, хотя и не во всех случаях, с полным основанием можно допустить, что в давно прошедшие времена эти спутники образовались гораздо ближе к своим планетам, чем то расстояние, которое отделяет их теперь. При этих условиях кольца могли образоваться при прежней скорости вращения, и между бывшим и теперешним моментом вращения противоречия уже нет. К сожалению, это об'яснение годится лишь в некоторых частных случаях. Ко всей солнечной системе в целом это об'яснение неприменимо.
Быть может, действие приливного трения об'ясняет даже различия в направлении вращения планет и спутников. Эта гипотеза так называемой планетной инверсии предложена Пуанкаре и Стрэттоном. Последние считают величину приливного трения еще большей, чем Дарвин (ведь установить ее точно за краткий срок наших наблюдений нельзя). Они полагают, что вначале все планеты и их спутники вращались в обратном направлении, как следует из поправленной гипотезы Лапласа. При этом оторвались внешние кольца, которые дали спутников с обратным движением – как раз наиболее далеких от своей планеты, что подтверждается наблюдением: обратные спутники Юпитера и Сатурна отстоят от них дальше, чем прямые.
В цепи явлений, обнаруженных в солнечной системе и не предусмотренных гипотезой Лапласа, одно явление было указано уже в следующем году после опубликования «Изложения системы Мира». При помощи своих гигантских телескопов Вильям Гершель в 1787 году открыл спутников у планеты Уран, наиболее далекой из планет, известных в то время, и открытой им самим шестью годами раньше. В 1797 году Гершель уже установил и сообщил, что в противоположность всем остальным спутникам планет четыре луны Урана вращаются в обратном направлении, т. е. пробив движения самого Урана вокруг Солнца. В 1815 году, еще при жизни Лапласа, Гершель снова подтвердил свое открытие, противоречащее гипотезе Лапласа, утверждавшей необходимость прямых вращений во всей солнечной системе. Он отметил еще, что плоскость движения урановых лун почти перпендикулярна плоскости движения Урана вокруг Солнца.
Несмотря на это, ни в одном из последующих изданий своей книги Лаплас не попытался об'яснить это новое явление и даже не удостоил его упоминания. Считал ли Лаплас наблюдения Гершеля недостоверными, так как никто другой ни в Европе, ни в Америке, не обладая такими могучими инструментами, как Гершель, не мог проверить его наблюдения? Авторитет Гершеля, как прекрасного наблюдателя, был тогда уже достаточно велик, и скорее можно думать, что Лаплас, будучи весьма высокого мнения о своих трудах, не пожелал пересматривать всю свою гипотезу из-за единственного возражения.
С течением времени, однако, был открыт еще ряд обратных вращений в солнечной системе, показавших, что они далеко не являются редкими исключениями. Так, оказалось, что спутник планеты Нептун, обнаруженной в 1846 году по гениальному теоретическому предвидению Леверрье, так же вращается в обратном направлении, как и спутники Урана. Этот спутник был открыт в 1847 году, а в конце столетия обнаружилось, что один из девяти спутников Сатурна – Феба – и два из девяти спутников Юпитера также вращаются в обратных направлениях и навстречу вращению самих планет. Выяснилось и то, что вращение Урана вокруг своей оси происходит в обратном направлении, как и у его спутников, а у далекого Нептуна, по исследованиям 1928 года, вращение оказалось прямым, что еще больше осложнило картину вращений в нашей планетной системе.
Второй группой новооткрытых явлений, не вяжущихся с гипотезой Лапласа, явилось открытие спутников, вращающихся вокруг своей планеты быстрее, чем она сама вращается вокруг оси.
В кольце Сатурна, в котором сам Лаплас видел лучшее подтверждение своей гипотезы, также было открыто, что внутренний край кольца делает один оборот за восемь часов, тогда как сама планета делает его за десять с половиной часов. Это открытие, сделанное в конце прошлого века русским академиком Белопольским, с несомненностью показало, что кольцо Сатурна состоит из отдельных мелких твердых частичек, движущихся по законам Кеплера, так что внутренние из них обегают планету быстрее, чем наружные.
Между тем по гипотезе Лапласа кольца и спутники образовывались, когда скорость вращения была еще невелика, раньше, чем ядро газового сгустка собралось в уплотненную планету. После отделения кольца и спутников сжимающееся ядро – будущая планета – должно было ускориться в своем вращении. Все это противоречит фактам, открытым Холлом и Белопольским.
Критерием истины является практика; роль ее в астрономии играют наблюдения. В эпоху Лапласа изучение туманностей только еще начиналось и лишь лет восемь тому назад природа этих обширных образований выяснилась в достаточной степени. Оказалось, что некоторые из туманных пятен, на которые указывал Лаплас, являются на самом деле далекими звездными системами, но часть туманностей действительно состоит из облаков разреженного газа, существование которых предполагал в своей гипотезе Лаплас. Однако до сих пор не найдено никаких подтверждений существования туманностей, сгущающихся в звезды. Скорее напротив, в тех случаях, когда в середине туманности наблюдается звездочка, можно предположить, что окружающие ее газы удаляются от нее, рассеиваются в пространстве. Среди десятков тысяч туманностей не было открыто таких, известных нам в настоящее время, которые по своему виду напоминали бы ядро, окруженное кольцами, описанными Лапласом. Есть лишь один случай, неизвестный авторам, писавшим когда-либо о гипотезе Лапласа. Одна из так называемых планетарных туманностей, занесенная под номером 6620 в «Новый генеральный каталог» Дрейера, судя по рисунку с ее фотографии, обнаруживает нечто, близко напоминающее картину, воображаемую Лапласом. Маленькая звездочка окружена уплотненным, слегка продолговатым газовым туманом, вокруг которого хорошо заметно тонкое туманное кольцо с отчетливым сгущением в нем, напоминающим узелок. Картина эта настолько удивительна, что автор этой книги попросил для проверки прислать ему вместо рисунка лучший оригинальный снимок этой туманности, полученный в Ликской обсерватории (Америка). На оригинальном снимке сходство туманности с тем, что описывает Лаплас, оказалось еще поразительнее.
Конечно, на основании этого единичного случая еще совершенно преждевременно делать какие-либо выводы. Производить тут сравнение тем более затруднительно, что радиус туманного кольца этой туманности по крайней мере в тысячу раз превышает радиус самой далекой от Солнца планеты. Однако утверждение, что об'екты, напоминающие картину Лапласа, отсутствуют, как мы видим, не совсем верно.
Туманности, называемые планетарными, ничего общего с планетами, вообще говоря, не имеют. Это название они получили лишь потому, что обычно они имеют вид зеленоватых, слабо светящихся кружков, на первый взгляд напоминающих далекие планеты – Уран и Нептун, как они видимы в телескоп средней силы.
Не только по линии новых наблюдений, на гипотезу Лапласа обрушивался один удар за другим и по линии теоретической.
Солнечная система, предоставленная самой себе, без воздействия внешних сил должна всегда обладать одним и тем же суммарным моментом количества вращения. [18]С этой точки зрения теперь видно, что та скорость, которую могла иметь вращающаяся туманность Лапласа, являлась совершенно недостаточной, чтобы в ней развилась центробежная сила, отрывающая от нее кольца. Если же принять, что нужная для отрыва колец скорость вращения существовала в давно прошедшие времена, и предположить, что тогда туманность была однородной и простиралась за орбиту Плутона, получится момент количества вращения, раз в 200 больше современного. Куда же пропало движение, бывшее в системе? Это движение не могло исчезнуть. Мы увидим дальше, как современная наука пытается разрешить эту загадку.
Вывод Лапласа о необходимости прямого вращения планет и прямого обращения спутников также подвергается большому сомнению. Если массу какой-либо современной планеты распределить равномерно вдоль ее орбиты в виде кольца, шириной хотя бы в несколько диаметров планеты, то увидим, что полученная степень разрежения газа будет очень велика. Частички газа будут так далеки друг от друга, что они не смогут достаточно сильно друг друга притягивать и выравнять взаимные скорости настолько, чтобы кольцо стало вращаться, как твердое тело. Скорее можно ожидать, что частички будут обращаться вокруг Солнца независимо друг от друга. Следовательно, они будут подчиняться законам Кеплера, и внутренние частички будут иметь и угловую и линейную скорость больше, чем внешние, в противоположность тому, что думал Лаплас; значит, если в таком кольце станет сгущаться планета, то будет забегать вперед ее край, более близкий к Солнцу, и ее вращение около оси получится не прямым, а обратным. Если это так, то гипотезе Лапласа противоречат не обратные вращения планет вокруг оси, а более часто наблюдаемые прямые вращения. Спутники, образующиеся из колец, отделяемых такой не сгустившейся еще планетой с обратным вращением, тоже будут иметь обратное движение.
Мы видим, что в смысле направления вращения планет возражения, делавшиеся против гипотезы Лапласа, стали рассматриваться как подтверждения его гипотезы; зато большинство вращений, рассматривавшихся как подтверждения гипотезы, теперь надо признать противоречащими ей.
Замечательно, что сторонники гипотезы Лапласа более или менее удачно оправились почти со всеми возражениями, которые против нее выставлялись. Некоторые из попыток улучшить или спасти гипотезу Лапласа противоречат друг другу или дополняют, а то и видоизменяют ее первоначальный вид, но во всех этих попытках основные идеи Лапласа остаются все-таки в силе. Поэтому, так или иначе, гипотеза Лапласа продержалась среди научных достижений вплоть до нашего столетия.
В сороковых годах XIX века Рош математически разработал гипотезу Лапласа, поскольку это вообще было возможно, и убедился, что в своих основных выводах Лаплас был прав. Кроме того, Рош детальнее разобрал механизм образования колец, которого Лаплас подробно не касался.
Соображения и расчеты Роша полвека спустя проверил третий выдающийся французский механик, Пуанкаре. Очень интересна, хотя и мало вероятна, найденная Рошем возможность образования в туманности, помимо внешних, особых «внутренних колец», как он их называет. У этих «внутренних колец» скорость вращения должна быть больше, чем у ядра туманности, и Рош думал, что из них должны были образоваться быстрые спутники Марса и внутренняя часть кольца Сатурна – явления, противоречившие гипотезе Лапласа в той форме, как он ее высказал сам.
Вопрос о происхождении в солнечной системе вращений, обратных тем, которые должны быть по Лапласу, мог быть улажен путем учета так называемого приливного трения. Это явилось некоторым добавлением к творению Лапласа, основанном на развитии теории приливов. Приливное трение, которому очень большое внимание уделил Фридрих Энгельс в своей «Диалектике природы», затрагивалось еще Кантом, но особенно блестяще оно было разработано трудами Джорджа Дарвина, сына знаменитого естествоиспытателя Чарльза Дарвина.
Если вблизи некоторого жидкого или газообразного тела, способного изменить свою форму, находится другое массивное тело, то оно притягивает к себе сильнее более близкую часть поверхности первого тела. Поэтому на теле, скажем, на планете, в этом месте получается выступ, направленный к притягивающему телу, – получается приливная волна. Такие приливные волны или водяные горбы создают на нашей Земле Луна и Солнце. В реальных жидкостях существует внутреннее трение, препятствующее, хотя и слабо, движению жидкости. Чем больше вязкость жидкости, тем сильнее в ней эти явления.
Приливный горб всегда стремится направиться по прямой, соединяющей планету с притягивающим телом. Поэтому, если планета вращается вокруг оси быстрее, чем вокруг нее обращается тело, вызывающее приливы, то приливный горб будет отставать от вращения планеты. Трение в жидкости, а на Земле и трение воды об океанское дно в таком случае тормозят вращение планеты, замедляют его. Действуя из года в год на протяжении сотен миллиардов лет, это ничтожное трение, как капля, долбящая камень, может сильно затормозить вращение планеты или даже остановить его совсем. Дарвин показал, что под действием лунных приливов Земля замедлилась в своем суточном вращении. Раньше она вращалась быстрее, и тогда Луна была к Земле ближе. Вообще торможение вращения центрального тела, благодаря действию приливов, ведет к удалению спутника от главного тела, и наоборот. Таким образом, для ряда планет с их спутниками, хотя и не во всех случаях, с полным основанием можно допустить, что в давно прошедшие времена эти спутники образовались гораздо ближе к своим планетам, чем то расстояние, которое отделяет их теперь. При этих условиях кольца могли образоваться при прежней скорости вращения, и между бывшим и теперешним моментом вращения противоречия уже нет. К сожалению, это об'яснение годится лишь в некоторых частных случаях. Ко всей солнечной системе в целом это об'яснение неприменимо.
Быть может, действие приливного трения об'ясняет даже различия в направлении вращения планет и спутников. Эта гипотеза так называемой планетной инверсии предложена Пуанкаре и Стрэттоном. Последние считают величину приливного трения еще большей, чем Дарвин (ведь установить ее точно за краткий срок наших наблюдений нельзя). Они полагают, что вначале все планеты и их спутники вращались в обратном направлении, как следует из поправленной гипотезы Лапласа. При этом оторвались внешние кольца, которые дали спутников с обратным движением – как раз наиболее далеких от своей планеты, что подтверждается наблюдением: обратные спутники Юпитера и Сатурна отстоят от них дальше, чем прямые.