Еще одним из первых исследователей возраста Земли был француз Бенуа де Майе (1656–1738). Натуралист-любитель, он в своих вычислениях исходил из наблюдений за понижением уровня моря. Интересно, что у него получился результат в два миллиарда лет, что приближается к современным оценкам.
Чтобы защититься от нападок, де Майе представил свои открытия в виде вымышленных бесед французского миссионера и индийского философа по имени Теллиамед (прочитанная наоборот французская транскрипция фамилии де Майе). Возможно, помня о судьбе Галилея, он не спешил с публикацией работы, которая вышла в свет только в 1748 году, через 10 лет после его смерти, и мало повлияла на ситуацию.
Делались и другие попытки определить истинный возраст Земли, и к эпохе Томсона было выдвинуто уже множество предположений, основанных на самых разных методах. Самым авторитетным и эффективным опровержением христианской идеи об очень молодой Земле, формирующейся благодаря катастрофам, была мысль, которую высказал уважаемый британский геолог Чарльз Лайель (1797–1875). Лайель утверждал, что катастрофы не играли заметной роли, а особенности земного рельефа можно объяснить действием все еще работающих сил. Более того, он считал, что все, что есть на Земле, — это результат совместного действия обычных сил и агентов (теория униформизма
[18]).
С современной точки зрения важнейшее значение теории униформизма заключается в том, что исчезает необходимость в таких катастрофах, как потоп или любое другое сверхъестественное воздействие. Если Лайель был прав, то буквальное прочтение Библии больше не могло служить руководством для науки. Кроме того, согласно этому учению, подобные силы должны были действовать неограниченное время!
К середине XIX века униформизм (как ни странно, этот термин ввел сторонник катастрофизма Уильям Хьюэлл) стал доминирующей доктриной в английской геологии. Хотя теологов такое учение не радовало, для большинства из нас стабильность — намного привлекательнее мысли о том, что в любой момент мы можем исчезнуть с лица Земли. В главе 3 мы видели, как Ньютон и Лейбниц спорили о роли Бога в стабильности Солнечной системы. В начале XIX века французский математик Лаплас доказал, что Богу совсем не обязательно выступать в качестве смотрителя-часовщика, потому что система сама по себе достаточно стабильна. Многие вздохнули с глубоким облегчением.
Хотя Лаплас думал, что такая стабильность установилась случайно, в результате удачного стечения обстоятельств, многие ученые были с этим не согласны, считая, что в ней ясно видна божественная длань. Одним из них был и Томсон. Но в то же время наблюдения за кометой Энке свидетельствовали о том, что в межпланетном пространстве существует некая сопротивляющаяся среда. В результате Томсон предположил, что для всей системы наступит конец, — и эта идея прекрасно согласовывалась с другими работами, которыми он активно интересовался и в которых объединились различные аспекты его интересов.
Рассуждения Томсона
Со студенческой скамьи Томсон всегда с интересом относился к вопросу теплоты. Несомненно, он знал, что Лейбниц до него верил в первоначально расплавленную Землю, а Ньютон проводил некоторые исследования потери теплоты и остывания тел. К 18 годам Томсон уже опубликовал работу на тему «Однородное движение теплоты в гомогенных твердых телах и его связь с математической теорией электричества». Название знаменательное, потому что показывает, что он не только интересовался проблемами теплоты и ее движения в твердых телах, но и пытался применить к их решению математические методы, которые оказались такими успешными в работе с механическим движением и электричеством.
Для практика Томсон прекрасно разбирался в математике. Например, он изучил работу Жозефа Фурье, который провел первые математические исследования теплопроводности. Воспользовавшись дифференциальным исчислением Лейбница и Ньютона, Фурье нашел способ в любое время определять скорость изменения температуры в разных точках твердого тела, а также реальную температуру в любой точке этого тела. Томсона очаровал этот метод. Позже он писал, что хотя в то время был еще студентом, но «освоил его за две недели — проработал от начала до конца»
.
Хотя потом он называл работу Фурье «великой математической поэмой»
, она послужила более земным целям, потому что убедила Томсона в том, что Земля постепенно остывала — от первоначального расплавленного и жидкого до теперешнего состояния.
До этого французский физик Никола Леонар Сади Карно под влиянием огромного значения парового двигателя доказал, что теплота и работа взаимозаменяемы. Но этой идее уделялось мало внимания до тех пор, пока Томсон в 1849 году пристальнее не взглянул на нее и не пришел к далеко идущим выводам.
Томсон был убежден, что определенная часть теплоты не превращается в работу, а это было важно при разработке таких машин. Кроме того, он расширил сферу приложения своих усилий, заинтересовавшись ролью данных феноменов в «работе» Земли.
На его взгляд, ответ на вопрос о возрасте Земли лежит в обычных наблюдениях, которые делались при сооружении многочисленных шахт и колодцев: чем дальше копать, тем становится горячее. Хотя это явление можно объяснить и иначе, Томсон считал его доказательством того, что теплота исходит из недр Земли.
Он понимал это так: тепловая энергия уходит из Земли и, как и в паровом двигателе, фактически необратима. Такое рассеивание энергии предполагает, что нашим природным системам когда-то наступит конец, что и стало, по докладу, представленному в 1851 году, вторым законом термодинамики, одной из основ для практического применения теплоты и работы. Первый и второй законы утверждают примерно следующее: энергия никогда не теряется (первый закон), но некоторая ее часть не превращается в работу (второй закон).
Благодаря второму закону был сделан значительный прорыв в научном понимании физических машин любого рода. Например, он объяснил, почему невозможно создание вечного двигателя. Кроме того, говорил Томсон, он показывает, что природные двигатели — такие как Солнце, Земля и другие элементы Солнечной системы — тоже имеют свой конец.
В своих расчетах он исходил из предположения, что Земля изначально была частью Солнца, имела его температуру и с тех пор остывала. Сначала Томсон использовал эти вычисления, пытаясь понять, как долго Земля и вся Солнечная система могут находиться в своем теперешнем состоянии. Затем, как представлено в докладе 1842 года, он изучал возможность проведения вычислений не вперед, а назад. И вдруг стало возможным довольно точно с научной точки зрения определить возраст Земли.
Сознавая некоторые слабые стороны своего подхода, Томсон начал уточнять его и в последующие годы развивал эти идеи. В 1846 году, в год своего назначения в Университет Глазго, он заявил, что определение возраста Земли основывается на физических принципах. Все сидели и слушали. Он говорил, что для того чтобы достичь сегодняшней температуры, Земле потребовалось время, и этот период составляет около 100 миллионов лет. Признавая, что эта цифра приблизительна вследствие упрощенных предположений, он расширил диапазон от 20 до 400 миллионов лет.
