Борис Воронцов-Вельяминов - Лаплас

• Название: Лаплас
• Автор: Борис Воронцов-Вельяминов
• Издательство: Жургазоб'единение
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1937

Наполеон, который очень верно судил о людях, так писал на острове Святой Елены о Лапласе в своих воспоминаниях «Великий астроном грешил тем, что рассматривал жизнь с точки зрения бесконечно малых». Действительно, все, что не касалось науки, было для Лапласа бесконечно малым. Строгий и взыскательный к себе, когда дело шло о науке, в обыденной жизни Лаплас поступал иногда хорошо, иногда плохо, смотря по обстоятельствам, пренебрегая всем этим, как бесконечно малым, во имя главного дела своей жизни – научного творчества. Ради науки он даже менял свои убеждения. Видимо, стоит отнестись к некоторым моментам в жизни Лапласа, как к бесконечно малому в сравнении с тем великим и значительным, что создал ученый в астрономии, математике и физике.

Из серии «Жизнь замечательных людей», иллюстрированное издание 1937 года. Орфография сохранена.

---

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.