Geum.ru

Учебно-методический комплекс по дисциплине «концепции современного естествознания» для всех специальностей

Вид материалаУчебно-методический комплекс

Содержание


История астрономии. Начала астрофизики и бесконечность Вселенной
История астрономии. Первые модели развивающейся Вселенной
Подобный материал:
1   ...   21   22   23   24   25   26   27   28   ...   54

История астрономии. Начала астрофизики и бесконечность Вселенной

Существенный вклад в формирование современной нам астрономической картины мира внес в середине XVIII в. первый русский ученый-энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765). Значение вклада Ломоносова в развитие естествознания состояло прежде всего в глубоких научно-философских обобщениях и разработке метода научного исследования, а также в стремлении использовать достижения науки для экономического развития России. Естественнонаучные исследования Ломоносова охватывают огромный круг вопросов — от проблемы строения вещества до насущных задач современной ему техники. Надежной опорой ему в этих изысканиях служило его материалистическое понимание окружающего мира, твердая убежденность в единстве основных законов природы и в познаваемости этих законов, умение увидеть связь, казалось бы, далеких друг от друга явлений и сочетать экспериментальные исследования с глубоким теоретическим осмыслением: явлений. Прогрессивные, во многом оригинальные, и порою чрезвычайно глубокие идеи и выводы Ломоносова в области механики, физики, прежде всего — атомистики, учении о теплоте и об электричестве, в области химии, горного дела и металлургии широко известны. Особая заслуга Ломоносова заключается в том, что он четко сформулировал и неустанно пропагандировал в качестве основного принципа природы закон сохранения материи и движения. Несмотря на то, что общая идея сохранения материи была известна уже в древности, утверждение этого закона как универсального принципа природы уже в новое время (с конца XVI в.) заняло не одно столетие. Интерес к небесным явлениям возник у Ломоносова еще в детстве, при наблюдении величественных картин полярных сияний.

Широта интересов и умение анализировать явления в их взаимосвязи привели его к ряду важных выводов, открытий, изобретений и в области астрономии. Обогнав свою эпоху на столетия, он в числе немногих современников обратился к решению вопросов о физической природе небесных объектов, исходя из убеждения в единстве ее у Земли и небесных тел. Ломоносов высказал ряд правильных идей астрофизического характера. Изучая вместе со своим другом академиком Г. В. Рихманом явления атмосферного электричества, он выдвинул интересную идею возникновения его за счет трения восходящих и нисходящих теплых и холодных токов воздуха (что вполне согласуется с современными воззрениями). Эта идея легла также и в основу его объяснения полярных сияний. Свои представления об атмосферном электричестве Ломоносов распространил на природу свечения кометных хвостов. Небезынтересно отметить, что при всей примитивности формы этих первых представлений именно они перекликаются с современными теориями образования и свечения некоторых типов кометных хвостов в результате взаимодействия «атмосфер» комет и «солнечного ветра» — потока заряженных частиц, непрерывно идущего от Солнца. И в наше время поражают глубиной научной интуиции красочные стихотворные строки, в которых Ломоносов изложил свои представления о физической природе Солнца. Смелым взором поэта и ученого-материалиста он увидел там «...горящий вечно океан. Там огненны валы стремятся и не находят берегов; там вихри пламенны крутятся, борющись множество веков...» Со свойственной ему широтой подхода к решению научных проблем Ломоносов связывал прикладную задачу поиска полезных ископаемых с глубокой научной проблемой строения Земли как планеты. На фоне общепринятых в то время воззрений о неизменности окружающего мира особенно смело звучали еще очень редкие тогда голоса, защищавшие идею постепенного изменения, эволюции Земли. Исходя из физической, атомистической картины мира, Ломоносов стремился проникнуть мысленным взором в глубины земных недр, проследить скрытые процессы горообразования, рождения минеральных полезных ископаемых. Идея эволюции Земли у Ломоносова тесно переплетается с идеей эволюции Вселенной. Более того, в рассуждениях о Земле он приводит в качестве аргументов ее изменяемости именно астрономические факты, указывая, что даже «... главные, величайшие тела мира, планеты и самые звезды изменяются, теряются в небе, показываются вновь».

Наконец, одна из важнейших и наиболее общих идей — множественности обитаемых миров — получила первое определенное обоснование после открытия Ломоносовым атмосферы на планете Венера. По своему философскому значению это открытие равноценно обнаружению Галилеем земноподобного рельефа поверхности Луны. Это открытие Ломоносов сделал 24 июня 1761 г., во время прохождения Венеры по диску Солнца. В ожидании редкого явления множество телескопов было нацелено на солнечный диск. Надо было уловить моменты контактов дисков планеты и Солнца. Это позволяло уточнить расстояние до Солнца. При вхождении Венеры на диск Солнца Ломоносов отметил легкое затуманивание солнечного края; когда же планета подходила к другому краю диска, на нем сначала возникла выпуклость («пупырь»), а затем — «срез». Немало астрономов отметили те же явления, но Ломоносов первым объяснил их. «По сим примечаниям,— писал он, — планета Венера окружена знатной воздушной атмосферой, таковой (лишь бы не большею), каковая обливается около нашего шара земного». В 1769 г. аналогичное объяснение описанному явлению дал английский астроном Н. Маскелин, а позднее и другие (В. Гершель, И. Шретер). В 1761—1762 гг. Ломоносов сконструировал и создал прообраз современного горизонтального телескопа с сидеростатом (подвижным зеркалом, с помощью которого свет от небесных объектов направляется в неподвижную астрономическую трубу). В 1762 г. он изобрел так называемую однозеркальную схему рефлектора с наклонным (на 4°) зеркалом. Эти изобретения Ломоносова свидетельствуют о том, что он проявлял большой интерес к проблемам изучения строения Вселенной, которая рисовалась ему бесконечной. Последнее нашло отражение в известных прекрасных стихотворных строках Ломоносова: «...Открылась бездна, звезд полна; звездам числа нет, бездне дна». В дальнейших строках того же стихотворения нарисована яркая картина Вселенной, единой по своим законам и наполненной очагами жизни и разума. В 1770 г. и вторым изданием в 1783 г. в Петербурге вышло анонимно небольшое сочинение «Рассуждение о строении мира». Написано оно было в 1759 г. и с первых страниц поражало необычной для популярной литературы оригинальностью идей, полемической заостренностью и страстностью изложения. Было ясно, что книгу написал не просто естествоиспытатель, но прогрессивно мыслящий философ (несмотря на традиционные ссылки на божественную целесообразность природы), с широким кругозором и знаниями, с богатым воображением. Невольно приходил на ум образ Ломоносова... Но автором яркого космического этюда оказался другой петербургский академик, всего два года назад приглашенный в Россию на место трагически погибшего физика и друга Ломоносова Г. В. Рихмана — Франц Ульрих Теодор Эпинус (1724—1802). Его публикация оказалась переложением знаменитой книги Б. Фонтенеля «Разговоры о множестве миров» (1686). Однако она не только сильно отличалась живым и ярким языком от первого тяжеловесного русского перевода этого сочинения середины XVIII в. (его сделал А. Кантемир), но и от оригинала — по своему существу. Вместо вихревого картезианского мира у Фонтенеля, читатель знакомился в ней с гравитационной ньютоновской Вселенной и с новым методом познания: обоснованным экспериментально моделированием физических процессов на небесных телах.

Солнце «покрыто пламенным океаном, испускающим из себя дым и пары, которые земные жители усматривают иногда под видом черных пятен». Кометы («комиты») — не случайные, как полагал Декарт, а с ним и картезианцы, гипотетические планеты из «чужих» планетных вихрей, а их хвосты — не оптическое явление, как думал, например, Гевелий. Это — реальные члены Солнечной системы, но с чрезвычайно вытянутыми и потому подверженными сильным искажениям (возмущениям) орбитами. Особенно впечатляет яркая картина предполагаемых физических изменений, происходящих с кометой при ее приближении к Солнцу: «Из ужасной пустоты, где мрак и смерть беспрепятственно от неисчетных тысяч лет господствуют, спешит сия комита к неизмеримому огненному океану. Она вся объята стужею, совсем от мраза окаменела. Картина эта, весьма точная, особый отклик должна найти у читателя в наши дни, когда к нам из неимоверной дали приближается знаменитая странница — комета Галлея. Сила огня разрешает вскоре крепчайшие сии хлада узы, вдруг по всей поверхности оныя снедающий распростирается пожар. Моря иссякают, горы воздымляются. Раскаленным курением наполнившийся воздушный около ея круг уже кипит и незапно расседается. Теперь уже сгущенный дым, из разоренного сего мира исходящий, непреткновенпо льется в бездонную глубину, теперь распространяется ужасный хвост более, нежели на два миллиона дневного пути над неизмеримою пропастью». Он остроумно высмеивал страхи и предсказания, связанные с кометами. Вместе с тем он серьезно рассматривал последствия столкновения Земли с кометой, вполне возможного, по его мнению, ввиду неупорядоченности кометных орбит по сравнению с орбитами планет. Эпинус отрицал опасность встречи с хвостом кометы, поскольку обоснованно считал его вещество крайне разреженным (ведь сквозь него, как он отмечал, просвечивали даже слабые звезды). Что касается прямого столкновения с головой кометы, то уже в 1757 г. Эпинус предположил, что и в этом случае удар может быть смягчен атмосферами этих тел. При некоторых относительных скоростях и достаточной упругости атмосфер комета и вовсе может, по мысли Эпинуса, не достичь поверхности Земли и будет задержана или даже отброшена силою сжатого воздуха. (Не напоминает ли это некоторые современные нам идеи о «Тунгусском феномене» 1908 г.?) А вот уже новые соображения о возможной роли комет. Быть может, Солнце рано или поздно «истощило бы... свои богатства, хотя оныя суть и неизмеримы», если бы кометы, падая в конце концов на него и сгорая в нем, «не подавали бы вечному сему огню новой пищи». Столетие спустя гипотеза о подобной же роли метеоритов была развита Р. Манером... Для истории формирования современной астрономической картины мира наибольший интерес представляет первое детальное исследование Эпинусом происхождения кольцевых гор — цирков на Луне. Кратеры с расходящимися лучами («Тихо», «Коперник» и др.), по его мнению, походили на земной вулкан — Этну, если взглянуть на нее мысленно с большой высоты. Вместе с тем вулканизм на Луне Эпинус считал явлением несравненно более грандиозным, чем на Земле. Устойчивость лунных вулканических структур, в отличие от быстро разрушаемых земных, он объяснял отсутствием на Луне атмосферы с ее ветрами и осадками. Но главное, в разнообразии форм и размеров лунных цирков Эпипус увидел стадии их развития и заключил, что на Луне не только существовала некогда (о чем уже догадывались), но и продолжается вулканическая деятельность. Таким образом, за четыре года до В. Гершеля Эпинус ввел в астрономию метод сравнительного морфологического изучения космических объектов для выяснения их состояния и развития. Он впервые серьезно обосновал новую предпосылку возможности изучения процессов на других планетах и их спутниках — геологическое, а, следовательно, также эволюционное родство между Землей и планетами. После наблюдений В. Гершелем якобы действующих вулканов на Луне (в действительности он наблюдал, очевидно, вершины гор, освещенные Солнцем) теория лунного вулканизма стала на некоторое время общепринятой и породила одну из первых космических концепций метеоритов (гипотезу Ольберса — Лапласа о метеоритах как лунных вулканических бомбах). Все это укрепляло новые, эволюционные представления о небесных телах вообще. Сравнивая представления о мире у древних и современные ему, Эпинус отмечает колоссальное расширение знаний, но предостерегает от самонадеянности: «...однако мы еще ни мало не приближились к концу натуры»...


История астрономии. Первые модели развивающейся Вселенной

Ньютон первым поставил проблему естественного возникновения звезд в рамках гравитационной физической картины мира, предложив (в письме к Бентли) и ее принципиальное решение — звезды возникли в результате сгущения первичной разреженной материи как следствие не абсолютно равномерного распределения ее плотности, с одной стороны, и бесконечности Вселенной, с другой. Ньютон первым же сделал вывод, что особенности устройства Солнечной системы (движение известных тогда планет и их спутников в одном направлении и почти в одной плоскости) свидетельствуют о неслучайности объединения ее членов в такую слаженную систему и о существовании единой общей причины этого. Но все эти события рисовались ему как единичный акт, свершившийся при возникновении Вселенной вообще. Идея развития была ему чужда. И если тяготение он рассматривал как исконное свойство материи, то возникновение орбитальных движений планет не мог объяснить, допуская, что причиной его мог быть разве что «божественный толчок». Родоначальником идеи естественного возникновения и развития Солнечной системы в рамках ньютоновской физической гравитационной картины мира стал великий французский естествоиспытатель — эволюционист Ж. Л. Л. де Бюффон (1707—1788). В эпоху нового, опиравшегося на опыт, естествознания он возродил понятие «естественной истории», употребленное впервые великим древнеримским естествоиспытателем и историком Плинием Старшим, наполнив это понятие новым содержанием.

Все наблюдаемые явления и, главное, их изменения, начиная с самого возникновения Земли и планет, Бюффон попытался объяснить действием естественных причин в рамках физической картины мира Ньютона. Он создал свою космогоническую гипотезу, объединив три разрозненно высказанных идеи: о возможности столкновения комет с Солнцем (В. Уистон, уже упоминавшийся выше); о том, что Земля, обладающая внутренним теплом, могла быть прежде самосветящимся телом вроде звезды, а затем застыла с поверхности (Г. Лейбниц, 1683, подробнее в 1748 г. в книге «Протогея»), наконец, о сплюснутости вращающихся жидких тел (идея П. Мопертюи). Восхитившись глубиной и смелостью идеи Лейбница (остававшейся, однако, чисто умозрительной) Бюффон нашел для такой гипотезы вполне правдоподобное в его время естественнонаучное объяснение, допустив, что все планеты образовались из струи раскаленного солнечного вещества, выбитого из него при скользящем ударе кометы. Остывая, струя разбилась на отдельные фрагменты, которые сжимались, вращаясь, и образовали сплющенные с полюсов планеты, включая Землю. Гипотеза была опубликована в 1749 г. в небольшом трактате «История и теория Земли» (в первом томе его 44-томной «Естественной истории»), а затем вновь изложена в дополнениях к ней, в седьмом томе, названном «Эпохи природы» (1778). Таким образом, впервые рука Бога (божественный толчок) была заменена естественным толчком кометы. Благодаря Бюффону планетная система стала восприниматься в дальнейшем как возникшая во времени и под действием естественных сил природы. Вместе с тем гипотеза Бюффона начала собою в космогонии направление, согласно которому возникновение планетных систем — событие весьма редкое, почти случайное. В конце прошлого и в начале нашего веков идея Бюффона получила новое развитие в космогонических гипотезах Э. Фая, Т. Чемберлина и Ф. Мультона, а позднее — Дж. Джинса. В этих гипотезах идея внешней возмущающей силы объединилась с идеей вихревого движения материи. Другое представление о космогоническом процессе — как о закономерном результате постепенной эволюции космической материи — развил в 1755 г. И. Кант в своей «Всеобщей естественной истории и теории неба» (уже в этом названии явно сказалось влияние Бюффона...). Великий немецкий философ и ученый Иммануил Кант (1724—1804) создал первую универсальную концепцию эволюционирующей Вселенной в рамках гравитационной ньютоновской картины мира. Наиболее широко известна ее вторая, космогоническая часть под неточным названием «небулярной (т. е. газовой) космогонической гипотезы Канта» (тогда как на деле она была скорее метеорной, «пылевой»). Вся концепция изложена в его главном естественнонаучном сочинении «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755 г., рус. пер. 1963). В сочинении Канта сначала излагалась гипотеза Райта об устройстве звездной Вселенной. Однако знакомый только с кратким рефератом сочинения Райта, он использовал именно приведенную там картину плоского слоя звезд (которая, как мы видели, служила для Райта лишь вспомогательным образом). В своей основе, по содержанию и целям концепция Канта существенно отличалась от гипотезы Райта и противопоставлялась теологическим целям последнего. Из конкретных построений Райта Кант намерен был «развить плодотворные выводы» на чисто механической основе, отрицая равно и начальный божественный толчок, допускавшийся Ньютоном.

Кант почерпнул у Райта его гениальную идею о возможности существования и других упорядоченных звездных систем под видом «туманностей». Эту замечательную мысль Кант сразу же предпочел другим объяснениям природы туманностей — как разрывов в небесной сфере (Дерхэм) или огромных единичных светящихся тел (Мопертюи). В результате Кант построил несравненно белее четкую концепцию о «системном устройстве» Вселенной, обогатив картину ее островной структуры новой идеей иерархии систем и представляя Вселенную бесконечной в особом смысле, который он уточнил в космогонической части. Он обосновывал возможность и значительную вероятность возникновения такой Вселенной исключительно под действием естественных механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу этой Вселенной на всех ее масштабных уровнях — начиная с планетной системы и кончая миром туманностей. Космологической стороне концепции посвящена небольшая (16 страниц) первая часть: «Очерк системы неподвижных звезд, а также о многочисленности подобных систем неподвижных звезд». (Кант тут же разъясняет условность термина «неподвижные», указывая на существование реальных движений звезд.) Страницы этой первой части сочинения Канта буквально переполнены восторженным описанием всюду проявляющейся взаимосвязанности различных объектов во Вселенной, пока все это не соединяется в единую, захватывающую дух, картину Космоса. «Если уже обширность планетного мира, в котором Земля кажется малой песчинкой,— писал Кант,— повергает ум в изумление, то каким восторгом проникается он при созерцании бесчисленного множества миров и систем, заполняющих Млечный Путь; но насколько возрастает это изумление, когда узнаешь, что все эти необъятные звездные миры в свою очередь составляют единицу того числа, конца которому мы не знаем, и которое, быть может, столь же непостижимо велико и тем не менее само составляет лишь единицу нового соединения чисел. Мы видим первые члены непрерывного ряда миров и систем, и первая часть этой бесконечной прогрессии уже дает нам возможность представить, каково целое. Здесь нет конца, здесь бездна подлинной неизмеримости, перед которой бледнеет всякая способность человеческого понимания, хотя бы и подкрепленного математикой». Кант выступает здесь не как философ, а, скорее, как ученый-естествоиспытатель и отдает себе отчет в необходимости опытной проверки предложенной концепции. «Здесь перед нами широкое поле для открытий, ключ к которым должны дать наблюдения»,— заключает он свои предварительные рассуждения о поставленной проблеме. Как естественные следствия наблюдаемых фактов и закона всемирного тяготения звучат его выводы о существовании двойных звезд, о чрезвычайно вероятном открытии в будущем планет за Сатурном, о пропорциональном, космогонически обоснованном увеличении взаимных расстояний планет с удалением их от Солнца. Все эти выводы подтвердились уже при жизни Канта (в открытиях В. Гершеля), а вывод о планетных расстояниях конкретизировался вскоре еще и в форме закона Тициуса — Боде. Космогоническая концепция Канта была детально развита для планетной системы, а затем экстраполирована им на всю Вселенную. Эта часть его сочинения названа «О первоначальном состоянии природы, образовании небесных тел, причинах их движения и связи их между собой как звеньев системы, в частности, в мире планет, а также с точки зрения всего мироздания». Здесь совершенно неожиданное новое развитие получает и космологическая картина в результате распространения на всю Вселенную идеи эволюции. Кант взялся за рассмотрение космогонической проблемы, не согласившись с выводом Ньютона о необходимости божественного «первого толчка» для возникновения орбитального движения планет (сообщения им тангенциальной скорости). Он доставил цель — найти естественную причину возникновения такого движения. В качестве основы космогонической концепции он опять-таки использовал все имевшиеся сведения о Солнечной системе — ее параметры, и не только геометрические и кинематические (совпадение плоскостей орбит и направлений движений), но и динамические, а также другие физические закономерности в этой системе, которые он, как ему казалось, выявил (увеличение эксцентриситетов орбит и масс планет, уменьшение их плотности с удалением от Солнца). Несмотря на иллюзорность этих последних закономерностей (во всяком случае, не всеобщность их для Солнечной системы), их анализ позволил Канту сделать ряд правильных выводов, например, уже упоминавшийся — о существовании планет за Сатурном, равно как и небезынтересную идею непрерывного перехода от планет к кометам. В числе естественных сил, помимо механических — тяготения и отталкивания (последнее — на уровне отдельных частиц в начальной стадии образования системы), Кант привлекал силы химического соединения частиц, в результате чего, по его мнению, и создавались начальные неоднородности в распределении плотности материи — центры преимущественного тяготения. Выдвинув намного более широкую идею общей эволюции Космоса, Кант детально развил только планетную космогоническую гипотезу, включавшую гипотезу о возникновении и самой центральной звезды в системе — Солнца. В среде материи, полностью разложенной на элементарные субстанции (но разного веса, причем обилие частиц, пространственная плотность их распределения предполагалась обратно пропорциональной их весу), сначала возникали небольшие случайные сгустки под действием лишь внутренних сил (от сближения элементов, соединяющихся «по обыкновенным законам связи»). Затем они укрупнялись, соединяясь с еще более крупными такими же сгустками.

Таким образом, гипотеза Канта содержала не только идею предельно примитивного разреженного первичного состояния материи, но и ряд новых глубоких мыслей. Одна из них — о зависимости обилия частиц во Вселенной от их веса. В наше время она нашла развитие в работах Дж. Гамова. Другая — о возникновении первичных случайных флуктуации плотности в начальной среде под действием негравитационных сил (по Канту — внутренних «связей», иначе, химических сил) и о необходимости достижения при этом «критической» массы для начала устойчивого процесса сгущения. Эта идея в начале XX в. была развита Джинсом в его знаменитую теорию гравитационной неустойчивости, которая и в наши дни является фундаментом при решении эволюционных и космогонических задач в планетной астрономии. Ее дальнейшее обобщение в работах группы Я. Б. Зельдовича (теория космических «блинов») позволило построить новейшую в наши дни теорию формирования крупномасштабной структуры Вселенной. В описании дальнейшей эволюции планетных тел и их систем Кант учитывал действие теплоты. Несмотря на ограниченность физических и химических сведений о веществе, которыми располагала наука к середине XVIII в., многие заключения Канта об этих сторонах космогонического процесса поражают своими удивительно современными нам элементами. Таковы, например, его утверждения о возможности разогрева недр холодной планеты за счет смещения веществ, или, еще более,— о том, что Солнце (как и другие звезды) не может быть просто пассивным (раскаленным) источником тепла, но является активным, «пылающим», «огненным» источником его, так что может затухать при недостатке «горючего» и вновь разгораться при его поступлении. Кант отметил также существенную роль отталкивательного действия солнечных лучей в устройстве и эволюции Солнечной системы. Были у Канта и другие поразительно верные заключения, как кажется, забытые в истории астрономии. Он, по-видимому, первым сделал четкий вывод (опираясь отчасти на наблюдения Кассини разрыва в кольце Сатурна) о «метеоритном», по существу, составе кольца этой планеты. Кант считал, что оно сформировалось из отдельных частиц, поднимавшихся в ранний период эволюции планеты с ее поверхности. Они образовали в пространстве (начиная с некоторой высоты над планетой, где движение их оказывалось устойчивым) полностью отделенное от планеты кольцо спутников, которые движутся независимо друг от друга — по законам Кеплера. Независимость движений различных частей кольца (очевидно, в смысле отсутствия сильных возмущений) Кант объяснял, в частности, наличием щелей между ними, одну из которых и открыл Д. Кассини. По обращению одного из спутников Сатурна Кант вычислил (с помощью третьего закона Кеплера) периоды обращения внутреннего и внешнего краев кольца (соответственно, получив около 10 ч и 15 ч). Кроме того, опираясь на свои космогонические соображения, Кант заключил, что внутренние части кольца должны были сохранить скорость, близкую к скорости вращения экваториальных частей самой планеты, что позволяло, таким образом, оценить скорость вращения Сатурна (она действительно равна 10 ч 14 мин). Расчеты Канта уже в 1790 г. были подтверждены В. Гершелем в результате прямых наблюдений колец Сатурна. Возвращаясь к проблеме малых систем планетарного типа в следующей, третьей части своего сочинения, Кант отмечал, что образования вроде кольца Сатурна могут быть и у других планет, например у Земли. Он высказал правильное суждение о природе зодиакального света, об отсутствии принципиальных различий между природой планет и комет, допуская, что при некоторых условиях Солнце могло бы своим воздействием создать хвост и у Земли, подобный кометному (что и было открыто в 40-е годы XX в. советским астрономом И. С. Астаповичем). Подобные суждения одновременно с Кантом высказывал Л. Эйлер и некоторые другие петербургские академики. Но в космогонии Канта был и роковой изъян — гипотеза о самопроизвольном возникновении вращения изолированной системы, первоначально находившейся в покое. Это противоречило одному из фундаментальных постулатов механики — закону сохранения момента количества движения в изолированной системе. Содержание третьей части сочинения Канта в целом совершенно необычно для XVIII в. и представляет собой первый научный анализ проблемы жизни во Вселенной. Она названа «Содержащая в себе основанный на закономерностях природы опыт сравнения обитателей различных планет». Не имевшая наблюдательной основы, эта глава носит чисто умозрительный характер. Но и здесь Кант затрагивает физическую сторону проблемы. Он отмечает тесную связь между формами жизни и физическими условиями на планетах — силой тяжести, температурой, плотностью вещества планеты. Кант указывал на возможность различного типа эволюции планет и допускал, что на некоторых других планетах жизнь еще может в дальнейшем возникнуть (на Венере, Юпитере). В противоположность распространенным тогда, хотя и мало чем обоснованным, представлениям о всеобщей заселенности Космоса (вплоть до комет и звезд), Кант здраво утверждал, что во Вселенной даже далеко не все планеты должны быть обитаемы. Но возвратимся снова ко второй части сочинения Канта. В ней изложена его знаменитая концепция бесконечного развития бесконечной иерархической Вселенной. Хотя Кант отдавал себе отчет в том, что в бесконечной Вселенной невозможно существование центра, описанная им на основе сведений о наблюдаемой Вселенной иерархия систем мыслилась как некая сверх-сверхсистема, имеющая свой общий для всех ее членов неподвижный центр тяготения (предположительно — Сириус). Развитие Вселенной рисовалось им как имевший начало, но не имеющий конца процесс постепенного образования все новых космических систем на все более далеких расстояниях от центра — места, где этот процесс начался. Звездная Вселенная, по Канту, таким образом, непрерывно увеличивается и по объему и по массе, в результате возникновения новых систем из некоей первичной диффузной газово-пылевой материи. И поскольку акт божественного творения материи (единственное, что он сохранял за богом) Кант отодвигал в далекое прошлое, то, очевидно, Вселенная, заполненная диффузной материей, представлялась ему бесконечной, а бесконечность иерархических систем находилась как бы в становлении. Вместе с тем, начиная от центральных (по Канту, наиболее старых) областей Вселенной (где, по его мнению, располагается и наша Солнечная система), космические объекты всех масштабов постепенно разрушаются и гибнут. Таким образом, окраины Вселенной в теории Канта оказываются более молодыми. (Этот вывод, хотя и по иной причине, совпал с современными данными наблюдений: более далекие космические объекты Метагалактики мы видим в их более ранних состояниях развития из-за конечности скорости распространения электромагнитных волн, которые доносят до нас информацию о таких объектах.) Кант считал, что на месте погибших систем рождаются новые: на потухшие солнца, например, падают замедлившиеся планеты и кометы, вновь разжигают его пламя, окружающая материя от жара снова распадается на элементы, и процесс формирования системы планет проходит новый цикл при достаточном остывании центрального светила. И так без конца, волнами от центра в бесконечность распространяется эволюция космической материи. Такая концепция, по существу, содержит и общепризнанную современной наукой идею одновременного сосуществования космических тел и систем разных поколений. Формированием этой новой, эволюционной астрономической картины мира Кант вполне оправдал свои же пророческие и программные для дальнейшего изучения Вселенной слова: «Тот, кто рассматривает различные области природы целенаправленно и планомерно, открывает такие свойства, которые остаются незамеченными и скрытыми, когда наблюдения ведутся беспорядочно и бессистемно». К середине XVIII в. все более укреплялось представление о грандиозности масштабов звездной Вселенной. Об этом свидетельствовало и то, что, несмотря на повысившуюся до 1" точность определения положений звезд на небе, их годовые видимые смещения — параллаксы оставались все еще неуловимыми для измерений. А косвенные, фотометрические оценки межзвездных расстояний (Гюйгенс, опубликовано в 1698 г.) или оценки их нижней границы (Брадлей, 1728 и 1748 гг.) еще более определенно указывали на колоссальные размеры видимого звездного мира. Первые свидетельства о звездном составе Млечного Пути и некоторых туманных пятен на небе, таких как Плеяды, открытие нескольких десятков новых туманностей к середине XVIII в.— все это наводило на мысли не только о колоссальности размеров, но и о сложности структуры Вселенной.

Вывод о том, что видимые нами звезды составляют динамическую систему, идея островных вселенных, согласно которой все туманности рассматривались как далекие звездные системы (Э. Сведенборг, 1733, Т. Райт, 1750), были дополнены в классическом сочинении И. Канта (1755) идеей бесконечной иерархии развивающихся космических систем. Но она не была еще сколько-нибудь разработанной для описания Вселенной за пределами Солнечной системы на конкретном астрономическом материале. К тому же сочинение Канта, как уже говорилось выше, до конца XVIII в. оставалось неизвестным ученому миру. Грандиозную работу по обобщению первого набора необходимых космологических фактов в науке нового времени совершил, независимо от Канта, выдающийся немецкий ученый-энциклопедист, математик, физик, астроном, философ Иоганн Генрих Ламберт (1728—1777). При краткости его жизни, скудном материальном и вообще зависимом положении (всю жизнь он был воспитателем в частных домах), огромная широта и глубина научного наследия Ламберта убедительно показывают отличительные черты истинного гения (вспомним Кеплера). Для него не существует благоприятных или неблагоприятных обстоятельств; ум его не может не откликаться на бесчисленные сигналы из внешнего мира, не может не работать в любых условиях. В истории математики с именем Ламберта связаны важные исследования в геометрии, алгебре, сферической тригонометрии. Он высказал одним из первых идею новой, неевклидовой геометрии (1768). Математика была для него, однако, не самоцелью, а инструментом познания законов природы. Свои математические исследования он опубликовал в 1765—1772 гг. в четырех томах под характерным названием: «К использованию математики и ее приложений». Даже философию Ламберт стремился поставить на математическую основу. На протяжении всей своей жизни Ламберт работал над философскими проблемами и написал два трактата по гносеологии: «Новый органон, или мысли об исследовании и обозначении истины и об отличии ее от заблуждения и иллюзии» (1764) и «Архитектоника, или теория простого и первого в философском и математическом познании» (1771). Но в философии Ламберт отходил от материалистических взглядов естествоиспытателя, отстаивая широко распространенную в его время идею разумной целесообразности в природе. Заметный след Ламберт оставил и в картографии. Но в историю науки он вошел прежде всего как. физик и астроном — автор двух фундаментальных, тесно связанных между собой трудов. В первом из них («Фотометрия», 1760) он разработал теоретические физические основы одного из главных методов наблюдательной астрономии. Он открыл закон, согласно которому яркость идеально рассеивающей свет (диффузной) поверхности не зависит от направления (закон Ламберта). Кроме того, Ламберт утвердил основной закон фотометрии — экспоненциального ослабления потока монохроматического света в поглощающей среде, разделив славу с двумя другими учеными (закон Бугера — Ламберта — Бэра). Именем Ламберта была названа единица яркости рассеивающей свет поверхности. В физике Ламберт, кроме того, стал родоначальником гигрометрии и высказал важные идеи о так называемой лучистой теплоте. Новыми фотометрическими принципами Ламберт не замедлил воспользоваться для решения конкретных астрономических и геофизических задач. Он весьма точно оценил относительную яркость Луны, ослабление света в земной атмосфере, изучал явление сумерек, впервые дал фотометрическую оценку высоты земной атмосферы. Ему же принадлежит вторая, после X. Гюйгенса, но значительно более точная фотометрическая оценка межзвездных расстояний (около 8 световых лет до Сириуса; по современным данным — 8,7 светового года). В области астрономии он занимался также проблемами движения отдельных небесных тел и структуры Вселенной в целом, разрабатывал количественные методы наблюдательной астрономии и всюду стремился ввести строгие, новые математические методы исследования. Существенным вкладом в развитие небесной механики была небольшая работа Ламберта «Исследования по определению орбит комет» (1761 г.), в которой он дал метод расчета гиперболических кометных орбит. Кометам посвящена и первая половина его наиболее знаменитого труда: «Космологические письма об устройстве мироздания» (1761 г.) Эти загадочные странницы привлекали внимание Ламберта в связи с распространенным в XVIII в. представлением о населенности всех небесных тел разумными существами. Разделяя эти представления, Ламберт считал особенно заманчивыми для астрономов кометы как вечно странствующие обсерватории. «Космологические письма...» стали вершиной творчества Ламберта как естествоиспытателя. Во второй части этого большого сочинения он изложил свою концепцию иерархической Вселенной. Над проблемами космологии он начал работать в 1749 г. В «Фотометрии», в главе «О блеске неподвижных звезд и об их расстояниях» он представил Млечный Путь как эклиптику звезд, обращающихся вокруг некоторого общего центра. В «Космологических письмах...» Ламберт дает, по сравнению со своими предшественниками, наиболее полную и вместе с тем наиболее связанную с наблюдениями картину иерархической Вселенной. В своей концепции он отделяет обобщение уже открытых фактов от экстраполяции в область прогнозируемых им открытий, называя лишь эту вторую часть концепции умозрительной (т. е., по существу, относящейся к картине мира). Ламберт утверждал существование во Вселенной систем трех порядков: I. Планета со спутниками; II Солнце (равно как и другие звезды) с планетами; III. Млечный Путь и другие подобные ему скопления звезд, видимые как туманности из-за их огромных расстояний. Кроме того, обратив внимание на крайнюю видимую неоднородность яркости полосы Млечного Пути, Ламберт выделил промежуточную систему между системами 2-го и 3-го порядков — большие звездные сгущения в самом Млечном Пути. К одной из таких промежуточных систем он относил все видимые с Земли звезды вместе с Солнцем. Его утверждение о том, что «звезды, находящиеся вне сего пути, составляют одну только Систему, которая есть наша», блестяще подтвердилось открытием в XX в. «Местной системы» звезд в Галактике. В качестве далекой умозрительной экстраполяции т. е. элементов картины мира) Ламберт выдвигал идею существования систем и более высоких (4-го, 5-го и т. д.) порядков. Все системы Ламберт считал находящимися в непрерывном движении — каждая вокруг своего центра тяжести, т. е. подчиняющимися закону всемирного тяготения, который, как он полагал, «простирает власть свою повсюду, где есть вещество». Ламберт первым допустил в принципе существование «пустых», геометрических центров обращения систем, однако склонялся более к идее «центральных солнц». Подобно Канту, он выделял центр вращения нашей (Местной) системы (за который принимал туманность Ориона, считая ее единичным несамосветящимся телом). Вся мыслимая иерархия систем также представлялась Ламберту обращающейся вокруг единого общего неподвижного центра. Последнее неизбежно влекло за собой вывод о конечности материальной Вселенной. Однако Ламберт не обратил на это внимания. Но, быть может, дело было и в другом. Его грандиозная космологическая концепция была результатом глубокого логического анализа конкретных фактов. Он не признавал выводов, опиравшихся только на одну интуицию. Несмотря на полноту построенной им картины Космоса, он не претендовал на создание законченного учения о строении всей Вселенной и вообще был противником построения подобной системы (в смысле законченной всеохватывающей научной теории Вселенной), считая, что наши знания для этого совершенно недостаточны. Хотя Ламберт не рассматривал специально проблему изменения космических объектов и Вселенной в целом, тем не менее он представлял космические системы временными образованиями.


Это заключение его опять-таки было прямым следствием наблюдений. Он первым оценил сжатие звездной системы Млечного Пути и ошибочно получил его слишком большим (1 : 10000!). Млечный Путь оказывался намного более плоским, чем даже система спутников Юпитера! Из этого Ламберт и сделал вывод, что столь исключительную форму система может сохранять лишь сравнительно небольшое время и должна неизбежно изменяться. Многие научные прогнозы Ламберта подтвердились уже в ближайшие десятилетия: открытие новых туманных объектов — далеких млечных путей, собственного движения Солнца, двойных и кратных звезд. Другие прогнозы Ламберта опередили эпоху на век или даже на два. Его утверждение, что по небольшим возмущениям в движении небесного тела можно обнаружить другое, массивное, но невидимое тело, подтвердилось в XIX в.: Бессель обнаружил характерные возмущения в движении звезд Сириуса и Проциона и объяснил их в 1834 г. в духе Ламберта — существованием у этих звезд невидимых массивных спутников (которые и были в дальнейшем открыты). Еще более ярким подтверждением идей Ламберта стало открытие в 1846 г. восьмой большой планеты — Нептуна. Наконец, указание Ламберта на возможность существования сверхплотных космических тел, против которых «плотнейшие» на Земле показались бы «губкою» и которые, таким образом, даже при небольших размерах обладали бы огромной силой притяжения, неожиданно полностью подтвердилось с открытием сверхплотных звезд (белых карликов и нейтронных звезд — пульсаров).