Geum.ru

Перевод с английского под редакцией Я. А. Рубакина ocr козлов М. В

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   44

Следует прибавить еще один разряд явлений, соответствующих вышеупомянутым и специально нас касающихся. Рассматривая химические явления вообще, мы видим, что развитие теплоты обыкновенно уменьшается по мере того, как увеличивается степень сложности и вытекающая отсюда массивность частиц. Во-первых, мы знаем тот факт, что во время образования простых соединений развивается гораздо больше теплоты, чем во время образования соединений сложных. Элементы, соединяясь друг с другом, обыкновенно выделяют много теплоты, между тем как тогда, когда образовавшиеся из них соединения дают новые соединения, выделяется лишь немного теплоты, и, как показывают опыты проф. Эндрюса, теплота, выделяемая при соединении кислот с основаниями, бывает обыкновенно меньше в тех случаях, когда частичный вес основания больше. Затем, во-вторых, мы видим, что при соединении между самими элементами, там, где их атомный вес невелик, получается гораздо больше теплоты, чем при соединении элементов, имеющих больший атомный вес. Если мы продолжим наше предположение, что так называемые элементы суть соединения, и если по этому закону, если он и не всеобщий, считать неразложимые вещества за разложимые, то получаются два заключения. Во-первых, те первичные и вторичные соединения, посредством которых получились элементы, должны были сопровождаться выделением теплоты, превышающим все известные нам степени. Во-вторых, между самими этими первичными и вторичными соединениями те, посредством которых образовались элементы с малыми частицами, дали более интенсивную теплоту, чем те, посредством которых образовались элементы с более крупными частицами, так как элементы, образовавшиеся из окончательных соединений, должны по необходимости быть позднейшего происхождения и в то же время должны быть менее устойчивы, чем элементы более раннего происхождения.

Примечание II. Можем ли мы из этих положений, особенно из последнего, вывести какие-либо умозаключения относительно развития теплоты во время сгущения туманных масс? И затронут ли каким-либо образом эти умозаключения те, какие приняты в настоящее время?

Во-первых, кажется возможным заключить из физико-химических фактов вообще, что сосредоточение рассеянной материи туманных масс в конкретные массы стало возможным лишь через посредство тех соединений, из которых образовались элементы. Если мы вспомним, что водород и кислород в свободном состоянии оказывают почти непреодолимое сопротивление к переходу в жидкое состояние, тогда как при химическом их соединении они легко переходят в жидкое состояние, то это может навести нас на мысль, что таким же образом и те, более простые типы материи, из которых образовались элементы, не могли дойти даже до той степени плотности, какую представляют известные газы, не подвергаясь соединениям, которые мы можем назвать протохимическими, следствием каждого такого протохимического соединения являлось выделение теплоты, и тогда взаимное притяжение частей могло произвести дальнейшее сгущение туманной массы.

Если мы таким образом различим два источника теплоты, сопровождающей сгущение туманных масс, - теплоту, происходящую от протохимических соединений, и теплоту, происходящую от сжатия, вызванного силой притяжения (причем и ту и другую можно объяснить прекращением движения), то можно заключить, что источники эти принимают неодинаковое участие в ранние и более поздние стадии агрегации. Представляется вероятным, что в то время, когда рассеивание теплоты велико, а сила взаимного притяжения незначительна, главным источником теплоты является соединение единиц материи, более простых, чем какие-либо известные нам, в известные нам единицы материи, тогда как, наоборот, в то время, когда уже достигнута тесная агрегация, главным источником теплоты является сила притяжения, с вытекающим из нее давлением и постепенным сокращением. Предположим, что это так; посмотрим, что же можно из этого заключить. Если в то время, когда туманный сфероид, из которого образовалась Солнечная система, наполнял орбиту Нептуна, он достиг уже такой степени плотности, при которой стало возможным соединение тех единиц материи, из которых состоят частицы натрия, и если согласно вышеуказанным аналогиям теплота, развившаяся от этого протохимического соединения, была очень велика в сравнении с теплотой, получающейся от известных нам химических соединений, то можно заключить, что туманный сфероид во время своего сокращения должен был выделить гораздо большее количество теплоты, чем в том случае, если бы у него вначале была обыкновенная температура и если б ему предстояло освободиться лишь от той теплоты, какая произошла вследствие сокращения Мы хотим этим сказать, что при оценке прошлого периода, во время которого происходило усиленное выделение теплоты Солнцем, необходимо принимать во внимание первоначальную температуру, а она могла сделаться чрезвычайно значительной от протохимических изменений, происходивших в древние периоды {Конечно, является вопрос, не была ли высокая температура вызвана еще ранее теми столкновениями небесных масс, которые привели материю в состояние туманностей? Согласно предположению, высказанному в "Основных началах" ( 136, изд. 1862 г. и 182 последующих изданий), после того как совершились все те второстепенные распадения (диссолюции), какие следуют за эволюциями, должны совершиться еще распадения больших тел, в которых или на которых совершились второстепенные эволюции и распадения, и приводились доводы в пользу того мнения, что такие распадения будут когда-нибудь произведены теми громадными превращениями механического движения в молекулярное, являющимися следствием столкновений, основанием для этих доводов служит утверждение Гершеля, что в звездных скоплениях должны происходить столкновения. Можно, однако, возразить, что, хотя в тесных звездных скоплениях и справедливо ожидать такого результата, тем не менее трудно предположить, чтобы такой результат мог получиться во всей нашей звездной системе, члены которой и промежутки между членами которой можно приблизительно сравнить с булавочными головками, находящимися в 50 милях одна от другой. Казалось бы, что целая вечность должна пройти, прежде чем вследствие сопротивления эфира или какой-либо иной причины отдельные члены звездной системы могут быть приведены в такую взаимную близость, какая сделала бы столкновения вероятными.}.

Что касается продолжительности существования солнечной теплоты в будущем, то в ее вычислениях неизбежно должна получиться разница, смотря по тому, принимаются ли в расчет те протохимические изменения, какие, может быть, должны еще произойти. Как и справедливо то, что количество теплоты, долженствующей выделиться, измеряется количеством движения, долженствующего потеряться, и что это количество должно быть одинаково, достигается ли сближение частиц посредством химических соединений, или посредством взаимного притяжения, или посредством того и другого, тем не менее, очевидно, все зависит от степени окончательно достигнутой плотности, а это должно в большой мере зависеть от природы окончательно образующихся веществ. Хотя посредством спектрального анализа и была недавно открыта в солнечной атмосфере платина, все-таки кажется очевидным, что в ней сильно преобладают металлы малого частичного веса. Если считать предыдущие выводы верными, то можно принять за вероятное, что те первичные соединения, посредством которых образуются элементы с тяжелыми частицами, до последнего времени невозможные в большом размере, произойдут позже и что в результате плотность Солнца сделается чрезвычайно велика в сравнении с тем, какова она теперь. Я говорю "до настоящего времени невозможные в большом размере" потому, что вполне вероятно то предположение, что такие элементы могут образоваться и могут продолжать существовать только в известных частях солнечной массы, где давление достаточно сильно, но где жар не слишком велик. А если это так, то отсюда вывод, что внутреннее ядро Солнца, имеющее более высокую температуру, чем его поверхностные слои, может состоять исключительно из металлов низкого атомного веса и что это может отчасти служить причиной его низкого удельного веса, кроме того, можно заключить, что, когда с течением времени внутренняя температура упадет, могут образоваться элементы, состоящие из тяжелых частиц, по мере того как их существование в ней делается возможным, причем образование каждого элемента сопровождается развитием теплоты {Последние мысли были мною прибавлены в то время, когда эта книга уже печаталась Меня побудило к этому чтение некоторых заметок проф. Дюара, заключавших в себе наброски лекции, читанной им в Королевском институте во время сессии 1880 г. Разбирая, при каких условиях могли образоваться "наши так называемые элементы, если они состоят из начальной материи", проф. Дюар, рассуждая на основании известных свойств сложных веществ, приходит к заключению, что в каждом случае в образовании принимали участие давление, температура и природа окружающих газов.}. Если это верно, то из этого, по-видимому, следует, что количество теплоты, какое должно выделиться из Солнца, и продолжительность периода, во время которого будет происходить это выделение теплоты, должны быть гораздо значительнее, чем если предположить, что Солнце постоянно будет состоять из преобладающих в нем теперь элементов и что оно способно достигнуть лишь той степени плотности, какую допускает такой его состав.

Примечание III. Имеют ли все небесные тела одинаковое внутреннее строение, или они в этом отношении различны между собой? Если они различны, то можем ли мы из процесса сгущения туманных масс вывести те условия, при которых они принимают тот или другой характер? Эти вопросы обсуждались в предыдущем опыте в первом его издании, и хотя полученные там выводы и не могут быть приняты в той форме, какая им там дана, тем не менее выводы эти являются как бы предзнаменованием других, которые, может быть, и могут быть приняты. Обсуждая возможные причины неравенства удельного веса в членах Солнечной системы, там я говорил, что причинами этими могу быть: 1) "разнородность вещества или веществ, составляющих эти различные тела; 2) различия в количестве вещества, так как при одинаковости остальных условий уже взаимное тяготение атомов должно делать большую массу более плотною, чем небольшую; 3) различия в устройстве: массы могут сплошь состоять или из твердого, или из капельножидкого вещества, или же иметь внутри себя пустоты, наполненные упругим воздухообразным веществом. Из этих трех возможных причин обыкновенно указывают на первую, более или менее измененную от действия второй".

Это было написано, когда спектральный анализ еще не дал нам своих открытий, а потому, само собою разумеется, нельзя было заметить, как открытия эти противоречат первому из вышеупомянутых предположений; но после указания на другие могущие быть сделанными возражения следовало дальнейшее рассуждение:

"Тем не менее, несмотря на эти затруднения, обычная гипотеза состоит в том, что Солнце и планеты, в том числе и Земля, состоят или из капельножидкого, или из твердого вещества, или же имеют твердую кору с капельножидким ядром {В то время, когда это было написано, установившаяся телеология, казалось, делала необходимым то предположение, что все планеты обитаемы и что даже под фотосферой Солнца существует жизнь. Но позднее влияние телеологии настолько уменьшилось, что эта гипотеза не может больше считаться общепринятой.}".

После замечания относительно того, что простота этой гипотезы не должна склонить нас к принятию ее без всякой критической оценки и что если какая-либо другая гипотеза возможна физически, то, по справедливости, можно и допустить ее, следует тот довод, что, проследив процесс сгущения в туманном сфероиде, мы придем к заключению об окончательном образовании расплавленной оболочки с ядром, состоящим из газообразной материи высокого давления. Затем идет следующий параграф:

"Но что же, спрашивается, станет с этим газообразным ядром, когда оно будет подвергаться громадному давлению оболочки, имеющей несколько тысяч миль толщины? Возможно ли, чтобы воздухообразная масса противостояла такому давлению? Весьма возможно. Доказано, что даже если теплота, порождаемая давлением, получила возможность выделяться, некоторые газы не могут быть приведены в капельножидкое состояние ни одной из сил, которые мы можем произвести. Недавно сделанная в Вене неудачная попытка привести кислород в капельножидкое состояние ясно доказывает это громадное сопротивление. Стальной поршень, употребленный при этом, был буквально укорочен от произведенного давления, а между тем газ не мог быть приведен в капельножидкое состояние! Следовательно, если сила расширения так велика даже в том случае, когда развившаяся теплота рассеивается, какова же она должна быть, когда значительная часть теплоты удерживается, как это было бы в разбираемом нами случае? Опыты Г. Коньяра де Латура показали, что газы могут под влиянием давления приобретать плотность капельножидкой массы, сохраняя свою воздухообразную форму, при том только условии, чтобы температура оставалась чрезвычайно высокой. В таком случае каждое увеличение теплоты есть увеличение отталкивающей силы атомов; самое усиление давления порождает усиленную способность сопротивления, и это будет так, до каких бы размеров ни дошло сжимание. Одно из следствий принципа сохранения сил состоит в том, что, если при возрастающем давлении газ удерживает всю теплоту, которая при этом развивается, сила его сопротивления становится безусловно безграничной. Вот почему внутреннее устройство планет, описанное нами, физически столь же прочно, как и то, которое обыкновенно принимают".

Если бы этот и следующие за ним параграфы были написаны пятью годами позже, когда проф. Эндрюс опубликовал отчет о своих исследованиях, то заключающиеся в нем положения, сделавшись более определенными и вместе с тем более обоснованными, были бы освобождены от ошибочного предположения, что указанное внутреннее строение есть всеобщее. Рассмотрим, руководствуясь результатами, полученными проф. Эндрюсом, каковы, по всей вероятности, были бы последовательные изменения в сгущающемся туманном сфероиде.

Проф. Эндрюс показал, что для всякого рода газообразной материи существует температура, выше которой никакое количество давления не может вызвать переход в жидкое состояние Замечание, сделанное a priori в вышеприведенном отрывке, что "если при возрастающем давлении газ удерживает всю теплоту, которая развивается, то сила его сопротивления становится безусловно безграничною", согласуется с выводом, достигнутым индуктивным путем, что если температура не понижена до "критической точки", то как бы велика ни была прилагаемая сила, газ не перейдет в жидкое состояние В то же время опыты, сделанные проф. Эндрюсом, показывают, что если температура понизилась до той точки, при которой становится возможным переход в жидкое состояние, то он произойдет там, где давление прежде достигнет требуемой силы Каковы же будут выводы по отношению к сгущающимся туманным сфероидам?

Представим себе сфероид такой величины, какая нужна для образования одной из меньших планет, и состоящий снаружи из обширной облачной атмосферы, образовавшейся из труднее сгущающихся элементов, а внутри из паров металлов, причем эти внутренние пары, следствие существования в них перемешивающих токов (convection), мало различаются по температуре. Представим себе дальше, что постоянное лучеиспускание довело внутреннюю массу паров металлов до критической точки. Не вправе ли мы сказать, что при известных размерах сфероида давление окажется недостаточно сильным для того, чтобы произвести переход в жидкое состояние в каком-либо другом месте, кроме центра, или, другими словами, что при понижении температуры и усилении давления соединенные условия давления и температуры, необходимые для перехода в жидкое состояние, прежде всего будут достигнуты в центре? Если это так, то переход в жидкое состояние, начинаясь в центре, будет оттуда распространяться к окружности, и, в силу того закона, что твердые тела, находясь под давлением, требуют более высокой температуры, при которой они могут расплавиться, чем тогда, когда они не подвергаются давлению, переход в твердое состояние, весьма возможно, начнется с центра и распространится в позднейший период подобным же образом к наружным частям в таком случае в конце концов получится такое состояние, какое, как утверждает сэр Уильям Томсон, существует на Земле. Но теперь представьте, что вместо такого сфероида - у нас сфероид, скажем, в двадцать или тридцать раз больше что случится тогда? Несмотря на перемешивающие токи, температура в центре должна всегда быть выше, чем где бы то ни было, и в процессе охлаждения "критическая точка" температуры будет достигнута раньше в наружных частях. Хотя на поверхности не будет существовать требуемого давления, тем не менее в большом сфероиде, очевидно, должна быть такая глубина под поверхностью, на которой давление будет достаточно, если температура достаточно низка. Отсюда можно заключить, что где-то между центром и поверхностью в предполагаемом большем сфероиде явится то состояние, описанное проф. Эндрюсом, в котором "мерцающие струи" жидкости плавают в газообразной материи одинаковой плотности. Можно также заключить, что постепенно, по мере продолжения этого процесса, струи эти будут становиться обильнее, тогда как промежутки с газообразной материей будут сокращаться, пока в конце концов жидкость не займет всего пространства. Таким образом, в результате получится расплавленная оболочка, содержащая газообразное ядро одинаковой с нею плотности на поверхности их соприкосновения и более плотное в центре, - расплавленная оболочка, которая будет медленно утолщаться вследствие нарастания как внутри, так и снаружи.

Можно вполне справедливо заключить, что в конце концов на этой расплавленной оболочке образуется твердая кора. На возражение, что отвердение не может начаться на поверхности, потому что образовавшиеся твердые части должны опуститься вниз, можно дать два ответа. Во-первых, некоторые металлы расширяются при отвердевании и потому должны плавать. Во-вторых, что так как окружающая среда предполагаемого сфероида состояла бы из газов и металлоидов, то в расплавленной оболочке постоянно накоплялись бы соединения из этих газов и металлоидов, или друг с другом, или с металлами, и кора, состоящая из окислов, хлористых и сернистых соединений и т. п., имея гораздо меньший удельный вес, чем расплавленная оболочка, легко поддерживалась бы ею.

Такая планета, очевидно, не могла бы быть прочной. Она всегда могла бы подвергнуться катастрофе вследствие изменений в ее газообразном ядре. Если бы, при каких-либо условиях давления и достигнутой температуры, составные части этого газообразного ядра внезапно вступили бы в протохимические соединения, образующие новый элемент, то мог бы получиться взрыв, который расшатал бы всю планету и со страшной быстротой разбросал бы ее осколки по всем направлениям. Если бы предполагаемая планета между Юпитером и Марсом как по величине, так и по своему положению была средняя между двумя рассмотренными нами случаями, то она, по-видимому, отвечала бы всем условиям, при которых могла бы случиться подобная катастрофа.

Примечание IV. Высказанный в предыдущем примечании довод отчасти приводит нас к вопросу, который, по-видимому, требует пересмотра, а именно к вопросу о происхождении малых планет или планетоидов. Согласно гипотезе Ольберса в том виде, в каком она была им предложена, разрыв предполагаемой планеты между Марсом и Юпитером должен был произойти в недалеком прошлом, а это заключение оказывается недопустимым вследствие того открытия, что такой точки пересечения орбит планетоидов, какую требует гипотеза, вовсе не существует. Расследование того вопроса, существовало ли прежде большее приближение к подобной точке пересечения, чем теперь, дало отрицательный ответ, и в настоящее время считается, что эта гипотеза должна быть отвергнута. Тем не менее допускается, что пертурбации, происходящие от взаимодействия самих планетоидов друг на друга, были бы достаточны, чтобы в течение нескольких миллионов лет уничтожить все следы места пересечения их орбит, если оно когда-либо существовало. Но если мы это допустим, то почему же гипотеза должна быть отвергнута? Принимая во внимание общепринятую продолжительность существования Солнечной системы, мы не видим, почему промежуток времени в несколько миллионов лет может представить затруднение. Взрыв мог произойти как десять миллионов лет тому назад, так и в более близкий нам период. А кто допустит это, тот должен согласиться, что вероятность гипотезы должна быть оценена по другим данным.

Прежде чем приступить к более подробному обсуждению, посмотрим, что можно заключить из истории открытия планетоидов и из данных относительно размеров тех из них, которые были открыты в позднейшее время. В 1878 г. проф. Ньюкомб, рассуждая о преобладании доказательств в пользу того мнения, что число и величина планетоидов ограниченны, говорил, что "вновь открытые планетоиды не кажутся в общем гораздо мельче открытых десять лет тому назад"; и дальше, что "открытия новых планетоидов, по всей вероятности, будут происходить реже и реже, прежде чем еще сотня их будет открыта". Если мы рассмотрим таблицы, заключающиеся в только что выпущенном четвертом издании "Описательной астрономии" Чемберса (т. I), то увидим, что средняя величина планетоидов, открытых в 1868 г. (год, избранный Ньюкомбом для сравнения), равняется 11,56, тогда как средняя величина планетоидов, открытых в 1888 г., равняется 12,43. Далее, заметим, что хотя после того, как писал проф. Ньюкомб, открыто уже более девяноста планетоидов, тем не менее новые открытия их ни в каком случае не сделались реже: в 1888 г. было прибавлено к списку еще десять планетоидов; следовательно, количество открываемых планетоидов осталось приблизительно такое же, как в предыдущие десять лет. Итак, если бы указания, сделанные проф. Ньюкомбом, оправдались, то можно было бы предположить, что число планетоидов ограниченно, в противном же случае мы можем заключить, что число их неограниченно. Вполне справедливым кажется тот вывод, что эти планетоиды считаются не сотнями, а тысячами, что более сильные телескопы будут продолжать открывать планеты еще меньших размеров и что прибавление к списку их прекратится лишь тогда, когда вследствие ничтожных размеров они станут невидимы.

Приступая теперь к тщательной оценке двух гипотез относительно генезиса этих многочисленных тел, я могу прежде всего заметить, что Лаплас, может быть, и не предложил бы своей гипотезы, если бы знал, что вместо четырех подобных тел их существуют сотни, если не тысячи. Предположение, что они произошли вследствие распадения туманного кольца на многочисленные мелкие части, вместо того чтобы стянуться в одну массу, может быть, в таком случае не показалось бы ему столь вероятным Оно показалось бы ему еще менее вероятным, если бы он знал все то, что с тех пор было открыто о громадном различии орбит по их величине, по их разнообразному и часто большому эксцентриситету и по их разнообразным и часто значительным наклонениям Рассмотрим эти, а также и другие их особенности.