Пьер Симон Лаплас. Возникновение небесной механики (стр. 5 из 7)

Свои научные труды Лаплас пишет чрезвычайно простым для своей эпохи, четким литературным языком, но, вследствие своей огромной математической эрудиции, слишком часто заменяет длинные и сложные выкладки формул лаконическим замечанием «легко видеть, что...» Чтобы проделать самому такие выкладки, читателю приходится иногда затрачивать немало времени и труда; даже у опытного английского комментатора Лапласа Боудича (издавшего перевод «Небесной механики» Лапласа) расшифровка иных «легко видимых следствий» занимала много часов. Случалось, что и сам автор для ответа на вопрос Био должен был основательно посидеть, чтобы восстановить ход своих прежних рассуждений.

Все же Лаплас умел говорить простым языком, доступным каждому развитому человеку, доказательством чего служит его «Изложение системы мира». Эта книга Лапласа была популярным изложением всей науки о небе в современном понимании популярности и полноты.

Литературный язык Лапласа считался настолько образцовым, что в 1816 г. он был избран в Парижскую академию по разряду литературы – честь, которой естествоиспытатели добивались лишь после написания многочисленных публицистических или биографических работ.

XX. Лаплас в Мелене

Предвидение серьезных политических перемен и неопределенное положение Академии побудили Лапласа с семьей весной 1793 г. выехать в провинцию, в тихий город Мелен, недалеко от Парижа.

Тут Лаплас с колоссальным упорством, в бодром настроении работал над книгой «Изложение системы мира». Она, как уже говорилось, должна была явиться общедоступным изложением всех достижений небесной механики и астрономии вообще.

В Мелене Лаплас начал свой колоссальный труд, многотомную «Небесную механику», в которой отразилась вся его плодотворность и гениальность.

Углубляясь в сложнейшие теории, Лаплас не имел никакой возможности производить обширные и кропотливые вычисления, необходимые для сравнения своей теории и наблюдениями. Помогло завязавшееся близкое знакомство с его горячим поклонником и будущим учеником Буваром.

XXI. Космогония до Лапласа

Космогоническая гипотеза Лапласа, пытавшаяся объяснить возникновение солнечной системы, является стройным и глубочайшим произведением человеческой мысли. Эта гипотеза и заложенные в ней идеи эволюции оказали огромное влияние на все последующее развитие астрономии, геологии, биологии и других смежных дисциплин.

Гипотеза Лапласа произвела полный переворот в науке, окончательно и авторитетно заявив о непристанном видоизменении природы и, главное, о том, что человеческие знания и мысли вытеснили «божественное начало», даже из тех областей, которые считались последней цитаделью религии.

В следующих изданиях «Изложения системы мира» Лаплас излагает свою гипотезу уже полностью. Если Лапласу удавалось избегать гипотез, то лишь потому, что он не являлся творцом совершенно новой отрасли науки и почти не изучал таких явлений, которые, по-видимому, не могли быть уложены в рамки закона всемирного тяготения. Гениально углубляя теорию Ньютона, находя для нее новые применения и сопоставляя ее с накопляющимися данным наблюдений, Лаплас, как уже говорилось, не чувствовал пользы, которые гипотезы проносили многим из его собратьев. Между тем, не создавая гипотез, дающих направления научному исследованию, астрофизика – наука о физической природе небесных светил – до сих пор влачила бы жалкое существование.

Одно время было распрастранено мнение, что Лаплас математически обосновал гипотезу Канта. Не говоря уже о том, что Лаплас не знал работы Канта и создал в значительной мере иную гипотезу, он ни одной формулой не подтверждает своих умозаключений.

XXII. Лаплас и Гершель

В отличии от Канта Лаплас начинает свою гипотезу с того, что допускает существование огромной разреженной туманности, некогда заполнявшую всю современную Солнечную систему, но уже имевшую в своем центре большое сгущение – молодое Солнце. Вся предыдущая история этой туманности и образование сгущения не разбираются Лапласом, но в других местах своей книги он подробно описывает наблюдения и выводы Гершеля и присоединяется к ним.

При помощи своих гигантских телескопов-рефлекторов Гершель смог впервые открыть и изучить сотни и даже тысячи туманностей и подметить в них большое разнообразие. В одних местах он видел огромные, клочковатые и неправильные массы светящегося вещества, заливающие своим слабым светом огромные пространства неба. В других туманностях он замечал некоторую правильность очертаний и увеличение яркости к центру светящегося пятна. В третьих – еще более правильной формы – он видел яркие звездообразные ядра, окруженные блестящей туманной массой, блеск которой плавно ослабевал с удалением этого ядра.

Таким образом, у Гершеля, а за ним и у Лапласа создалось впечатление о существующем медленном сгущении туманного вещества в компактные звездообразные тела, в раскаленные солнечные шары, окруженные сначала обширной, но разреженной атмосферой.

Со времен Гершеля и Лапласа идея сгущения звезд из разреженных туманных масс сохранилась до настоящего времени, и в том или ином виде небулярные (от слова nebula – туманность) гипотезы происхождения тех или иных форм небесных тел не сходят со сцены.

Туманную атмосферу, окружающую первобытное Солнце, Лаплас представляет себе аналогичной современной раскаленной атмосфере Солнца, т. е. чисто газовой, сильно нагретой, но простирающейся далеко за орбиту самой далекой планеты современной Солнечной системы. Такой планетой во времена Лапласа был Уран, открытый тем же Гершелем в 1781 г.

Идея обширной атмосферы возникла у Лапласа под влиянием данных наблюдений. Он говорил, что какова бы ни была природа причины, направившей движение планет вокруг Солнца в одном направлении, нужно, чтобы она «охватывала все эти тела, а имея в виду огромные разделяющие их расстояния, она может быть только флюидом (газом), имеющим колоссальную протяженность... надо, чтобы этот флюид окружал это светило как некая атмосфера».

Лаплас уже сразу полагает, что первичное туманное Солнце обладало медленным вращением вокруг своей оси, вовлекая в него и окружающую его атмосферу.

Вначале туманность Лапласа вращается как твердое тело, с одинаковой угловой скоростью, и чем дальше ее частицы от центра, тем больше их линейная скорость при таком вращении.

XXIII. Рождение планет по Лапласу

Вернемся к гигантской туманности со сгущением в центре, из которой, по мысли Лапласа, развивалась Солнечная система. Эта обширная, раскаленная газовая туманность, вращающаяся вокруг своей оси, испускала, конечно, в пространство большое количество тепла и вследствие этого охлаждалась. Охлаждение туманности должно было сопровождаться ее сжатием, т. е. уменьшением размеров и возрастанием плотности газа. Но с уменьшением размеров вращающегося тела скорость его вращения, как утверждают законы механики, должна возрастать. На языке механики это правило говорит, что в изолированной системе сумма моментов количества движения должна быть постоянна, т. е. должна быть постоянна сумма произведений массы

каждой частицы системы на ее скорость и на ее расстояние от оси вращения .

Чем быстрее вращается тело, тем больше в нем центробежная сила, которая сильнее всего действует на частицы, лежащие на границах экватора туманности.

В процессе сжатия туманности на некотором расстоянии от ее оси вращения в плоскости экватора частички приобретали скорость, достаточную для того, чтобы действующая на них центробежная сила уравнялась с силой тяготения к центру.

Частички,лежащие на экваторе и испытывающие при вращении центробежную силу, равную силе их притяжения к центру, теряли связь с остальной массой туманности и отслаивались от нее. Они продолжали вращаться уже самостоятельно, на определенном расстоянии от центра и с постоянной скоростью. Так как процесс охлаждения и сжатия туманности шел непрерывно, то от внутренних частей туманности, вращавшейся все быстрее и быстрее, в экваториальной плоскости частицы отрывались слой за слоем, всякий раз как центробежная сила для данных частиц уравновешивалась тяготением.

Таким образом, сплюснутая туманность сначала превратилась в шар, оставшийся от центрального ядра, окруженный системой неоднородных тонких и почти плоских газовых колец, лежащих в экваториальной плоскости. Такая система вращалась уже не как твердое тело, потому что после отслоения очередного кольца скорость оставшейся внутренней части туманности возрастала, как того требуют законы механики. Наглядное представление о получившейся картине дает в миниатюре планета Сатурн со своими плоскими, концентрическими кольцами, отделенными друг от друга пустыми промежутками.