От Дарвина до Эйнштейна

Должно быть, вы уже заметили, что когда я говорил о ляпсусе Кельвина, то не упомянул о вычислении возраста Солнца. И в самом деле, я не считаю это ляпсусом. Но почему? Ведь оценка, которую он дал – меньше 100 миллионов лет – оказалась столь же ошибочной, что и оценка возраста Земли.

Термоядерный синтез

В статье о возрасте Земли, написанной в 1893 году, за три года до открытия радиоактивности, американский геолог Кларенс Кинг писал: «Соответствие полученного возраста Земли и Солнца[166], несомненно, подкрепляет позицию физиков и вынуждает оправдываться тех, кто придерживается позиции неопределенно длительного времени, которая основана на седиментарной геологии». Точка зрения Кинга была вполне обоснованной. Если считать, что возраст Солнца составляет всего несколько десятков миллионов лет, любые оценки возраста на основании седиментации – осаждения пород – оказываются ограниченны, поскольку для седиментации необходимо, чтобы Землю подогревало Солнце.

Вспомним, что Кельвин вычислял возраст Солнца, полагаясь исключительно на высвобождение гравитационной энергии в виде тепла по мере сжатия Солнца. Мысль, что гравитационная энергия может быть источником солнечного света и тепла, впервые пришла в голову шотландскому физику Джону Джеймсу Уотерсону еще в 1845 году. Поначалу никто не обратил на нее внимания, однако в 1854 году к ней вернулся Гельмгольц, а затем ее подхватил и с энтузиазмом популяризировал и Кельвин. С открытием радиоактивности многие предположили, что подлинным источником энергии Солнца может оказаться радиоактивное высвобождение тепла. Однако выяснилось, что и это не совсем так. Даже при совершенно безумном предположении, что Солнце состоит в основном из урана и радиоактивных продуктов его распада, вырабатываемой при этом энергии не хватило бы, чтобы обеспечить наблюдаемую яркость Солнца, поскольку цепные реакции во времена Кельвина известны не были и не учитывались. Нет никаких сомнений, что оценка возраста Солнца, которую дал Кельвин, укрепила его нежелание[167] пересматривать свою оценку возраста Земли, поскольку, пока существовала проблема возраста Солнца, расхождение с геологическими расчетами не удалось бы урегулировать.

Ответ был дан лишь несколько десятков лет спустя. В августе 1920 года[168] астрофизик Артур Эддингтон предположил, что энергетическим источником Солнца служит термоядерный синтез ядер водорода и формирование гелия. Чтобы проверить эту гипотезу, физики Ганс Бёте и Карл Фридрих фон Вайцзеккер проанализировали самые разнообразные цепочки ядерных реакций. Наконец, уже в 1940 годах, астрофизик Фред Хойл (к его революционным открытиям мы еще вернемся в главе 8) предположил, что реакции термоядерного синтеза в ядрах звезд способны синтезировать атомные ядра от углерода до железа. Как я отметил в предыдущей главе, именно поэтому Кельвин был совершенно прав, когда в 1862 году заявил: «Что касается будущего, можно с той же определенностью сказать, что обитатели Земли не смогут наслаждаться светом и теплом [Солнца], необходимыми для жизни, еще много миллионов лет, если в великой сокровищнице творения для нас не приготовлены запасы, о которых мы еще не подозреваем (выделено мной. – М. Л. )». Чтобы решить проблему Солнца, понадобился гений Эйнштейна, который показал, что массу можно преобразовать в энергию, и труды ведущих астрофизиков ХХ века, которые показали, какие именно реакции термоядерного синтеза обеспечивают подобное превращение.