Текст книги "Ломоносов. Русский Леонардо"

Предсказание Антарктиды

Ломоносов обладал чувством природы как единого целого, а в познании ее исходил из некоторых простых правил. Скажем: «Не следует выдумывать много разных причин там, где достаточно одной». Или: «Природа крепко держится своих законов и всюду одинакова».

В принципе это верно, хотя и не избавляет от ошибочных суждений. Например, Михаил Васильевич предполагал, что страшные разрушения от шквалов и смерчей (торнадо) вызывает «электрическая сила». В действительности это результат резких смен атмосферного давления и стремительных воздушных потоков.

Свечение хвостов комет и полярные сияния он объяснял той же причиной, что и проявления атмосферного электричества: трением корпускул воздуха. Как мы теперь знаем, на тех высотах, где происходят полярные сияния, атмосфера чрезвычайно разрежена и воздух в привычном для нас состоянии отсутствует. Кометы и вовсе мчатся в безвоздушном пространстве.

Нам теперь нетрудно – через четверть тысячелетия – возражать Ломоносову. На то время его гипотезы были научно обоснованы. Принципы познания, благодаря которым он сделал выдающиеся открытия, не универсальны, имеют исключения. Хотя есть и бесспорные: «Из наблюдений устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдения». Так говорил Ломоносов.

…Мысль человека стремится предварять события и предполагать то, что еще предстоит открыть. Это стремление рождало фантастические образы мифов. С появлением науки вторжение мысли в Неведомое стали называть научным прогнозом.

Наиболее известным примером такого сбывшегося прогноза стало открытие французским астрономом У. Леверье и независимо от него английским – Дж. Адамсом в 1845 году планеты Нептун. Оно осуществилось, как говорят, на кончике пера. О неведомой планете «сообщила» орбита Урана. Отклонения орбиты от теоретически вычисленной траектории подсказали: массивное невидимое небесное тело воздействует на Уран. Удалось даже вычислить, где оно должно находиться. По этим данным немецкий астроном И. Галле в следующем году обнаружил искомую планету.

Но имеется пример не менее сложного и блестящего научного прогноза – географического. Это произошло без малого за сто лет до открытия Леверье и Адамса. Речь идет о предсказанном М.В. Ломоносовым Южном материке (Антарктиде). Это замечательное открытие до сих пор не оценено по достоинству. И в наше время приходится доказывать приоритет Ломоносова.

Как известно, после плавания Магеллана географы и картографы решили, что он обнаружил на юге Нового Света пролив, разделяющий два новых материка. После этого стали рисовать вокруг Южного полюса континент. Португальцы, а затем голландцы, обнаружив северо-западное побережье Австралии, решили, что это и есть часть Южного материка.

На голландской карте середины XVII века нанесены – отдельными контурами – очертания этого континента. Особо убедительно выглядел он из-за незавершенности контуров. Ведь были нанесены только достоверные данные. Голландские мореплаватели Тасман и Вискер обследовали берега Австралии, но так и не поняли, что перед ними реальная неизвестная часть света. Они верили в мифическую «Южную Землю» и полагали, что достигли ее берегов в отдельных пунктах.

Столетие спустя плавания неутомимого Джеймса Кука в антарктических водах привели к сенсационному результату. Там, где на картах были нарисованы его берега, находились либо отдельные острова, либо ледяные поля, либо чистый океан.

Это было научное «закрытие». Прежние сообщения о континенте оказались сомнительны, а карты – неверными. На новых картах перестали обозначать таинственный материк. Тем более что возле открытого Тасманом острова (Тасмания) была обследована обширная земля. Ей-то и суждено было именоваться Австралией.

Казалось бы, все прояснилось окончательно; в дальнейшем новые сведения можно добыть только в результате опаснейших путешествий через нагромождения льдов. Однако еще раньше, до плаваний Кука, в 1763 году была опубликована монография Ломоносова «О слоях земных». Там доказывалось, что Южный материк должен существовать.

«В близости Магелланского пролива, – писал великий ученый, – и против мыса Добрыя Надежды около 53 градусов полуденной ширины великие льды ходят: почему сомневаться не должно, что в большем отдалении островы и матерая земля многими и несходящими снегами покрыты и что большая обширность земной поверхности около Южного полюса занята оными, нежели в севере».

На первый взгляд в этом кратком высказывании нет ничего особенного. Автор ссылается на литературные данные о плавающих «великих льдах», то есть айсбергах. Но почему из-за этого факта столь уверенно («сомневаться не должно»!) предполагает существование «матерой земли»? Разве это доказательство?

Да, доказательство, если учесть происхождение айсбергов. Ломоносов имел в виду именно это. Дело в том, что ему принадлежит первая научная классификация морских льдов. Он выделил покровные ледяные поля, образованные пресными речными водами; «вымороженные» льды непосредственно из морской воды и, наконец, айсберги, отколовшиеся от ледников. Об этом Михаил Васильевич сообщил в статье, направленной в Шведскую академию наук, куда и был избран.

«По моему мнению… – писал он, – тонкий лед первого рода, то есть сало, есть единственный, образующийся в самом море; второй род, то есть ледяные поля, или стамухи, берут свое начало в устьях больших рек, вытекающих из России в Ледовитое море; ледяные же горы, или падуны, обязаны своим происхождением крутым морским берегам».

Ломоносов предложил слово «падун» вместо «айсберг» (в переводе – «ледяная гора»). Действительно, выражение «ледяная гора» слишком неопределенное и ничего не объясняет. Оно отражает лишь внешний вид отдельных форм плавучих льдов и может относиться к некоторым наземным образованиям или крупным торосам; есть гигантские по площади плоские айсберги, которых горами не назовешь.

Впрочем, название природного объекта почти никогда не выражает его сущности в полной мере. Достаточно уже того, чтобы оно было благозвучным и давало хотя бы предварительное понятие о том, что имеется в виду. Поэтому слово «айсберг» прочно вошло в обиход.

Какая же связь между происхождением плавучих льдов и открытием Антарктиды? Прямая.

Откуда берутся айсберги? По Ломоносову, это отколовшиеся части ледников, упавшие в море. А ледники образуются на суше в результате многолетних, вековых скоплений снега и льда.

Толщина айсбергов, так же как ледников, достигает сотен метров. Очевидно, что такие массы могут накапливаться на достаточно больших территориях. Следовательно, скопление айсбергов свидетельствует о существовании в данном регионе значительных участков суши, где находятся крупные ледники. На южных окраинах Африки или Америки подобных ледников нет. Приплыть из Северного полушария в Южное айсберги не могли: растаяли бы в тропической зоне. Значит, рождающие айсберги ледники Южного Заполярья находятся на материке или крупных островах (покрытых «многими и несходящими снегами») близ Южного полюса.

Примерно так рассуждал Ломоносов. Его теоретическое открытие Антарктиды было не просто замечательным достижением, но и поучительным примером великолепного использования научного метода в географии. Предсказание Антарктиды знаменовало новый этап в развитии наук о Земле.

До этого времени высказывались предположения о существовании гигантской «Неведомой Южной земли», основанные на разрозненных фактах, добытых мореплавателями в Южном полушарии. Подобные экстраполяции – по немногим фактам – нередко приводили исследователей к ошибочным представлениям о земной природе.

Прогноз Ломоносова был верным, ибо ученый разгадал происхождение ледяных плавучих гор. Они поведали ему о своей родине – Антарктическом континенте. Ученый правильно оценил подсказку природы. Это было первое крупное научное предсказание в науках о Земле. Однако это не поняли современники, не оценили последующие поколения ученых.

Историческая справедливость восторжествовала: первыми обнаружили Антарктическое побережье именно русские мореплаватели. В начале 1821 года экспедиция на кораблях «Восток» и «Мирный» под командованием Ф.Ф. Беллинсгаузена и М.П. Лазарева совершила плавание вокруг Антарктиды, открыв на ее окраине Берег Александра I. Это было крупнейшее географическое открытие XIX века.

Возраст горных пород

Писали о достижениях Ломоносова ученые разных специальностей, и все-таки одно направление его исследований не заметили. Я имею в виду предложенные им способы определения геологического времени (область геохронологии). Для наук о Земле, по преимуществу исторических, это имеет принципиальное значение.

Геохронология определяет систему координат времени, позволяя выстроить в единый ряд разрозненные сведения о земных объектах и событиях. Во времена Ломоносова она еще только зарождалась, причем в немалых муках – из-за господства религиозного мировоззрения. В 1583 году Римская церковь подвела итог кропотливым изысканиям теологов и сочла достаточно хорошо обоснованной дату первого дня творения: 5199 год до Рождества Христа. Получалось, что возраст Мироздания менее семи тысячелетий. Другой точкой отсчета времени был принят библейский Всемирный потоп.

В середине ХVII века вице-канцлер Кембриджского университета архиепископ Лайтфут, проведя собственные вычисления, уточнил дату первого дня творения: 9 часов утра 23 октября 4004 года до Р.Х.

Подобная система определения возраста доисторических событий по Священному Писанию вынуждала натуралистов объяснять сложные структуры горных пород, образование гор, минералов и прочие геологические явления грандиозной катастрофой – Всемирным потопом. Но и тут возникали неувязки: согласно библейскому описанию потопа, произошло грандиозное наводнение, и горы к тому времени уже существовали.

…Нелегко мысленно проникать в глубины истории Земли. Требовались смелость мысли, сила воображения, проницательность, чтобы преодолеть стереотипы мышления и религиозные предрассудки. Сделал это простой… нет, не так-то он был прост! – французский ремесленник Бернар Палисси (ок. 1510–1589). Известность он приобрел как создатель керамических блюд с рельефным изображением рыб, ящериц, змей, лягушек, раковин, растений. «Я берусь доказать, – заявил он, – по многим пунктам ложность теорий философов, даже самых древних и знаменитых». И он сказал правду.

Он признавался, что не штудировал произведений философов и богословов: «Я не имел иной книги, кроме неба и земли, которая известна каждому, и каждый может узнать и прочесть эту прекрасную книгу».

Палисси старался постичь азбуку «каменных иероглифов» горных пород и минералов, ископаемых остатков и кристаллов. Всерьез интересуясь жизнью Земли и ее почвенного покрова, он первым указал на значение солей для увеличения урожайности. Гениальной была его идея о естественном происхождении отпечатков раковин и подобных, как считалось тогда, «причуд природы». По его словам, они свидетельствуют о вымерших в далеком прошлом животных и растениях. Это открывало путь для познания каменной летописи планеты.

В 1575–1584 годах Палисси читал в Париже публичные лекции по естествознанию. В них и в своих печатных работах он опровергал фантазии алхимиков и астрологов, а также геоцентрическую систему Мироздания; не соглашался с библейской версией актов творения и Всемирного потопа, призывая изучать природу как таковую, обращаясь именно к ней, а не к мнению религиозных авторитетов. За эти взгляды его заключили в Бастилию, где он и умер.

Как видим, проблема возраста нашей планеты была в те времена смертельно опасной для исследователей. Но это их не останавливало. В Англии, где к наукам относились терпимо, друг Ньютона астроном и геофизик Эдмунд Галлей, не считаясь с догматами Церкви, попытался оценить возраст Земли по скорости засоления Мирового океана. Он исходил из предположения, что изначально океан был пресным, а соли в него приносили реки, и получил возраст океана: 10 тысяч лет.

Через полвека после Галлея его данные уточнил Жорж Луи Леклерк Бюффон (1707–1788). Об этом современнике Ломоносова есть смысл рассказать подробней. При всех различиях в судьбах и общественном положении у них были общие черты, прежде всего – неуемная жажда познания земной природы и осознание ее как единого целого.

Родился Бюффон в семье богатого бургундского дворянина. Учился в иезуитском коллеже. По настоянию отца изучал юриспруденцию, но переехал в Анже и поступил на медицинский факультет университета. В 1730-году ему пришлось бросить учебу и скрыться: на дуэли (из-за женщины) он убил офицера. В Нанте он подружился с английским герцогом Кингстоном и его наставником Хикманом, любителем естествознания. С ними отправился в путешествие, продлившееся 2 года.

После смерти матери он получил богатое наследство. Вернувшись в Париж, завел влиятельных знакомых, получил заказы на лес для флота и металлические изделия для армии. Дела вел успешно и приумножил свой капитал.

Занимаясь теорией вероятностей, он опубликовал ряд мемуаров. Перевел трактат С. Гейлса «Статика растений», где в предисловии воздал должное экспериментам, которые «заставляют природу открывать свои секреты», после чего прежние системы знаний выглядят как «старинные грезы». В 1739 году его назначили интендантом королевского сада.

Работал он неутомимо. Вольтер отозвался о нем: «Душа мудреца в теле атлета». Вставал Бюффон с рассветом и до полудня вел научные исследования. Затем занимался практическими вопросами. За полвека территория королевского сада увеличилась вдвое, а состояние Бюффона – многократно. Он получил титул графа, в 1753 году стал членом Французской академии наук (в числе «сорока бессмертных»); его бюст по указанию Людовика ХVI установили перед входом в королевский Кабинет натуральной истории.

Успешно занимался он лесоводством, селекцией растений и продажей улучшенных сортов. Близ своего имения организовал «кузницу» – крупнейший металлургический завод Франции, на котором работало до 400 человек. Здесь изготовлялись различные изделия – от пушек до садовых решеток. Предприятие приносило доход и позволяло проводить эксперименты.

В 36-томной «Естественной истории» (при участии Л. Добантона) он обобщил сведения о царствах минералов, растений и животных, а также изложил свои гипотезы происхождения Солнечной системы, Земли, живых организмов. В трактате «Теория Земли» (1749) он предположил: некогда огромная комета «оторвала» часть солнечной массы, из которой сформировались планеты. По мере остывания Земли на ней сменялись эпохи, развивались животные и растения. Тему продолжил в двухтомнике «Эпохи природы» (1780), выделив в истории Земли и жизни 7 периодов.

Бюффон исключал вмешательства чуда в происхождение и развитие организмов. По его мнению, из частиц «питательного вещества» возникли первичные организмы. Из них на остывающей Земле выживали наиболее приспособленные к местным условиям.

Замечательная способность проникать мыслью в жизнь природы позволила ему по достоинству оценить роль живых организмов на планете: они одновременно и создают новые горные породы, и активно разрушают находящиеся на поверхности. Это было крупным научным открытием.

Бюффон блестяще излагал свои научные взгляды. По его словам, «хорошо писать – это одновременно хорошо думать, правильно и глубоко чувствовать и верно излагать; иметь вместе талант, душу и вкус»; «стиль есть сам человек».

Для определения возраста планеты он на заводе разогревал до предела чугунные шары и замерял время их полного остывания. Исходя из идеи Земли как «осколка Солнца», он полагал, что она остывала во столько раз медленнее шаров, во сколько раз она массивнее их. Первые результаты его не удовлетворили: «Огромная длительность в 75 000 лет, которую я вычислил для времени от образования Земли до ее теперешнего состояния, еще недостаточно большая для великих произведений природы, строение которых показывает нам, что они могли быть сделаны лишь в медленной последовательности регулярных и постоянных движений».

По другим его опытам, остывание нашей планеты длилось 3 миллиона лет. Этот результат ему показался преувеличенным.

С этого начиналась геохронология. Ломоносов и Бюффон стояли у ее истоков. Их идеи противоречили религиозным догмам, утверждая естественное развитие Природы.

Михаил Васильевич пояснял: таков не догмат веры, а результат расчетов. И без этого Западная и Восточная христианские церкви принимают разные сроки от начала времен. Есть ряд «неясных и сомнительных чисел в еврейском Ветхом Завете», в которых разобраться трудно. И между христианскими хронологами согласия нет: от Адама до Христа у Феофила Антиохского 5515 лет, у Августина 5351, у Иеронима 3941 год.

Ссылается Ломоносов и на «великую древность» египетских пирамид. Наконец, напоминает: год у Бога может равняться нашим тысячам лет. А если богослов старается с большой точностью определить дату начала Мира по Ветхому Завету, то по «всех старшему Летописцу (то есть по книге бытия Природы. – Р.Б.) древность света больше выходит, нежели по оным трудным выкладкам».

При оценке продолжительности геологического времени Ломоносов шел двумя путями. Первый из них непосредственно связан с его пониманием палеогеографии, изменчивости рельефа, климата и ландшафтов в геологической истории. Он полагал, что современная зона вечной мерзлоты и холодного климата в Северном полушарии сформировалась сравнительно недавно. Это была великолепная догадка! Вернее, научная гипотеза, основанная на личных наблюдениях и литературных данных.

Похолодание, по мнению Ломоносова, было вызвано изменением наклона земной оси: прежде она была перпендикулярна экватору, а существующее положение приняла за 399 тысячелетий. Такова продолжительность лишь одного из геологических циклов смен суши и моря, теплого и холодного климата, которые характерны для истории Земли.

Второй геохронологический метод определения Ломоносовым геологических циклов связан с физическими процессами таяния льда. В «Слове о рождении металлов от трясения земли» он привел такие аргументы. Летом лед можно сохранить в погребе, причем используется «редко больше двадцати кубических сажен» льда. «Сколько же времени потребует к растаянию своему во внутренностях земных такое количество, которое несколько миллионов кубических сажен в себе содержит?»

В основе его геохронологических подсчетов – идея о том, что подземные льды были погребены в процессе крупных тектонических сдвигов и с тех пор постепенно деградируют. Он предполагал: скорость таяния льда в погребе и в зоне вечной мерзлоты примерно одинакова, следовательно, «веки истинно многие миновать должны», пока растают подземные льды. «Коль долгое время требуется к совершению сего труда натуры!» И такова длительность лишь заключительного этапа одного из многих геологических циклов. Следовательно, история Земли должна простираться на миллионы и миллионы лет в прошлое.

Ломоносов ограничился только постановкой несложной математической задачи. В отличие от Бюффона, он не приводил цифр, показывающих общую продолжительность геологической истории. По-видимому, не видел убедительных научных оснований для подобных расчетов или, что не менее вероятно, избегал прямых столкновений с богословами.

Нет сведений о том, был ли знаком Ломоносов с трактатом датского анатома и натуралиста Нильса Стенсона (в латинской транскрипции Николай Стенон) «О твердом, естественно содержащемся в твердом», изданным во второй половине XVII века. Стенон обратил внимание на свидетельства, запечатленные в каменной летописи: слои горных пород – кристаллы, окаменелые остатки и отпечатки животных и растений. Он осмыслил порядок расположения листов «каменного календаря Земли»: нижние обычно древнее верхних (этот принцип позволяет определять в первом приближении относительную хронологию пластов). Затем постарался восстановить события прошлого по ископаемым остаткам, содержащимся в слоях.

В результате Стенон выделил шесть различных периодов геологической истории Тосканы, предполагая, что они характерны для всей Земли. О длительности периодов написать не решился, возможно, потому, что пришел к выводу о значительной древности некоторых слоев, а явно противоречить теологам опасался. Он считал, что только длительность пятого и шестого периодов составляет 6 тысячелетий.

Так появилась первая шкала относительной геохронологии. «Нельзя установить время, – писал Стенон, – когда имели место те или иные изменения». Его с полным основанием можно считать предшественником Ломоносова и Бюффона в геохронологии. А. Гумбольдт называл Стенона «отцом новой геологии»; видный советский геолог В.В. Белоусов – основоположником геотектоники (можно добавить: исторической и структурной геологии).

…Говоря о достижениях Бюффона и Ломоносова, надо учитывать, в каких условиях они работали. Первый был богат, прославлен, удостоен высоких титулов и многих наград. Ломоносову приходилось преодолевать огромные трудности, нередко бедствовать, тратить время и силы на распри с хулителями и завистниками, заботиться о распространении просвещения в Отечестве… Тем не менее он раньше, чем Бюффон, стал разрабатывать методы абсолютной геохронологии, исчисляющей время геологических событий в тысячелетиях и миллионолетиях.

Может показаться, что эти достижения Ломоносова и Бюффона следует считать заблуждениями: их методы не выдержали проверки временем – оказались ошибочными. Это относится к расчетам наклона земной оси (оледенения происходили не по этой причине), таяния подземных льдов (его скорость зависит от ряда факторов, главным образом от среднегодовой температуры), остывания чугунных шаров (земной шар, возможно, никогда не был расплавленным, а если он остывает, то по весьма сложным законам).

Однако в истории науки остается огромное количество идей, опровергнутых дальнейшими исследованиями. Некоторые из них лежат в основании наук, подобно руинам прошлого, на которых воздвигаются новые сооружения. Но, в отличие от материальных тел, идеи похожи на воздушные замки. Они продолжают возникать в новых формах, пробуждая творческую мысль, порождая новые гипотезы, теории.

«Часто понимают историю науки, – писал академик С.И. Вавилов, – как последовательное, „одномерное“ развитие усложняющегося знания. Эта искусственно стройная система изолирует науку от живого человеческого общества и личности, от истории в широком смысле и мало похожа на действительность».

Только в конце XVIII века геологи отметили закономерную смену окаменелостей флоры и фауны от слоя к слою. Английский землеустроитель Уильям Смит обнаружил сходную последовательность залегания горных пород в разных районах даже при внешнем различии слоев. Он понял: слои, где встречаются сходные органические остатки, образовались в одну эпоху.

К сходным идеям пришли французские натуралисты Жорж Кювье и Анри Броньяр. Исследуя осадочные породы Парижского бассейна, они обнаружили, что каждый слой имеет свою характерную фауну и флору, а смена слоев соответствует смене организмов. Можно сказать, что единый «пласт мысли» сформировался одновременно в Англии (Смит) и во Франции.

Примерно тогда же другой великий французский натуралист, Жан Батист Ламарк, постиг главную закономерность изменения животных в геологической истории: последовательное усложнение строения, появление все более совершенных созданий. Это, по его мнению, требовало огромных интервалов времени: «Для природы время ничего не значит и никогда не представляет затруднений, она всегда имеет его в своем распоряжении и для нее это средство не имеет границ; с помощью его она производит и самое великое и самое малое».

Ломоносов постоянно говорил о существовании наряду с Библией книги Природы: «Натура есть некоторое Евангелие, благовествующее неумолчно творческую силу, премудрость и величество». Это – первое в науках о Земле уподобление горных слоев каменной летописи, написанной на языке природы. И это не только поэтическая метафора, но и глубокая научно-философская аналогия.

Для геологии проблема длительности процессов, эпох имеет принципиальное значение. В сущности, эта наука началась с того момента, когда ученые поняли: земная кора живет не только в масштабах дней, годов, тысячелетий. Важнейшие явления: рост гор, перемещение по континентам морей и рек, появление и вымирание организмов, накопление горных пород и многое другое – происходят многие миллионы лет.

…Геология – это прежде всего познание далекого прошлого Земли и Жизни. Английский геолог Плейфер в 1788 году описал свои впечатления от изучения одного из обнажений горных пород, залегающих наклонно:

«Мы ощущали себя перенесенными назад во времени в ту эпоху, когда сланцы, на которых мы стоим, находились еще на дне моря, а песчаники, что сейчас перед нашими глазами, только еще начинали осаждаться в виде песка и мути из толщи океанической воды… Их залегание не было еще нарушено действием неизмеримо мощных сил, разорвавших твердый панцирь планеты.

Еще более отдаленные от нас революции вырисовываются в этой удивительной перспективе. Кажется, голова идет кругом, когда заглядываешь так далеко в эту бездну времени; слушая с интересом и восхищением философа, разворачивающего перед нами упорядоченную картину последовательности этих удивительных событий, начинаешь сознавать, насколько дальше иной раз может проникнуть разум по сравнению с тем, на что отваживается воображение».

Философом назвал Плейфер своего талантливого соотечественника Джеймса Геттона, утверждавшего, что в геологической истории мы не видим начала творения Земли. Очень немногие натуралисты соглашались признать его идеи. На стороне катастрофистов находилась авторитетная христианская Церковь.

Геттон предложил для познания событий прошлого использовать наблюдения за современными природными явлениями – метод актуализма. Но и в этом случае первым был М.В. Ломоносов, утверждавший этот метод за четверть века до Геттона, что признают не только российские, но и зарубежные историки естествознания.

Наиболее определенно, с неопровержимыми доказательствами писал о проблеме геологического времени замечательный английский естествоиспытатель Чарлз Лайель. За столетие до него Михаил Ломоносов исходил из тех же принципов, и это позволило ему стать одним из основоположников геохронологии, а также сделать ряд геологических открытий.