Чтение онлайн

Пытаясь проникнуть в тайны природы, раскрыть ее фундаментальные законы среди холодного безмолвия альпийских ледников, Тиндаль ощущал себя более живым, чем в Лондоне. Опасности, которые таил в себе лед, заставляли его сосредоточиваться, думая лишь о том, как сделать следующий шаг. Глядя на чистейшую первозданную белизну Мер-де-Глас, который «вздыбливался крутыми ледяными волнами, увенчанными остроконечными гребнями», он со всей остротой сознавал, насколько одинок в своем научном поиске. Что ж, это давало ему шанс победить в гонке – стать первым из ученых, кто объяснит, как перемещаются по земной поверхности ледяные щиты.

Конечно, Тиндаль не был одинок ни в буквальном смысле (с ним были проводники и носильщики), ни в переносном: ведь он опирался на солидный фундамент знаний и теорий, созданный другими учеными, которых он считал своими воображаемыми соавторами и соратниками в борьбе за научную идею. Тиндаль выбрал собственный подход, основанный на полевых экспериментах. Он не просто наблюдал и описывал то, что видел, как это обычно делают геологи, но, используя теодолиты, вешки и труд помощников, подвергал ледники особому виду исследований – экспериментам, ранее считавшимся уделом физики, но никак не геологии. Конечно, по физическим меркам эксперименты Тиндаля были довольно грубыми: расстояния измерялись в ярдах, а не миллиметрах, а время – в днях, а не миллисекундах. Но тем не менее это были настоящие эксперименты. С какой скоростью движутся ледники на разных участках? Это один из вопросов, который интересовал Тиндаля. Очередная серия экспериментальных измерений на завьюженном Мер-де-Глас должна была подтвердить его «теорию движения ледников», расходившуюся с теориями других ученых. Сравнив местоположение вешек в первый и второй день измерений, Тиндаль обнаружил, что на изучаемом участке ледник сместился на 40 см. Летом же эта часть двигалась как минимум в два раза быстрее.

Узнав скорость этого движения, можно было понять его механизм. Именно поэтому Тиндаль уже в который раз поднимался на Мер-де-Глас – чтобы собрать данные, которые помогут разработать и подтвердить теорию, могущую объяснить все удивительные факты о движении ледников. Это также позволило бы ему одержать победу над Джеймсом Дэвидом Форбсом – шотландским физиком и гляциологом, известным своими консервативными религиозными и политическими взглядами, которого Тиндаль считал своим главным противником [12] . Форбс утверждал, что лед движется как вязкая субстанция (патока или мед), что, по мнению Тиндаля, было всего лишь наблюдением, ничего не объясняющим. Хуже того, теория Форбса препятствовала пониманию истинного характера движения ледников. Тиндаль же хотел показать, как именно оно происходит. Он намеренно выбрал объектом своего исследования Мер-де-Глас, поскольку именно на его изучении были «основаны самые важные теоретические представления о строении и движении ледников» [13] . Множество ученых побывали на этом самом крупном и доступном леднике Европы до Тиндаля, делая наблюдения и выдвигая свои теории в попытке разгадать механизм движения льда. Поэтому Тиндаль следовал по их стопам – ему нужно было самому увидеть этот ледник и провести эксперименты, чтобы дать наблюдаемым явлениям новое, более глубокое и точное объяснение. Если бы он исследовал другой ледник, критики могли бы заявить, что и условия там другие, поэтому сделанные выводы неубедительны. Но, если бы Тиндалю удалось объяснить движение льда именно на Мер-де-Глас, это придало бы его теории весомости.

До недавнего времени никто не задумывался над тем, что ледники могут двигаться, и уж тем более не пытался понять, как именно это происходит. Исключение составляли жители Альп, занимавшиеся в основном разведением скота. Год за годом они наблюдали как малозаметные, так и вполне явные признаки того, что лед находится в постоянном движении: выбоины и борозды на горных склонах, нагромождения камней у подножия ледников. Иногда в горах случались катастрофы, когда ледяные плотины, сдерживающие внутренние ледниковые озера, прорывало и масса талой воды вместе с гигантскими глыбами льда обрушивалась на безмятежные долины. За столетия альпийские пастухи накопили немало знаний о ледниках, но никому из благородных ученых мужей не приходило в голову обратиться к ним с вопросами.

Интерес к Альпам как к чему-то большему, чем природная достопримечательность, возник лишь в 1830-х гг. Как ни странно, именно наступление промышленной эпохи с ее духом предпринимательства и коммерции превратило до сей поры неизведанный, покрытый льдами уголок Европы в важнейший плацдарм для научных исследований. В Великобритании благодаря интенсивной прокладке железных дорог и строительству все более глубоких угольных шахт стали открываться тайны, доселе таившиеся в недрах земли. Обнаружение слоев породы и окаменелостей заставляло задаваться новыми вопросами об истории планеты. Стремление пролить свет на события прошлого двигало энтузиастами, которые с молотками и лупами в руках увлеченно исследовали горную породу. Железнодорожные и горнодобывающие компании быстро смекнули, что благодаря этим людям можно узнать, где таятся минеральные богатства Земли, и заработать огромные деньги. Так родилась наука об истории и строении нашей планеты – геология. Первые геологи использовали в качестве источника Библию с ее драматичным рассказом о Всемирном потопе. Правда, многие толковали Священное Писание метафорически, переводя библейский день или год в тысячи и даже миллионы лет в зависимости от того, что требовала их теория, однако важно в данном случае было то, как библейское описание истории человечества, полной непредвиденных событий, сформировало взгляд ученых на историю Земли. Да, идея о том, что Земля имеет свою историю, отдельную от человеческой и гораздо более долгую, была нова и непривычна. Но по сути своей эти две истории были похожи: в представлении Тиндаля и его коллег, история Земли была, как описанная в Библии история человечества, полна неожиданных поворотов и, если бы не вмешательство определенных событий, все в ней могло бы сложиться иначе [14] .

Открытия и находки, сделанные под поверхностью земли, заставили геологов начала XIX в. по-новому взглянуть и на то, что находилось на ее поверхности и что прежде они не замечали или не считали важным. Так, их внимание привлекли эрратические валуны – каменные глыбы, совершенно чуждые окружающему ландшафту, – которые всегда изумляли местных жителей. Рядом с этими валунами часто находили странные отложения, представлявшие собой беспорядочную смесь обломков пород различных размеров и форм. Эти отложения стали неразрешимой загадкой для первых поколений геологов, чей главный и единственный метод анализа структуры Земли был основан на сравнении окаменелостей, находившихся в последовательности осадочных слоев.

Долгое время происхождение этих ледниковых отложений (так называемой морены), а также эрратических валунов, рассеянных по обширным территориям, объясняли мощным наводнением или серией наводнений, перенесших массивные каменные глыбы на расстояние в сотни километров. Но Чарльзу Лайелю, выдающемуся геологу того времени, идея Всемирного потопа представлялась надуманной и неправдоподобной. В 1835 г. Лайель предложил объяснение в соответствии с разработанной им концепцией униформизма, согласно которой геологические процессы протекают постепенно под действием сил, остающихся неизменными во все времена. Он предположил, что необычные дрифтовые отложения могли быть объяснены существованием в прошлом огромного океана, образовавшегося в результате постепенного, но масштабного опускания континентов. Когда-то этот океан покрывал б'oльшую часть земного шара, а по нему плавало несметное количество айсбергов, в состав которых входили камни и грунт. Когда айсберги таяли, их каменистый груз оседал на дно, а поскольку двигались они хаотично, это объясняет беспорядочный разнос дрифта. Таким образом теория оправдывала неспособность геологов объяснить происхождение дрифтовых отложений, ведь механизм их образования, согласно ей, был фактически случайным. Другим ее «достоинством» было то, что она не предполагала существования в прошлом совершенно другого климата, ведь айсберги встречались в океане и во времена Лайеля с их относительно теплым климатом. «Принятие этой теории ледового дрейфа, – писал Лайель, – не обязательно заставляет нас предполагать существование ранее более холодного климата, нежели тот, что ныне преобладает в Северной Америке» [15] . Лайелю не нравилась мысль, что в прошлом условия на Земле могли резко отличаться от современных ему.

В юности Тиндаль много слышал о поисках легендарного Северо-Западного прохода, по которому британские корабли могли бы через узкие водные пути среди островов и ледяных морей близ северного побережья Канады попадать из Атлантического океана в Тихий. Участники экспедиций рассказывали о гигантских айсбергах, вдоль которых корабли могли плыть неделями. Поначалу эти истории вызывали недоверие, но подтвержденные многими свидетельствами стали идеальным доказательством теории Лайеля. На самом деле именно в рассказах об исполинских айсбергах и массивных ледяных щитах у берегов Канады и Гренландии Лайель черпал вдохновение, разрабатывая свою поразительную теорию о плавучих морских льдах, дрейфовавших по Мировому океану. То, что айсберги бывали замечены в теплых водах вплоть до 40° северной широты, позволяло предположить, что при чуть более прохладном климате в прошлом они вполне могли заплывать и в те широты, где ныне геологи находили загадочные дрифтовые отложения. В 1819 г. Уильям Пэрри красочно описал плавучие ледяные горы, по сравнению с которыми парусные корабли казались крошечными, – один из таких айсбергов достигал в высоту больше 260 м (включая подводную часть). Летом 1822 г. капитан Уильям Скорсби на своем китобойном судне первым из британцев совершил экспедицию к восточному побережью Гренландии. Перед мореплавателями предстал огромный остров, покрытый толстым ледяным панцирем. Аналогичные свидетельства поступали и с юга, из Антарктики, где кораблям приходилось прокладывать путь среди плавучих ледяных гор. Все эти рассказы – не подвергавшиеся сомнению благодаря авторитету источников – будоражили воображение писателей, поэтов и драматургов. Для Тиндаля и его современников лед стал частью картины мира, важным элементом массовой культуры. В 1816 г. молодая писательница Мэри Шелли обрамила свою захватывающую историю о сотворении ученым новой жизни повествованием об исследовании Арктики [16] . Для людей начала XIX в. лед был источником сенсаций, в равной мере притягивающим и пугающим.

В 1840 г. Луи Агассис выдвинул смелое предположение, навсегда изменившее представление ученых и обычных людей о льде. Синтезировав идеи коллег, Агассис заявил, что эрратические валуны и глинистые отложения могли быть следами гигантского ледяного щита, который некогда покрывал значительную часть Европы и Северной Америки. Гипотеза о ледниковом периоде не только подняла множество вопросов (действительно ли шерстистые мамонты бродили по территории Англии в то время, когда ее уже населяли люди?), но и бросила вызов общепринятой версии истории Земли. Существование в прошлом огромных ледяных щитов казалось большинству людей того времени немыслимым, поскольку это означало, что раньше на Земле было намного холоднее [17] .

Такая возможность опровергалась работами особой когорты ученых мужей. Эти люди не были геологами и не тратили время на лазание по горам с молотками в руках, не говоря уже о зимних экспедициях к альпийским ледникам. Одними из известнейших представителей этой когорты ученых были братья Уильям и Джеймс Томсоны. Вооруженные не качественными описаниями и полевыми наблюдениями, а математическими выкладками, они формулировали свои гипотезы, опираясь на лабораторные эксперименты, которые наделяли их теоретические построения впечатляющей точностью. В отличие от геологов, рассматривавших историю Земли как цепочку множества повлиявших друг на друга событий, они воспринимали ее как нечто неизменное – и работающее четко, как паровая машина. Избрав своим священным писанием «Математические начала натуральной философии» Ньютона, они мечтали сделать для физики Земли то же самое, что Ньютон сделал для физики небесной, – вывести уравнения, которые могли бы идеально объяснить «механизм» нашей планеты.

Эти ученые – сегодня мы назвали бы их физиками, но тогда этот термин только начинал входить в употребление, – были одержимы идеей энергии, и в частности преобразованием в нее тепла, чтобы использовать ее для выполнения различных работ. Они трудились в лабораториях вдали от угольных шахт и строящихся железных дорог, но, как и в случае с геологией, двигателями их научных изысканий были промышленность и коммерция. Промышленная революция в буквальном смысле слова питалась солнечной энергией, накопленной в залежах каменного угля. И над вопросами практического применения этой энергии работали ученые, проводя теоретические расчеты и лабораторные эксперименты. Они изучали поведение металлов под давлением (что было критически важно для производства безопасных паровых котлов) и процессы, приводящие к повышению температуры, а также трудились над созданием паровых двигателей с максимально высоким КПД. И вот, опираясь на накопленные таким образом знания, они решили предсказать действие тепла не только в паровых машинах, но и внутри самой Земли. Основанные на уравнениях, описывающих поведение энергии и материи, работы Томсона и его коллег обеспечили математическую базу не только для стремительно развивавшихся отраслей промышленности, но и для новых наук о Земле.