Книга Лорд Кельвин. Классическая термодинамика - Антонио М. Лальена Рохо

БАРОН КЕЛЬВИН ИЗ ЛАРГСА

В 1892 году королева Виктория причислила Уильяма к дворянству — он стал первым ученым в Великобритании, который получил дворянский титул. В этот день премьер-министр превозносил возможности, которые откроет присутствие Томсона в палате лордов, поскольку большинство ее членов были далеки от науки. Уильям принял титул барона Кельвина из Ларгса, взяв название реки Кельвин, протекавшей недалеко от его университетской лаборатории, и города Ларгса, в пригороде которого находилась его резиденция Нетерхолл. После церемонии посвящения в дворянство, произошедшей 25 февраля, Томсон занял свое место в палате лордов.

Исследовательская деятельность лорда Кельвина после начала его парламентской карьеры не угасла. В 1896 году был отпразднован его юбилей на посту профессора Университета Глазго. В связи с этим королева Виктория пожаловала ученому Большой Крест Королевского Викторианского ордена; 11 июля 1899 года он представил совету университета свое заявление об отставке. Томсону недавно исполнилось 75 лет, со времени его назначения в 1846 году прошло уже 53 года. А 30 сентября было его последним днем в качестве действующего преподавателя.

Лорд Кельвин скончался 17 декабря 1907 года в Нетерхолле, рядом с городом Ларгс (Шотландия). Похороны состоялись 23 декабря в Лондоне. Многочисленные представители академического, научного и политического мира шли в похоронной процессии рядом с родственниками и друзьями Томсона. Останки ученого покоятся в Вестминстерском аббатстве, его могила находится рядом с могилой великого Исаака Ньютона.

В течение жизни Томсон написал огромное количество научных статей, изобрел и запатентовал множество измерительных приборов, предлагал неожиданные решения практических проблем, получал многочисленные почести и был первым в различных областях физики. Однако, как утверждал Джозеф Джон Томсон, сам лорд Кельвин считал самой важной своей работой исследования, связанные с возрастом Земли и Солнца.

ГЛАВА 5

Возраст Земли

В 1864 году Томсон опубликовал статью под названием «О вековом охлаждении Земли», которую за два года до этого представил в Эдинбургском королевском обществе. В этой работе ученый, опираясь на законы термодинамики, привел свои расчеты возраста Земли. Хотя результат, предложенный Томсоном, оказался ошибочным, его последующие дискуссии с другими исследователями приобрели большую известность. Эта полемика велась до самой смерти лорда Кельвина.

«Земля была создана между вечером субботы 22 октября и рассветом воскресенья 23 октября 4004 года до н.э. юлианского календаря» - эта точная оценка может считаться предварительным примером расчетов и экспериментов, достойных упоминания. Однако ее автор, епископ Джеймс Ашшер, основывался на Библии и числе поколений, которое, как он высчитал, прошло от Адама и Евы до наших дней. Богослов привел эти расчеты в 1650 году в своей книге Annales veteris testamenti, а prima mundi origine deducti ( «Анналы мира»). Он не первый делал оценки этого важного события, обладающие такой же точностью. Так, бенедиктинский монах Беда Достопочтенный в VIII веке указал, что создание Земли произошло в 3952 году до н.э., французский эрудит Жозеф Жюст Скалигер уверял в XVI веке, что это случилось в 3949 году до н.э., а английский священнослужитель и заместитель ректора Кембриджского университета Джон Лайтфут выступал в XVII веке за 3929 год до н.э.

Определение возраста Земли очень интересовало церковников, которые использовали эти оценки для придания Библии большей весомости, но проблема не вызывала интереса ученых. В частности, вычислением возраста Земли не занимались греки и арабы, имевшие многочисленные достижения в других научных областях. Только к середине XVIII века натуралисты разработали и применили некоторые методики, связывавшие ископаемые слои. Английский геолог Уильям Смит в 1790 году установил, что два слоя, содержащие ископаемые с похожими характеристиками, должны относиться к одному времени, даже если они находятся в очень удаленных друг от друга географических и/или геологических областях. А на основе числа слоев и оценок времени между ними можно установить возраст Земли. Михаил Ломоносов в середине XVIII века предположил, что Земле может быть несколько сотен тысяч лет.

Б свою очередь, Жорж-Луи Леклерк, граф де Бюффон, французский математик, биолог и естествоиспытатель, поставил в 1779 году эксперименты, в которых измерил время охлаждения железных шаров, состав которых предположительно подобен составу Земли, и, экстраполировав результаты, установил значение от 50 до 75 тысяч лет. Это утверждение стоило ему нескольких столкновений с Церковью и означало, что Земля древнее всех ископаемых остатков, известных на то время. Б 1860 году эти ископаемые привели английского геолога Джона Филипса к оценке возраста Земли примерно в 100 миллионов лет, что было представлено как верное значение прусским философом Иммануилом Кантом в его «Всеобщей естественной истории и теории неба», опубликованной в 1755 году. Но, без сомнений, дальше всех пошел шотландский натуралист Джеймс Геттон; в 1788 году он утверждал: не существует следов того, что у Земли когда-либо было начало, а также признаков того, что у нее когда-нибудь будет конец. Вплоть до XIX века эту идею принимали большинство геологов.

ТОМСОН СДЕЛАЛ СВОИ РАСЧЕТЫ ...

Английский натуралист Чарлз Дарвин в 1859 году опубликовал свою главную работу — «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь». Влияние этой работы на науку о жизни было, как хорошо известно, более чем примечательным. Основываясь скорее на качественных аргументах, связанных со скоростью протекания эволюционных биологических процессов, Дарвин склонялся к мысли о том, что Земля существует практически с неопределенного времени.

Друг Дарвина, британский адвокат и геолог Чарлз Лайель, один из основателей современной геологии, высказал в своих «Основных началах геологии», опубликованных в 1830 году, идею о том, что Земля имеет возраст порядка миллиардов лет или больше. Он опирался на то, что для завершения геологических процессов необходимы чрезвычайно большие сроки. Согласно Лайелю и его коллегам, силы, задействованные на геологическом уровне, в течение бессчетного количества лет оставались неизменными.

Но эти качественные рассуждения не удовлетворяли Томсона, который изучал проблему, стремясь применить к физической системе, являющейся Землей, законы термодинамики, в которых он прекрасно разбирался. Отправная точка звучала просто: в соответствии с этими законами энергия, имеющаяся в распоряжении для осуществления всей геологической деятельности, изначально была конечной и с течением времени она должна постепенно уменьшаться. Основой расчетов Томсона был закон сохранения энергии. Его изначальная гипотеза была очень ясной: уровень тепла, потерянного планетой через ее поверхность, устанавливает определенные ограничения на отдаленность от нас момента, когда была образована Земля.

Это важное предположение, наряду с научным авторитетом, которым в то время уже обладал Томсон, позволило ему подойти к проблеме с чрезвычайным высокомерием, безжалостно круша геологов и биологов своего времени. В качестве примера достаточно начала его работы «О вековом охлаждении Земли»: