Теория тепла

Пуассон занимался капитальным вопросом о распространении тепла в телах твердых, и особенно по земному шару. О важности вопроса можно судить по тому, что он издал о нем особое сочинение.

В биографии Фурье я представил исторический опыт наших знаний о столь важном вопросе. Тогда я имел случай доказать, что честь составления полных уравнений распространения тепла неоспоримо принадлежит прежнему секретарю академии. В этом отношении Пуассон не сделал ничего нового. Он хотел только основать те же формулы на яснейших аналитических вычислениях и уничтожить в них все сомнительное. Этой цели он достиг совершенно; но была ли причина, побудившая его дать своему труду то же заглавие, которое находится на сочинении Фурье? Я думаю, что этой причины не было. Но постараемся сохранять наши споры в стенах академии, только тогда они могут быть полезны. В публике всегда найдутся люди, которые ко всему привязываются, всегда готовы примешать свое темное имя к именам людей высшего разряда, временно расходящихся в своих мнениях о спорных предметах в науке. Такие чужеяды постоянно нарушают спокойствие ученых и препятствуют их занятиям.

Два великих геометра расходятся во мнениях не только относительно способа выводить уравнение движения тепла, но между ними существует радикальное разногласие, особенно о важнейших сведениях теории.

Фурье выводит из своих формул, что если бы Земля с самого ее образования получала тепло от одного только Солнца, то на достаточной глубине была бы постоянная температура в продолжение всего года: это подтверждается наблюдениями. Под парижской обсерваторией, на глубине 28 метров, нет ни зимы, ни лета. Термометр показывает один и тот же градус с точностью до сотых долей во все времена года и во все года.

Также из формул Фурье следует, что при упомянутом предположении температура нижних слоев Земли в определенном месте должна быть одна и та же на всех доступных глубинах. Это заключение не согласно с наблюдениями: например, в Париже на поверхности Земли температура равняется 10,8°, под обсерваторией она почти 11,8°, а в гренельском колодезе на глубине 548 метров, уже 27, 5°. Итак, есть что-то неверное в предположении, на котором Фурье основал свои вычисления, т. е. в предположении, что Земля все свое тепло получила от Солнца. Приращение температуры внутренних слоев Земли Фурье объяснял тем, что Земля при своем образовании — была ли она в твердом или жидком состоянии — имела высокую собственную температуру, независимую от солнечного тепла. Из быстрых приращений температуры, наблюдаемых на глубинах, до сих пор доступных, заключает, что на глубине семи или восьми миль все известные вещества должны быть расплавлены. Таким образом оправдывается чистое предположение, что Земля — погасшее Солнце, раскаленный шар, покрытый тонкой твердой корой.

Взглянув с негодованием на величайшие памятники, воздвигнутые гордостью или лестью, на египетские пирамиды, Боссюэ сказал: «Как ни усиливайся человек, везде видим его ничтожество: пирамиды были гробницами». Этим словам много удивлялись: но какие бы великолепные сравнения сошли с пера епископа Mo, если бы в его время знали, что Альпы, Кордильеры, Гималаи, снежные вершины которых, кажется, угрожают небу, величественные реки, стремящиеся из их ледников и поглощаемые океаном, и страны, покрываемые то роскошными растениями, то глубокими снегами и за клочки которых люди терзают друг друга как дикие звери, — суть микроскопические наросты на тонкой коре, покрывающей бездну с раскаленным веществом!

Предположение Фурье о первоначальном тепле было принято вообще всеми геометрами и физиками: Пуассон считал его неудовлетворительным. Он не мог понять чрезвычайной температуры около центра Земли, которая должна простираться до двух миллионов градусов, потому что, по наблюдениям, температура увеличивается тридцатой долей градуса на каждый метр глубины. Вещества, подверженные такому жару, по мнению Пуассона, должны быть в состоянии раскаленного газа, и от того явилась бы в них такая упругость, которую не выдержала бы земная кора. Пуассон, основываясь на сжатии планет по их осям вращения, согласно со всеми геометрами, думал, что в начале они были жидкими, но их отвердение началось от центра, а не с поверхности. Вот новое возражение против учений Мерана, Бюффона и Фурье.

Для объяснения приращения температуры по мере углубления в землю, как показывают наблюдения над артезианскими колодцами и источниками в рудниках, Пуассон рассуждает таким образом: все звезды имеют собственное более или менее приметное движение. Наше Солнце — также звезда, следовательно, оно со всей свитой планет должно переноситься по разным сторонам пространства, что подтверждают прямые наблюдения. Но в этих частях пространства не может быть одна и та же температура. Земля описывает эллипс около Солнца то в теплых, то в холодных странах, и в каждой из них ее температура приходит в равновесие с температурой окружающей. Предположим же, что Земля, испытав немного повышенную температуру, подвергнется сравнительно низшей температуре: тогда ее тепло, очевидно, будет увеличиваться от поверхности к центру. Но окажется противное, когда Земля перейдет из низшей температуры в высшую.

Вот сущность объяснения Пуассона возрастающих температур с углублением в Землю. Чтобы поверить его опытом, автор предлагает измерять лучеобразное тело пространства по различным направлениям. Я думаю, что желаемый опыт сделан Волластоном и Лесли, но он не дал никаких решительных результатов. Также никто не упустит из вида, что в предположении Пуассона, температуры не увеличивались бы пропорционально углублению в землю, что противоречит наблюдениям, произведенным в известных пределах.

Итак, истинная причина изменений земной температуры, как великолепно выражается Плиний, сокрыта в величии природы.

Прекрасное сочинение Пуассона оканчивается приложением его общих формул к температурам, наблюдаемым в твердой части Земли на небольших глубинах. Эту главу рекомендуем метеорологам, которые найдут в ней в высшей степени любопытные замечания и выводы из вычислений, вообще согласные с наблюдениями над переменой температур в различных глубинах и над их наибольшими и наименьшими величинами. Надо благодарить Пуассона за то, что здесь он оставляет аналитические символы, которыми оканчивают многие геометры, а переводит на числа формулы, устрашающие своей сложностью, и тем доказывает, что анализ может содействовать к усовершенствованию физики Земли. Да будет мне позволено сказать, что истина, скрывающаяся в таинственных формулах, походит на Аполлона Бельведерского, который скрывался в куске паросского мрамора до тех пор, пока резец гениального художника не вывел его на удивление веков.