§ 3. Первая модель развивающейся иерархической звездной Вселенной и новая космогония Солнечной системы. Кант

Иммануил Кант (1724—1804) построил первую универсальную космогоническую гравитационную концепцию эволюционирующей Вселенной. Наиболее широко известна ее вторая, космогоническая часть под неточным названием «небулярной» (т. е. газовой) космогонической гипотезы Канта, тогда как она была скорее «метеорной», пылевой. Гипотеза изложена в главном естественнонаучном сочинении Канта «Всеобщая естественная история и теория неба» (1755); уже в названии видно влияние Бюффона.

Из-за банкротства издательства сочинение оставалось неизвестным до 1763 г., когда появилось его краткое изложение, не привлекшее внимания ученых. Лишь в 1791 г. друг и ученик Канта И. Гензихен опубликовал эту гипотезу в числе других выдержек из этого сочинения Канта с примечаниями самого автора, поместив в той же книжке результаты В. Гершеля, исследовавшего строение неба с телескопами. Результаты Гершеля подтвердили ряд идей и вычислений Канта.

К середине XVIII в. под влиянием гравитационной картины мира все более укреплялось представление об универсальной упорядоченности Вселенной, возродилась древняя идея всеобщей связанности явлений и вещей. Так, французский философ Шарль Боннэ (1720—1793) составил универсальную «лестницу существ», охватывавшую всю природу — от камня, через растения, животных, человека и до... ангелов! Широкую известность получила грандиозная работа знаменитого шведского натуралиста, ботаника Карла Линнея (1707—1778) по упорядочению растительного мира. Все это стимулировало новые поиски гармонии и на небе.

В рамках утверждавшейся гравитационной ньютоновской картины мира такие поиски привели к появлению трех моделей Вселенной. Авторами их были Т. Райт, И. Кант, И.Г. Ламберт (1761). Но первая из них, как мы видели, была еще только некоей пробой на этом пути. Новым и подлинно революционным шагом на пути развития представлений о структуре и состоянии Вселенной стали две другие концепции.

В сочинении Канта сначала излагалась гипотеза Райта об устройстве звездной Вселенной. Однако, знакомый только с кратким и неточным рефератом сочинения Райта, он использовал именно приведенную там картину плоского слоя звезд (которая служила Райту лишь иллюстрацией). И по содержанию, и по своим целям концепция Канта существенно отличалась от гипотезы Райта, и прежде всего она противопоставлялась теологическим целям последнего. Из конкретных построений Райта Кант намерен был «развить плодотворные выводы» на чисто механической основе, отрицая равно и начальный божественный толчок, допускавшийся Ньютоном.

Кант почерпнул у Райта его гениальную идею о возможности существования и других упорядоченных тяготением звездных систем-вселенных под видом «туманностей». Эту замечательную мысль Кант сразу же предпочел другим объяснениям природы туманностей — как разрывов в небесной сфере (Гюйгенс, Галлей, Дерхем) или огромных единичных светящихся тел (Мопертюи). В результате Кант построил несравненно более четкую концепцию «системного устройства» Вселенной, обогатив картину ее островной структуры новой идеей — иерархией систем и представляя Вселенную бесконечной, но в особом смысле, который он уточнил в космогонической части своей теории. Он обосновывал возможность возникновения такой Вселенной исключительно под действием естественных механических сил притяжения и отталкивания и попытался выяснить дальнейшую судьбу такой Вселенной на всех ее масштабных уровнях — начиная с планетной системы и кончая миром туманностей.

Космологическому аспекту гипотезы посвящена небольшая (16 страниц) первая часть: «Очерк системы неподвижных звезд, а также о многочисленности подобных систем неподвижных звезд» (Кант тут же разъясняет условность термина «неподвижные», указывая на существование реальных движений звезд). Страницы этой части буквально переполнены восторженным описанием всюду проявляющейся взаимосвязанности различных объектов во Вселенной, пока все это не соединяется в единую захватывающую дух картину Космоса. «Если уже обширность планетного мира, в котором Земля кажется малой песчинкой, — писал Кант, — повергает ум в изумление, то каким восторгом проникается он при созерцании бесчисленного множества миров и систем, заполняющих Млечный Путь; но насколько возрастает это изумление, когда узнаешь, что все эти необъятные звездные миры в свою очередь составляют единицу того числа, конца которому мы не знаем и которое, быть может, столь же непостижимо велико и тем не менее само составляет лишь единицу нового соединения чисел. Мы видим первые члены непрерывного ряда миров и систем, и первая часть этой бесконечной прогрессии уже дает нам возможность представить, каково целое. Здесь нет конца, здесь бездна подлинной неизмеримости, перед которой бледнеет всякая способность человеческого понимания, хотя бы и подкрепленного математикой».

Кант выступает здесь не столько как философ, сколько как естествоиспытатель и отдает себе отчет в необходимости опытной проверки предложенной концепции. «Здесь перед нами широкое поле для открытий, ключ к которым должны дать наблюдения», — заключает он предварительные рассуждения о поставленной проблеме.

Как естественное следствие наблюдаемых фактов и закона всемирного тяготения звучат его выводы о существовании двойных звезд о чрезвычайно вероятном открытии в будущем планет за Сатурном, о пропорциональном, космогонически обоснованном увеличении взаимных расстояний планет с удалением их от Солнца. Все эти выводы подтвердились уже при жизни Канта (в открытиях В. Гершеля), а вывод о планетных расстояниях конкретизировался вскоре в форме закона Тициуса — Боде.

Космогоническая концепция Канта была детально развита для планетной системы, а затем экстраполирована им на всю Вселенную в части, названной «О первоначальном состоянии природы, образовании небесных тел, причинах их движения и связи их между собой как звеньев системы, в частности, в мире планет, а также с точки зрения всего мироздания». Здесь неожиданно новое развитие получает и космологическая картина в результате распространения на всю Вселенную идеи эволюции.

Кант взялся за рассмотрение космогонической проблемы, не согласившись с выводами Ньютона о необходимости божественного «первого толчка» для возникновения орбитального движения планет (для чего им необходимо было сообщить тангенциальную скорость). Он поставил цель — найти естественную причину возникновения такого движения. В качестве основы космогонической концепции он использовал все имеющиеся сведения о Солнечной системе — ее параметры, и не только геометрические и кинематические (совпадение плоскостей орбит и направлений движений), но и динамические, а также другие физические закономерности, которые он, как ему казалось, выявил (увеличение эксцентриситетов орбит и масс планет, уменьшение их плотности с удалением от Солнца). Несмотря на иллюзорность этих последних закономерностей (во всяком случае, не всеобщность их для Солнечной системы), их анализ позволил Канту сделать ряд правильных выводов, например, о существовании планет за Сатурном, равно как и высказать небезынтересную идею непрерывного перехода от планет к кометам.

Кант впервые, пожалуй, расширил набор сил, действующих в Космосе. Считая главной силу всемирного тяготения, он ввел еще и силу отталкивания (действие ее Кант допускал на уровне отдельных частиц и отводил им существенную роль в начальной стадии образования системы). Он ошибочно полагал, что в результате сочетания тяготения и отталкивания может возникнуть то самое тангенциальное движение, которое обеспечивает вращение космических систем и орбитальное движение тел в них. Кроме того, Кант распространил на космическое пространство действие силы химического соединения частиц, в результате чего, по его мнению, и создавались начальные неоднородности в распределении плотности материи — центры преимущественного тяготения.

Выдвинув намного более широкую идею общей эволюции Космоса, Кант детально развил только планетную космогоническую гипотезу, включавшую гипотезу о возникновении и самой центральной звезды в системе — Солнца. Кант начинает изложение гипотезы с рассмотрения космической материи, полностью разложенной на элементарные субстанции, но при этом разного веса, причем обилие частиц, пространственная плотность их распределения предполагалась обратно пропорциональной их весу. В такой среде, как он полагал, сначала возникали небольшие случайные сгустки под действием лишь внутренних сил — от сближения элементов, соединяющихся «по обыкновенным законам связи» (химическое сродство). Затем эти сгустки укрупнялись, соединяясь с еще более крупными такими же сгустками.

Таким образом, гипотеза Канта содержала не только восходящую к древности идею предельно примитивного разреженного первичного состояния материи, но и ряд новых глубоких мыслей. Одна из них — о зависимости обилия частиц в Космосе от их веса. Другая — о возникновении первичных случайных флуктуаций плотности в начальной среде под действием негравитационных сил (по Канту, внутренних «связей», иначе химических сил) и о необходимости достижения при этом «критической» массы для начала устойчивого процесса сгущения. Эта идея в начале XX в. была развита Джинсом в его знаменитую теорию гравитационной неустойчивости, фундаментальную для современной космологии.

В описании дальнейшей эволюции планетных тел и их систем Кант учитывал действие теплоты. Многие его заключения об этих сторонах космогонического процесса поражают своими удивительно современными нам элементами. Таковы, например, его утверждения о возможности разогрева недр холодной планеты за счет «смешения» веществ или о том, что Солнце (как и другие звезды) является активным, «пылающим» источником тепла, может затухать при недостатке «горючего» и вновь разгораться при его поступлении. Кант допускал и важную роль отталкивательного действия солнечных лучей в Солнечной системе и ее эволюции.

Были у Канта и другие поразительно верные заключения, забытые в истории астрономии. Так, он сделал вывод о «метеоритном», по существу, составе кольца Сатурна (у Райта был лишь намек на это). Кант отмечал, что образования типа кольца Сатурна могут быть и у других планет. Он высказал правильное суждение о природе зодиакального света, об отсутствии принципиальных различий планет и комет, допуская, что при некоторых условиях Солнце могло бы своим воздействием создать хвост и у Земли, подобно кометному.

Хорошо известный изъян космогонии Канта — представление о самопроизвольном возникновении вращения изолированной системы, что противоречило закону сохранения вращательного момента, — не имел принципиального значения для последующих частей его гипотезы. У Канта была идея «нецентрального удара» частиц как механизма возникновения вращения первичной «туманности». Но в согласии с законом сохранения вращательного момента каждая ударяющая частица при этом сама получала бы компенсирующее обратное вращение и в целом система их оставалась бы невращающейся. Вращение протосолнечной туманности можно было бы получить, лишь допустив косой «удар» двух подобных взаимно закручивающих друг друга «туманностей». В дальнейшем космогонисты, вслед за Лапласом, рассматривали первичную туманность уже вращающейся.

Содержание третьей части сочинения Канта в целом совершенно необычно для XVIII в. и представляет собой первый научный анализ проблемы жизни во Вселенной. Она названа «Содержащая в себе основанный на закономерностях природы опыт сравнения обитателей различных планет». Не имевшая никакой наблюдательной основы, эта глава носит чисто умозрительный характер. Но и здесь Кант затрагивает физическую сторону проблемы. Он справедливо отмечает тесную связь между формами жизни и физическими условиями на планетах — силой тяжести, температурой, плотностью вещества планеты. Кант указывал на возможность различного типа эволюции планет и допускал, что на некоторых других планетах жизнь еще может в дальнейшем возникнуть (на Венере, Юпитере). В противоположность распространенным тогда, хотя и мало чем обоснованным, представлениям о всеобщей заселенности Космоса (вплоть до комет, звезд и самого Солнца) Кант здраво утверждал, что во Вселенной даже далеко не все планеты должны быть обитаемы.

Но возвратимся снова ко второй части сочинения Канта. В ней изложена его знаменитая концепция бесконечного развития бесконечной иерархической Вселенной. Хотя Кант отдавал себе отчет в том, что в бесконечной Вселенной невозможно существование центра, описанная им на основе сведений о наблюдаемой Вселенной иерархия систем мыслилась как некая сверхсистема, имеющая свой общий для всех ее членов неподвижный центр тяготения (предположительно, Сириус). Развитие Вселенной рисовалось им как имевший начало, но не имеющий конца процесс постепенного образования все новых космических систем на все более далеких расстояниях от центра Вселенной, где этот процесс начался. Звездная Вселенная, по Канту, таким образом, непрерывно увеличивается и по объему, и по массе в результате возникновения новых систем из некой первичной диффузной газово-пылевой материи. И поскольку акт божественного творения материи (единственное, что Кант сохранял за богом) он отодвигал в далекое прошлое, то, очевидно, Вселенная, заполненная диффузной материей, представлялась ему бесконечной в пространстве и во времени, а бесконечность иерархических систем находилась как бы в становлении.

Вместе с тем гипотеза Канта предполагала, что начиная от центральных (по Канту, наиболее старых) областей Вселенной (где, по его мнению, располагается и наша Солнечная система) космические объекты всех масштабов постепенно разрушаются и гибнут. Таким образом, окраины Вселенной в теории Канта оказываются более молодыми. Кант считал, что на месте погибших систем рождаются новые: на потухшие солнца, например, падают замедлившиеся планеты и кометы, вновь разжигают их, окружающая материя от жара снова распадается на элементы, и процесс формирования системы планет проходит новый цикл при достаточном остывании центрального светила. Так без конца, согласно Канту, волнами от центра в бесконечность распространяется эволюция космической материи. Эта концепция, по существу, содержит и общепризнанную в современной науке идею сосуществования космических систем разных поколений.

Формированием этой новой, эволюционной астрономической картины мира Кант вполне оправдал свои же пророческие и программные для дальнейшего изучения Вселенной слова: «Тот, кто рассматривает различные области природы целенаправленно и планомерно, открывает такие свойства, которые остаются незамеченными и скрытыми, когда наблюдения ведутся беспорядочно и бессистемно».

К середине XVIII в. все более укреплялось представление о грандиозности масштабов звездной Вселенной. Об этом свидетельствовало и то, что, несмотря на повысившуюся до 1″ точность определения положения звезд на небе, их параллаксы оставались все еще неуловимыми для измерений. А косвенные, фотометрические оценки межзвездных расстояний (Гюйгенс) еще более определенно указывали на колоссальные размеры видимого звездного мира.

Первые свидетельства о звездном составе Млечного Пути и некоторых туманных пятен на небе, открытие в середине XVIII в. нескольких десятков новых туманностей — все это наводило на мысли также и о сложности структуры Вселенной. Вывод о том, что видимые нами звезды составляют динамическую систему, идея островных вселенных, согласно которой все туманности рассматривались как далекие звездные системы (Сведенборг, 1733; Райт, 1750), были дополнены в сочинении Канта (1755) идеей бесконечной иерархии развивающихся космических систем. Но она еще не была и не могла быть в то время сколько-нибудь разработанной на конкретном астрономическом материале. К тому же сочинение Канта, как уже говорилось, до конца XVIII в. оставалось практически неизвестным ученому миру.