Идея развития в астрономии

Идею развития природы внес в новоевропейскую науку Р. Декарт в своей космогонии (см. 6.2.2). Декарт отвергал библейскую догму о происхождении мира в шесть дней и создал теоретическую модель о происхождения мира естественным образом, поставив тем самым деосмогонию на почву науки. Богу здесь отводилась лишь роль творца материи и движения; все последующее развитие материи было есте­ственным и в божественном участии не нуждалось.

Качественно новая ситуация в космогонии сложилась с созданием классической механики. И. Ньютон теоретически обосновал идею бесконечности Вселенной и таким образом в космологии (науке о структуре Вселенной как целого) сделал шаг вперед по сравнению с Декартом. Сложнее обстояло дело в космогонии (учении о происхож­дении Вселенной, мира) (см. 6.3.3).

Ньютон ясно понимал, что закономерностей гравитационного взаимодействия масс недостаточно для последовательно механисти­ческого объяснения структуры Вселенной. Во-первых, ему была непонятна сущность тангенциальной составляющей орбитального движе­ния планет (закон всемирного тяготения объясняет центростреми­тельное ускорение планет, но не объясняет, откуда взялось движение планет, которое стремится удалить планету по касательной к орбите). Ньютон делает вывод, что, по-видимому, нужно допустить существование божественного «первого толчка», благодаря которому планета приобретает орбитальное движение и не падает на Солнце. Во-вто­рых, в движении планет и спутников существуют возмущения, кото­рые могут нарастать со временем. Значит, сделал вывод Ньютон, Бог должен время от времени «подправлять» движения небесных тел, возвращать их на свои орбиты. Эти два обстоятельства вынудили Ньютона отказаться от попыток научного объяснения происхожде­ния Вселенной и отдать его на откуп теологии.

Первая всеобъемлющая теория развития Вселенной на основе теории гравитации была создана Иммануилом Кантом, великим немецким мыслителем, философом, ученым-естествоиспытателем. Теория Канта не была чисто умозрительным построением (как тео­рия Р. Декарта); она опиралась на конкретные геометрические, кине­матические и динамические параметры, данные наблюдений, физические закономерности.

Космогония И. Канта

Исходная позиция Канта — несогласие с выводом Ньютона о необхо­димости божественного «первотолчка» для возникновения орби­тального движения планет. По Канту, происхождение тангенциаль­ной составляющей непонятно до тех пор, пока Солнечная система рассматривается как неизменная, данная, вне ее истории. Но доста­точно допустить, что межпланетное пространство в отдаленные вре­мена было заполнено разреженной материей, простейшими элемен­тарными частицами, определенным образом взаимодействующими между собой, то появляется реальная возможность на основе физи­ческих закономерностей объяснить, не прибегая к помощи божест­венных сил, происхождение и строение Солнечной системы. «Дайте мне только материю, и я построю вам из нее целый мир!» — любил повторять И. Кант.

Однако И. Кант — не атеист, он признает существование Бога, но отводит ему только одну роль — создание материи в виде первона­чального хаоса с присущими ей (механистическими) закономерностями. Все дальнейшее развитие материи осуществляется естествен­ным образом, без вмешательства Бога. Основные силы, привлекае­мые Кантом для объяснения развития материи: притяжение (грави­тационное тяготение); отталкивание (по аналогии с газами); химическое соединение (различие частиц по плотности). В результа­те действия этих трех фундаментальных сил осуществлялось, по мне­нию Канта, развитие материи, создавались начальные неоднород­ности в распределении плотности материи.

Различие частиц по плотности обусловило возникновение сгуще­ний, которые стали центрами притяжения более легких элементов, притягиваясь в то же время к более плотным сгущениям. Но благода­ря наличию силы отталкивания, этот процесс сгущения не привел к концентрации материи в одном месте. Взаимодействие, борьба силы отталкивания и силы притяжения определяют возможность длитель­ного развития мира. Движения частиц, направленные к центрально­му сгущению, наталкиваясь на действие силы отталкивания, превра­щались в вихревые движения вокруг этих сгущений. В процессе вра­щения вихрей большое количество частиц падало на центр сгущения, увеличивая его массу, сообщая ему взаимное движение и нагревая его. Так Кант объясняет возникновение Солнца и звезд.

Не упавшие на Солнце частицы вращаются вокруг Солнца и посте­пенно концентрируются в плоскости солнечного экватора, образуя пояс, кольцо частиц. В этом поясе в силу неоднородности различий плотности его частей возникают новые центры тяготения, которые постепенно сгущаются, в них концентрируется масса частиц и посте­пенно образовываются планеты. Аналогичным образом формируют­ся спутники планет. В своей концепции Кант дает объяснение следу­ющим особенностям Солнечной системы: эллиптической форме орбит; отклонению орбитальных плоскостей планет от плоскости солнечного экватора; обратной зависимости масс и объемов планет от степени их удаления от Солнца; неодинаковому числу спутников у различных планет, наличию колец у Сатурна и др.

Кант не ограничился построением модели развития лишь Солнеч­ной системы. Он распространяет свои принципы на объяснение раз­вития Вселенной в целом, понимаемой им как иерархически организованная сверхсистема галактик. Развитие Вселенной, по Канту, это процесс, который имеет начало, но не имеет конца. В каждый момент времени происходит образование новых космических систем на все более далеких расстояниях от центра — места, где этот процесс начался (предположительно в районе Сириуса). В старых областях Вселен­ной космические системы постепенно разрушаются и гибнут. Прав­да, на месте погибших систем могут возникнуть новые: на потухшие солнца падают замедлившиеся планеты и кометы, и вновь нагревают их. Кант сформулировал много пророческих идей: о существовании двойных звезд, о существовании за Сатурном планет Солнечной системы, идею непрерывного перехода от планет к кометам, идею случайной флуктуации плотности, о метеорном составе кольца Сатурна, о существовании колец, подобных кольцу Сатурна, у близких планет и др.

Вместе с тем концепции Канта присущи и принципиальные недо­статки. Первый из них — представление о самопроизвольном возникновении вращения изолированной системы, первоначально нахо­дившейся в покое. Это представление противоречит закону сохранения момента количества движения в изолированной системе. Поэтому П. Лаплас, разрабатывавший космогоническую концепцию (1796), во многом похожую на теорию Канта и опиравшуюся на строгие математические и механические закономерности, был вынужден исходить из вращающегося облака материи как начального пункта.

Второй недостаток — противоречие с закономерностью распреде­ления в Солнечной системе момента количества движения (mvr). На единицу массы вещества планет приходится в десятки тысяч раз больше лишнего количества движения, чем на такую же массу Солнца. Этого противоречия не избежал и Лаплас в своей космогони­ческой модели Вселенной.

Кантовская теория происхождения Вселенной была величайшим достижением астрономии со времен Коперника. Как Коперник раз­рушил геоцентризм — ядро аристотелевской картины мира, так Кант разрушил ядро метафизического мировоззрения — представления о том, что природа не имеет истории во времени. Кант впервые убеди­тельно показал, что понять настоящее состояние природных систем можно только через знание истории развития этих систем.

Сформулированная в космогонии идея развития природы во вто­рой половине XVIII — первой половине XIX в. постепенно переходит в геологию и биологию.