Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - Джон Гриббин

камней с поперечником больше, чем Солнечная система, и эти камни сближались и сталкивались друг с другом, преобразуя гравитационную энергию в тепло, то в результате образовался бы расплавленный огненный шар. В то время Гельмгольц не подсчитал, сколько тепла могло быть выделено в результате такого процесса, но это сделал Томсон, обнаружив, что выделится столько же энергии, сколько излучает Солнце за 10–20 млн лет. Но зачем одномоментно высвобождать всю эту энергию? Сначала Томсон отверг эту идею, но затем подошел к ней с обратной стороны. Если бы эта энергия каким-то образом могла высвобождаться постепенно, то Солнце могло бы светить на протяжении 10 или 20 млн лет. Прикинув, что умножить эти цифры на десять вполне допустимо, в марте 1862 г. Томсон заявил в статье для журнала Macmillan’s Magazine:

Поэтому в целом представляется весьма вероятным, что Солнце освещало Землю не сто миллионов лет и почти наверняка не пятьсот миллионов лет. Что же касается будущего, то мы можем с той же уверенностью сказать, что обитатели Земли не смогут наслаждаться светом и теплом, необходимыми для жизни, на протяжении еще многих миллионов лет, если только в великой сокровищнице творения для нас не заготовлены ресурсы, о которых мы еще не знаем.

Позже Томсон развил эту идею, придав ей окончательную форму. Если бы Солнце сжималось очень медленно, то оно бы до сих пор выделяло энергию, но понемногу, а не всю сразу. Звезда, подобная Солнцу, действительно может светить на протяжении 10 или 20 млн лет только за счет постепенного сжатия и преобразования гравитационной энергии в тепло. Сегодня астрономы знают, что именно это происходит со звездами в начале их жизни, и этот начальный период получил название «тепловое время», или «время Кельвина — Гельмгольца» (а в Германии — «время Гельмгольца — Кельвина»). Но даже ранней версии этой идеи было достаточно, чтобы у Дарвина возникли серьезные проблемы.

Чтобы продемонстрировать древний возраст Земли, основываясь на аргументах униформизма, Дарвин рассчитал, сколько времени должно было пройти, чтобы эрозия сформировала рельеф региона Уилд на юге Англии, проведя измерения, которые показали, что меловые скалы разрушаются со скоростью примерно 2,5 см за столетие. Это были лишь приблизительные расчеты, и возраст получился завышенным по сравнению с современными оценками, но разница была в пределах разумного. Томсон воспринял эту цифру практически с презрением:

Что же тогда мы должны думать о таких геологических подсчетах как триста миллионов лет, потребовавшихся для «эрозии Уилда»? Является ли более вероятным, что физическое состояние материи Солнца в 1000 раз больше, чем велят законы динамики, отличается от состояния материи в наших лабораториях; или что штормовое море, возможно при помощи узконаправленных приливов неистовой силы, дробит меловые скалы в 1000 раз быстрее, чем один дюйм в столетие, как подсчитал господин Дарвин?

Эта проблема мучила Дарвина всю оставшуюся жизнь и заставила его внести в свою теорию некоторые ненужные (и неразумные) поправки, в детали которых мы не будем вдаваться. Проблема солнечной энергии была в итоге решена уже после смерти Дарвина благодаря открытию радиоактивности, специальной теории относительности Эйнштейна, а также пониманию того, что Солнце черпает энергию из преобразования водорода в гелий в своих недрах; если выразиться точнее, то она была решена именно благодаря тем «процессам», которые были «невозможны согласно законам, которым подчиняются известные нам явления, протекающие в материальном мире» на момент заявлений Томсона. Как оказалось, «в великой сокровищнице творения» действительно были заготовлены «ресурсы, о которых мы еще не знаем», и этих ресурсов достаточно для того, чтобы Солнце продолжало светить более-менее так же, как оно светит сегодня, на протяжении 10 млрд лет, из которых к настоящему времени прошла примерно половина. Почти 5 млрд лет свечения Солнца вполне достаточно, чтобы механизмы эволюции сработали именно так, как это описал Дарвин.

Параллельно с развитием представлений об истинном возрасте Солнца и прочих звезд благодаря открытию радиоактивности физики XX в. научились со все большей точностью определять возраст Земли. Все началось с исследований Эрнеста Резерфорда, который родился в Новой Зеландии в 1871 г., но работал в Канаде вместе с англичанином Фредериком Содди (1877–1956) и обнаружил, что радиоактивные ядра ведут себя весьма характерным образом: за определенное время каждое второе радиоактивное ядро определенного типа в любом образце «распадается», превращаясь в нечто другое, — этот отрезок времени Резерфорд назвал «период полураспада»[14]. Неважно, сколько радиоактивного вещества у вас было изначально, за один период полураспада распадется половина таких радиоактивных ядер; за следующий период полураспада распадется половина оставшихся атомов (четверть от исходного количества), и т. д. Период полураспада свой для каждого типа радиоактивных ядер, и продукты, в которые превращаются ядра, также характерны для каждого такого типа.

Радиоактивный уран распадается, образуя свинец, и американец Бертрам Болтвуд (1870–1927) разработал метод определения возраста образцов горных пород путем измерения в них соотношения концентрации свинца и различных типов (изотопов) урана. Студент Королевского колледжа наук в Лондоне Артур Холмс (1890–1965) применил этот метод для определения возраста норвежских горных пород девонского периода, который составил 370 млн лет. К концу первого десятилетия XX в., менее чем через 30 лет после смерти Дарвина, даже студент в рамках своей курсовой работы имел возможность определить возраст горной породы. На протяжении всей своей последующей карьеры Холмс занимался усовершенствованием этого метода и в итоге установил, что возраст самых древних горных пород (а следовательно, возраст самой Земли) составляет 4,5 млрд лет, что хорошо согласуется с возрастом Солнца, рассчитанным совершенно иными способами. Помимо этого, в 1944 г. он опубликовал учебник под названием «Основные начала физической геологии» (Principles of Physical Geology — это преднамеренная отсылка к Лайелю), который на десятилетия вперед стал стандартным университетским пособием. Одним из залогов его успеха являлась ясность: Холмс писал в письме другу, что для того, «чтобы книгу повсеместно читали в англоязычных странах, нужно представить самого глупого из всех студентов и затем подумать, как бы ты объяснил ему этот предмет»{20}. Нам, возможно, не удалось достичь ясности того же уровня, но хочется надеяться, что мы представили достаточно доказательств и вам, в отличие от Дарвина, не придется беспокоиться о хронологической шкале эволюции, когда мы вернемся к нашей основной теме.

Часть 2. Эволюционное средневековье