48,36 дня. Если бы во вселенной не было иных тел, кроме Земли и Луны, то эти два тела могли бы вечно двигаться таким образом по круговым орбитам вокруг своего общего центра инерции, причем Земля вращалась бы вокруг своей оси в тот же самый период, обращая к Луне всегда одну и ту же сторону, так что вся жидкость на ее поверхности находилась бы в относительном покое по отношению к твердой части шара.
Но благодаря существованию Солнца подобное положение не могло бы быть постоянным. На Земле должны были бы происходить солнечные приливы — дважды прилив и дважды отлив в течение периода обращения Земли относительно Солнца (другими словами, дважды в течение солнечного дня, или, что было бы тем же самым, в течение месяца). Это не могло бы продолжаться без потери энергии от трения жидкости. Нелегко проследить весь ход возмущения, производимого этой причиной в движениях Земли и Луны, но конечным его результатом должно быть то, что Земля, Луна и Солнце начнут вращаться вокруг своего общего центра инерции подобно частям одного твердого тела».
В 1754 г. Кант впервые высказал тот взгляд, что вращение Земли замедляется приливным трением и что действие это будет завершено лишь тогда,
«когда ее» (Земли) «поверхность окажется в относительном покое по отношению к Луне, т. е. когда она начнет вращаться вокруг своей оси в то же самое время, в какое Луна обходит Землю, следовательно, когда Земля будет всегда обращена к Луне одной и той же стороной»[331].
При этом он был того мнения, что это замедление происходит только от приливного трения, т. е. от наличия жидких масс на Земле.
«Если бы Земля была совершенно твердой массой, без наличия на ней каких бы то ни было жидкостей, то ни притяжение Солнца, ни притяжение Луны не могли бы сколько-нибудь изменить ее свободного вращения вокруг оси, ибо это притяжение действует с одинаковой силой как на восточные, так и на западные части земного шара и поэтому не вызывает никакого стремления ни в ту, ни в другую сторону; следовательно, оно нисколько не мешает Земле продолжать свое вращение с такой же свободой, как если бы она не испытывала никаких внешних влияний»[332].
Кант был вправе удовольствоваться этим результатом. Тогда еще отсутствовали все научные предпосылки для более углубленного понимания влияния Луны на вращение Земли. Ведь потребовалось почти сто лет, прежде чем кантовская теория стала общепризнанной, и прошло еще больше времени, пока открыли, что приливы и отливы — это только видимая сторона действия притяжения Солнца и Луны, влияющего на вращение Земли.
Эта более общая концепция и развита Томсоном и Тейтом. Притяжение Луны и Солнца действует не только на жидкие массы земного шара или его поверхности, но вообще на всю массу Земли, тормозя ее вращение. До тех пор пока период вращения Земли не совпадет с периодом обращения Луны вокруг Земли, до тех пор притяжение Луны — если ограничиться пока им одним — будет стремиться все более и более уравнять оба эти периода. Если бы период вращения (относительного) центрального тела был продолжительнее, чем время обращения спутника, то первый стал бы постепенно укорачиваться; если он короче, как это имеет место в системе «Земля — Луна», то он будет удлиняться. Но ни в первом случае кинетическая энергия не создается из ничего, ни во втором она не уничтожается. В первом случае спутник приблизился бы к центральному телу, и период его обращения сократился бы, а во втором он удалился бы от центрального тела и получил бы более продолжительный период обращения. В первом случае спутник благодаря приближению к центральному телу теряет столько потенциальной энергии, сколько выигрывает в кинетической энергии центральное тело благодаря ускоренному вращению; во втором же случае спутник выигрывает благодаря увеличению своего расстояния от центрального тела ровно столько в потенциальной энергии, сколько центральное тело теряет в кинетической энергии вращения. Общая же сумма имеющейся в системе «Земля — Луна» динамической энергии (потенциальной и кинетической) остается неизменной; эта система вполне консервативна.
Мы видим, что теория эта совершенно не зависит от физико-химического строения соответствующих тел. Она вытекает из общих законов движения свободных небесных тел, связь между которыми устанавливается притяжением, действующим пропорционально массам и обратно пропорционально квадратам расстояний. Она возникла явным образом как обобщение кантовской теории приливного трения и даже излагается здесь Томсоном и Тейтом как математическое обоснование этого учения. Но в действительности эта теория исключает специальный случай приливного трения, хотя ее авторы удивительным образом даже и не подозревают этого.
Трение является тормозом для движения масс, и в течение столетий оно рассматривалось как нечто уничтожающее движение масс, т. е. уничтожающее кинетическую энергию. Теперь мы знаем, что трение и удар являются двумя формами превращения кинетической энергии в молекулярную энергию, в теплоту. Таким образом, в каждом случае трения кинетическая энергия как таковая исчезает, чтобы появиться вновь не в виде потенциальной энергии, в смысле динамики, а как молекулярное движение в определенной форме теплоты. Следовательно, потерянная в силу трения кинетическая энергия пока что действительно потеряна для динамических соотношений рассматриваемой системы. Динамически действенной она могла бы стать вновь лишь в том случае, если бы превратилась обратно из формы теплоты в кинетическую энергию.
Как же обстоит дело в случае приливного трения? Ясно, что и здесь вся кинетическая энергия, сообщенная притяжением Луны водным массам на земной поверхности, превращается в теплоту как благодаря трению водяных частиц друг о друга в силу вязкости воды, так и благодаря трению воды о твердую оболочку земной поверхности и размельчению противодействующих приливному движению горных пород. Из этой теплоты обратно в кинетическую энергию превращается лишь та исчезающе малая часть, которая содействует испарению водных поверхностей. Но и это исчезающе малое количество кинетической энергии, уступленной системою «Земля — Луна» тому или иному участку земной поверхности, остается пока что на земной поверхности и подчиняется господствующим там условиям, которые всей действующей на ней энергии готовят одну и ту же конечную участь: превращение в конце концов в теплоту и излучение в мировое пространство.
Итак, поскольку приливное трение бесспорно тормозит вращение Земли, постольку употребленная на это кинетическая энергия абсолютно теряется для динамической системы «Земля — Луна». Следовательно, она не может снова появиться внутри этой системы в виде динамической потенциальной энергии. Иными словами, из кинетической энергии, потраченной вследствие притяжения Луны на торможение вращения Земли, может полностью появиться снова в качестве динамической потенциальной энергии, т. е. может быть компенсирована путем соответствующего увеличения расстояния Луны от Земли, лишь та часть, которая действует на твердую массу земного шара. Та же часть, которая действует на жидкие массы Земли, может дать этот эффект лишь постольку, поскольку она не приводит эти массы в движение, направленное в сторону, противоположную вращению Земли, ибо это движение превращается целиком в теплоту и в конце концов благодаря излучению оказывается потерянным для системы.
То, что сказано о приливном трении на поверхности Земли, относится также и к гипотетически принимаемому иногда приливному трению предполагаемого жидкого ядра.
Любопытно во всей этой истории то, что Томсон и Тейт не замечают, как они для обоснования теории приливного трения выдвигают теорию, исходящую из молчаливой предпосылки, что Земля является совершенно твердым телом, т. е. исключающую всякую возможность приливов, а значит и приливного трения.
ТЕПЛОТА[333]
Как мы видели, существуют две формы, в которых исчезает механическое движение, живая сила. Первая — это его превращение в механическую потенциальную энергию путем, например, поднятия какого-нибудь груза. Эта форма отличается не только той особенностью, что она может превратиться обратно в механическое движение — и притом механическое движение, обладающее той же самой живой силой, что и первоначальное движение, — но также и той особенностью, что она способна лишь на эту единственную перемену формы. Механическая потенциальная энергия никогда не может произвести теплоты или электричества, не перейдя предварительно в действительное механическое движение. Это, пользуясь термином Клаузиуса, «обратимый процесс».
Вторая форма исчезновения механического движения имеет место при трении и ударе, отличающихся друг от друга только по степени. Трение можно рассматривать как ряд маленьких ударов, происходящих друг за другом и друг подле друга; удар можно рассматривать как концентрированное в одном месте и на один момент трение. Трение — это хронический удар, удар — мгновенное трение. Исчезающее здесь механическое движение исчезает как таковое. Оно непосредственно не восстановимо из самого себя. Процесс непосредственно не обратим. Механическое движение превратилось в качественно отличные формы движения, в теплоту, в электричество — в формы молекулярного движения.
Таким образом, трение и удар приводят от движения масс, предмета механики, к молекулярному движению, предмету физики.
Когда мы называли физику механикой молекулярного движения, то при этом не упускалось из виду, что это выражение отнюдь не охватывает всей области теперешней физики. Наоборот. Эфирные колебания, которые опосредствуют явления света и лучистой теплоты, конечно, не являются молекулярными движениями в теперешнем смысле слова. Но их земные действия затрагивают прежде всего молекулы: преломление света, поляризация света и т. д. обусловлены молекулярным строением соответствующих тел. Точно так же почти все крупнейшие исследователи рассматривают теперь электричество как движение эфирных частиц, и даже о теплоте Клаузиус говорит, что
в «движении весомых атомов» (лучше было бы, конечно, сказать: молекул) «… может принимать участие и находящийся в теле эфир» («Механическая теория теплоты», т. i, стр. 22).
Тем не менее, когда мы имеем дело с электрическими и тепловыми явлениями, то нам опять-таки прежде всего приходится рассматривать молекулярные движения; это и не может быть иначе, пока мы так мало знаем об эфире. Но когда мы настолько продвинемся вперед, что сможем дать механику эфира, то в нее, разумеется, войдет и многое такое, что теперь по необходимости причисляется к физике.
О таких физических процессах, при которых структура молекул изменяется или даже совсем уничтожается, речь будет ниже. Они образуют переход от физики к химии.
Только с молекулярным движением изменение формы движения приобретает полную свободу. В то время как на границе механики
