Вселенная работает как часы. Лаплас. Небесная механика.

Лаплас исходил из видимых траекторий планет, чтобы объяснить принципы их движения. Он подчеркивал, что исключительно благодаря теории системы мира человеческий разум смог подняться по крутой лестнице и возвыситься над чувственным обманом, преодолеть путь от геоцентризма к гелиоцентризму. Он напомнил о том, что существуют чрезвычайные небесные явления, такие как появление комет, которые движутся во всех направлениях, не учитывая плоскости эклиптики или направления траекторий планет. Ученый также заявил, что белое свечение Млечного Пути, поясом охватившее небесный свод, — это огромная туманность. Таким образом, Лаплас описал в книге все небесные объекты, от самых маленьких до гигантских.

Изложив закон всемирного тяготения, ученый предупредил читателя: «Мы увидим, что этот великий закон природы представляет все небесные явления вплоть до самых малых подробностей». Он не прибегал к математическим формулировкам и графикам, объясняя, что планеты реагируют не только на постоянное притяжение Солнца, но и на силу притяжения соседних звезд. Эти конкурирующие воздействия вызывают небольшие возмущения в движении небесных тел, однако влияние Солнца доминирует. В этой отлично сыгранной симфонии можно уловить несколько фальшивых нот, но Лаплас взял на себя обязательство доказать (мы это увидели в главе 2), что этот диссонанс не представляет опасности для устойчивости системы мира.

Первое издание 1796 года Лаплас завершил короткой главой под названием «Размышления о системе мира и о будущих успехах астрономии», в которой сделал предположения о происхождении Солнечной системы. В последующих изданиях он переместил эти предположения в примечания (Примечание VII и последнее), следуя примеру Ньютона, который перенес многие из своих предположений в приложение к «Оптике». В 1813 году, в третьем издании, это примечание превратилось в полноценную теорию о происхождении Солнечной системы, представленную по всем правилам. На нескольких страницах Лаплас отважился обратиться к космологии. В то время чисто рациональные объяснения происхождения мира встречались нечасто, поэтому можно себе представить, какой эффект произвела эта гипотеза, исходившая от величайшего специалиста в небесной механике. В 1796 году Лаплас даже не мог и предположить, насколько знаменитой и успешной станет его простая гипотеза. Его «мировой миф» — употребляя слова Декарта — пошел дальше Ньютона; речь шла о понимании структуры Вселенной исходя из ее происхождения и развития.

Его космогоническая гипотеза известна как гипотеза Канта — Лапласа, и в этот раз Лапласа нельзя обвинить в плагиате. В 1755 году философ Иммануил Кант опубликовал свою работу «Всеобщая естественная история и теория неба», где пытался объяснить происхождение известного мира, постулируя существование первоначальной туманности, — гипотеза, близкая к гипотезе Лапласа. Но эта работа Канта стала известна во Франции лишь в 1801 году, да и распространялась она крайне плохо из-за банкротства издателя. Поэтому нельзя сказать, что французский математик позаимствовал идеи прусского философа.

Весьма вероятно, что Лаплас долго обдумывал натуралистическую гипотезу Жоржа Луи Леклерка, графа де Бюффона (1707-1788), представленную в его «Естественной истории», тома которой публиковались начиная с 1749 года. Этот французский ученый, одним из первых пересмотревший библейскую хронологию, предложил гипотезу, объясняющую современную конфигурацию Солнечной системы: в очень далеком прошлом комета, пролетавшая слишком близко к Солнцу, вырвала из него фрагменты материи, которые начали двигаться вокруг светила и, охлаждаясь, сформировали планеты и их спутники. Лапласу была хорошо известна гипотеза де Бюффона, но он никогда не слышал, чтобы говорили о гипотезе Канта.

Гипотеза Лапласа стремилась объяснить подтвержденный наблюдениями факт, который Ньютон так и не смог обосновать сторонникам Декарта: все планеты и известные спутники вращаются по своим орбитам, которые лежат практически в одной плоскости; также эти орбиты имеют очень небольшой эксцентриситет (планеты практически двигаются по кругу) и этим отличаются от орбит комет (очень вытянутых, иногда ретроградных и с наклонением, которое резко отличается от плоскости движения планет и спутников). Лаплас считал, что этот факт должен иметь четкую причину. Наконец, поскольку все небесные тела, за исключением комет, имеют некоторые общие характеристики, очень вероятно, что их объединяет и общее происхождение. Однако катастрофическая теория де Бюффона, по мнению Лапласа, была неполной. Конечно, она объясняла, почему планеты двигаются в одном направлении и в одной плоскости, но не помогала понять, почему орбиты имеют такой малый эксцентриситет.

Лаплас предположил, что Солнце изначально было намного больше, а его атмосфера распространялась до границ Солнечной системы, образуя своего рода туманность. В этот период Солнце было похоже на туманности, наблюдаемые в телескоп. Остывая, молекулы, расположенные на границах солнечной атмосферы, образовали вокруг звезды круговые пояса, которые, сгущаясь, приняли сферическую форму, чтобы превратиться в известные нам планеты. Таким образом, все планеты и их спутники вращаются в одном направлении (которое было присуще вращению солнечной атмосферы) и расположены в одной плоскости. Сгущаясь, атмосфера ускоряет свое вращение. Таким образом, наиболее удаленные от Солнца планеты вращаются медленнее, чем более близкие. При ускорении вращения увеличивается центробежная сила, которая превышает силу тяготения, удерживающую молекулы на месте (см. рисунок). Согласно этой гипотезе вокруг Солнца вращались многочисленные туманные кольца, из которых и были образованы планеты. Кометы же, напротив, являются небесными телами, не входящими в Солнечную систему.

Реконструкция гипотезы газовой туманности Лапласа.

Начиная с 1811 года, когда британец Уильям Гершель представил свои первые работы об эволюции туманностей, философский статус космологической гипотезы радикально изменился: она перестала быть обычным предположением, а стала правдоподобной моделью, вероятно, первой научной космологической моделью. С одной стороны, Гершель подтверждал, что туманность состояла из многочисленных газовых облаков молочного цвета со светящимся центром, что полностью соответствовало идее гигантской солнечной атмосферы. С другой стороны, он отмечал, что некоторые звезды проходили через этапы конденсации, вызванные силой тяготения. Вдохновленный этим открытием, Лаплас тут же сделал из него общий вывод для официальной газеты Le Moniteur universel («Всемирный обозреватель»). Нужно сказать, что Лаплас и Гершель познакомились в 1801 году в Париже, и французский ученый всегда высоко ценил открытия британского астронома.

В течение многих лет гипотеза Лапласа называлась гипотезой Лапласа — Гершеля, но в конце XIX века немецкий физик Герман фон Гельмгольц (1821-1894) напомнил о вкладе Канта и дал гипотезе новое название: гипотеза Канта — Лапласа. Эта гипотеза считалась довольно правдоподобной даже после того, как некоторые ее критики отметили, что на самом деле не все планеты и спутники Солнечной системы вращаются в одном направлении. Это стало известно после открытия в 1846 году Тритона — спутника Нептуна, который движется в противоположном направлении.

В издании «Изложения системы мира» 1796 года Лаплас сделал странное замечание, не относящееся к теме: он говорил о существовании феномена, который мы сегодня знаем как черную дыру. Ученый утверждал, что сила тяготения, произведенная светящимся телом, в 250 раз большим, чем Солнце, не позволила бы испущенным лучам света удалиться от его поверхности. Лучи были бы вновь поглощены, и звезда осталась бы невидимой. В четвертом издании труда Лаплас удалил эту дерзкую гипотезу, но по просьбе одного немецкого астронома все-таки опубликовал математические расчеты, подтолкнувшие его к этому предположению.