Уильям Томсон
В чем была ошибка Томсона? Джон Перри (1850-1920), ирландский инженер и математик, а также помощник Томсона, рассказывает, что иногда его просили как-нибудь покритиковать расчеты Томсона, и всегда он отвечал одно и то же: «невозможно, чтобы лорд Кельвин совершил какую-нибудь ошибку в расчетах», и добавлял, что, может быть, секрет кроется в гипотезах, на которые опирался ученый. Каковы же были эти гипотезы? Вспомним, что основным вопросом в расчете Томсона было сохранение энергии, которым он воспользовался для анализа модели Земли — твердого тела с физическими свойствами, однородными по всему объему. При этом не существует дополнительных источников энергии или тепла, кроме того, что предоставлен начальным состоянием при постоянной и однородной температуре.
Обнаружение радиоактивности означало новый взгляд на эту проблему, поскольку сразу же была открыта роль ядерного распада в качестве источника энергии и, следовательно, возможный эффект, который следовало учитывать при оценке возраста Земли и Солнца. В случае с Землей включение этого нового источника тепла в расчет Томсона не изменило бы результатов слишком сильно. Это связано с тем, что на испускание тепла поверхностью планеты по-настоящему повлияла бы только радиоактивность, присутствующая в тонком поверхностном слое, так что даже учет земной радиоактивности в модели Томсона не позволил бы вычислить реальный возраст Земли. Сам Томсон придерживался своей идеи до конца жизни и продолжал доверять своим оценкам возраста нашей планеты.
Однако ситуация с радиоактивностью на Земле очень отличается от ситуации на Солнце, энергия которого, как мы знаем сегодня, является результатом ядерного синтеза: ядра водорода соединяются, образуя атомы гелия. Следовательно, учет ядерных и радиоактивных процессов значительно изменил бы оценку Томсона, касающуюся времени, в течение которого Солнце испускает тепло.
За год до открытия радиоактивности и за несколько лет до того, как была осознана ее роль в качестве источника тепла, Перри наметил решение. Для этого он включил в земную модель Томсона значительное новшество. Воспользовавшись своими же советами, Перри проанализировал гипотезу коллеги и вместо того, чтобы считать Землю твердым телом, предположил, что скалистая твердая часть составляет лишь внешний слой толщиной несколько десятков километров, а внутренняя часть мантии Земли расплавлена. Это фундаментальное изменение предполагало большую теплопроводность, чем в модели твердой Земли, поскольку при этом появляется второй механизм теплопередачи - конвекция, намного более эффективная, чем диффузия, в нетвердых средах. Перри, говоря о возрасте Земли, оценивал его в миллиарды лет, но его оценка не была принята в расчет. Отверг ее и сам Томсон. Однако спустя некоторое время радиоизотопное датирование позволило отдать гипотезе Перри должное. Современные исследователи Ингланд, Молнар и Рихтер в своей работе «Кельвин, Перри и возраст Земли» {American Scientist, 2007) уверяют, что если бы наука вовремя прислушалась к Перри, то важная для геодинамики теория дрейфа континентов была бы принята задолго до того, как это в итоге произошло.
