Момент кількості руху призводить до утруднення, коли ми намагаємося пояснити далеке минуле Сонячної системи, але в даний час немає ніяких доказів, що момент кількості руху Сонячно! системи не зберігається. Однак, коли відкрили закон збереження енергії, він спирався на ще більш хиткий фундамент. Па Землі справедливість закону була, справді, очевидною, але Сонце було постійним i переконливим свідченням проти нього.
Найбільш очевидна характеристика цього тіла - кількість випромінюваного світла і тепла. Незважаючи па те що Сонце знаходиться на відстані 150 ТОВ ТОВ км від Землі, воно висвітлює і зігріває всю її постійно протягом всієї історії. Один квадратний сантиметр поверхні Землі щохвилини отримує від полуденного Сонця 1,97 кал енергії у вигляді світла і тепла. Ця величина, т. Е. 1,97 кал / (см2 * хв) називається сонячної постійної.
Площа поперечного перерізу Землі в ПЛОЩИНІ перпендикулярної йде від Сонця радіації, дорівнює приблизно 1280 000 000 000 000 000, або 1.28 * 1018 см2 * (Дуже великі числа і дуже малі дроби, які часто використовують вчені, зручно записувати у вигляді ступеня. Так [1 ] 280 000 000 000 000 000 можна записати як 1,28 * 108, де 18-показник ступеня). Отже, повне випромінювання, що потрапляє кожну хвилину на Землю, становить приблизний-но 2,51 • 1018 кал. Але навіть це число аж ніяк не висловлює всю радіацію Сонця. Сонце випромінює енергію в усіх напрямках, і тільки дуже мала частина її потрапляє на крихітну Землю.
Уявіть величезну порожню сферу з радіусом 150 000 000 км і з Сонцем в центрі. Сонце освітлювало б і нагрівало кожну частину сфери, як Землю, а поверхня величезної сфери в два мільярди разів превос-ходила б поперечний переріз Землі. Це означає, що Сонце випромінює в два мільярди разів більше енергії, ніж отримує Земля. Повна енергія, яку випромінює Солн-цем, дорівнює 5,6-1027 кал / хв. Скільки ж енергії випромінюючи-ло Сонце за всю історію свого існування, якщо кожну хвилину воно випромінює в середньому 5,6 * 1027 кал!
Тоді виникає критичне питання: звідки береться вся ця енергія? Якщо закон збереження енергії вірний і для Сонця, неймовірно величезні запаси енергії, через Вергал Сонцем в простір, не можуть виникати з нічого. Енергія тільки переходить з однієї форми в іншу, отже, сонячна радіація повинна воз-никать за рахунок іншої форми енергії. Але який саме?
На перший погляд здається, що такою формою являє-ся хімічна енергія. Вугіль розпалений, наприклад, як і Сонце, виділяє світло і тепло, коли вуглець вугілля і ки-слород повітря, з'єднуючись, утворюють двоокис вуглецю. Тоді, може бути, Сонце - величезний палаючий шматок вугілля, і яку випромінює їм енергія виходить за рахунок хі-чеський енергії?
Таке припущення легко спростувати. Хіміки вирішують абсолютно точно, скільки енергії виходить при згорянні даної кількості вугілля. Припустимо, що вся величезна маса Сонця (яка в 333 500 разів біль-ше маси Землі) складається з вугілля і кисню і випромінюючи-ет кожну хвилину 5,6 * тисяча двадцять сім кал. Сонце тоді було б дійсно палаючим вугіллям, які висвітлюють і обігріву-ющим Сонячну систему. Який час горів би це вугілля, перш ніж на Сонце залишилася тільки двоокис вуглецю? Відповідь звучить досить легковажно - в ті-чення півтори тисячі років!
Це дуже маленький період часу. Він може охва-ти, лише частина історії цивілізованого людства (про цілих епохах до неї і говорити нічого). Так як Сонце сяяло з такою ж силою за часів розквіту Римської імперії, з якою воно світить і зараз, без подальших ис-ліджень ми стверджуємо, що воно не може бути горя-щим вугіллям, інакше до теперішнього часу воно згасло б. Дійсно, поки невідома хімічна реакція, ко-торая забезпечила б Сонце необхідною енергією навіть на короткий період існування цивілізованого че-ловечества.
Розглянемо деякі альтернативи хімічної енергії. Однією з них є кінетична енергія.
На Землі прояв такої енергії трапляється каж-дий раз, коли в верхні шари атмосфери влітає метео-рить. Його кінетична енергія в результаті опираючись-ня повітря перетворюється в тепло. Навіть крихітний ме-теорія розміром з шпилькову головку розжарюється до такої міри, що сяє на відстані в кілька кіло-метрів. Метеорит, що важить 1 г і рухається зі звичайною для метеоритів швидкістю (скажімо, 30 км / сек), має ки-генетичних енергію більш ніж 5 * 1012 ерг, або близько 120 ТОВ кал. Такий же метеорит, що падає на Сонце, розганявся б набагато більшою гравітаційною силою Сонця до набагато більшої швидкості, ніж па Землі. По-цьому він передавав би Сонця значно більшу енергію. Підраховано, що один грам речовини, падаю-ного на Сонце з великої відстані, відшкодував би 44 ТОВ ТОВ кал, втрачених Сонцем. Отже, ес-ли врахувати всю енергію, що випромінюється Сонцем, то дли повної її компенсації на нього щохвилини має па-дати 1,2 * 1020 р метеоритного речовини, т. Е. Більш ніж сто трильйонів тонн речовини!
Розрахунок добре виглядав на папері, по астрономи поставилися до цієї ситуації з глибоким підозрою По-перше, немає ніяких доказів, що Сонячна система настільки багата метеоритним матеріалом, ЩО б кожну хвилину постачати Сонце сотнею гріллІ0Н0 | тонн речовини протягом багатьох історичних ер.
По-друге, якби метеоритне речовина накопичувалося на Сонце з такою швидкістю, його маса збільшилася 'б на один відсоток за 300 000 років. Таке збільшення сильно вплинуло б па гравітаційне тяжіння Сонця, залежне від його маси. Якби навіть маса Сонця зростала настільки повільно, Земля поступово наближалася б до нього і наш рік весь час укорачі-вався б. Щороку ставав би фактично на дні секунди коротшим від попереднього, і астрономи негайно зафіксували б цей факт. Але подібних змін у Міні року не спостерігали. Тому припущення про те, що метеорити служать джерелом сонячної радіації, відкинули.
До більш прийнятною альтернативі прийшов в 1853 го-ду Гельмгольц- один з творців закону збереження 1Нергіі. Навіщо розглядати метеорити, що падають на I лопатями, якщо може падати речовина самого Сонця? Як і поверхню Сонця відстоїть від його центру на 696 000 км. Припустимо, що поверхня повільно опускається, причому кінетична енергія цього падіння може пре-брехати в випромінювання. Природно, якщо б з невеликої відстані впав маленький шматочок сонячної поверх-ності, виділилося б дуже мало енергії. Однак якби впала вся сонячна поверхня, т. Е. Якби Солн-це стислося, енергія випромінювання була б величезною.
Гельмгольц показав, що швидкість стиснення Сонця 0,01 1 см / хв достатня для пояснення його радіації. Припущення було досить привабливим, бо воно не вимагало зміни сонячної маси і, отже, його гравітаційного тяжіння. Більш того, зміна його діаметра в результаті стиснення було б невеликим. За всі шість тисяч років існування людської ци-вилизации діаметр Сонця зменшився б тільки на 8OO км, т. Е. Вельми незначна порівняно з діа-метром Сонця 1 400 000 км. За 250 років, що минули з часу винаходу телескопа до робіт Гельмгольца, діаметр Сонця скоротився б тільки на 37 км. Природно, астрономи не помітили б такого зменшення.
Проблема сонячної радіації здавалася вирішеною, якби не одне серйозне упущення: Сонце випромінювало енергію не тільки в період існування людської Цивілізації, а й протягом усього часу до того, як Людина взагалі з'явився на Землі. За часів Гельмгольца ніхто точно не знав, як довго тривав цей проміжок часу. Сам Гельмгольц відчував, що в досліджуваному питанні не все продумано до кінця.
Якби сонячне речовина падало всередину з велико-го відстані, скажімо, з земної орбіти, виділялося б достатньо енергії, щоб Сонце випромінювало її з тією ж швидкістю, що і зараз, протягом 18000000 років. Однак [ТО означало б, що вік Землі не більш 18 000 000 років, бо вона навряд чи існувала в своєму теперішньому вигляді, коли речовина Сонця простягалося до областей, через які тепер рухається Земля. Геологи, вивчаючи-шие повільні зміни земної кори, здавалося, неоп-ровержімо довели, що Земля існує не десятки, а сотні мільйонів років, можливо, навіть мільярди років, причому весь цей час Сонце сяяло з тією ж силою, з ка-кой воно світить зараз. У 1859 році англійським натура-листом Чарльзом Робертом Дарвіном була створена «ті-орія еволюції шляхом природного відбору». Якщо Евола-ція дійсно відбувалася, а, на думку біологів, вона повинна була відбуватися, то Земля існує принаймні сотні мільйонів років, весь цей час так само, як сьогодні!
Отже, протягом другої половини XIX століття застосування закону збереження енергії по відношенню до Сонця здавалося спірним. Була запропонована правдопо-добная теорія, яку астрономи не проти були б прийняти, але проти якої енергійно заперечували геоло-ги і біологи. Таким чином, було три альтернативи:
Закон збереження енергії виконується не скрізь у Всесвіті, зокрема не виконується па Сонце.
Закон збереження виконується на Сонце, а геологи і біологи якимось чином неправильно інтерпретації-ють факти, які вони зібрали, І Земля існує всього кілька мільйонів ліг.
Закон збереження справедливий і для Сонця, але су-ществует ще невідомий науці джерело енергії, який дозволяє Сонця випромінювати енергію з постійною ін-інтенсивність протягом мільярдів років. Таким чином, фізична теорія примиряється з точкою зору геологів і біологів.
Протягом п'ятдесяти років, після того як Гельмгольц запропонував свою теорію, правильного шляху для вибору однієї з цих трьох гіпотез не було знайдено. Питання було вирішене завдяки відкриттям в області гранично малих, а не гранично великих тел. Вони належать до мікро-світу, до розгляду якого ми тепер переходимо.