Дарвин, Джордж Говард: биография

Демонстрация необходимости количественного и всестороннего анализа проблем космогонии и небесной механики была, пожалуй, одним из его основных вкладов в науку… Хотя выдвижение предположений и формирование новых гипотез должны продолжаться, однако малый вес ныне имеют те из них, которые обоснованы только лишь общими рассуждениями… В этом отношении, даже если нет никаких иных причин, работа Дарвина отмечает целую эпоху.

Оригинальный текст (англ.)   The exhibition of the necessity for quantitative and thorough analysis of the problems of cosmogony and celestial mechanics has been perhaps one of his chief contributions… While speculations and the framing of new hypotheses must continue, but little weight is now attached to those which are defended by general reasoning alone… If for no other reason, Darwin’s work marks an epoch in this respect.

В некрологе, посвящённом Дарвину, лондонская «Таймс» так охарактеризовала его исследовательскую манеру:

Он не проявил особых способностей в изобретении новой аппаратуры или выборе элегантных методов; его проблемы были решены «лобовой атакой», преодолением их сопротивления с полной решимостью.

Оригинальный текст (англ.)   He showed no great skill in invention of new machinery, or selection of elegant methods; his problems were solved by “frontal attack”, by wearing down their resistance with sheer determination.

Ранние работы

Первые научные работы Дарвина, появившиеся в 1875 году, ещё не были объединены общей идеей или целью. В них он рассмотрел некоторые особенности описания эквипотенциальных линий, дал графический метод вычисления второго эллиптического интеграла и построения картографической проекции на грань многогранника.

В следующем году он написал первую по-настоящему важную работу, в которой обратился к проблеме влияния геологических изменений на положение земной оси. Математически рассмотрев эту задачу при различных предположениях и начальных условиях, он показал, что геологические процессы не могут быть существенным фактором изменения положения полюсов. Эта работа привлекла большое внимание и позволила значительно сократить число гипотез о геологическом прошлом Земли, бытовавших в то время. Лорд Кельвин выступил с докладом о результатах Дарвина перед Лондонским королевским обществом. Эта работа подтолкнула его к занятиям вопросами космогонии, которая стала главной темой его последующей научной деятельности.

Приливное трение и космогония

Поскольку геологические изменения не могут привести к смещению положения земной оси, Дарвин предположил, что её наклон есть результат действия приливов на подвижные части Земли. Для создания математических основ этого процесса в 1879 году он рассмотрел приливные деформации вязких и полуупругих сферических тел, поведение материала которых зависит от характера прилагаемой к нему силы. Он показал, что вязкость приводит к значительному уменьшению амплитуды приливов и их задержке по фазе. Сравнивая с данными о приливах земных океанов, Дарвин пришёл к выводу о большой эффективной жёсткости Земли как целого.

В следующей статье, вышедшей в том же году, Дарвин изучил вращение вязкого сфероида (Земля) в условиях приливного влияния как одиночного (Луна), так и пары соседних тел (Луна и Солнце). Оказалось, что устойчивое положение оси вращения такого сфероида зависит от вязкости, например, при малых значениях вязкости (что могло бы соответствовать древнему расплавленному состоянию Земли) нулевой наклон оси оказывается неустойчивым, тогда как устойчиво положение с некоторым достаточно большим наклоном. Рассмотрев далее влияние приливов в системе Земля — Луна, Дарвин показал, что они приводят к постепенному увеличению расстояния между этими телами и возрастанию периода обращения Луны вокруг Земли и Земли вокруг своей оси. Проследив эти изменения на много миллионов лет в прошлое, он рассчитал, что Луна должна была располагаться намного ближе к Земле, чем сейчас. Это привело его к предположению, восходящему к небулярной гипотезе Лапласа, что Земля и Луна некогда образовывали единое вращающееся тело, которое находилось в неустойчивом состоянии равновесия, что привело в конечном итоге к его распаду. Причиной неустойчивости, согласно Дарвину, могла быть синхронизация солнечного прилива с периодом собственных колебаний этого единого тела.