Примечание переводчика:
Новое оригинальное оформление обложки, включенное в эту электронную книгу, передано в общественное достояние.
YALE UNIVERSITY
MRS. HEPSA ELY SILLIMAN
MEMORIAL LECTURES
В 1883 году президент и члены совета Йельского колледж в городе Нью-Хейвен получили в наследство восемьдесят тысяч долларов, которые следовало держать в доверительном управлении в качестве дара от детей в память об их любимой и почитаемой матери, миссис Хепса Эли Силлиман.
На основе этого фонда Йельскому колледжу было предписано и поручено учредить ежегодный курс лекций, призванный иллюстрировать присутствие и провидение, мудрость и благость Бога, проявленные в естественном и нравственном мире. Они должны были именоваться Мемориальными лекциями миссис Хепса Эли Силлиман. Попечитель исходил из убеждения, что любое упорядоченное представление фактов природы или истории способствует достижению целей этого фонда эффективнее, чем любая попытка подчеркнуть элементы доктрины или вероучения; поэтому он распорядился, чтобы лекции по догматической или полемической теологии были исключены из сферы действия данного фонда, а темы выбирались преимущественно из областей естественных наук и истории, уделяя особое внимание астрономии, химии, геологии и анатомии.
Далее предписывалось, чтобы каждый ежегодный курс лекций служил основой для тома, входящего в серию, составляющую мемориал миссис Силлиман. Мемориальный фонд поступил в распоряжение корпорации Йельского университета в 1901 году, а настоящий том является четырнадцатым в серии мемориальных лекций.
SILLIMAN MEMORIAL LECTURES
PUBLISHED BY YALE UNIVERSITY PRESS
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАТЕРИЯ. Автор: Джозеф Джон Томсон, доктор наук (D.Sc.), доктор права (LL.D.), доктор философии (Ph.D.), член Лондонского королевского общества (F.R.S.), феллоу Тринити-колледжа и Кавендишский профессор экспериментальной физики Кембриджского университета.
(Fourth printing.) Price $1.50 net.
ИНТЕГРАТИВНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ. Автор: Чарльз С. Шеррингтон, доктор наук (D.Sc.), доктор медицины (M.D.), почетный доктор права Торонтского университета (Hon. LL.D. Tor.), член Лондонского королевского общества (F.R.S.), профессор физиологии Холта Ливерпульского университета.
(Fifth Printing.) Price $5.00 net.
РАДИОАКТИВНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ. Автор: Эрнест Резерфорд, доктор наук (D.Sc.), доктор права (LL.D.), член Лондонского королевского общества (F.R.S.), профессор физики Макдоналда Университета Макгилла.
Price $5.00 net.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ В ХИМИИ. Автор: доктор Вальтер Нернст, профессор и директор Института физической химии Берлинского университета.
Price $1.50 net.
ПРОБЛЕМЫ ГЕНЕТИКИ. Автор: Уильям Бейтсон, магистр искусств (M.A.), член Лондонского королевского общества (F.R.S.), директор Садоводческого института Джона Иннеса, Мертон-Парк, Суррей, Англия.
(Second printing.) Price $5.00 net.
ДВИЖЕНИЯ ЗВЕЗД. С особым упором на движения, определяемые с помощью спектрографа. Автор: Уильям Уоллес Кэмпбелл, доктор наук (Sc.D.), доктор права (LL.D.), директор Ликской обсерватории Калифорнийского университета.
(Second printing.) Price $5.00 net.
ТЕОРИИ РАСТВОРОВ. Автор: Сванте Аррениус, доктор философии (Ph.D.), доктор наук (Sc.D.), доктор медицины (M.D.), директор физико-химического отдела Нобелевского института, Стокгольм, Швеция.
(Third printing.) Price $3.00 net.
РАЗДРАЖИМОСТЬ. Физиологический анализ общего действия раздражителей в живых веществах. Автор: Макс Ферворн, доктор медицины (M.D.), доктор философии (Ph.D.), профессор Боннского физиологического института.
(Second printing.) Price $5.00 net.
ПРОБЛЕМЫ АМЕРИКАНСКОЙ ГЕОЛОГИИ. Авторы: Уильям Норт Райс, Фрэнк Д. Адамс, Артур П. Коулман, Чарльз Д. Уолкотт, Вальдемар Линдгрен, Фредерик Лесли Рансом и Уильям Д. Мэтью.
(Second printing.) Price $5.00 net.
ПРОБЛЕМА ВУЛКАНИЗМА. Автор: Джозеф Паксон Иддингс, доктор философии (Ph.D.), доктор наук (Sc.D.).
(Second printing.) Price $5.00 net.
ОРГАНИЗМ И СРЕДА НА ПРИМЕРЕ ФИЗИОЛОГИИ ДЫХАНИЯ. Автор: Джон Скотт Холдейн, доктор медицины (M.D.), доктор права (LL.D.), член Лондонского королевского общества (F.R.S.), феллоу Нью-колледжа Оксфордского университета.
(Second printing.) Price $1.25 net.
A CENTURY OF SCIENCE
IN AMERICA
СТОЛЕТИЕ НАУКИ В АМЕРИКЕ С ОСОБЫМ УПОРОМ НА «АМЕРИКАНСКИЙ ЖУРНАЛ НАУКИ» 1818–1918 гг.
BY
EDWARD SALISBURY DANA · CHARLES SCHUCHERT
HERBERT E. GREGORY · JOSEPH BARRELL · GEORGE OTIS SMITH
RICHARD SWANN LULL · LOUIS V. PIRSSON
WILLIAM E. FORD · R. B. SOSMAN · HORACE L. WELLS
HARRY W. FOOTE · LEIGH PAGE · WESLEY R. COE
AND GEORGE L. GOODALE
NEW HAVEN
YALE UNIVERSITY PRESS
LONDON · HUMPHREY MILFORD · OXFORD UNIVERSITY PRESS
MDCCCCXVIII
COPYRIGHT, 1918, BY
YALE UNIVERSITY PRESS
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящая книга приурочена к столетней годовщине основания «Американского журнала науки» Бенджамином Силлиманом в июле 1818 года. В первой главе дается относительно подробный отчет о ранних днях журнала с очерком его последующей истории. Остальные главы посвящены основным отраслям науки, занимавшим видное место на страницах журнала. Они написаны с целью показать в каждом случае положение науки в 1818 году и общий прогресс, достигнутый за столетие; особое внимание уделяется американской науке и в особенности материалам, опубликованным на страницах журнала. Ссылки на конкретные статьи в журнале в большинстве случаев включены в текст и содержат лишь номер тома, страницу и год, например (24, 105, 1833); когда таких и других ссылок набирается значительное количество, они сводятся в библиографию в конце главы.
Все расходы на изданием настоящей книги покрываются за счет доходов от Мемориального фонда миссис Хепса Эли Силлиман, учрежденного по завещанию Огастуса Эли Силлимана, племянника Бенджамина Силлимана, умершего в 1884 году. Некоторые из публикуемых здесь глав легли в основу цикла из семи лекций Силлимана в соответствии с условиями этого дара. Выбор данных лекций определялся удобством соответствующих лиц, а отчасти также характером предмета.
TABLE OF CONTENTS
Page
Prefatory Note vii
I. The American Journal of Science from 1818 to 1918. Edward Salisbury Dana 13
II. A Century of Geology: The Progress of Historical Geology in North America. Charles Schuchert 60
III. A Century of Geology: Steps of Progress in the Interpretation of Land Forms. Herbert E. Gregory 122
IV. A Century of Geology (continued): The Growth of Knowledge of Earth Structure. Joseph Barrell 153
V. A Century of Government Geological Surveys. George Otis Smith 193
VI. On the Development of Vertebrate Paleontology. Richard Swann Lull 217
VII. The Rise of Petrology as a Science. Louis V. Pirsson 248
VIII. The Growth of Mineralogy from 1818 to 1918. William E. Ford 268
IX. The Work of the Geophysical Laboratory of the Carnegie Institution of Washington. R. B. Sosman 284
X. The Progress of Chemistry during the Past One Hundred Years. Horace L. Wells and Harry W. Foote 288
XI. A Century’s Progress in Physics. Leigh Page 335
XII. A Century of Zoology in America. Wesley R. Coe 391
XIII. The Development of Botany since 1818. George L. Goodale 439
ПОРТРЕТЫ
Benjamin Silliman Frontispiece
From a painting by G. S. Hubbard, Esq., in possession of Miss Henrietta W. Hubbard
Benjamin Silliman, Jr. opposite page 28
James D. Dana „ „ 36
Edward S. Dana „ „ 48
Wolcott Gibbs „ „ 52
James Hall „ „ 84
G. K. Gilbert „ „ 140
Edward Hitchcock „ „ 156
O. C. Marsh „ „ 232
F. V. Hayden „ „ 196
J. W. Powell „ „ 204
Clarence King „ „ 208
George J. Brush „ „ 276
J. Willard Gibbs „ „ 324
H. A. Newton „ „ 336
James Clerk Maxwell „ „ 348
Louis Agassiz „ „ 404
Thomas H. Huxley „ „ 410
A. E. Verrill „ „ 412
Asa Gray „ „ 444
Charles Darwin „ „ 452
A CENTURY OF SCIENCE
IN AMERICA
I АМЕРИКАНСКИЙ ЖУРНАЛ НАУКИ С 1818 ПО 1918 ГОД
By EDWARD S. DANA
Введение.
В июле 1818 года, сто лет назад, свет увидал первый номер «Американского журнала науки и искусства». Это единственное научное периодическое издание в нашей стране, которое непрерывно издавалось с тех ранних пор, и эту честь оно разделяет едва ли более чем с полую дюжиной других независимых научных периодических изданий во всем мире. Подобные публикации ученых обществ за тот же период также немногочисленны.
По случаю этого столетнего юбилея интересно оглянуться на положение науки и научной литературы в интеллектуальной жизни мира в начале девятнадцатого века и кратко рассмотреть поразительную хронику совместного научного и промышленного прогресса последующего столетия — темы, которые будут подробно освещены в последующих главах. Также уместно вспомнить человека, основавшего журнал, условия, в которых он работал, и трудности, с которыми он столкнулся. Наконец, нам предстоит рассмотреть, хотя и более кратко, последующую историю того, что так часто называли в честь его основателя «Журналом Силлимана».
Девятнадцатый век, и в особенности то столетие, которое нас сейчас интересует, навсегда останется в истории мира периодом, в котором сочетались величайшее развитие во всех областях науки и самый необычайный промышленный прогресс. Лишь в этом столетии научные исследования в полной мере использовали парные методы наблюдения и эксперимента. В бесчисленных случаях они дали нам сначала предварительную гипотезу; затем, посредством проверки и исправления гипотезы вновь полученными данными, была получена признанная теория; наконец, с помощью тех же средств, доведенных до конца, был установлен один из законов природы.
Ранняя наука. — Оглядываясь далеко в прошлое, кажется удивительным, что наука развивалась так поздно, но поразительные свидетельства человеческого гения в воздвигнутых им памятниках и архитектурных остадках показывают, что работа человеческого ума нашла выражение прежде всего в искусстве, после чего человек обратился и к литературе. Покольку мысль человека носила созидательный характер, первыми результатами стали философские системы и объяснения порядка вещей, видимого изнутри, а не так, как его показывает сама природа. Истинное начало науки мы датируем греками, но именно в столетии, предшествовавшем Аристотелю, были построены Парфенон и созданы скульптуры Фидия. Даже сам великий Аристотель (384–322 гг. до н. э.), хотя его иногда называют «основателем естественной истории», много веков спустя был справедливо обвинен лордом Бэконом в том, что сначала сформулировал свои теории, а затем подгонял под них факты.
Сбор фактов исключительно путем наблюдения начался, конечно, очень рано, ибо именно движение солнца, луны и звезд и отношение земли к ним первыми вызвали интерес и, особенно в странах Востока, привели к накоплению данных о движении планет, комет и наступлении затмений. Но никакой координации этих фактов не существовало, и они были настолько переплетены с человеческими суевериями, что имели малую ценность. Между тем стоит упомянуть, что китайские астрономические данные, накопленные более чем за две тысячи лет до христианской эры, в руках подготовленных специалистов дали весьма значительные результаты.
Несомненно, если бы имелись полные сведения о науке ранних цивилизаций, мы бы оценивали ее выше, чем можем сейчас, но, вероятно, и тогда выяснилось бы, что она развивалась изнутри, подобно философиям греков, и лишь под незначительным влиянием самой природы. Действительно примечательно, что вплотную до времени, которое нас интересует, первыми и наиболее полно развивались разделы математики, такие как арифметика и геометрия, а позже их приложения: иными словами, те направления науки, которые наименее тесно связаны с природой.
В важности для науки Александрийской греческой школы во II и III веках до н. э. сомневаться не приходится. Геометрия Евклида (около 300 г. до н. э.) поражала своей завершенностью и четкостью логического метода. Гиппарх (около 160–125 гг. до н. э.) дал миру основы тригонометрии и развил астрономию настолько, что Птолемей 260 лет спустя смог построить систему, которая была хорошо развита, хотя и содержала ошибку в фундаментальном представлении об относитльном положении Земли. Интересно отметить, что «Альмагест» Птолемея Институт Карнеги счел достойным переиздания всего год или два назад. Этот великий астрономический труд, между тем, не имел преемников до труда араба Улугбека в XV веке, который несколько месяцев назад также был издан тем же Институтом.
К александрийской школе также относится Архимед (287–212 гг. до н. э.), который, как знает каждый школьник, был основоположником механики и практически современным физиком-экспериментатором. Он изобрел водяной винт для подъема воды; он открыл закон рычага, который настолько сильно поразил его воображение, что он потребовал ποῦ στῶ, или точку опоры, чтобы поместить на нее рычаг и сдвинуть саму Землю. Он был еще ближе к современной физике в своем прославленном плане сжечь вражеский флот, сконцентрировав солнечные лучи с помощью системы больших зеркал.
Римлянам наука обязана лишь тем, что подразумевается в их грандиозных архитектурных памятниках — зданиях и акведуках, воздвигнутых как на родине, так и в завоеванных ими странах. Плиний Старший (23–79 гг. н. э.) ближе всех заслужил именоваться человеком науки, но его труд по естественной истории, состоящий из тридцати семи томов, является едва ли чем-то большим, чем компиляцией сказок, фактов и вымысла, и его иногда называют собранием анекдотов. Он погиб в «величайшем геологическом событии античности» — извержении Везувия, которое ярко описано его племянником, Плинием Младшим, в «одном из самых замечательных литературных произведений в области геологии» (Циттель).
С падением Рима и упадком римской цивилизации наступил период интеллектуального мрака, из которого мир не выходил до возрождения наук в XV и XVI веках. Тогда расширение географических знаний шло рука об руку с развитием искусства, литературы и зарождением новой науки. Коперник (1473–1543) подарил миру гелиоцентрическую систему солнечной системы; Кеплер (1571–1630) сформулировал законы движения планет; Галилей (1564–1642) со своим телескопом открыл новые горизонты астрономических знаний и заложил основы механики, в то время как Леонардо да Винчи (1452–1519) — живописец, скульптор, архитектор, инженер, музыкант и истинный ученый — изучал законы падения тел и разгадал тайну окаменелостей в горных породах. Еще позже Ньютон (1642–1727) установил закон всемирного тяготения, разработал исчисление бесконечно малых, заложил прочные основы механики, а также изучил свойства линз и призм, так что его «Оптика» (1704) навсегда займет видное место в истории науки.
С момента Возрождения наука неуклонно развивалась, но лишь во второй половине XVIII века были полностью заложены основы в большинстве признаваемых сегодня направлений. Многое из того, что было достигнуто тогда, по крайней мере в общих чертах описано в последующих главах.
Нашу позицию в первые годы девятнадцатого века, непосредственно перед зарождением «Американского журнала», можно кратко резюмировать следующим образом: стремление к знаниям было почти всеобщим, а следовательно, существовал и общий интерес к развитию науки. Математика была прочно утверждена, а математическая сторона астрономии и натурфилософии — как тогда называлась физика — была хорошо развита. Многие явления теплоты и их применения, как в паровой машине Уатта, были известны, и даже истинная природа теплоты была почти установлена нашим соотечественником графом Рамфордом; однако об электричестве имелись лишь немногие искры знаний. Фундамент химии был прочно заложен Пристли, Лавуазье и Дальтоном, в то время как Берцелиус стремительно двигался вперед. Геология также пустила корни, главным образом благодаря трудам Хаттона и Уильяма Смита, хотя Земля оставалась по сути неисследованной областью. Систематическая зоология и ботаника были прочно обоснованы Бюффоном, Ламарком и Кювье, с одной стороны, и Линнеем — с другой; однако обо всем том, что охватывается биологией второй половины девятнадцатого века, мир ничего не знал. Заявления Силлимана во вступительных замечаниях к первому номеру, частично процитированные на следующей странице, излагают дело еще более полно, но они находятся под влиянием энтузиазма того времени, и он вряд ли мог осознавать, каким будет наследие следующих ста лет.
Теперь, оставляя этот беглый и неполный ретроспективный взгляд и переходя к 1918 году, мы обнаруживаем, что контраст между сегодняшним днем и 1818 годом ярче всего проявляется в материальном плане, если рассмотреть способность человека в начале девятнадцатого века удовлетворять свои потребности в перемещении себя и своего имущества. В 1800 году он едва продвинулся дальше своего предка времен зарождения цивилизации; напротив, он по-прежнему зависел при сухопутных перевозках от мускульных усилий себя и домашних животных, в то время как на море вдобавок мог использовать лишь паруса. Первое успешное в коммерческом отношении применение паровой машины было осуществлено Фултоном в 1807 году, когда пароход «Клермонт» совершил свой знаменитый рейс по реке Гудзон. С тех пор транспорт шаг за шагом становился все более быстрым, экономичным и удобным как на суше, так и на воде. Это произошло сначала благодаря совершенствованию паровой машины; позже — посредством электричества, а в дальнейшем и еще более повсеместно — благодаря использованию бензиновых двигателей. Наконец, в эти первые годы двадцатого века то, что когда-то казалось безумной фантазией воображения, осуществилось, и человек покорил воздух, в то время как совершенство подводной лодки столь же удивительно, сколь смертоносной может быть ее работа.
Едва ли менее поразительно практическое уничтожение пространства и времени при электрической передаче человеческой мысли и речи по проводам и посредством волн эфира. Более того, тот же электрический ток дает человеку искусственное освещение и служит ему тысячей других способов.
Но ограничения пространства за тот же период были преодолены и с помощью спектроскопа, который приносит знания о материальной природе Солнца и неподвижных звезд, а также об их движении по лучу зрения; в то же время спектральный анализ выявил существование многих новых элементов и открыл перспективы относительно природы материи.
Химик и физик, часто работающие вместе над исследованием проблем, лежащих на стыке их дисциплин, накопили потрясающий массив новых фактов, из которых были выведены принципы их наук. Было открыто множество новых элементов, по сути практически все, которые требовались по периодическому закону; так называемые постоянные газы были сжижены, и теперь жидкий воздух стал почти игрушкой; абсолютный температурой почти достигнута точка кипения гелия; физические измерения с высокой точностью были осуществлены в обоих направлениях для температур, далеко выходящих за рамки любого масштаба, считавшегося ранее возможным; атом, некогда считавшийся неделимым, оказался состоящим из гораздо более мелких электронов, в то время как его распад в радии и его производных был прослежен с последствиями, которые пока поняты лишь частично, но несомненно имеют далеко идущие последствия; в какой-то момент мы, кажется, приближаемся к трансмутации элементов, которая столь долго была мечтой алхимика. Более того, была открыта и усовершенствована фотография, и с использованием рентгеновских лучей она дает изображение структуры тел, совершенно непрозрачных для глаза; те же рентгеновские лучи, судя по всему, способны локализовать и определять атомы в кристалле.