Но если Кролла всегда интересовало самое глобальное явление планета в целом, то Тиндаль пытался связать между собой явления разных масштабов. Его наблюдения и теории охватывали и столь малые объекты, как кристаллы льда и молекулы воды, и такие огромные, как горы и ледники. Тиндаль видел связи повсюду, но именно вода давала ему ключ к пониманию главной тайны и красоты Вселенной ее целостности. Как ни странно, писал Тиндаль, «холодные льды Альп берут свое начало в солнечном тепле»[34]. «Невозможно основательно изучить снежинку без того, чтобы шаг за шагом не вернуться к химическому составу Солнца. И это свойственно всей Природе. Все ее части взаимосвязаны, и полноценное изучение какой-либо одной из них включает и изучение всех остальных»[35]. Для Тиндаля фундаментальные силы, действующие в самом малом масштабе, никогда не были отделены от глобальных явлений: малейшие изменения, происходящие в сердце ледника, в его понимании были связаны не только со всем ледником и его движением, но и с общими физическими процессами на Земле и во всей Вселенной. Воображение Тиндаля, не зная границ, двигалось все дальше и дальше, связывая физику Земли с физикой Солнца и космоса.
Идея целостности природы и взаимосвязи энергии и материи была для Тиндаля сродни религии. Но хотя он высказывал свои убеждения громче и настойчивей, чем многие его современники, среди них также были те, кто стремился объяснить самые сложные и масштабные феномены с помощью физики мельчайших частиц, образующих материю. Если в прежние времена естествоиспытатели и геологи, изучавшие Землю, довольствовались составлением карт и описанием наблюдаемого, то к середине XIX в. прогресс науки дал им возможность не просто описывать, но и объяснять существующие явления и раскрывать их механизмы. Ледники оказались идеальной лабораторией, позволявшей не только подвергнуть проверке различные гипотезы о прошлом планеты, но и преобразовать сами науки о Земле. «Никакая другая область исследований не подводит нас ближе к пониманию внутренней кухни природы, писал рецензент о работах Тиндаля, Агассиса и Форбса, и не находится в лучшем положении, чтобы наблюдать за тем, как мельчайшие физические элементы объединяются, чтобы произвести впечатляющие своей масштабностью результаты, чем та, которая занимается изучением этих огромных масс льда, называемых ледниками»[36]. Ледники помогали пролить свет на внутренние механизмы природы, понять, как нечто столь малое и хрупкое, как кристаллы льда, в соединении с другими такими же кристаллами способно с течением времени сформировать рельефы гор и даже целых континентов.
Идея целостности природы и взаимосвязи энергии и материи была для Тиндаля сродни религии. Но хотя он высказывал свои убеждения громче и настойчивей, чем многие его современники, среди них также были те, кто стремился объяснить самые сложные и масштабные феномены с помощью физики мельчайших частиц, образующих материю. Если в прежние времена естествоиспытатели и геологи, изучавшие Землю, довольствовались составлением карт и описанием наблюдаемого, то к середине XIX в. прогресс науки дал им возможность не просто описывать, но и объяснять существующие явления и раскрывать их механизмы. Ледники оказались идеальной лабораторией, позволявшей не только подвергнуть проверке различные гипотезы о прошлом планеты, но и преобразовать сами науки о Земле. «Никакая другая область исследований не подводит нас ближе к пониманию внутренней кухни природы, писал рецензент о работах Тиндаля, Агассиса и Форбса, и не находится в лучшем положении, чтобы наблюдать за тем, как мельчайшие физические элементы объединяются, чтобы произвести впечатляющие своей масштабностью результаты, чем та, которая занимается изучением этих огромных масс льда, называемых ледниками»[36]. Ледники помогали пролить свет на внутренние механизмы природы, понять, как нечто столь малое и хрупкое, как кристаллы льда, в соединении с другими такими же кристаллами способно с течением времени сформировать рельефы гор и даже целых континентов.
Уникальность подхода Тиндаля заключалась в том, что открытия, сделанные в горах, он развивал далее с помощью экспериментов, которые проводил в лабораторных условиях. В Альпах Тиндаль измерял движение ледяных потоков, заполнявших целые горные котловины, а по возвращении в Лондон продолжал исследовать движение льда, но в гораздо меньших масштабах. Хотя, по его собственному признанию, им двигало острое желание «сокрушить» теории тех, кого он считал своими соперниками, главным его вкладом в развитие геологической науки стала именно эта комбинация полевых и лабораторных исследований, а не победа в битве за окончательную теорию движения ледников.
Его лаборатория удобно располагалась в цокольном этаже здания Королевского института, где он читал лекции как профессор естественных наук, на Альбемарл-стрит, недалеко от Пикадилли. Летом 1856 г., по возвращении из своей первой, совместной с Томасом Хаксли экспедиции в горы, Тиндаль засел в лаборатории и принялся экспериментировать: превращать плотный речной лед в трещиноватый глетчерный, создавать характерную полосчатую структуру льда, формировать трещиноватость в почти кристально прозрачной ледяной толще.
Эксперименты были прекрасны своей простотой. Тиндаль поручил лаборанту изготовить набор прочных деревянных форм и в них замораживал лед и проводил с ним различные манипуляции, чтобы сымитировать поведение ледника. Он хотел показать, что лед движется за счет чередования процессов таяния и замерзания, которые происходят в таких незначительных масштабах как по объему, так и по времени, что это делает процесс неотличимым от течения жидкости. Но, несмотря на кажущееся сходство с вязкой жидкостью, такой как патока или мед, в действительности лед ведет себя как нестабильное вещество. Под давлением тысяч тонн вышележащих слоев в месте соприкосновения с твердой землей он претерпевает дискретную смену физических состояний от твердого к жидкому и обратно к твердому. Этот процесс чередующегося плавления и замерзания Тиндаль назвал уродливым словом «режеляция»[37], изначально придуманным его учителем Майклом Фарадеем. Братья Джеймс и Уильям Томсоны добавили в понимание этого процесса еще один критически важный фактор давление. Они предсказали, а затем экспериментально доказали, что оно снижает температуру плавления льда[38]. Это означает, что таяние легче всего происходит в самых нижних слоях ледника, лежащих под неимоверной тяжестью верхних. Талая вода вытекает из-подо льда, отчего давление постепенно снижается и в результате основание ледника вновь замерзает до тех пор, пока давление не возрастет опять настолько, чтобы лед начал плавиться. И так повторяется снова и снова.
Едва слышное гудение атомов, которое, как считал Тиндаль, наполняло жизнью каждую частицу Вселенной, перерастало в мощный гул там, в глубине ледника, где лед пребывал в неустойчивом состоянии на границе плавления. Под действием колоссального давления он постоянно пересекал этот порог туда-обратно плавился и вновь возвращался к твердому состоянию, выпустив тепло в форме воды. То, что казалось текучей субстанцией, в действительности было подобно массивному локомотиву, рывками соскальзывающему по склону вниз, в долину.
15 января 1857 г. Тиндаль впервые представил результаты своих исследований научному сообществу. Он не только изложил концепцию, которую разработал совместно со своим другом Томасом Хаксли, но и воспользовался возможностью, чтобы раскритиковать другую, популярную на тот момент, теорию движения ледников, выдвинутую Джеймсом Форбсом. Форбс был старше Тиндаля на 11 лет и на 15 лет раньше впервые побывал в Альпах вместе с самим Агассисом. Вскоре он рассорился с Агассисом, опубликовав статью, в которой, по мнению последнего, недостаточно признал его вклад. Тем не менее Форбс продолжил ездить в Альпы и публиковать научные статьи, продвигая свою идею о том, что лед ведет себя подобно вязкому веществу вроде патоки. Тиндаль и Хаксли критиковали Форбса за использование термина «вязкий». Тиндаль утверждал, что, находясь под достаточно высоким давлением, лед становится хрупким и нестабильным. По его словам, вязкость, о которой твердил Форбс, была лишь кажущейся.
На наш современный взгляд, теория Тиндаля не так уж сильно отличается от теории Форбса. Оба утверждали, что лед течет подобно жидкости, и расходились лишь в деталях относительно того, как происходит этот процесс. Принципиальная разница между двумя учеными и их теориями заключалась в подходах. Для Форбса движение ледников было проблемой геологии проблемой понимания механизмов, формирующих Землю в целом. Микрофизика того, как именно происходит перемещение льда, его не интересовала. Тиндаль же считал иначе, придавая ключевое значение пониманию физического аспекта. Опираясь на работы Хопкинса и братьев Томсонов, он пришел к выводу, что ледник движется шагами. Конечно, он признавал, что это были крошечные шажки, затрагивавшие малые объемы льда, которые таяли и замерзали в основании ледника. Однако в этом крылся куда более важный смысл а именно то, что знания о молекулах и энергии, полученные благодаря математике и физике, могут быть использованы для предсказания и понимания поведения таких огромных, сложных и, казалось бы, непостижимых феноменов, как альпийские ледники. В этом смысле борьба между Тиндалем и Форбсом носила поистине фундаментальный характер. Это был не просто спор по поводу семантики, это была битва за то, чтобы признать один способ познания Земли и научного объяснения более верным, чем другой.
Не все были согласны с видением науки, которое предлагал Тиндаль. Прежде чем прийти к согласию по вопросам, связанным с природой ледниковых периодов, историей Земли или движением ледников, научному сообществу необходимо было договориться о том, как должен выглядеть ответ на такие вопросы то есть сама теория. Тиндаль пытался выиграть битву, дополняя свои героические полевые исследования в горах четко организованными экспериментами в лаборатории. Он был убежден, что благодаря такому подходу ученому под силу в одиночку (если не брать в расчет помощь ассистентов, носильщиков и т. п.) раскрыть истинную суть явлений, которые казались одним, но в реальности были совсем другим как в случае с движением ледников, которое внешне напоминало течение вязкой субстанции, но на деле оказалось режеляцией процессом попеременного замерзания и оттаивания.