Низвержение флогистона

Низвержение флогистона

В солидной работе итальянского ученого Микеле Джуа (1966) сделано признание, редкое для иностранных специалистов: «Еще задолго до Лавуазье Ломоносов высказал идею, согласно которой увеличение веса, проявляющееся при обжиге металлов, следует приписать частицам воздуха. В противоположность Лавуазье, считавшего теплоту весомой, Ломоносов утверждал, что она представляет собой форму движения. Он высказал также оригинальные идеи относительно корпускулярного строения материи».

Возможно, Джуа не знал, как Ломоносов пришел к своим идеям, а поэтому сообщил о нем мелким шрифтом. А следовало бы выделить текст об этом достижении в особую главу, хотя бы так, как это он сделал, рассказывая о немецком химике Георге Эрнсте Штале (1660–1734), создателе теории флогистона (в переводе с греческого «флогистон»— «воспламеняющийся»).

Эта концепция предполагает, что в горючих телах присутствует особая субстанция. Некогда ее называли «жирной землей», по-видимому, по аналогии с нефтью. Затем ввели в научный обиход под звучным именем флогистона. (Порой ученых завораживает какой-либо термин, словно его имя уже само по себе объясняет суть явления.)

Выдающийся английский химик и физик Роберт Бойль (1627–1691) постарался построить химию на научных основах. Он исходил из гипотезы атомного строения вещества и стремился не принимать идеи на веру, а обосновывать их на опыте. Характерное заглавие одной из его книг: «Химик-скептик».

В 1673 году Бойль провел серию опытов, изучая изменение металлов при обжиге: брал стеклянные реторты, клал в них свинец (или олово), заплавлял герметически горлышко сосудов и взвешивал их. Затем два-три часа нагревал такую реторту на огне. Свинец переходил в окалину. Когда реторту открывали, воздух с шумом врывался в нее. Это Бойль считал убедительным доказательством герметичности сосуда.

После вторичного взвешивания обнаруживалась прибыль веса. Откуда она взялась? Бойль сделал вывод: происходит соединение с металлом «весомой части пламени материи огня». Что это за «материя огня», оставалось неизвестным. Г.Э. Шталь предложил именовать ее флогистоном. Позже этот гипотетический флюид называли теплородом.

Почему же с добавлением флогистона вес металла увеличивается? И тут решение нашлось: «воспламеняющаяся» субстанция имеет отрицательный вес. По этой причине, например, пламя огня стремится вверх.

Идея оригинальная, логика четкая. Осталось выделить флогистон в чистом виде. Но это никак не удавалось. Обнаружился только странный факт: два члена Флорентийской академии, нагревая алмаз при помощи зажигательного стекла, обнаружили, что он исчезает без остатка! Выходит, самый твердый минерал целиком состоит из флогистона?

В этом усомнился известный французский химик, современник Ломоносова, Пьер Жозеф Макер. В его лаборатории был произведен опыт в присутствии зрителей. Парижский ювелир во имя науки решил пожертвовать тремя алмазами. Их поместили в герметически закрытый тигель. После прокаливания тигель открыли. Алмазы остались невредимыми.

Как объяснить этот эксперимент? Просто: «воспламеняющаяся» субстанция не улетучилась, вот и все! Ведь то же происходит и с металлами в закрытом сосуде.

Опыты проводились тщательно, неоднократно проверялись и подтверждались. Казалось бы, теория флогистона непоколебима.

В этом усомнился Михаил Ломоносов. У него был свой взгляд на причину тепла, горения: это — результат движения и столкновения незримых корпускул, атомов, существование которых предполагали еще философы Античности. Среди его заметок по философии физике, сделанных в 1741–1743 годах на латинском, немецком, французском и частично русском языках, есть и такая: «Не следует выдумывать много разных причин там, где достаточно одной; таким образом, раз центрального движения корпускул достаточно для объяснения теплоты, так как оно может увеличиваться до бесконечности, то не следует придумывать другие причины».

Первая часть высказывания формулирует так называемую «бритву Оккама», средневекового английского философа. Во второй части — сомнение в теории флогистона. В другой заметке писал: «Свет есть материя». По-видимому, он разделял корпускулярную теорию света Ньютона.

Исходя из своих научно-философских представлений, с учетом знания научных экспериментов, он изложил в 1743 году «Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств». В нем высказал мысль о существовании абсолютной температуры, при которой прекращается внутренне движение атомов данного вещества: «Величайший холод в теле — абсолютный покой материи; если есть хоть где-либо малейшее движение, то имеется и теплота».

Это — замечательное открытие! Только в середине XIX века английский физик В. Томсон (лорд Кельвин) ввел в науку понятия абсолютной шкалы температур и абсолютного нуля.

В этой же работе Ломоносов неявно опроверг теорию флогистона и теплорода: «Теплота состоит во внутреннем движении тел». Эту мысль он повторил несколько раз. В диссертации «О причинах тепла и холода», представленной в том же году, он с полной определенностью усомнился в теории флогистона. 25 января 1744 года получил резолюцию академиков: «Намерения и прилежания г. адъюнкта заслуживают похвалы… но кажется, что он слишком поспешно приступил к делу, которое видится превосходящим его силы… Равным образом было высказано мнение, что г. адъюнкту не следует стараться о порицании трудов Бойля, пользующихся, однако, славою в ученом мире».

Диссертацию возвратили автору для исправлений. Можно еще кое-как согласиться с мнением академиков о недостаточно обоснованном выводе Ломоносова. Однако ссылка на авторитет Бойля свидетельствует о религиозном, а не научном подходе к оценке теорий. Ученым свойственна, к сожалению, вера в теории, превращенные в догмы.

Ломоносов превосходно освоил научный метод. Но не обучать же этому почтенных академиков! Пришлось учесть их несправедливую критику. В диссертации на получение профессорского звания «О светлости металлов» он стал ссылаться на «горючую материю», чем вполне удовлетворил критиков.

Позже в статье «Размышления о причине теплоты и холода» (написана в 1747 году, напечатана в 1750-м) он опроверг теорию флогистона. Сделал вывод из философских рассуждений: «Теплота состоит во внутреннем движении материи». Вновь упомянул об абсолютной температуре: «Хотя высшая степень холода возможна (то есть абсолютный нуль — Р.Б.), однако, по имеющимся данным, таковая на земном шаре нигде не бывает».

«В наше время, — писал он, — причина теплоты приписывается особой материи, называемой большинством теплотворной, другими — эфирной, а некоторыми — элементарным огнем…

Это мнение в умах многих пустило такие могучие побеги и настолько укоренилось, что можно прочитать в физических сочинениях о внедрении в поры тел названной выше теплотворной материи, как бы притягиваемой каким-то любовным напитком; и наоборот, о бурном выходе ее из пор, как бы объятой ужасом».

Ломоносов сделал остроумное замечание:

«Солнечные лучи, выделенные и собранные в фокус зажигательного зеркала, дают весьма сильный жар, как и яркий свет; считают, что этим наглядно показывается — как бы при свидетеле Солнце, — что теплотворная материя, или элементарный огонь, вышедший из Солнца, сгущается в фокусе зеркала…

Кажется, легко предположить, что при этом материя света распространяется от Солнца, как река из источника. Но эта гипотеза очень похожа на ту, которая будет утверждать, что воздух от звучащего тела распространяется со скоростью… звука. Очевидно, при этом смешивают эфир и лучи, которые друг от друга различаются, так лее как между собою различествуют движение и материя… Кто свободен от предрассудков, конечно, согласится с нами, что никак нельзя доказать существование теплотворной материи возникновением жара в фокусе зажигательного стекла».

Общий вывод: «Нельзя приписывать теплоту тел сгущению какой-то тонкой, специально для того предназначенной материи, но что теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи нагретого тела».

В отчете о своих занятиях в 1756 году он отметил: «Между разными химическими опытами, которых журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жара. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойла мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».

Русский химик Б.Н. Меншуткин писал: «Таким образом, опыты Ломоносова с полной определенностью показали, что образование окалины происходит именно от соединения металла с воздухом. При прокаливании результат этот чрезвычайно важен. Истинное объяснение явления горения как соединения горящего или обжигаемого тела с кислородом воздуха принадлежит Лавуазье, который, начав свои классические исследования именно с повторения опытов Бойля в 1773 году, через 17 лет после Ломоносова, получил совершенно такой же результат».

В этом высказывании есть две неточности. О своем открытии Ломоносов написал академику Леонарду Эйлеру в 1748 году. Значит, Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794) «опоздал» на четверть века. Объяснение явления горения предложил в том же письме Ломоносов: «Нет никакого сомнения, что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его».

По словам В.И. Вернадского, самым крупным достижением Ломоносова «является открытие им закона постоянства массы (вещества) в 1748 г. и опубликование его в 1760 г. Этот закон, называемый иногда законом Лавуазье, по всей справедливости может быть назван законом Ломоносова — Лавуазье».

Низвержение теории флогистона, доказательство — на основе опытов — отсутствия теплорода как особой субстанции позволили сформулировать закон постоянства количества вещества: «Все изменения, совершающиеся в природе, происходят таким образом, что сколько к чему прибавилось, столько же отнимается от другого. Так, сколько к одному телу прибавится вещества, столько же отнимется от другого… Этот закон природы является настолько всеобщим, что простирается и на правила движения: тело, возбуждающее толчком к движению другое, столько же теряет своего движения, сколько отдает от себя этого движения другому телу».

(В XX веке выяснилось: корректнее утверждать постоянство энергии; при соединении частицы с античастицей вся их масса теряется, переходя в энергию по формуле mc² = Е; частично нечто подобное происходит при радиоактивном распаде.)

Допустимо ли подчеркивать приоритет Ломоносова в отрицании флогистона и доказательстве закона сохранения вещества? Не только допустимо, но и необходимо.

«Опыты Лавуазье, — пишет М. Джуа, — доказывающие, что при химических реакциях общий вес реагирующих и образующихся тел один и тот же, были поистине поразительны для того времени». Что же тогда говорить про сходные (хотя и менее масштабные) опыты Ломоносова, проведенные на четверть века раньше?! И с каким мужеством русский ученый выступил наперекор укоренившимся в науке представлениям!

Он понимал: его научный труд вряд ли будет оценен по достоинству; скорее, вызовет несправедливые нападки. В письме Леонарду Эйлеру, на которое мы уже ссылались, он признался: «Всю систему корпускулярной философии мог бы я опубликовать, однако боюсь: может показаться, что даю ученому миру незрелый плод скороспелого ума, если я выскажу много нового, что по большей части противоположно взглядам, принятым великими мужами».

И все-таки он продолжал развивать свои научные теории. Высказал идею всеобщего закона природы — сохранения не только постоянства вещества, но и движения, которое он в некоторых случаях представлял как форму энергии (столь широких обобщений не дал Лавуазье). То, что он не проделал безукоризненных и многочисленных опытов, ничуть не умаляет его заслуги. Скажем, Альберт Эйнштейн прославлен как физик, хотя никаких экспериментов не проводил. А Ломоносов и опыты проводил, и сделал великие теоретические обобщения.

Правда, он писал о воздухе вообще, тогда как Лавуазье сделал следующий шаг, говоря о составной части воздуха, которую открыл и назвал кислородом. С другой стороны, Лавуазье в «Элементарном курсе химии» (1789) в список химических элементов включил… теплород! (Он перечислил «простые вещества, которые можно рассматривать как элементы»: свет, теплород, кислород, азот и водород.)

Несомненная заслуга Лавуазье: своей работой он заложил систематические основы химии Нового времени. Он установил состав воды, разложив ее на кислород и водород, а затем, соединив их, синтезировал воду…

Впрочем, заслуги Лавуазье прославлены на весь мир, тогда как о великом достижении Ломоносова иностранные специалисты предпочитают в лучшем случае писать мелким шрифтом. А ведь, в отличие от Лавуазье, он не родился в богатой столичной семье, не был женат на богатой даме, не был академиком в 25 лет и не имел возможности с юности проводить сложные химические эксперименты. И все-таки Ломоносов превзошел его в познании законов природы. Почему?

Вряд ли тут разумно ссылаться на врожденный гений, «дар Божий» и прочие недоказуемые, подобно флогистону, материи. В самом общем виде ответ прост: Михаила Васильевича отличала высокая культура мышления. В этом он был подобен великим философам Античности, выдвинувшим гениальные идеи атомов, шаровидности Земли, Солнечной системы и многие другие, предварившие позднейшие научные открытия.

Читая труды Ломоносова, восхищаешься его умению рассуждать. Да, и до него были высказаны некоторые идеи, которыми он воспользовался. По его словам, «почетнее признать правильные чужие положения, чем поддерживать свои ложные».

.. Из огромного богатства идей, накопленных человечеством, каждый выбирает то, что ему по уму и по совести, по уровню развития. Ломоносов не только делал верный выбор, но и умело развивал идеи, приходя к замечательным результатам. В этом мы убедимся и на других примерах. В своих исследованиях он точно намечал цели, великолепно применял научный метод и по мере возможности использовал необходимые средства.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.