Виток спирали - Рич Валентин Исаакович

Прошло немного времени — и раствор стал прозрачным.

Так с помощью теории флогистона было открыто замечательное свойство угля впитывать различные примеси. Свойство, которое было применено впоследствии во многих пищевых и прочих химических производствах, а во время первой мировой войны — в противогазах, спасших тысячи и тысячи человеческих жизней…

Почему такая странная и неверная с нашей точки зрения идея, как введение в научный обиход несуществующего вещества — флогистона, продержалась целое столетие и помогало при этом совершать новые открытия?

Да потому же, почему продержалось две тысячи лет учение Аристотеля о несуществующих четырех элементах.

В этих учениях в неверной форме были выражены некоторые совершенно правильные вещи.

Аристотель верно подметил, что разные вещества имеют некоторые одинаковые свойства и догадался, что они зависят от внутреннего строения, от состава этих разных веществ.

А Бехер и Шталь верно подметили, что превращение одних веществ в другие зависит от их взаимодействия друг с другом при нагревании. И еще — что существуют два типа превращений: одни идут с выделением тепла (флогистон уходит), а другие — с поглощением тепла (флогистон приходит). И еще — что превращение металлов в земли сродни горению угля или серы. И еще — что при превращении земель в металлы, к землям присоединяется нечто отнимаемое от угля.

Но, может быть, самое притягательное в теории Бехера и Шталя заключалось в следующем: флогистон прекрасно объяснял природу вещей, не оставляя в ней места ни для Аристотелевых четырех элементов, ни для алхимических трех начал, ни для квинтэссенции, ни для философского камня. Только реальные вещества, с которыми человек имел дело, и одна-единственная тонкая материя — вот и все, что составляло весь способный к взаимным превращениям мир!

Теперь, чтобы остались одни лишь реальные вещества, нужно было избавиться от одной-единственной подпорки, одного-единственного костыля — флогистона. Но, разумеется, должно было пройти немало времени, пока наиболее проницательные исследователи поставили перед собой такую задачу.

Глава вторая,

в которой Ломоносов оспаривает Бойля и Шталя

Первым ученым, отказавшимся от флогистона, был Михаил Васильевич Ломоносов.

Впрочем, сначала Ломоносов занялся не флогистоном, а другой тонкой материей.

Дело в том, что если у химиков, занимающихся превращением веществ, остался в середине XVIII века только флогистон, то у физиков, изучающих свойства и различные формы движения тел, разных тонких материй было более чем достаточно. Самая живучая из них — эфир — дожила до XX века, ее проходил в школе еще автор этой книги. Эфир считался такой невесомой "жидкостью", с помощью которой очень удобно объяснялись удивительные свойства света, с одной стороны, распространяющегося по прямой, а с другой, способного огибать непрозрачные предметы, когда они очень малы.

Столь же удивительным, как свет, казалось в XVIII веке и тепло. Для того чтобы объяснить, например, каким образом оно передается от нагретого тела к более холодному, тот же Роберт Бойль прибегал к тонкой материи, именуемой теплородом, или теплотвором, Это ведь очень удобно: в нагретом теле больше теплорода в холодном меньше — вот он и переходит в холодное, как вода перетекает из более высокого сосуда в тот, что расположен пониже.

В сущности, теплород был чем-то вроде движущей силы флегистона. Однако если флогистон без теплорода существовать не мог, то теплород без флогистона обходился легко и просто: переходя из печки в горшок с супом, он только нагревал суп, но не превращал его ни во что иное…

Первая работа Ломоносова, посвященная этому предмету, датируется 1745 годом. Она так и называлась — "Размышления о причине теплоты и холода".

"В наше время, — указывал Ломоносов, — причина теплоты приписывается особой материи, называемой большинством теплотворной… Это мнение в умах многих пустило такие могучие побеги и настолько укоренилось, что можно прочитать в физических сочинениях о внедрении в поры тела названной выше теплотворной материи, как бы притягиваемой каким-то любовным напитком; и наоборот — о бурном выходе ее из пор, как бы объятой ужасом. Поэтому мы считаем нашей обязанностью подвергнуть эту гипотезу расследованию…"

Откуда берется тепло?

Опыт подсказывал:

"…Теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем: при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаляется докрасна от проковывания частыми и сильными ударами…"

Все это Ломоносов видел не раз собственными глазами. Но как было увидеть, что именно происходило при этом?

Увидеть было нельзя, но понять — можно. А первый намек на истину содержался в замечательных словах Демокрита: "Обыкновенно мы говорим о сладком и горьком, о теплом и холодном, о цвете и запахе, в действительности же существуют атомы и пустое пространство".

Нельзя сказать, что учение Демокрита об атомах было забыто. Нет, об атомах помнили. Только не знали, к какому делу их приставить. Потому что было совершенно непонятно, как совместить наличие атомов, которых, как учил Демокрит, неисчислимое множество сортов, с наличием четырех элементов Аристотеля. Если весь мир состоит из нескольких элементов, то как он может состоять из множества сортов атомов — тогда и сортов атомов должно быть всего несколько?

Так порознь и существовали в умах ученых людей атомы и элементы.

Роберт Бойль, например, весьма скептически относясь к элементам алхимиков, скептически относился и к идее о небольшом количестве изначальных элементов вообще.

А в атомы он верил. Атомы жидких тел представлялись ему находящимися в беспрестанном движении, атомы твердых тел — неподвижными. Промежутки же между атомами, по мнению Бойля, были заполнены тонкой материей.

Но что, если никакой тонкой материи нет? — размышлял Ломоносов. — А есть лишь атомы и пустота? И атомы эти — не только жидких, но и твердых тел — могут двигаться?

Тогда и трение, и частые, сильные удары молота — все это подстегивает атомы, они движутся внутри тел все быстрее и быстрее, а мы ощущаем это ускорение движения атомов как нагревание вещества, из них составленного, а замедление — как охлаждение.

А когда мы наблюдаем, как нагретое тело передает тепло холодному, то на самом деле в это время частицы одного вещества передают частицам другого вещества свое движение.

При чем же тут, теплород?

В XVI или даже в XVII веке, опровергая теплород, можно было ограничиться одними рассуждениями. Но в XVIII веке рассуждения полагалось подкреплять опытами. Тем более, что гипотеза о теплороде имела свои опытные подтверждения, в том числе широкоизвестным экспериментом знаменитого Роберта Бойля.

В 1673 году Бойль поставил такой опыт: в запаянной реторте стал нагревать кусок свинца. Через два часа часть свинца превратилась в красную землю. Бойль отломил запаянный кончик реторты и услышал, как в нее с шумом ворвался воздух. Взвесив вещество, находящееся в реторте, он обнаружил, что превратившийся в землю свинец потяжелел на 8 гранов. Эту прибыль в весе он приписал теплороду, мельчайшие частицы которого сумели проникнуть через стекло в запаянную реторту.

В отличие от Бойля, Ломоносов взвешивал реторты со свинцом до и после прокаливания заплавленными и никакого прибавления в весе ни на единый гран ни в одном случае не обнаружил, хотя часть свинца в реторте и превращалась в красный порошок.