Предчувствия и свершения. Книга 1. Великие ошибки
Шрифт:
1773 год. Марату тридцать лет, он издает двухтомное сочинение «Философский опыт о человеке».
1774 год. Он издает памфлет «Цепи рабства», выдающееся политическое произведение, направленное против абсолютизма, в защиту революционной диктатуры. Всё это — ещё не физика.
Только где-то позднее Марат размышляет над загадкой теплоты. Но не позже 1780 года. Потому что вышедшая в этом году статья явилась завершением, а не началом исследований Марата в области теплоты. И потому, что после восьмидесятого года научные интересы Марата принимают новое направление — об этом речь впереди. Но и в эти несколько лет — между 74-м и 80-м годами — он посвящает теплороду лишь часть своего времени, ибо в 1776 году переезжает
Замечательно, что дореволюционная — недолгая, нерегулярная, непрофессиональная — научная работа получила тем не менее высокую оценку. Шотландский университет в 1775 году, когда Марату исполнилось 32 года, присваивает ему звание доктора медицины, а Дижонская и Руанская академии присуждают ему премии за ряд работ по физике.
Конечно, ценой такой небольшой дозы времени, усилий, раздумий невозможно было решить вопрос, над которым до Марата думали, и без особого успеха, многие великие умы: Аристотель и Роджер Бэкон, Кеплер и Эйлер, Декарт, Ньютон, Галилей…
Учёные давно бились над разгадкой тайны теплоты. Они установили ряд фактов, но не смогли достичь понимания природы тепловых явлений… То побеждало предположение, что теплота связана с особым веществом — теплородом, своеобразным флюидом, рассеянным по всей природе. То учёные склонялись к мысли, что теплота — это состояние тела. Но все эти мнения были чисто умозрительными, а само понятие теплоты — расплывчатым, неопределённым. Одни отождествляли теплоту с огнем, поэтому часто путали теплород с флогистоном, столь же гипотетической огневой жидкостью. Другие считали источником теплоты огонь — это мнение восходило к давним временам, когда философы ионийской школы объявили огонь одним из основных элементов, составляющих природу, её первоосновой.
Самой долговечной и устойчивой оказалась вера в теплород, жидкость, способную переливаться из одного тела в другое и превращать твёрдые тела в жидкие, жидкие –
в газообразные. В старых научных трудах можно встретить равенства типа: лед + теплород = вода. Вода + теплород = водяной пар.
Мысль о том, что нагревание связано с добавлением какой-то жидкости, заполняющей пространство между частицами тела, находила подтверждение в повседневности. Например: циркач соскальзывает по канату, и канат от трения нагревается — ясно, что ноги сжимают канат и выдавливают из промежутков между его атомами теплород, словно воду из мокрой тряпки. Удобное, наглядное, правдоподобное объяснение. Поэтому-то теплород держался в науке вплоть до начала XIX века, даже после того, как были поставлены убедительные опыты, опровергающие эту теорию. Такая ситуация не исключительна в науке. Скорее, типична. Учёным трудно расставаться со своими пристрастиями, с точкой зрения, в которую они уверовали. Нелегко рассыпать логическую схему аргументов и доказательств, в которую они вжились.
Кроме того, простое объяснение всегда предпочтительнее сложного, пусть строжайшим образом обоснованного. Это своеобразный закон простоты. Недаром в науке всегда ценится самое простое решение. Конечно, оно должно быть ещё и истинным.
Мы начали эту историю с того момента, когда Марат, выбрав концепцию теплорода из всего набора прежних гипотез и опираясь на свои опыты, которые убедили его в том, что нагретые тела тяжелее холодных, облёк свои выводы в законченную, как ему казалось, неуязвимую форму научной теории.
Если бы Марат проявил больше экспериментального искусства, терпения, осмотрительности! Он мог бы, должен был бы прийти к иному выводу. Это сделал Румфорд и своими опытами доказал, что Марат ошибается: вес тел при нагревании ничуть не меняется. Румфорд ещё не имел основания «отменить» теплород, но получил право на сомнение. Если теплород и существует в природе и принимает участие в превращении состояния тел, то это вещество без веса — сделал осторожный вывод Румфорд.
Это был один из первых робких выпадов против теплорода.
Кинжал и гильотина обрывают спор
В том же 1780 году, когда Марат вынес свою теорию теплорода на суд общественности, два его соотечественника сделали куда более решительный шаг к истине, предположив, что «теплота — это vis viva (живая сила), происходящая из-за неощутимого движения молекул тела».
Эти два соперника Марата (не только научные, но и политические), исследователи огромного дарования, сыграли важнейшую роль не только в низвержении гипотезы теплорода, но и в истории своей страны и мировой науки.
Находившийся в командировке в Париже в 1781 году русский академик астроном Лексель в письме своему другу, секретарю Петербургской академии наук Эйлеру дал их любопытные словесные портреты.
Об одном из них, старшем, он пишет: «… молодой человек очень приятной наружности, прекрасный и трудолюбивый химик. У него красивая жена, любительница литературы и председательница на собраниях академиков, когда они пьют чай после академических заседаний…»
Через тринадцать лет этому приятному молодому человеку, члену Французской академии наук, отрубят голову как врагу народа, но он успеет прославить родину своими «Физико-химическими этюдами», «Трактатом о теплоте»; ниспровержением флогистона, установлением закона сохранения масс, химической формулы воды, основ теории горения, созданием новой химии, основанной на понятии химических элементов, и его имя — Лавуазье — история поставит рядом с именами Ломоносова и Дальтона.
О другом Лексель пишет так: «Он автор прекрасных, замечательных произведений и сам это слишком хорошо знает, имеет он также познания и в других науках, но мне кажется, что он ими злоупотребляет, желая решать всё в академии. К тому же он очень упрям. Его желчное, порой отвратительное настроение происходит, быть может, от чрезмерной бедности…» Это — о крестьянском сыне и будущем маркизе, графе империи, пэре Франции и министре внутренних дел, члене Сената, члене Французской академии наук и всех академий Европы. Это — об авторе гениальной «Небесной механики», где изложена одна из первых (вслед за Кантом) космологических гипотез; учёном, занимавшемся теорией приливов и отливов, исследовавшем устойчивость Солнечной системы, измерившем ускорение Луны, рассчитавшем движение спутников Юпитера, авторе «Опыта философии теории вероятностей» — о Лапласе.
Эти два учёных со столь обширными и полярными интересами объединились в борьбе против теплорода.
Vis viva, живая сила, увы, тоже оказалась одной из ошибок науки, но это уже было ближе к истине. Считая теплоту результатом движения молекул и называя её живой силой, Лавуазье и Лаплас предложили её количественное определение как суммы произведений масс всех молекул тела на квадрат их скорости.
Они конструируют прибор для определения степени нагревания, калориметр, и в результате серии экспериментов находят очень точный для их времени метод измерения линейного коэффициента расширения твёрдых тел при нагревании. Это важный шаг, так как ещё не очень ясна связь между теплотой тела и его температурой. Ведь раньше температура и теплота вообще не различались. В XVII веке даже не возникало сомнения в тождественности этих понятий. Считалось, что термометры измеряют абсолютное количество теплоты. Кстати, и по сей день начинающие изучать физику не сразу чувствуют отличие понятий температуры и теплоты. Трудность усвоения этого различия — отголосок исторической ситуации. Она напоминает о том, что вопрос этот очень сложен. То, что сегодня трудно понять студенту, раньше с трудом давалось маститым учёным, которые не изучали, а впервые постигали природу теплоты.