Рассказ о строении вещества

Мезенцев Владимир Андреевич

Но откуда берётся эта огненная материя? — спрашивает Ломоносов. Отчего, например, «…зимою, при жесточайшем морозе… порох зажигается от только что возникшей маленькой искры и вдруг расширяется в огромное пламя? Откуда и в силу какого удивительного свойства собирается эта огненная материя? Слетается ли она со сказочной быстротой из очень отдаленных мест и зажигает порох? Но в этом случае необходимо, чтобы нагрелись и расширились от прилетающего огня прежде пороха другие тела…». И Ломоносов утверждает, что нет никакой таинственной тепловой «материи». «Очень хорошо известно, — пишет он, — что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается докрасна от проковывания частыми и сильными ударами, а если их прекратить, то теплота уменьшается и произведенный огонь тухнет».

Но что движется в тёплом теле? Почему, например, если раскрутить кусок железа, привязанный к верёвке, то он при этом совсем не нагреется?

И на этот вопрос мы находим ответ у М. В. Ломоносова. «Так как тела могут двигаться двояким движением — общим, при котором все тело непрерывно меняет свое место при покоящихся друг относительно друга частицах, и внутренним, которое есть перемена места…частичек материи; и так как при самом сильном общем движении часто не наблюдается теплоты, а при отсутствии такого движения — наблюдается большая теплота, то, следовательно, теплота состоит во внутреннем движении материи».

Так великий русский учёный, намного опередив своих современников, указал истинную природу теплоты.

Нет в мире как тепловой, так и прочих «тонких невесомых материй»! Всё, из чего состоит мир, вещественно — имеет вес и меру.

Нет нематериальных элементов. Любой химический элемент — это не элемент-свойство, не нечто невесомое, неосязаемое, а материальное вещество, не разлагаемое далее доступными химику средствами.

И ясно также, что число таких не разлагаемых далее веществ в мире больше, чем три или четыре элемента древних учёных. К началу XIX века их найдено уже больше двух десятков.

Но какова же внутренняя природа этих основных веществ мира? Как и из чего построены сами химические элементы? Чем они отличаются друг от друга? Какими путями они соединяются друг с другом в сложных телах? Наконец, сколько же их, всех этих химических элементов, существует во всём мире?

Все эти вопросы встали перед химиками и физиками XVIII и XIX веков сразу же после того, как был решён вопрос о материальности химических элементов.

II. РОЖДЕНИЕ НАУКИ

1. Великий закон природы

В упорной борьбе со старыми, неверными взглядами средневековых учёных рождаются новые науки, изучающие природу, — химия и физика. Твёрдую научную основу для этих наук закладывает великий русский гений М. В. Ломоносов, изгнав из науки «тонкие материи».

Но Ломоносов делает для науки ещё большее. Он открывает великий закон природы — закон сохранения вещества и движения, закон сохранения материи.

Наблюдая взаимные превращения различных веществ, люди видели, что нередко отдельные тела как бы «исчезают», пропадают бесследно, или, наоборот, «возникают», рождаются из «ничего». Так при горении «исчезает» полено дров, сгорает «без остатка» свеча. Так из маленького семени вырастает в цветочном горшке растение; при этом вес земли, заключённой в горшке, остается прежним, вещество, из которого состоит растение, по видимости возникает «из ничего».

Возникал важный вопрос: может ли что-либо существующее в мире исчезнуть, превратиться в «ничто»? Возможно ли возникновение вещества из «ничего»? Другими словами, уничтожаема или неуничтожаема материя, из которой строится всё многообразие мира?

Много веков назад были высказаны первые правильные догадки, отвечающие на этот вопрос.

Из ничего ничто произойти не может; ничто существующее не может быть уничтожено — утверждал еще 2 400 лет тому назад Демокрит, философ-материалист древней Греции.

Его мысли повторил через несколько веков древнеримский поэт и философ Лукреций Кар: «Из ничего даже волей богов ничего не творится»; «…разлагает природа все вещи на составные частицы, пропасть же ничто в ней не может».

Однако все эти высказывания были лишь догадками, значение которых для науки не было ясно их авторам. Всё значение вопроса о неуничтожаемости материи для науки впервые было понято М. В. Ломоносовым.

До Ломоносова химики, как правило, не производили количественных измерений; все их опыты касались только чисто качественных изменений вещества. В химических опытах учёные почти не пользовались весами. А ведь это могущественное средство изучения природы. Как много неясных, непонятных вопросов может быть решено при помощи взвешивания.

Этот новый шаг в химии делает М. В. Ломоносов.

«Я думаю, — писал Ломоносов, — нет такого ученого, который бы не знал, какое бесчисленное множество имеется химических опытов; но при всем том он не может отрицать, что авторы почти всех их прошли молчанием такие весьма важные и крайне необходимые обстоятельства, как меру и вес. А сколько эти два фактора вносят в физико-химические опыты правдивости и проницательности, показывает употребление их каждому, усидчиво упражняющемуся в опытах такого рода».

Ставя множество различных опытов, русский академик, в отличие от учёных его времени, как правило, пользуется весами. И с каждым опытом он убеждается в необходимости измерения и взвешивания при любом исследовании.

Об этом он говорит неоднократно в своих заметках и рабочих дневниках. Например, составляя проект первой в России научной химической лаборатории, построенной в 1748 году, Ломоносов писал:

«При всех, помянутых опытах буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов, но и все окрестности, которые надобны быть покажутся».

Ломоносов считает, что материя неуничтожаема — при любых изменениях различных веществ, при любых химических взаимодействиях (реакциях) — соединяются ли простые тела в сложные или, наоборот, сложные вещества разлагаются на элементы — масса взаимодействующих веществ должна оставаться одной и той же, постоянной. Пусть химические элементы переходят при реакциях из одних соединений в другие, пусть в результате какой-либо реакции исчезают два взаимодействующих вещества и получается неизвестное третье — вес, масса всех веществ в этих случаях остается той же. Другими словами, если два вещества химически соединяются и дают третье — новое и более сложное вещество, то масса этого вновь полученного вещества равняется массе первых двух веществ.