Михаил Васильевич Ломоносов. 1711-1765 - Александр Морозов

Западноевропейские ученые стремились теперь разработать и обосновать теорию «теплорода», обходя ее слабые стороны и противоречия. И только упрямый и независимый в своих суждениях русский адъюнкт решил пересмотреть всё сызнова.

Вопрос о природе теплоты и холода волновал Ломоносова давно.

Он познакомился с теорией «теплорода» еще за границей. Марбургский учитель Ломоносова Христиан Вольф вполне, разделял эту теорию, но она не отвечала материалистическим устремлениям молодого Ломоносова, которому претила всякая метафизика.

Приступив по возвращении в Россию к самостоятельной исследовательской работе, Ломоносов почувствовал острейшую необходимость решить в первую очередь вопрос о природе теплоты, так как ясно сознавал его значение для выработки своего физического мировоззрения. Возникавшая в его уме стройная общая картина атомно-молекулярных процессов в природе не могла окончательно сложиться до тех пор, пока не был решен вопрос о существовании «особливых» частных «невесомых» материй.

О настойчивости его поисков свидетельствуют сохранившиеся до нашего времени и лишь недавно напечатанные в новом «Полном собрании сочинений Ломоносова» его «276 заметок по физике и химии», которые он начал вести тотчас же по возвращении из-за границы. Эти заметки позволяют нам проследить за тем, как зрели и формировались взгляды Ломоносова по важнейшим вопросам физики и химии, как зарождалось и росло его целостное физическое мировоззрение.

Многое, что теперь, в свете прошедших двух веков развития физики, кажется простым и общепонятным, представляло во времена Ломоносова почти непреодолимые трудности. Туман метафизических представлений окутывал самые простые явления. Разрозненные, не приведенные в систему наблюдения противоречили друг другу.

Для разрешения этих противоречий Ломоносов призывает на помощь здравый смысл и повседневный опыт. «Заблуждаются физики, когда пренебрегают тем, что дает повседневный опыт, и ставят изысканные и трудные опыты», — записывает он в это время.

Множество отдельных фактов и собственные размышления убеждали Ломоносова в несостоятельности теории «теплотворной материи». Но преодолеть уже сложившееся течение научной мысли, имевшее известное основание для своего существования, было нелегко. Еще труднее было выработать свою собственную стройную теорию, которая выдержала бы ожесточенный напор критики.

Бесчисленные вопросы теснятся в уме Ломоносова.

Что же, в самом деле, такое теплота? Способная сгущаться «особливая теплотворная материя» или, как некоторые думают, эфир?

Ломоносов записывает наблюдение, как будто подтверждающее эту мысль: «Если накалить в горизонтальном положении с одного конца довольно толстую железную проволоку и расположить ее вертикально нагретой стороной вниз, то теплота сразу распространится доверху; отсюда следует, что эфир имеет вес, ибо в этом случае, нагревшись и сделавшись более редким, он поднимается вверх» (Заметка № 105). Но тогда это не эфир, который сам обусловливает причину тяжести и веса, как начинает думать Ломоносов. Тогда, пожалуй, следует «в трактате о материи… рассуждать о теплоте и холоде как об общем качестве, не упоминая об эфире, а говоря только о теплотворной материи» как о «некоей материи, имеющей вес (и потому отличной от тяготительной материи)» (Заметка № 95).

Поколебавшись в сторону «теплотвора», Ломоносов не может принять его «невесомости», а опыты, проведенные Робертом Бойлем, показывают, что вес металлов, обжигаемых в пламени, увеличивается. Значит, к ним что-то присоединяется! Но что же именно? Входит ли в них «теплотворная материя» или еще особое вещество «флогистон?» Всё это очень неясно!

Всё больше и больше опытов и наблюдений противоречит такой стройной на вид теории «теплорода» или, во всяком случае, не поддается объяснению, если руководствоваться этой теорией.

Отчего, например, происходит расширение нагретых тел? Раздвигает ли их вторгшаяся извне «теплотворная материя»? Или что другое? «Расширение нагретых тел происходит от расширения заключающегося в них воздуха», — приходит ему на ум. «Отсюда нельзя вывести и заключить, что материя теплоты сохраняется в нагретом теле», — тотчас же записывает он другую, мелькнувшую, как молния, мысль, подкрепляемую наблюдением из повседневного опыта (Заметка № 93). Ведь «твердые металлы плавают на расплавленных, совсем как лед на воде» (Заметка № 92). Почему же лед и холодный металл менее плотны?

«Положим, что при самом сильном морозе, под арктическим кругом, ударится сталь о кремень. Мигом выскочит искра, т. е. материя теплоты. Положим, что зажигается большая куча пороху», — записывал Ломоносов (Заметка № 182). Откуда же тогда берется пресловутая «теплотворная материя»? «Животное тело непрерывно испускает теплоту, но никогда не принимает ее в себя; следовательно, теплота не зависит от сосредоточения посторонней материи, а есть некоторое состояние тела» (Заметка № 212).

«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 других причин», — записывает он (Заметка № 121). Ломоносов все более и более укрепляется в мысли, что причину теплоты надо искать в состоянии собственной материи тела, а не в притекающей к нему извне при загадочных обстоятельствах. Он высказывает эту мысль в своей работе «О нечувствительных частицах тел» почти одновременно с приведенными заметками. Для него становится ясно, что если «никакое изменение тел не может происходить без движения», то и теплота состоит в движении, «преимущественно во внутреннем движении собственной материи».

Теперь уже Ломоносов ищет и собирает доводы против общепризнанной теории «теплотвора». Он находит их прежде всего в наблюдениях над состоянием тел под воздействием теплоты. В физических и особенно химических явлениях, происходящих при нагревании тел, таится много загадок «Некоторые тела в нагретом виде ковки, в охлажденном — хрупки, в расплавленном — прозрачны, в застывшем — непрозрачны», — записывает он (Заметка № 118). Как согласовать это разнообразие в изменении тел при нагревании с теорией извне притекающей однородной «теплотворной материи»? Неужто одна и та же посторонняя тепловая материя способна произвести столь различные превращения тел?

Отчего снег, смешанный с солью, становится холоднее, и при этом всё же тает, а вода в окружающем его сосуде превращается в лед? И тут что-то неладно с «теплотворной материей»! И Ломоносов записывает: «Снег, тая от соли, делается холоднее; поэтому, если бы теплота представляла собой концентрированную теплотворную материю, то, несомненно, теплотворная материя скорее изгонялась бы в противоположное тело, т. е. в воду, и оно делалось бы теплее, а не превращалось бы в лед» (Заметка № 122).