Удивительно простой и изящной оказалась природа вещей!
К тому же теория флогистона, как и полагается хорошей теории, не только объясняла известные факты, но и давала возможность предсказывать новые.
Вот заурядный для эпохи флогистона случай с русским химиком Товием Егоровичем Ловицем. В 1785 году ему было поручено найти способ очистки виннокаменной кислоты. Для красильного дела нужны были совершенно бесцветные кристаллы, а из раствора выпадали кристаллы темные.
Ловиц рассуждал так: виннокаменная кислота способна гореть — значит, в ней есть флогистон. Уж не он ли делает ее темной? Надо попытаться очистить ее от флогистона.
Как? Нужно найти тело, которое было бы более жадным до флогистона, чем виннокаменная кислота.
Какое именно?
Ловиц остановился на древесном угле. Ведь если его нагревать, то он далеко не сразу отдает свой флогистон, значит, жаден до него.
Темные кристаллы виннокаменной кислоты растворили в воде и туда же бросили толченого угля.
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?