Эта небольшая книга переводилась на различные языки, и я не считал нужным давать к переводам особые предисловия. Но наши русские друзья поймут, что мне бы хотелось выразить то волнение, которое я испытал, получив возможность хотя бы слабого участия в деле взаимного понимания и братства, которое всегда и всюду было целью стремлений лучших людей.
После пережитых тяжелых испытаний, я счастлив выразить пожелание, чтобы дружеское сотрудничество русских и французских ученых скорее сделалось легким и плодотворным в той области научного исследования, где человечество когда-нибудь найдет средство против бедствий и страданий.
Предисловие
В прогрессе физических наук значительную роль сыграли два рода умственной деятельности, принадлежащих к сфере инстинктов.
Уже у ребенка обнаруживается один из этих инстинктов, когда, схватив какой-нибудь предмет в руки, он хорошо знает, что произойдет в том случае, если он его выпустит.
Может быть, ему никогда еще не приходилось держать именно этот предмет, и тем более точь-в-точь так, как в данный момент; но он припоминает то общее, что есть сейчас в его мускульных ощущениях, с ощущениями, которые он испытывал, когда держал в руках предметы, которые падали, когда он разжимал руки.
Такие люди, как Галилей и Карно, обладали высшей степенью этого чувства аналогии: они сумели создать энергетику путем смелых разумных обобщений данных опыта и ощущений.
Прежде всего они заметили, как замечаем мы все, не только падение предмета при выпускании из рук,— но также и то, что, упав на землю, сам собой этот предмет не подымается.
Нужно оплачивать подъем тела и платить тем дороже, чем поднимающееся тело тяжелее и чем выше оно поднимается. Настоящей платой здесь, конечно, не будут деньги, а какой-то действительный «расход» во внешней обстановке (понижение уровня воды, сжигание угля, химическое изменение в гальваническом элементе), которое приходится иной раз оплачивать и деньгами.
Раз это установлено, нужно выработать способы оплачивать подъем груза по возможности дешевле. Мы знаем, например, что, заставив опускаться 100 килограммов на 10 метров, можно поднять 1 тонну ( = 1000 килограммов) па высоту 1 метра; но нельзя ли построить такой механизм, который позволил бы за ту же плату (опускание 100 килограммов на 10 метров) поднять 1200 килограммов на 1 метр?
Галилей понял, что это значило бы, что в некоторых условиях 200 килограммов могут подняться на высоту 1 метра без всяких изменений вовне — «даром». И если мы не верим в возможность этого, мы должны признать эквивалентность в работе механизмов, производящих подъем одного груза ценой опускания другого.
Точно так же, если мы будем плавить лед, смешивая его со ртутью, нагретой предварительно до 100° и охлаждающейся, следовательно, до нуягй, тс* мы всякий раз обнаружим, что килограмм ртути обратит в воду 42 г льда. Нагревание льда при этом может производиться путем непосредственного соприкосновения со ртутью или же лучеиспусканием. Существенно только, чтобы ртуть охладилась со 100° до нуля, а лед растаял. (Очевидно, что в подобных наблюдениях заключается содержание всей калориметрии.) Еще более поучительны опыты, где опускание грузов, производя трение, заставляет нагреваться ртуть или воду (опыты Джоуля). Как бы мы ни изменяли механизм, связывающий эти два явления (падение грузов и нагревание), мы всегда получим 1 большую калорию, если опустим 428 килограммов на 1 метр.
Таким образом сложился первый принцип термодинамики, которому, по моему мнению, можно дать такое выражение:
Если при помощи какого-нибудь механизма удается связать два явления таким образом, что одно из них происходит за счет другого, то, как бы мы ни меняли устройство механизма, не может случиться, что за счет одного из этих явлений произойдет, кроме ожидаемого явления, еще новое, получаемое «даром» [93]
Не вдаваясь в детали, укажем, что прием такого же рода был применен Сади Карно, который, исходя из основного свойства работы любой тепловой машины, обратил внимание на то, что получение работы в этом случае всегда сопровождается «переходом тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой». Известно, что из этого наблюдения путем надлежащих рассуждений вывели второй принцип термодинамики.
Для того чтобы вывести тот или другой из этих принципов, пользовались аналогиями, обобщали результаты опыта, но при всех рассуждениях имели дело с явлениями, которые можно было наблюдать, или с опытами, которые можно было произвести. Оствальд был совершенно прав, когда говорил, что в энергетике не пользуются гипотезами. Разумеется, изобретатель новой машины утверждает, что она не будет создавать работы иэ ничего — «даром», и в этом можно будет тотчас убедиться на опыте; никто и не назовет гипотезой утверждение, которое может быть проверено на опыте.
93
Если такое добавочное явление имеется, то оно должно происходить без внешних затрат (как, например, изотермическое сжатие или расширение идеального газа — по закону Джоуля). Ио в таком случае, все равно, «даром» ничего де получается.