Ломоносов: к 275-летию со дня рождения: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

К середине XVIII в. в русской науке обнаруживаются новые тенденции. Работы Г. В. Рихмана, М. В. Ломоносова, Ф. У. Т. Эпинуса положили начало исследованиям в России электричества и магнетизма.

В прибавлении к «Вольфианской физике» (1746) Ломоносов писал: электрическая сила «начала в ученом свете возрастать славою и приобретать успехи около 1740 года» (3, 3, 438). Русская наука одна из первых оценила важность электромагнитных процессов. О большом интересе в среде ученых России к изучению электричества говорит тот факт, что в 1753 г. Петербургская Академия наук обратилась к ученому миру с задачей: «Сыскать подлинную электрической силы причину и составить полную ее теорию». Тема была предложена Ломоносовым (см. 49, 179).

Работы Г. В. Рихмана, М. В. Ломоносова, посвященные атмосферному электричеству, наряду с работами Б. Франклина стали определенным этапом в развитии физики электричества. Экспериментальные исследования электричества были начаты в 1744 г. Ряд замечательных статей об электричестве опубликовал Рихман в академических «Комментариях». Большой интерес представляют идеи Ломоносова об электричестве, изложенные им в «Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих» и рукописи «Теория электричества, разработанная математическим способом».

Труды Рихмана и Ломоносова имели особенное значение потому, что в них делались первые попытки количественных подходов к электрическим явлениям. В изучении этих явлений долгое время отсутствовали какие-либо измерения, без которых физика электричества не могла по существу стать наукой. Ломоносов, еще будучи адъюнктом, составил докладную записку под названием «Наивящего примечания достойные электрические опыты», написанную на основе записей Рихмана, в которой утверждал: «Весами можно весить электрическую силу, однако сие еще в действие не произведено». Для измерения электричества в записке предлагается «отвешенная нитка, которая показывает большую или меньшую электрическую силу...» (3, 3, 9). Опыты, о которых говорил М. В. Ломоносов в докладной, изложены в превосходной работе Г. В. Рихмана «De electricitate in corporibus producenda nova tentamina» («Новые данные о возбуждении электричества в телах»), помещенной в «Комментариях» (СПб., 1751).

Как бы ни был высок интерес к электричеству и магнетизму, он все же уступал тому вниманию, которое завоевывала химия. Значение, придаваемое химии, лаконично выразил Ломоносов: «К точному и подробному познанию какой-нибудь вещи... требуется искусный химик и глубокий математик в одном человеке» (3, 1, 354). Несмотря на присущую ему энциклопедичность, Ломоносов, как известно, своей главной профессией считал химию. Работы по электричеству, магнетизму, химические труды создавали новый облик науки, и это чувствовали современники.

Осмыслить крупные сдвиги, начавшиеся в науке, дать новые фундаментальные идеи и разработки стало уделом М. В. Ломоносова. Сложности и сомнения века он предложил преодолевать, опираясь на идею движущейся материи и теорию корпускул. В его работах этот концептуальный аппарат, отброшенный многими естествоиспытателями, решившими, что на новом этапе очевидна его абсолютная непригодность, обрел великолепную силу. Разрабатывая его, Ломоносов сумел проложить путь новому химическому этапу в развитии атомистики (см. 43, 330—333). Защищая механистический материализм, он вместе с тем наделял его представлениями о многокачественности и развитии, обнаруживая возможности, заложенные в материализме и обещающие новый этап его эволюции.

Из системы мира, предлагаемой Ломоносовым, прежде всего исключались флюидные концепции. Они отталкивали его своим сходством со средневеково-аристотелевским стилем интерпретации природы. Тонкие материи, в том числе «теплотворная особливая материя», по его мнению,— это тот же «элементарный огонь аристотельский», но изложенный новым «штилем» (3, 3, 389).

Особенно настораживало его, что современные ему исследователи без смущения оперировали той или иной «материей», которая, «из тела в тело переходя и странствуя, скитается без всякой малейшей вероятной причины» (там же). Он видел в этом опасность для детерминизма, и опасность растущую, поскольку «повсюду приходится читать в физических сочинениях то о внедрении в поры тел теплотворной материи, как бы привлекаемой каким-то приворотным зельем... то о бурном выходе ее из пор, как бы объятой ужасом...» (3, 2, 91—93). Ломоносов решил не «призывать на помощь... блуждающую жидкость, подобную тем, какие многими — по обычаю века, изобилующего тонкими материями, — применяются обыкновенно для объяснения природных явлений» (3, 2, 109). Измышлять «тонкие материи» — это занятие, пристойное лишь для тех, «которые вымыслы любят»[8].

Не меньшую настороженность вызывал у него динамический детерминизм, свойственный ньютонианству. Способность сил действовать на расстоянии без материального носителя рассматривается им как «потаенное качество из старой Аристотельской школы, к помешательству здравого учения возобновленное» (3, 3, 320). Он не приемлет идеи бессубстратного притяжения и утверждает, что «от чистого притяжения в телах не может происходить ни какого-либо действия, ни противодействия» (3, 1, 191). Поддержку Ломоносов искал у самого Ньютона. «Знаменитый Ньютон, установивший законы притяжений, вовсе не предполагал чистого притяжения» (3, 1, 191),— писал он, ссылаясь на начало и конец раздела XI «Математических начал натуральной философии». Лишь последователи великого ученого «излишним» своим «радением» превратили его в сторонника бессубстратных сил. Однако отношение Ломоносова к Ньютону было сложнее, чем просто к гению, идеи которого искажены учениками.

Ньютон отказывался постулировать природу сил тяготения, объясняя это тем, что считает недопустимым выходить за пределы данных, полученных и проверенных в эксперименте. Его знаменитое положение «гипотез я не измышляю», несомненно, оказало влияние на появление новых черт в проблеме научного метода, включенных позже в философские учения эмпиристов и позитивистов. Благоприятную среду для эмпиризма и феноменализма создавали флюидные представления. Флюиды были субстанцией, но настолько загадочной и непонятным образом действующей, что казалось целесообразным вообще не задавать вопросов об их природе и механизме. В ведении экспериментаторов, ряды которых множились день ото дня, оставались явления и функциональные зависимости. Все это происходило в то время, когда наука столкнулась с необходимостью открыть глубинные уровни в структуре материи, чтобы обнаружить носителей удивительных свойств. В течение ближайших десятилетий преобладание эмпиризма все сильнее ощущалось в развитии науки. Попытки преодоления его предпринимались немецкой философией — кантианством, шеллингианством. Позже позитивизм счел несостоятельным какое бы то ни было стремление дополнить феноменалистически-функциональные решения сущностно-субстанциальными.

Ломоносов видел в экспериментальном познании знамение науки своего времени: «...ныне ученые люди, а особливо испытатели натуральных вещей, мало взирают на родившиеся в одной голове вымыслы и пустые речи, но больше утверждаются на достоверном искусстве» (3, 1, 424). «Один опыт,— писал он,— я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением» (3, 1, 125).

Но ограничения, которые нес с собой растущий эмпиризм, вызывали его бурный протест. Критике экспериментаторства, сопровождаемого боязнью гипотез и теорий, посвящены многие страницы его работ. Здесь и язвительные замечания о тех исследователях, «в мозгу которых господствует хаос от массы непродуманных опытов» (3, 1, 75), и удивление перед тем, что эксперимент начинают превращать в нечто похожее на сеть, улавливающую и опутывающую самого экспериментатора, «как будто естествоиспытатель действительно не имеет права подняться над рутиной и техникой опытов и не призван подчинить их рассуждению, чтобы отсюда перейти к открытиям» (3, 3, 220). Эксперимент, по Ломоносову, неизменно должен быть соединен с теорией: «Из наблюдений установлять теорию, чрез теорию исправлять наблюдения — есть лучший всех способ к изысканию правды» (3, 4, 163).

Однако союз эксперимента с рассуждением — требование само по себе довольно абстрактное, поскольку без каких-либо рассуждений не обходится ни один экспериментатор. Но Ломоносов и не останавливался на столь абстрактном предложении. Теория, рассуждения должны включать в себя два компонента. Первый — математику; за ней он признавал «первенство в человеческом знании» (3, 4, 271). В «Элементах математической химии» он рекомендует тем, кто «все свои дни затемняют дымом и сажей», прежде всего «поучиться священным законам геометров» (3, 1, 75). Математика всесильна, так как «все, что есть в природе, математически точно и определенно, хотя мы иногда сомневаемся в этой точности, но наше незнание нисколько не умаляет ее» (3, 1, 149). Без знания математики «никому нельзя проникнуть в таинственные святилища природы» (3, 3, 495). Но в теорию — она у Ломоносова выступала и эвристическим орудием, и целью исследования; последнее подчеркнуто, например, в его записках к теории света и электричества: «Если нельзя создавать никаких теорий, то какова цель стольких опытов, стольких усилий и трудов великих людей» (3, 3, 239) — с не меньшей необходимостью должны включаться субстанциальные знания. Особенность его воззрений, основанных на субстанциальном детерминизме, выявилась при этом в полной мере. Характерное для него обращение содержится в «Слове о происхождении света...»: «Особливо ж тем представляю, которые, обращаясь с похвалою к одной химической практике, выше углей и пеплу головы своей поднять не смеют, дабы они изыскания причин и натуры первоначальных частиц, тела составляющих, от которых цветы и другие чувствительных тел свойства происходят, не почитали тщетным и суемудренным» (3, 3, 342).

Эксперимент, математика и фундаментальные, субстанциональные представления — вот основные элементы, составляющие, по Ломоносову, истинную науку. Правда, для великих открытий нужно еще «нечто вроде порыва», без которого не рождаются смелые гипотезы. О порывах, воплощенных в гипотезы, он пишет в «Рассуждении об обязанностях журналистов», обращаясь к критикам с просьбой не спешить «с осуждением гипотез», так как они «дозволены в философских предметах и даже представляют собой единственный путь, которым величайшие люди дошли до открытия самых важных истин. Это — нечто вроде порыва, который делает их способными достигнуть знаний, до каких никогда не доходят умы низменных и пресмыкающихся во прахе» (3, 3, 231).

Ломоносов, настаивая на необходимости субстанциальных представлений, находил, что исследования его времени страдают главным образом из-за их отсутствия, что умножающиеся химические и физические эксперименты не смогут обойтись без представлений, касающихся носителей изучаемых явлений. Он сам приступил к разработке таких представлений, отдавая полный отчет в сложности поставленной перед собой задачи: «Сколь трудно полагать основания! Ведь мы должны как бы одним взглядом охватывать совокупность всех вещей, чтобы нигде не встретилось противопоказаний» (3, 1, 135).

Корпускулярные воззрения должны лечь в основу теорий, в которых найдет свое объяснение «теплота и стужа, твердость и жидкость, химические перемены, вкусы, упругость, цветы и прочая» (3, 3, 432). В его намерение входило написать большой труд по атомистике. К работе над ним он приступил в 1743—1744 гг. В одном из писем Л. Эйлеру он сообщал: «...всю систему корпускулярной философии мог бы я опубликовать...», но идеи Ломоносова многим могли показаться в лучшем случае не заслуживающими внимания. Понятно, почему в письме далее следуют слова: «...однако боюсь, как бы не показалось, что я даю ученому миру незрелый плод скороспелого ума, если я выскажу много нового, что по большей части противоположно взглядам, принятым великими мужами» (3, 2, 173). Его не удивляло существующее предубеждение против атомизма — трудно было ждать иного, так как наука имела перед собой «материи», а не «каждую их частицу особливо» и «подлинно по сие время острое исследователей око толь далече во внутренности тел не могло проникнуть». Но Ломоносов предвосхищает будущее, когда «сие таинство откроется», предвидя не только возрождение атомизма, но и значение, которое будет принадлежать в этом процессе химии: «Подлинно химия тому первая предводительница будет, первая откроет завесу внутреннейшего сего святилища натуры» (3, 2, 353).

Из предшествовавших идей Ломоносову ближе всего были представления Бойля. «С тех пор, как я прочитал Бойля, овладело страстное желание исследовать мельчайшие частицы. О них я размышлял 18 лет» (3, 3, 241),— писал он. Труды Бойля произвели на него впечатление, вероятно, потому, что весь строй их рассуждений казался ему наиболее предпочтительным, не говоря уже о заманчивости идей Бойля относительно познавательной ценности химического эксперимента, возможности применить атомистические представления в химии.

Принятые Ломоносовым воззрения привели его к поразительным успехам. То, что ставило в тупик многих естествоиспытателей того времени,— тепловые и электрические явления, химические процессы — он соотносит с движением корпускул вещества и эфира и разрабатывает на этой основе атомистическую химию, кинетические теории теплоты и газов, физику эфира.

Объектом приложения и вместе с тем мастерской, где отрабатывались идеи Ломоносова, были многие области естествознания, но наибольший успех ждал его в химии. Состояние, в котором пребывала химия, представлялось ему малоудовлетворительным. «От нас скрыты подлинные причины удивительных явлений, которые производит природа своими химическими действиями, и потому до сих пор нам не известны более прямые пути, ведущие ко многим открытиям, которые умножили бы счастье человеческого рода. Ибо надо признать, что хотя имеется великое множество химических опытов, в достоверности коих мы не сомневаемся, однако мы по справедливости сетуем, что из них можно сделать лишь малое число таких выводов, в которых нашел бы успокоение ум, изощренный геометрическими доказательствами» (3, 1, 339). Надежды на теорию флогистона, предложенную в качестве основы химической науки И. И. Бехером и Г. Э. Шталем во второй половине XVII в., он считает беспочвенными. С работами Шталя Ломоносов познакомился в период своего ученичества; они входили в число той обязательной литературы, на которой воспитывался начинающий ученый. Но очень рано у него появилось убеждение, что вместо флогистонной химии следует создать корпускулярную. В «Рассуждении о твердости и жидкости тел» Ломоносов выносит окончательный приговор эмпиристам и сторонникам флюидных теорий: «Во тьме должны обращаться физики, а особливо химики, не зная внутреннего нечувствительного частиц строения. Между оными отчаянными, кои не радеющих о знании фигуры частиц нечувствительных называют осторожными физиками, считать себя не дозволяю» (3, 3, 387).

Корпускулярные воззрения создают единую теоретическую основу для химии и физики. Так возникает одно из звеньев их интеграции. Но контакты химии с физикой этим не исчерпываются. Ломоносов предполагает, что сближение химии с физикой является непременным условием развития химии. Соединить «физические истины с химическими» (3, 2, 223), «ввести в области химии приборы[9] физиков, а также истины, ими открытые, чтобы до известной степени устранить или облегчить трудности, встречающиеся в этой науке, и осветить области темные и скрытые глубоким неведением...» — такую программу намечает Ломоносов, говоря о необходимости создать «физическую химию» (3, 1, 89).

Помимо атомизма важнейшей чертой, роднящей физику с химией, должны стать количественные методы. Мысль, что «стремящийся к ближайшему изучению химии должен быть сведущ и в математике» (3, 1, 75), многократно повторяется в его работах. Имелось в виду не столько введение математического аппарата, формул и уравнений, сколько количественные исследования и некоторая доля аксиоматизации. Показателем зрелости химии будет такое ее состояние, «когда все химические истины будут объединены более строгим методом и будет ясно, насколько одна истина может быть объяснена или выведена из другой...» (3, 2, 221). Начатая Ломоносовым работа была замечена Л. Эйлером. Как мы уже отмечали ранее (гл. 1), он придавал ей большое значение.

Одним из первых Ломоносов ввел в химию меру, вес, число. Все, что касалось веса вещества в химических реакциях, он проделывал с тщательностью и полнотой, которые долгое время оставались непревзойденными. Проведенные им эксперименты, связанные с процессом горения, способствовали доказательству сохранения массы при химических превращениях. Он сумел дать и теоретическую интерпретацию этому процессу, более совершенную с точки зрения фактора веса, чем это сделал Лавуазье. В трактовке горения, данной Лавуазье, участвовал не только открытый им кислород, но и невесомая «материя теплоты» и «материя света». Включение в механизм горения новых факторов наряду с сохранением традиционного теплотвора для многих современников Лавуазье, в том числе Пристли, выглядело ненужным усложнением и не прибавляло доверия к новой, дефлогистонной химии (см. 117, 288—289). У Ломоносова некоторые сложности возникали из-за гипотезы об отсутствии пропорциональности между весом и массой, которая была связана с его теорией тяготения, но и эта гипотеза не умаляла роли веса.

Начиная с середины XVIII в. в сознании большинства естествоиспытателей утвердилось неверие относительно возможности создать кинетическую теорию тепла. Все ранее предпринимавшиеся попытки рассматривать теплоту как результат движения частиц вещества были подавлены идеей специфического теплорода. Ф. Энгельс по этому поводу писал: «Первое, наивное воззрение обыкновенно правильнее, чем позднейшее, метафизическое. Так, уже Бэкон говорил (а после него Бойль, Ньютон и почти все англичане), что теплота есть движение (Бойль уже, что — молекулярное движение). Лишь в XVIII веке во Франции выступил на сцену calorique[10], и его приняли на континенте более или менее повсеместно» (1, 20, 594).

Тому, что стало почти общим мнением, Ломоносов противопоставляет, основываясь на своих общих корпускулярных воззрениях, многих экспериментах и рассуждениях, кинетическую теорию тепла. Впервые он подробно изложил ее в диссертации «Размышления о причине теплоты и холода», написанной в 1747 г.: «На основании всего изложенного выше мы утверждаем, что нельзя приписывать теплоту тел сгущению какой-то тонкой, специально для того предназначенной материи, но что теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи нагретого тела» (3, 2, 53). Здесь же, руководимый своей теорией, он выдвигает представление о температуре абсолютного нуля (см. 3, 2, 37—39). Согласно механической теории теплоты, распространение которой произошло столетием позже, в представления Ломоносова следовало внести одно уточнение — заменить вращательное движение частиц беспорядочно-поступательным их движением. О диссертации с большой похвалой отозвался Л. Эйлер.

Через несколько лет диссертацию о природе теплоты Ломоносов публикует в переработанном виде на латинском языке в первом томе «Новых комментариев» Петербургской Академии наук, изданном в 1750 г. Помимо диссертации в томе были другие работы Ломоносова, пронизанные идеями атомизма,— «Опыт теории упругости воздуха», «Прибавление к размышлениям об упругости воздуха», «Диссертация о действии химических растворителей вообще». Здесь же помещалась его работа «О вольном движении воздуха, в рудниках примеченном». Около десяти зарубежных журналов, помещая отзывы о первом томе «Комментариев», остановились на содержании ломоносовских работ (58, 151). Некоторые из них, например «Nouvelle bibliotheque germanique», издававшийся в Амстердаме, поместили благожелательную информацию и анализ его диссертаций. Более острой была реакция в Германии. В последующие три-четыре года в немецких журналах появились критические статьи и рецензии, в которых отвергались положения ломоносовских диссертаций: в 1752 г. они были опубликованы в лейпцигском журнале «Commentarii de rebus in scientia naturali et medicina gestis», в 1753 г.— в журналах: «R. A. Vogels... Medicinische Bibliothek», т. II, № 14, и в «Hamburgisches Magasin», т. II, № 3 и 4. В 1754 г. в Эрлангенском университете прошла защита диссертации И. X. Арнольда «О невозможности объяснить теплоту движением частиц тел и особенно вращательным их движением вокруг осей», посвятившего свою работу опровержению идей Ломоносова.

Отличие концепции теплоты, разработанной Ломоносовым, от теплородных воззрений, полемика относительно его концепции произвели, вероятно, глубокое впечатление на немецких естествоиспытателей. Видимо, поэтому почти сто лет спустя составители Немецкого физического словаря 1841 г., касаясь истории учения о теплоте, противостоящими теориями называли вольфианскую и ломоносовскую: «Христиан Вольф явственно высказывает, что существует особенное, повсюду распространенное в телах вещество, выказывающее явление теплоты. Напротив того, Ломоносов общие феномены теплоты выводил из вращательного движения частиц в телах, причем он тщетно старался при помощи искусственных гипотез согласовать с этой теорией существование стужи от охлаждающихся смешений» (цит. по: 76, II, 447).

В общих принципах своих воззрений Ломоносов разрабатывал физику эфира, который в его теории выступал носителем электрических и оптических явлений. Электричество — эффект вращения тонких частиц эфира. Свет — волнообразное движение эфира: частицы его движутся таким образом, что весь эфир уподобляется колеблющимся волнам. Ломоносов, как и Эйлер, не принимал ньютоновской теории истечения частиц света. Неприемлемым считал он и ньютоновское учение о спектре. Белый свет, по Ломоносову, является сочетанием трех основных цветов — красного, желтого и голубого. Воспринимаемые глазом цвета — это результат различных комбинаций, «совмещения» и «несовмещения» трех типов корпускул эфира (самые крупные дают ощущение красного цвета, помельче — желтого, наиболее мелкие — голубого) с корпускулами, выстилающими поверхность тел, причем свойства последних строго зависят от химического состава тел. Для его теории света, как считает Б. Г. Кузнецов, наиболее характерно «стремление разъяснить оптические явления, ссылаясь на структуру вещества, на различия в форме атомов, объясняющие качественные химические различия между телами» (49, 200).

Ломоносовская теория цветообразования была известна современникам. «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее» реферировалось многими зарубежными журналами. «Journal des savants» в мартовском номере 1760 г. поместил пространное изложение теории, заключив его словами: «Система, которую г-н Ломоносов предлагает относительно цветов, очень остроумна и отличается связностью. Его совмещение частиц согласуется с простотой природы. Мы надеемся, что физики будут одного с нами мнения» (цит. по: 58, 208).

В эфирной концепции электричества и света важны мысли о единой природе световых и электрических явлений, о существовании резонанса между светом и веществом (см. 3, 3, 553).

Занимаясь оптикой, Ломоносов помимо создания теории света и цветов сконструировал ряд оптических приборов, среди них — «ночезрительную трубу», предшественницу современных оптических приборов для ночных наблюдений, зеркальные телескопы, солнечную печь, навигационные и метеорологические инструменты.

[8] Флогистонные представления встречаются лишь в ранних работах Ломоносова, в диссертациях о селитре и металлическом блеске.

[9] Он был в числе первых экспериментаторов, применивших микроскоп в химических исследованиях.

[10] Теплород.