История 1 «Этапы раскрытия широчайшего начала еще не исчерпаны…»
Великий гений человечества, рожденный поморской северной землей, – Михайло Васильевич Ломоносов – творил, опережая свое время на столетия. И многие годы западная наука по частям расхищала приоритет великого русского ученого.
Михаил Васильевич Ломоносов(1711–1765); точная дата рождения не установлена, предположительно родился 6 октября (по другим данным – в ноябре) в деревне Денисовке, против уездного города Холмогоры, в 70 км от Архангельска, в семье зажиточного крестьянина-помора Василия Дорофеевича Ломоносова. Мать Ломоносова – дочь дьякона соседнего села Матигор, Елена Ивановна, урожденная Сивкова. Василий Дорофеевич был предприимчивым и деятельным человеком. С 10-летнего возраста Ломоносов вместе с отцом каждое лето и осень ездил на рыбную ловлю в Белое море. Суровая природа Севера, требующая постоянного напряжения сил и борьбы с грозной морской стихией, вырабатывает в юноше характерные для поморов черты: выносливость, смелость, настойчивость. Грамоте Михайло выучился у своего односельчанина Ивана Шубного (это с приходом большевиков станет насаждаться мысль, что русские и другие подданные Российской Империи были сплошь неграмотными, – больше пока без комментариев…). Он перечел все книги, кои только сумел достать; «в 14 лет он дошел до границ книжной премудрости, до русский физико-математической энциклопедии того времени – «Арифметики» Магницкого – и славянской грамматики Смотрицкого». С годами сильное влечение к знанию и наукам заставили 19-летнего Михайло Ломоносова покинуть семью и отправиться пешком в Москву, имея в кармане несколько рублей денег да паспорт (при большевиках основное население страны – крестьяне – перестали быть зажиточными и к тому же были лишены паспортов аж до 70-х годов ХХ в.).
Портрет М.В. Ломоносова. Неизвестный художник, копия с портрета Г. К. Преппера, вторая половина XVIII века
В Москве Ломоносов поступает в Славяно-греко-латинскую академию при Заиконоспасском монастыре, где изучает тонкости латинского языка, являвшегося по тем временам международным научным языком. В 1735 г., когда Ломоносов был в последнем классе школы, он в числе других самых способнейших учеников был отправлен в Санкт-Петербург и зачислен в университет при Русской Императорской Академии Наук. Русская Академия была задумана и основана Петром Великим; мысль о ней возникла у великого государя, а после укрепилась в беседах с математиком и философом Лейбницем, с философом Вольфом (будущий учитель М.В. Ломоносова), из поездок в Париж и встреч с тамошними профессорами. Как известно, Петр I, обладавший незаурядным умом, слыл талантливым механиком, архитектором, изобретателем, и сам был членом Парижской академии наук. Он создавал свою академию не столько по образцу и подобию зарубежных, сколько исходя из отечественных особенностей и потребностей. Науки в этом заведении насаждались и распространялись и сверху, и снизу; Петр I соединил в ее стенах передовую науку, научное исследование с обучением разных ступеней – от среднего и ремесленного до университетского. Через 15–20 лет утвердился сонм знаменитых преподавателей и ученых (пока в основном из иностранцев), которые служили Русской Науке.
После того, как по запросу «главного командира Академии» вместе с другими двенадцатью учениками Михайло Ломоносов прибыл в Петербург, он своими успехами в науках сразу обратил на себя внимание. И вскоре был избран в число молодых людей, предназначенных к отправке за границу для изучения металлургии и горному делу в связи с предстоящей научной экспедицией на Камчатку.
После более чем трехгодичного пребывания за границей, в Марбурге и Фрейберге (Германия), Ломоносов, пройдя практически все важнейшие отделы точных естественных наук того времени, сделался европейски образованным молодым ученым. Ломоносов учился философии, физике и механике у известного ученого, философа Вольфа; математике и химии – у Дуйзинга; горному делу – у И. Генкеля. Прекрасно владея латынью и греческим, он обучился немецкому и французскому языкам.
В 1740 г. в Марбурге Михаил Васильевич женился на немке Елизавете Цильх, и летом 1741 г. возвратился в Петербург.
Так кратко выглядит путь становления крестьянина-помора, путь, предшествовавший раскрытию многочисленных талантов ярчайшего светила Русской Науки, непревзойденного гения всего человечества.
В 1748 г. в России, наконец, началась постройка первой химической лаборатории; о ее устройстве усердно хлопотал Ломоносов. И вскоре ученый приступил к экспериментальным работам. Оговорюсь (вернее, напомню известный факт): многие опыты и исследования Михайлы Васильевича Ломоносова не были оценены современниками, и только спустя более чем сто лет были отчасти приняты и поняты всей остальной ученой публикой Европы, вызывая величайшее удивление и восхищение! Впрочем, многие его открытия и предположения, дающие основания делать открытия другим, подталкивающие к полёту человеческую мысль, актуальны и в наши дни.
Макет Химической лаборатории М.В. Ломоносова, 1948 год
По словам великого русского поэтического гения Александра Сергеевича Пушкина, научный гений Ломоносова «соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенной силой понятия… обнял все отрасли просвещения… все испытал и все проник». Объял и проник так далеко, что обогнал свое время не на годы, а на долгие столетия.
5 июля 1747 г. (сейчас некоторые исследователи отчего-то ставят дату: 1748 г.) Ломоносов напишет в письме к своему корреспонденту математику Леонарду Эйлеру (1707–1783; один из творцов современного анализа; академик): «Все перемены в Натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; сколько часов положит кто на бдение, столько же сну отнимет. Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо и тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».
Современные авторы подают этот же отрывок как: «Все изменения, случающиеся в природе, происходят так, что если что-либо прибавится к чему-либо, то столько же отнимется от чего-то другого. Так, сколько к какому-нибудь телу присоединяется материи, столько же отнимается от другого».
Несмотря на языковые кульбиты и видимое упрощение, суть остается одинаковой: Михаил Васильевич Ломоносов сформулировал закон сохранения вещества и закон сохранения энергии.
Западная наука закон сохранения вещества приписывает таланту Лавуазье.
Хотя Антуан Лоран Лавуазье (1743–1794) пребывал в четырехлетнем возрасте, когда рукой русского ученого этот закон был начертан. О каком вообще независимом открытии французским ученым может идти речь, если – достоверно известно, – тот был знаком с трудами Ломоносова. Однако Лавуазье еще при жизни был признан соотечественниками как гениальный основатель нового направления в химии.
Западная наука приписывала открытие закона сохранения энергии Мейеру.
Но Мейер, немецкий химик и профессор Тюбингенского университета, жил в XIX веке и точно читал труд выдающегося немецкого ученого Л. Эйлера – популярную научную книжку под названием «Письма к немецкой принцессе», где были приведены отрывки из писем Ломоносова и много рассуждалось об открытиях выдающегося русского ученого.
Антуан Лоран Лавуазье
К слову, Юлиус Лотар Мейер (1830–1895) опубликовал в 1870 г. свою таблицу элементов, вскоре признав, что она «в существенном идентична с данной Менделеевым». Периодическая таблица великого русского ученого Менделеева была обнародована в 1869 г.! Так что Мейеру пришлось отказаться от почестей «первооткрывателя».
Юлиус Лотар Мейер
Русский ученый, ставший советским (здесь и далее слово советский означает: без национальной идентификации) академиком, Сергей Иванович Вавилов (1891–1951) писал в своей статье «Закон Ломоносова», опубликованной в газете «Правда» за 5 января 1949 года: «Ломоносов на века вперед как бы взял в общие скобки все виды сохранения свойств материи. Глубочайшее содержание великого начала природы, усмотренное Ломоносовым, раскрывалось и в установленном современной физикой законе эквивалентности массы и энергии. В современной физике вырисовывается и еще один закон сохранения – закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма зарядов остается неизменной при любых превращениях веществ. При встрече, например, отрицательно заряженного электрона и позитрона – носителя положительного заряда – эти частицы превращаются в фотон – частицу незаряженную. И до этой реакции и после нее алгебраическая сумма зарядов равна нулю… /Этапы раскрытия широчайшего начала, замеченного Ломоносовым, несомненно, еще не исчерпаны, и дальнейшая история науки встретится с новыми частными законами сохранения и с новым, еще более широким синтезом и объединением».
Надо сказать, что до Ломоносова в физике был подробно разработан лишь одни ее отдел – механика, наука о простых механических движениях.
Пытливый гений Михайло Васильевича всегда стремился проникнуть в суть разнообразных вещей и явлений природы, чтобы отыскать ключ к их пониманию. Он впервые утверждает, что явления, происходящие в веществе, можно будет объяснить лишь тогда, когда станет известно: что такое вещество, из чего состоит и как оно построено. И вот уже в «Основах химии» ученый описывает свою атомическую теорию. Все вещества, убежден он, состоят из мельчайших элементарных частиц, находящихся в постоянном движении. От движения и состояния этих частиц зависят все свойства тел. Вот он – ключ к познанию мира! Мир – это бесконечная, находящаяся в постоянном движении и развитии материя — полагал великий мыслитель.
Он постоянно в труде, постоянно в поиске. Замечательны опыты ученого над окислением металлов при нагревании в запаянных сосудах, проведенные в химической лаборатории. Взвешивая прибор до и после опыта на точных химических весах, Ломоносов приходит к выводу, что вес прибора после происшедшей химической реакции окисления металла не изменяется. И тем самым опровергает объяснение аналогичных опытов знаменитого английского ученого Роберта Бойля (1627–1691). При проведении опытов английский химик обнаруживал увеличение веса металла при прокаливании, и полагал, что вес увеличивается от присоединения к металлу материи огня – флогистона. Однако вывод англичанина был неверен. Разламывая по окончании опытов горлышко реторты, Михайло Васильевич наблюдал, как туда со свистом врывается воздух, за счет которого и произошло увеличение в весе при опытах, проводимых Р. Бойлем. Все – в соответствии с законом о сохранении веса вещества: сколько прибавилось к металлу, столько убавилось от воздуха. Проведя проверку опытов Бойля в лаборатории, Ломоносов напишет: «Нет никакого сомнения, что частички воздуха, непрерывно текущего над обжигаемым телом, соединяются с ним и увеличивают вес его»; «Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойла мнение ложно».
Через 17 лет после высказанного Михаилом Васильевичем резонного мнения эти же опыты провел француз Лавуазье, и пришел к тем же выводам, что и его русский коллега. Он также отверг гипотезу флогистона, согласно которой считалось, что все горючие вещества, а также металлы, превращающиеся при обжигании в «извести», «земли» и «окалины», содержат начало горючести – флогистон, выделяющийся из них при горении или обжигании. Что и послужило основанием приписать французскому ученому «открытие» закона сохранения вещества, – давно уж открытого Ломоносовым…
В 1744 г. русский ученый завершает диссертацию «Размышление о причине теплоты и холода», где отмечает: «Теплота состоит во внутреннем движении собственно материи… Внутреннее движение, в смысле количества, может увеличиваться и уменьшаться, почему разные степени тепла определяются скоростью движения… Для произведения любого градуса теплоты достаточна различная скорость движения материи». Он рассуждает, что теплота состоит из вращательного движения частиц, из которых состоит любое тело. Факт, объясняющий, почему форма тела и внешний вид не меняются при нагревании. Частицы при соприкосновении передают друг другу свое вращение, – утверждал Ломоносов. Тогда как предельно низкая температура (в современной науке известная как абсолютный нуль) соответствует состоянию покоя частиц тела.
В этом заключалась механическая теория тепла, открывающая тайны плавления твердых тел и испарения жидких.
Он доказывает, что открытый им ранее закон сохранения энергии характерен и тепловым явлениям. «Холодное тело В, погруженное в тело А, не может воспринять большую степень теплоты, чем какую имеет тело А», – заключает ученый. И это – стало одной из формулировок современной термодинамики.
В ученой среде того времени господствовала теория теплорода, оттого Ломоносовская механическая теория тепла, отторгающая догмат о теплороде, не была воспринята. И еще в 20-х гг. XIX в. можно в научных работах западных ученых встретить привычное им понятие «теплород».
Но уже в середине XIX века правильность Ломоносовской мысли становится очевидной, становясь основой таких отраслей науки, как термодинамика и энергетика.
Открытие механической теории тепла на Западе приписывают Клаузиусу, Мейеру и Гемгольцу.
В 1748 г. русский гений пишет работу «Попытка теории упругой силы воздуха»; «мы будем основываться на движении – и увидим, что при помощи этого важного свойства нам удастся более правильно объяснить то, что до сих пор составляло лишь предмет пожеланий», – рассуждает Ломоносов. На полях работы он делает рисунки, показывающие взаимодействие сталкивающихся частичек молекул; постоянно сталкиваясь, они отскакивают друг от друга, стремясь разлететься в разные стороны. Газ в сосуде стремится расшириться, потому как эти удары частиц о стенки сосуда и есть причина давления, производимого газом. Связав теорию газов с теорией теплоты, ученый делает открытие: при нагревании давление газов возрастает.
Михайло Васильевич Ломоносов за работой
Призвав на помощь статистику, Ломоносов рассчитывает суммарное действие молекул. Уверенный, что в каждый момент число молекул, летящих в каком-либо направлении, должно быть равно числу молекул, летящих в любом другом направлении. Потому равные участки стенок сосуда получат на одну единицу времени одно и то же число ударов. Так было положено начало совершенно новому методу расчета физических явлений – статистическому.
Впоследствии этот метод стал важным средством исследования атомных и молекулярных процессов; а современная наука получила новую дисциплину – статистическую физику.
Проводя опыты с газом, который, как считал Михаил Васильевич, являет собой бесчисленный рой хаотически движущихся частиц, он подвергает теоретическому анализу опытный закон Бойля-Мариотта, говорящий об обратной пропорциональности между давлением газа и его объемом. Ломоносов предполагает, что при больших давлениях должны наблюдаться отступления от закона Бойля-Мариотта. Когда газ сильно сжат, промежутки между частицами делаются сверхмалыми и сблизить их очень трудно. Поэтому, – делает вывод ученый, – при больших давлениях обратная пропорциональность между объемом газа и давлением будет нарушаться.
Отступления от закона Бойля-Мариотта были еще раз сформулированы голландцем Ван-дер-Ваальсом в 1872 г., через 107 лет после смерти великого Ломоносова.
И это далеко не единичные «кражи» мыслей, идей и научных открытий дерзновенного гения Русской Науки, так что поговорим об этом и в других главах нашей книги.