Когда физики в цене

Так Марат со своим увлечением электрическими флюидами попал в сомнительную компанию приверженцев разного рода невесомых субстанций.

И все-таки Марат не жертва обстоятельств. Он сам был повинен в своих заблуждениях и неудачах. Не он один был в плену ложных представлений. И Гальвани верил поначалу во флюиды, но преодолел этот этап с честью, вписав новую главу в науку о физиологическом электричестве. Вольта начинал с признания флюидов, а кончил эпохальным открытием — создал первую электрическую батарею. Гальвани и Вольта — примеры ученых, наделенных удивительной интуицией. При ложной исходной позиции они все же пришли к истинным результатам.

Лаплас и Лавуазье также не избегли увлечения магнитными и электрическими флюидами. Вместе с Вольтой они в 1782 году проделывают, сначала в Париже, потом в Лондоне опыты по получению электричества, которое возникает, по словам Вольты, «от простого испарения воды и различных химических реакций». Этими опытами они вторглись еще в одну неизведанную, полную загадок область науки — метеорологию. Она тоже была пронизана предчувствиями, пристрастиями. Процессы испарения и конденсации воды в ту пору были покрыты тайной. Ученые не стыдились верить в то, что роса падает со звезд или поднимается от земли и оседает на листьях, что за подобные явления ответствен особый флюид, нечто среднее между эфиром и теплородом — тепловой эфир.

Лавуазье, Лаплас и Вольта, исследуя процессы испарения, конденсации, электризации воды, видят в этом не мистику, а совсем новый облик событий: связь электрических, химических и тепловых явлений. Они выходят — каждый в своей области — на дорогу нового мировоззрения. Вольта и Гальвани, как мы уже знаем, начинают новую эру в электричестве. Лавуазье приходит к совершенно новому пониманию основ химии.

Пушки кипятят воду

Марат погиб, не найдя правильной дороги в науке.

Он, революционер, беспощадно боровшийся с реакционерами в политике, оказался рутинером в науке. Его теория теплорода вела науку обратно к схоластическим построениям натурфилософии. Теория теплорода сыграла роль первого камня, упавшего с высокой горы и повлекшего за собой лавину; возбудила волны, смывшие древний лед флюидов, державших науку в длительной спячке средневековья.

— Теплород — жидкость? — вопрошал с трибуны Дэви, популярный химик, блестящий оратор, славившийся своими дерзкими, крамольными, непринятыми в его время научными взглядами. — Но почему в таком случае эта «жидкость» не ведет себя в экспериментах так, как полагается вести себя всякой порядочной жидкости?

Когда Дэви слышал об опытах, якобы обнаруживших теплород, электрические или магнитные жидкости, то не называл их иначе как шаманством и архаизмом. Молодежь ломилась на его лекции. Этот англичанин, сын резчика по дереву, открыватель «веселящего газа», как называли вначале закись азота, увлек в химию своими блестящими лекциями не одну быстро воспламеняющуюся голову.

Однажды его услышал молодой переплетчик Фарадей, который так захотел быть химиком, что решил для начала стать слугой Дэви. Потом он сделался его другом и сотрудником. Фарадей пойдет дальше учителя, дальше своего века. Но это произойдет значительно позже, когда термодинамика накопит достаточно информации. А пока, в молодые годы он, восхищаясь Дэви, воспламеняясь его бунтарством, с восторгом учился у него и помогал в самый трудный, начальный, период борьбы с теплородом. Дэви не только учил, он и созидал. Он отваживался на неожиданные толкования природы теплоты. Он выдвинул теорию, которая теперь называется кинетической теорией тепла: колебательное и вращательное движение частиц тела — вот причина повышения его температуры, вот источник тепла. Он прославился не только как автор этой революционной теории, но как смелый экспериментатор, объединивший возможности химии и физики, эти два важнейших пути познания природы.

Окончательной победы кинетической теории теплоты Дэви не дождался. Быстро отгорев, он странным образом завершил свои дни. Опубликовав в 1806 и 1807 годах знаменитые лекции, создавшие ему славу величайшего химика Европы, и получив в 1812 году титул барона, он сошел с высот науки до уровня светского баловня. Его голоса уже не слышат в студенческих аудиториях. Дэви в плену «света» и своей богатой жены. Слава ненадолго вновь осеняет Дэви светом лампы, которую он изобретает для углекопов по заказу рудничной компании. Но затем, вплоть до кончины, он как ученый больше не существует.

Однако мысль толковать теплоту как форму энергии была высказана, подхвачена, и отмахнуться от нее было уже невозможно.

Но что значит мысль без доказательства?

Решительное слово в развитии нового взгляда на теплоту принадлежит человеку, необычайная жизнь которого, трудолюбие, широта интересов сделали его активным действующим лицом в борьбе с теплородом.

…Румфорд уже был Румфордом, когда молодой Дэви поступил в руководимый им Королевский лондонский институт на должность профессора химии. Прошло уже много лет с тех пор, как некий Бэнжамен Томпсон, противник борьбы за независимость, бежав из Америки, обосновался в Европе. Немало лет прошло и с тех пор, как, поступив на службу к баварскому курфюрсту, Томпсон проявил столько разнообразных талантов, что получил от Карла Теодора пост военного министра и титул графа Румфорда — в честь города в Нью-Гэмпшире, где он родился. За плечами у Румфорда была реорганизация немецкой армии, основание многих мануфактур, разработка проектов экономичного городского отопления. За это время разносторонние таланты графа Румфорда принимали иной раз «заземленный» уклон, и он увлекался составлением рациональной диеты, конструированием оригинальных очагов и печей, что принесло ему славу и в этой области.

Еще в бытность в Баварии он обдумал и осуществил ставший знаменитым опыт с оружейными стволами, нанесший чувствительный удар теории теплорода. В 1778 году он провел ряд опытов над силой пороха и заметил, что пушечный ствол от холостых выстрелов нагревается сильнее, чем от выстрелов снарядами, хотя следовало бы ожидать обратное. Ведь при стрельбе снарядами горячий газ дольше времени остается в соприкосновении со стенками орудия, и, если верить в то, что именно теплород переносит тепло, то в таком случае большее его количество успеет перетечь в ствол.

Результаты этого опыта вступали в противоречие с теорией теплорода, но Румфорд в то время не закончил задуманный цикл экспериментов, а продолжил их лишь через двадцать лет.

Надо сказать, что, несмотря на странные увлечения, отклонения в сторону, основной страстью Румфорда была проблема теплоты. И упоминание о его занятиях вопросами кухни и пищи не случайно. Именно они помогли Румфорду внести в науку о теплоте важное наблюдение. Считалось, что жидкости проводят тепло лучше, чем твердые тела. Румфорд, наблюдая, как остывает густая пища, объявил о своем несогласии с этой точкой зрения и выдвинул обратную.

Поставив ряд экспериментов, он возбудил такой активный спор о процессах теплопроводности в различных веществах, что это вылилось в образование новой ветви науки о теплоте. Его опыты всегда отличались простотой и связью с повседневной жизнью, что не могло не шокировать кабинетных ученых! Так неожиданно и непосредственно, прямо на военном полигоне, Румфорд провел и свой главный, простой и гениальный, эксперимент, вошедший во все учебники физики.

Наблюдая за сверлением стволов бронзовых пушек, Румфорд измерил количество выделяющегося при сверлении тепла. При этом он обнаружил, что тупое сверло плохо режет металл, но дает много тепла. Пока лошади приводили в движение это сверло, можно было успеть вскипятить воду в котлах, установленных на пушках. Румфорд решил, что тепло будет выделяться безгранично долго, во всяком случае, до тех пор, пока лошади, вращающие сверло, способны продолжать работу. Если бы здесь была замешана теплородная жидкость, она должна была бы давно иссякнуть.

С современной точки зрения этого было бы достаточно для ниспровержения гипотезы теплорода: тепло получается в результате механической энергии, работа, совершаемая лошадьми, превращается в тепло. Но в то время, когда наглядная гипотеза теплорода была привычной, требовались и другие аргументы.