ВВЕДЕНИЕ

Бесконечно велик и разнообразен мир, в котором мы живём!

Цветущие долины и высокие скалистые горы; бескрайние ковыльные степи и зелёные массивы лесов; песчаные, опалённые солнцем пустыни и тучные чернозёмные поля. Многоликая, многообразная природа!

А как богат и разнообразен мир животных и растений! От полярных областей до экватора поверхность Земли покрывают сотни тысяч разнообразнейших растений. Несколько десятков тысяч видов позвоночных животных известно учёным. А различных насекомых насчитывается свыше одного миллиона!

И всё это многообразие Земли расцвечено тысячами красок.

Но наша планета Земля — это лишь маленький островок в безграничном океане Вселенной. Взгляните на небо в тёмную безоблачную ночь. В мерцающем свете далёких звёзд открывается нам другой мир, мир без границ во времени и в пространстве. Каждая звезда — это огромное небесное тело.

Уже на заре развития человеческого общества многообразие мира рождало в сознании людей вопрос о природе окружающих тел. Из чего состоит огромный, разнообразный мир? Из каких материалов построены Земля, животные, растения? Из чего состоят далёкие миры Вселенной? Из каких основных веществ состоит сам человек?

Наивны были первые попытки людей объяснить природу мироздания. Преклоняясь перед неведомыми и потому таинственными и грозными силами природы, не имея сколь-либо основательных знаний об окружающем мире, человек далекого прошлого верил в самые нелепые басни о природе вещей, об устройстве Вселенной, распространяемые и поддерживаемые церковью.

На протяжении многих веков церковники проповедуют среди народа самые невежественные представления о мире, преследуют и осуждают передовые, материалистические взгляды на устройство Вселенной. Религиозные учения пронизаны ненавистью к науке, к просвещению.

Передовая, материалистическая наука вела и ведёт непримиримую борьбу с религиозными предрассудками, с суевериями. Она разбивает ложные, невежественные учения церкви о природе, неопровержимыми фактами доказывает лживость фантастических религиозных вымыслов о том, как устроен наш мир.

В течение многих столетий церковники учили, например, что наша Земля стоит неподвижно в центре Вселенной, а Солнце, Луна и звёзды обращаются вокруг неё и существуют лишь для того, чтобы освещать Землю. Знаменитый польский учёный Николай Коперник в XVI веке доказал, что это учение церкви ложно. В действительности наша Земля является рядовой планетой солнечной системы; она вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. Учение Коперника было запрещено церковниками. Сторонники Коперника подвергались жестоким преследованиям. Один из талантливых последователей польского учёного Джордано Бруно был в 1600 году сожжён на костре по приговору церковного суда.

Религиозная идеология, антинаучная в своей основе, противоположна коммунистическому мировоззрению. В нашей стране ликвидированы социальные корни религии, уничтожаются причины, порождающие и питающие религиозные представления в сознании людей. Широчайшие народные массы Советского Союза порвали с религией, ставшей пережитком прошлого, остатком старины. Это одна из замечательных побед советского строя.

Церковь в нашей стране отделена от государства и школа от церкви. Конституция СССР признаёт за каждым советским гражданином свободу совести — свободу отправления религиозных культов и свободу антирелигиозной пропаганды. Но наши общественные и научные организации не могут быть нейтральны в отношении религии. Большевистская партия ведёт активную борьбу за преодоление пережитков капитализма в сознании людей. Одним из таких пережитков являются религиозные предрассудки и суеверия. «Партия не может быть нейтральна в отношении религии, — учит товарищ Сталин, — и она ведет антирелигиозную пропаганду против всех и всяких религиозных предрассудков, потому что она стоит за науку, а религиозные предрассудки идут против науки, ибо всякая религия есть нечто противоположное науке» (И. Сталин, Вопросы ленинизма, 10-е изд., стр. 192).

Религиозные суеверия и предрассудки поддерживают буржуазные реакционеры от науки. Учёные мракобесы отрицают возможность познания законов природы и общества, проповедуют бессилие науки, прославляют поповщину и идеализм. В буржуазных странах учёные шарлатаны всякого рода отравляют народ идеалистическим и религиозным опиумом. Все силы современного мракобесия, варварства поставлены на службу агрессивному англо-американскому империализму, направлены к тому, чтобы любыми средствами поддержать, подпереть падающее здание капитализма. Капитализм старается всеми силами держать трудящиеся массы в слепом повиновении. Этой цели хорошо служит религия, которая требует от человека слепой веры в мудрость творца, сулит ему счастливое будущее на небесах, является опорой всего отсталого и реакционного. И капиталистические хозяева — англо-американские империалисты, — стремясь поддержать религию, привлекают к ней на помощь своих учёных лакеев. Многие буржуазные учёные Европы и Америки проповедуют в наши дни взгляды, очень далёкие от настоящей науки, взгляды, отрицающие науку и поддерживающие религиозные суеверия. Современная буржуазная наука помогает церкви поддерживать у народных масс веру в библейские басни. Так, английские астрономы Эддингтон, Джинс и Милн пытаются доказать, что Вселенная конечна, имеет определённые размеры, и то, что находится за пределами этой Вселенной, уже непознаваемо.

Реакционные учёные капиталистических стран отрицают закономерность и причинность явлений в природе.

Во многих статьях американской и британской энциклопедий буржуазные мракобесы «доказывают» господство божественного начала в природе. Так, в 18-м томе американской энциклопедии читателю преподносится такая фраза: «наблюдая все явления целесообразности в строении живых существ, почти невозможно поверить, что они могли развиваться без участия творца».

И дальше: «…происхождение человека было творческим актом, выразившимся в проникновении в его животное тело некоего божественного начала, которое уподобило его творцу».

В британской энциклопедии протаскивается утверждение о существовании души, утверждение, что все организмы «созданы духовным началом, которое… может существовать продолжительное время после разрушения материального тела или его распада на элементы».

Авторы британской энциклопедии, поддерживая реакционные идеалистические учения, утверждают, что люди якобы пришли к выводу, что материя и движение — это лишь функции, порождённые умом, что «наука сама по себе имеет дело с кажущимся, а не обязательно с реальностью».

Все эти примеры говорят о том, что империалисты используют все средства, чтобы держать массы трудового народа своих стран в плену религиозных предрассудков и реакционных суеверий.

А. А. Жданов, выступая на философской дискуссии в июне 1947 года, указал, что идеалистическая философия теперь предстаёт в своём новом, отвратительно грязном естестве, отражающем всю глубину, низость и мерзость падения буржуазии. «Взять хотя бы учение английского астронома Эддингтона о физических константах мира, которое прямёхонько приводит к пифагорейской мистике чисел и из математических формул выводит такие „существенные константы“ мира, как апокалиптическое число 666, и т. д. Не понимая диалектического хода познания, соотношения абсолютной и относительной истины, многие последователи Эйнштейна, перенося результаты исследования законов движения конечной, ограниченной области вселенной на всю бесконечную вселенную, договариваются до конечности мира, до ограниченности его во времени и пространстве, а астроном Милн даже „подсчитал“, что мир создан 2 миллиарда лет тому назад. К этим английским учёным применимы, пожалуй, слова их великого соотечественника философа Бэкона о том, что они обращают бессилие своей науки в клевету против природы.

В равной мере кантианские выверты современных буржуазных атомных физиков приводят их к выводам о „свободе воли“ у электрона, к попыткам изобразить материю только лишь как некоторую совокупность волн и к прочей чертовщине».

Уже в древнем мире оформились два основных направления в учении о мире: истинное, научное — материалистическое и поповское, ненаучное, реакционное — идеалистическое. Борьба этих направлений прошла через века и сейчас продолжается в капиталистических странах. В Советском Союзе эта борьба закончилась победой материалистической науки, победой науки коммунизма — диалектического материализма.

Марксистско-ленинское мировоззрение, это воинствующее, последовательно материалистическое мировоззрение, победоносно проложило себе путь в ожесточённой борьбе с реакционными воззрениями.

В нашей книге мы расскажем о том, как в борьбе материалистической науки с идеализмом, с религиозными предрассудками рождалось истинное знание, как изменялся и совершенствовался взгляд на природу вещей, составляющих мир, какой ответ на вопрос «из чего состоит Вселенная, каково строение вещества?» даёт нам современная материалистическая наука,

I. В ПОТЁМКАХ СУЕВЕРИЙ

1. Элементы мира

Мировоззрение коммунизма — диалектический материализм — учит, что существует не зависимый от человека мир, единый в своей материальности, вечно движущаяся, изменяющаяся материя. Ленин учит, что материя есть объективная реальность, «…которая дана человеку в ощущениях его, которая копируется, фотографируется, отображается нашими ощущениями, существуя независимо от них» (В. И. Ленин, Соч., изд. 4-е, т. 14, стр. 117).

Мир по природе своей материален. Наблюдаемое многообразие явлений в природе представляет собой различные виды движущейся материи. Взаимная связь и взаимная обусловленность явлений, устанавливаемые диалектическим методом, представляют закономерности развития движущейся материи. Мир развивается по законам движения материи и не нуждается ни в каком «мировом духе». Материя есть единственный источник и последняя причина всех процессов в природе, так как всё состоит из материи и порождено материей. Атом, живая клетка, организм, мыслящий человек — разнообразные виды материи. Материя вечна и бесконечна. Она не исчезает и не создаётся вновь, она несотворима и неуничтожаема; материя только меняет свои формы. По словам Ф. Энгельса, ничто не вечно, кроме вечно изменяющейся, вечно движущейся материи и законов её движения и изменения.

Различные религиозные басни и ненаучные, реакционные учения утверждают, что мир неизменен: всё, что мы видим на земле и на небе, было создано когда-то богом из ничего и в таком неизменном виде существует до наших дней.

Наука тысячами фактов давно опровергла эти наивные и вредные утверждения.

Нет в мире ничего неизменного, застывшего. Первое и неотъемлемое свойство материи — движение. Товарищ Сталин учит, что природу надо рассматривать «не как состояние покоя и неподвижности, застоя и неизменяемости, а как состояние непрерывного движения и изменения, непрерывного обновления и развития, где всегда что-то возникает и развивается, что-то разрушается и отживает свой век» («Вопросы ленинизма», 11-е изд., стр. 537).

И действительно, в вечном движении, изменении, обновлении находится окружающая нас природа. Каждодневно и каждочасно рождаются и растут на Земле многочисленные животные и растения. Рядом с этим зарождением и развитием новой жизни мы видим смерть, разрушение живых существ. Ни один организм не живёт вечно.

Постепенно, в течение многих десятков и сотен тысяч лет неузнаваемо изменяется животный и растительный мир Земли (рис. 1).

Рис. 1. В течение многих тысячелетий неузнаваемо изменяется животный и растительный мир Земли. На рисунке вверху — Земля 130 миллионов лет назад; внизу — современный пейзаж.

Не существуют в неизменном виде и все тела неживой природы. Даже самые, казалось бы, постоянные из них, такие, как горы, и те постоянно изменяются. В течение многих тысячелетий под действием различных сил природы «старятся», изнашиваются огромные горы — они становятся всё меньше и меньше и, наконец, совсем исчезают, превращаясь в равнины. Под действием различных сил природы постоянно видоизменяется лицо Земли.

Не всегда, однако, замечает человек перемены, происходящие вокруг него. Это легко понять, — ведь изменения в природе происходят, как правило, так медленно, что нередко за целую жизнь мы не можем их заметить.

Существует красивое восточное сказание. На берегу большой реки стоял город. Со всех сторон приходили сюда караваны с товарами из далёких стран; на базарах города продавались изделия многочисленных городских ремесленников. Однажды в город пришёл с караваном купцов странник. У одного старика-горожанина он спросил: «Когда и кем основан этот город? Что здесь было раньше?» — Старик ответил: «Наш город стоит с незапамятных времён. Здесь родился и вырос я, здесь родились и умерли мой отец, мой дед и мой прадед. Когда я был маленький, старики рассказывали мне, что наш город основан очень, очень давно. Так давно, что никто не помнит ни имени основателя города, ни того времени, когда на этом месте не было нашего города».

Прошли века. Давно исчез с лица Земли восточный город. На его месте шумело море. На пустынном морском берегу стоял небольшой рыбачий посёлок. В постоянных трудах и заботах проходила тяжёлая жизнь рыбаков. Однажды в посёлок зашёл странник. На пороге хижины старый рыбак чинил сеть. «Давно ли существует здесь море? — опросил старика странник. — Что здесь было раньше?» Старый рыбак с изумлением посмотрел на пришельца и ответил: «О чём ты говоришь?! Море здесь было всегда. Я живу здесь уже семьдесят лет и никогда не слыхал, чтобы здесь было что-нибудь другое, кроме моря!».

И ещё прошли века. Давно ушло отсюда море. На том месте, где когда-то стоял шумный портовый город, а позднее ютились рыбацкие хижины, теперь простиралась равнина. Одинокий селянин пахал землю. По пыльной дороге шёл путник. Поравнявшись с пахарем, он остановился. «Как давно сеют здесь хлеб? — спросил он крестьянина. — Что здесь было раньше?». Пахарь ответил: «Я родился и вырос в этих местах. Здесь жили и умерли мои деды; и всегда люди пахали здесь землю».

О чём говорит это сказание? О том, что люди часто не замечают перемен, мало знают о прошлом.

Именно благодаря таким представлениям людей о неизменности природы, благодаря отсутствию знаний о прошлом Земли, животных, человека и возникло религиозное утверждение о том, что мир неизменен.

Однако уже в древнем мире наиболее пытливые, более наблюдательные люди видели, что всё в мире течёт, всё изменяется.

Так, древнегреческий философ Гераклит ещё более двух тысяч лет назад писал, что подобно тому, как мы не можем окунуться дважды в одну и ту же волну, потому, что вода её постоянно обновляется, так и всё существующее течёт.

Но, наблюдая постоянные изменения в живой и неживой природе, человек также видел, что мир в течение всей его жизни остаётся всё тем же давно знакомым миром обычных вещей. Всё такая же вода текла в реках, тот же воздух окружал Землю. Это наводило на мысль, что всё, что изменяется в мире, — это лишь изменение формы чего-то неизменного, каких-то немногих основных веществ.

Каковы же эти неведомые основные вещества мироздания? Сколько их? Что в мире неизменно?

Ответы на эти вопросы и были первыми ответами на вопрос: из чего построены окружающие нас тела?

К обобщённому выводу о единстве материального мира люди пришли путём долгого и медленного развития знаний об окружающей человека действительности. Еще первые древнегреческие философы признавали материю основой действительности, но они отождествляли материю с отдельными видами её.

Фалес, живший две с половиной тысячи лет назад в древней Греции, учил, что началом всех вещей, первоначальным веществом — основой всего является вода. Всё, что мы видим вокруг, произошло из воды.

Смешной и наивной кажется нам сейчас эта мысль, однако такой взгляд на воду, как на первооснову мира, поддерживался долгое время многими мыслителями и учёными прошлого. Так, еще в начале XVII века один голландский учёный, чтобы доказать справедливость учения Фалеса, поставил такой опыт. Он посадил в горшок с сухой землёй маленькое деревцо и ежедневно в течение пяти лет поливал его дождевой водой. Затем он вынул дерево и взвесил его. Дерево увеличилось в весе в 32 раза. Вес земли в горшке остался при этом почти прежним. Отсюда учёный заключил, что растения состоят из одной лишь воды; он не подозревал, что растительные организмы строят свои клетки не только из воды и солей, содержащихся в воде, но и из углекислого газа, находящегося в воздухе.

Другой философ древности, Анаксимен, утверждал, что весь мир — бесконечная материя — построен из воздуха.

Огонь — вот первичная форма вещества, первооснова всего, — говорил Гераклит — третий мудрец древнего мира. Огонь — это самое живое, самое подвижное и «одушевлённейшее» на свете, — учил он. — Из него возник наш мир; пройдут бесконечные времена, и снова всё обратится в первобытный огонь. По словам Гераклита, мир не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будет вечно живым огнём, закономерно воспламеняющимся и закономерно угасающим.

Каждое из этих учений находило своих приверженцев и последователей, но с течением времени уже для учёных древнего мира становилось ясно, что всё разнообразие тел природы не может произойти из какого-то одного первоначального вещества, будет ли это вода, огонь, воздух или что-либо другое.

И число «первооснов» мира, или, как их назвали в древнем мире, «элементов», постепенно увеличивается.

Возникает философское учение Эмпедокла. Эмпедокл уже утверждает, что мир построен из четырех стихий-«корней»: земли, воды, воздуха и огня. «Корни» эти неизменны; они не переходят друг в друга, не возникают один из другого. Это основные, неразложимые вещества мироздания — элементы.

Через сто лет после Эмпедокла его учение развил один из самых крупных философов древнего мира — Аристотель.

Изучая свойства различных тел, учёные древнего мира не могли объяснить, почему эти свойства подчас легко изменяются. Многие из этого делают вывод, что свойства могут быть и не связаны с телами. Учение об основных свойствах тел и создаёт Аристотель.

Все тела состоят из одного и того же вещества, — учит Аристотель, — но это вещество может принимать различные свойства. Таких свойств, или стихий, присущих всем телам мира, — четыре; это — холод, тепло, влажность и сухость. Соединяясь по два, они и образуют элементы: землю — сухую и холодную, огонь — сухой и горячий, воду — влажную и холодную и воздух — влажный и горячий. Эти элементы невещественны. Они являются лишь носителями различных свойств, присущих всем телам. Это — элементы-свойства.

К названным элементам-свойствам Аристотель добавляет ещё пятую, объединяющую их, сущность, названную позднее квинтэссенцией. «Божественная квинтэссенция» (т. е. пятая сущность), объединяющая и как бы примиряющая противоречивые качества тела, играла очень важную роль в химических работах последующих веков.

Вот это философское учение об элементах-началах и четырёх стихиях мира особенно сильно укрепилось в сознании многих учёных прошлого.

Вера в невещественные элементы — элементы-свойства Аристотеля — просуществовала многие века, почти до XVIII столетия. На учении Аристотеля, во многом глубоко ошибочном, развилось и укрепилось таинственное и неверное учение первых и средних веков нашей эры — учение о превращении простых веществ друг в друга.

2. Эликсир мудрецов

С незапамятных времён человека поражали превращения одних веществ в другие. И чем больше присматривались люди к живой и неживой природе, тем больше они убеждались в том, что почти все окружающие нас тела и вещества способны видоизменяться, переходить из одной формы в другую, превращаться в совсем иные на вид тела и предметы.

Особенно это было заметно у различных металлов. Изменения в цвете, в блеске и в других физических свойствах металлов при сплавлении их друг с другом наводили уже древних людей на мысль, что все металлы могут превращаться друг в друга. Одним из самых наглядных и убедительных примеров этого было получение бронзы. Красная медь и белое олово давали, соединяясь вместе, сплав, похожий на золото.

В ещё большей степени возможность превращения веществ как будто бы была видна в металлургии, которая уже существовала в древнем мире. Землистое вещество — руда — превращалось обжигом в блестящий металл. Это ли не превращение веществ! Ведь руда — это земля, и, значит, металл рождается из земли после того, как она подвергается обжигу. Из этого учёные прошлого делали вывод, что земля, соединяясь с огнём, давала металл.

И вот в первые века нашей эры рождается «наука» о превращении всех металлов друг в друга, «искусство» делать драгоценный металл — золото, более того, «искусство» делать особый, необыкновенный, всесильный «философский камень», камень, дающий его обладателю богатство, власть, вечную молодость!

Позднее арабы назвали эту «науку» алхимией.

Алхимики считают, что все минералы и металлы подобны живым существам: они зарождаются, живут и умирают в земле; только развитие металлов происходит значительно медленней, чем животных и растений, и потому оно незаметно. При этом природа всегда стремится к совершенству — она все время старается производить золото, но различные неблагоприятные обстоятельства приводят к тому, что родятся «недоноски» — неблагородные металлы, такие, как медь и железо. Однако и эти неполноценные металлы совершенствуются, приближаются по своим свойствам всё ближе и ближе к золоту. Беда только в том, что такое совершенствование происходит слишком медленно.

Ускорить совершенствование неблагородных металлов — такую задачу и ставят себе алхимики. А достичь этого можно лишь при помощи «философского камня».

«Философский камень» алхимиков — это «квинтэссенция» Аристотеля.

Могущество «камня», по мнению алхимиков, безгранично. Он может превращать любой неблагородный металл в золото, лечить болезни, возвращать молодость.

Учение алхимиков распространяется по всей Европе. Все большее и большее число учёных примыкает к алхимикам. Всё больше находится людей, ослеплённых желанием найти лёгкий алхимический способ делать золото.

Этому помогают власти — светские и духовные.

Огромную власть над людьми приобрела в средние века церковь. Церковники объявляют ересью всякое научное исследование природы. На все вопросы о сущности вещей, о строении мира, об устройстве животных и растений попы и монахи отвечают: всё создано богом, и поэтому грешно пытаться проникать в «тайны божества». Ослушникам грозит жестокое наказание.

Иначе относятся церковники лишь к учению Аристотеля об элементах-свойствах. Это учение не подрывает «основ» религии. И католическая церковь берёт учение Аристотеля под своё покровительство, она объявляет его непогрешимым и обязательным для каждого верующего человека. Католические попы объявляют, что Аристотель — предшественник Христа. В средневековых университетах профессора приносят присягу в том, что они при объяснении студентам любых вопросов не будут отступать от евангелия и Аристотеля!

Но ведь Аристотель учит, что, соединяя первичные элементы — землю, огонь и др. — с элементами-стихиями, можно получить любое вещество. А отсюда следует, что можно превращать одни вещества в другие!

Таким образом, учение алхимиков о превращении простых веществ друг в друга не противоречит Аристотелю и потому благословляется церковью.

Цель, к которой стремились алхимики, увлекает людей, ослепляет их жаждой безмерного, лёгкого обогащения. Несовершенные же знания людей времени зарождения и развития алхимии были таковы, что они не только не опровергали возможности превращения металлов друг в друга, а, наоборот, как будто подтверждаемые многочисленными наблюдениями природных явлений, а позднее и чисто химических превращений в сосудах алхимиков, говорили о том, что превращение металлов — дело вполне осуществимое; надо лишь найти тот «философский камень», который помог бы осуществить это превращение.

В поисках химических способов получения золота и «философского камня» арабские учёные встали на новый путь — путь опыта. Они проводят многие тысячи самых различных опытов и убеждаются, что мир более сложен, чем учил Аристотель.

Изучая опытным путём превращение различных металлов друг в друга, арабы замечают, что многие металлы, соединяясь с серой, превращаются в землистые вещества. Однако если такое вещество подвергнуть обжигу, то снова возникает тело с металлическими свойствами.

Установили арабские алхимики и другой примечательный факт: металлическая ртуть во многих случаях оказывается способной «поглощать» различные металлы (теперь мы называем это явление амальгамированием) и «выделять» их из себя вновь при кипячении.

Рис. 2. Лаборатория алхимика.

Из всего этого некоторые средневековые учёные делают вывод, что в ртути и сере содержатся другие металлы, что все металлы состоят из этих двух основных веществ-качеств; всё зависит лишь от количества серы и ртути в каждом металле.

Поэтому алхимики вводят новые элементы. Это «ртуть» — металлическое начало, носитель металлических свойств, и «сера» — начало горючее. «Ртуть» придаёт металлам блеск и ковкость, а от «серы» зависит цвет металлов.

Оба этих алхимических элемента считаются, подобно началам Аристотеля, элементами невещественными, неосязаемыми. Они не являются теми веществами, которые с древних веков людям были известны под названием сера и ртуть. Нет, это всё те же невесомые элементы-свойства. Обыкновенная ртуть, так же как и прочие металлы, состоит из «ртути» алхимиков и небольшой добавки «серы».

Позднее алхимики включают в число первооснов мира третий неосязаемый элемент-свойство — «соль». Она, по мнению алхимиков, придаёт содержащим её телам вкус, твёрдость, способность растворяться в воде.

Постоянно опасаясь, что их секреты будут кем-нибудь украдены, алхимики стараются говорить и писать совершенно непонятным для «непосвящённых», иносказательным языком. Сочинения алхимиков пестрят различными знаками, полны зашифрованных описаний, недоговорок, нелепостей. Вот, например, каков «рецепт» приготовления «философского камня», предлагаемый одним из алхимиков:

«Чтобы приготовить эликсир мудрецов (т. е. философский камень), возьми меркурий философов, обжигай его, пока он не превратится в красного льва. Кипяти красного льва на песчаной бане в кислом виноградном спирте, выпари продукт, и меркурий обратится в камедистое вещество, которое можно резать ножом. Положи его в обмазанный глиной сосуд и немедленно перегоняй: получишь безвкусную жидкость, спирт и красные капли. Кимврийские тени покроют сосуд своим темным покрывалом, и ты найдешь внутри него истинного дракона, потому что он пожирает свой хвост. Возьми этого черного дракона, разотри на камне и прикоснись раскаленным углем. Он загорится и воспроизведет зеленого льва. Сделай, чтобы он пожрал свой хвост, и перегоняй снова продукт. Наконец, очисти заботливо, и ты увидишь появление жгучей воды и человеческой крови — это и есть эликсир».

Не правда ли, совершенная чепуха?

А между тем в этом рецепте идёт речь о самых обычных химических веществах. Оказывается, красный лев — это свинцовый сурик, меркурий — свинец, а черный дракон — порошок свинца с углистым веществом.

Алхимия просуществовала до XVI столетия. Многие поколения выдающихся учёных средних веков, ослеплённые блестящим призраком «философского» золота, почти бесплодно растратили огромное количество умственной работы. В этих поисках было забыто всё остальное. Надолго был забыт и вопрос: из чего построен мир?

Нельзя сказать, однако, что алхимия не дала ничего положительного. Кое-что в работах алхимиков оказалось и полезным. Занимаясь в течение долгих веков неосуществимым делом получения благородных металлов из неблагородных, алхимики собрали много ценных фактов, ускоривших в дальнейшем выяснение природы вещей. Были изучены свойства многих веществ, особенно металлов. Были открыты серная и азотная кислоты, выделен ряд соединений металлов с кислотами — едкий натр, селитра, квасцы и т. д. Были, наконец, открыты и описаны многочисленные и важные химические операции: перегонка, фильтрация, возгонка, кристаллизация и т. д., имевшие большое значение для дальнейшего развития науки.

Алхимия умерла лишь тогда, когда новые многочисленные опытные факты заставили учёных отказаться, наконец, от аристотелевских элементов; более того — заставили учёных изменить взгляд на самую сущность элементов, отказаться от мысли о безграничной превращаемости различных веществ друг в друга.

Для учёных стало ясно, что общее число основных веществ мира на самом деле несравненно больше, нежели четыре элемента учёных классической древности и два или три элемента алхимиков. Они убедились, наконец, и в том, что нельзя из ртути и свинца получить химическим путём золото потому, что всё это простые, не разложимые далее вещества, или элементы.

3. Загадка тепла

В XVI веке среди учёных находилось уже немалое число людей, которые не верили в «непогрешимость» учения Аристотеля, не признавали запретов церкви. К этому времени в Европе заметно расширяется производство, путешественники открывают новые земли, растёт торговля. В связи с этим начинает развиваться и наука. Влияние церкви начинает падать. Особенно успешно подрывают авторитет церкви новые замечательные открытия. Великие учёные Коперник и Галилей доказывают, что Земля — это рядовая планета: она вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца и не является неподвижным центром Вселенной. Первые кругосветные путешественники доказывают, что Земля имеет шарообразную форму. Эти факты противоречат библии, священному писанию. Но это — факты! И для всё большего и большего числа людей становится очевидным, что для познания законов природы, сущности вещей необходимо не слепое преклонение перед писаниями древних, а опытное, углублённое изучение природы, её явлений и закономерностей.

На этот путь и встают учёные. На смену суевериям постепенно приходит истинное знание.

Занимаясь изучением свойств различных веществ, химики видят, что свойства любого вещества определяются только его составом.

Если мы заставим, например, химически взаимодействовать друг с другом серу и железо, то получим новое вещество, не похожее по своим свойствам ни на серу, ни на железо. И свойства этого нового вещества зависят именно от того, что мы взяли серу и железо, а не что-либо другое.

В самом деле, замените в этом соединении железо медью, и вы получите совсем другое вещество, с новыми, совершенно другими свойствами.

Свойства сложного соединения объясняются его составом. Выходит, что не какие-то неведомые свойства-стихии определяют характер того или иного вещества, а, наоборот, сама природа каждого вещества, каждого соединения, его состав обусловливают его свойства.

Причину свойств различных тел надо искать в самих телах.

Этот вывод, подготовленный многочисленными работами учёных XVI и XVII веков, и привёл к закату алхимии.

И действительно, такой вывод совершенно менял взгляд на природу элементов. Раз свойства любого химического соединения определяются его вполне вещественными составными частями — более простыми веществами, то нет смысла говорить о каких-то невещественных, неосязаемых «философских» элементах-свойствах. Они не нужны для объяснения свойств различных тел природы.

Только ощутимые, вполне определённые составные части соединения придают последнему присущие ему физические и химические свойства.

И в XVII веке возникает совершенно новое определение химического элемента. Химический элемент — это не неуловимый, таинственный элемент алхимиков; это вполне вещественное тело, составная часть сложного химического соединения. Химическим элементом надо считать всякое вещество, полученное при химическом разложении сложного тела, если оно не может быть разложено далее на более простые вещества.

Занимаясь анализом, т. е. разложением, различных тел, химики уже давно обратили внимание на то, что далеко не все тела можно разложить на другие, более простые составные вещества. Некоторые вещества, что бы с ними ни делали, остаются неразложимыми. Таковы, например, свинец, сера, золото, сурьма. Это простые тела. В то же время всякое сложное тело всегда состоит из сравнительно небольшого числа простых тел. Последние всегда оказываются веществами далее не разлагаемыми.

Сколько же существует основных веществ — элементов? Учёные этого не знают: разве можно заранее, без опыта, установить, сколько существует элементов или элементарных свойств и каковы они? Единственный путь для этого — опыт. Только опытом можно проверить, какой состав имеет каждое тело. И вот, если только какое-либо вещество мы не можем разложить на другие, более простые, то его-то и надо считать химическим элементом.

А сколько этих элементов — сказать пока невозможно. Ясно лишь, что химических элементов значительно больше четырёх, как учил Аристотель.

В течение короткого времени новое учение о химических элементах получает признание учёных. Постепенно начинает увеличиваться и число простых веществ — элементов.

Однако новое знание с трудом освобождается от устаревших представлений. Так, в списке химических элементов середины XVIII века мы по-прежнему видим воду и воздух. По мнению химиков того времени, это простые, неразлагаемые вещества. И наоборот, все металлы считаются веществами сложными — они состоят якобы из земель и так называемого флогистона («флогистос» — сожжённый) — особого невещественного элемента, говоря иначе, того же элемента-свойства — огня Аристотеля или «серы» алхимиков.

Считалось, что флогистон, заключённый в теле, придавал этому телу способность гореть или вообще изменяться при накаливании.

Лишь к началу XIX века химия окончательно освобождается от влияния старого. К этому времени учёные химики открывают различные газы — азот, кислород, водород, углекислоту и другие, и убеждаются в сложном составе воздуха и воды.

Единственным человеком среди учёных XVIII века и первым учёным, который полностью порывает со старыми, неверными взглядами, допускающими существование таинственных «тонких материй», является великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов.

Великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов.

Сын рыбака-помора, гениальный учёный с чрезвычайно широким кругом интересов, охватившим все области науки, поэт, художник, инженер и реформатор родного языка, Ломоносов был одним из тех редких гениальных людей, которые не только дают правильное объяснение тому или иному явлению, но своими работами опережают всё развитие науки на многие десятки лет.

Современники этого великого учёного не понимали, да и не могли понять всего значения его исследований и мыслей. Это было не удивительно. Ведь то, что сделал в физике и химии М. В. Ломоносов, опережало развитие этих наук на 50-100 лет! Почти все работы великого русского учёного были подтверждены и признаны учёным миром лишь много позднее — в XIX веке.

Великий учёный был непримиримым врагом предрассудков и суеверий. В своих работах он высмеивал, критиковал нелепые представления об окружающем мире, был врагом религиозных предрассудков. Он мечтал о том времени, когда народные массы освободятся от вредных суеверий.

Напрасно многие думают, — писал Ломоносов, — что все как видим, «с начала Творцом создано; будто не токмо горы, долы и воды, но и разные роды минералов произошли вместе со всем светом; и потому-де не надобно исследовать причин, для чего они внутренними свойствами и положением мест разнятся. Таковые рассуждения весьма вредны приращению всех наук, следовательно и натуральному знанию шара земного, а особливо искусству рудного дела, хотя оным умникам и легко быть философами, выучась наизусть три слова: Бог так сотворил; и сие дая в ответ вместо всех причин».

«Учёной нелепостью» М. В. Ломоносов считал и различные «тонкие материи».

Свою борьбу с невещественными элементами Ломоносов начинает с опровержения распространенного в его время представления о «тонкой материи» теплоты.

«В наше время, — пишет Ломоносов, — причина теплоты приписывается какой-то особой материи, которую большинство называют теплотворной, а некоторые — эфиром, третьи — даже элементарным огнем. Признают, что ее тем большее количество находится в каждом теле, чем больше тело имеет тепла… Мнение это в умах многих пустило столь глубокие корни… что в разных физических сочинениях можно прочитать, что названная выше материя вторгается в поры тел, как бы привлеченная каким-то любовным напитком, или наоборот, как бы охваченная ужасом, вырывается из пор».

Но откуда берётся эта огненная материя? — спрашивает Ломоносов. Отчего, например, «…зимою, при жесточайшем морозе… порох зажигается от только что возникшей маленькой искры и вдруг расширяется в огромное пламя? Откуда и в силу какого удивительного свойства собирается эта огненная материя? Слетается ли она со сказочной быстротой из очень отдаленных мест и зажигает порох? Но в этом случае необходимо, чтобы нагрелись и расширились от прилетающего огня прежде пороха другие тела…». И Ломоносов утверждает, что нет никакой таинственной тепловой «материи». «Очень хорошо известно, — пишет он, — что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается докрасна от проковывания частыми и сильными ударами, а если их прекратить, то теплота уменьшается и произведенный огонь тухнет».

Но что движется в тёплом теле? Почему, например, если раскрутить кусок железа, привязанный к верёвке, то он при этом совсем не нагреется?

И на этот вопрос мы находим ответ у М. В. Ломоносова. «Так как тела могут двигаться двояким движением — общим, при котором все тело непрерывно меняет свое место при покоящихся друг относительно друга частицах, и внутренним, которое есть перемена места…частичек материи; и так как при самом сильном общем движении часто не наблюдается теплоты, а при отсутствии такого движения — наблюдается большая теплота, то, следовательно, теплота состоит во внутреннем движении материи».

Так великий русский учёный, намного опередив своих современников, указал истинную природу теплоты.

Нет в мире как тепловой, так и прочих «тонких невесомых материй»! Всё, из чего состоит мир, вещественно — имеет вес и меру.

Нет нематериальных элементов. Любой химический элемент — это не элемент-свойство, не нечто невесомое, неосязаемое, а материальное вещество, не разлагаемое далее доступными химику средствами.

И ясно также, что число таких не разлагаемых далее веществ в мире больше, чем три или четыре элемента древних учёных. К началу XIX века их найдено уже больше двух десятков.

Но какова же внутренняя природа этих основных веществ мира? Как и из чего построены сами химические элементы? Чем они отличаются друг от друга? Какими путями они соединяются друг с другом в сложных телах? Наконец, сколько же их, всех этих химических элементов, существует во всём мире?

Все эти вопросы встали перед химиками и физиками XVIII и XIX веков сразу же после того, как был решён вопрос о материальности химических элементов.

II. РОЖДЕНИЕ НАУКИ

1. Великий закон природы

В упорной борьбе со старыми, неверными взглядами средневековых учёных рождаются новые науки, изучающие природу, — химия и физика. Твёрдую научную основу для этих наук закладывает великий русский гений М. В. Ломоносов, изгнав из науки «тонкие материи».

Но Ломоносов делает для науки ещё большее. Он открывает великий закон природы — закон сохранения вещества и движения, закон сохранения материи.

Наблюдая взаимные превращения различных веществ, люди видели, что нередко отдельные тела как бы «исчезают», пропадают бесследно, или, наоборот, «возникают», рождаются из «ничего». Так при горении «исчезает» полено дров, сгорает «без остатка» свеча. Так из маленького семени вырастает в цветочном горшке растение; при этом вес земли, заключённой в горшке, остается прежним, вещество, из которого состоит растение, по видимости возникает «из ничего».

Возникал важный вопрос: может ли что-либо существующее в мире исчезнуть, превратиться в «ничто»? Возможно ли возникновение вещества из «ничего»? Другими словами, уничтожаема или неуничтожаема материя, из которой строится всё многообразие мира?

Много веков назад были высказаны первые правильные догадки, отвечающие на этот вопрос.

Из ничего ничто произойти не может; ничто существующее не может быть уничтожено — утверждал еще 2 400 лет тому назад Демокрит, философ-материалист древней Греции.

Его мысли повторил через несколько веков древнеримский поэт и философ Лукреций Кар: «Из ничего даже волей богов ничего не творится»; «…разлагает природа все вещи на составные частицы, пропасть же ничто в ней не может».

Однако все эти высказывания были лишь догадками, значение которых для науки не было ясно их авторам. Всё значение вопроса о неуничтожаемости материи для науки впервые было понято М. В. Ломоносовым.

До Ломоносова химики, как правило, не производили количественных измерений; все их опыты касались только чисто качественных изменений вещества. В химических опытах учёные почти не пользовались весами. А ведь это могущественное средство изучения природы. Как много неясных, непонятных вопросов может быть решено при помощи взвешивания.

Этот новый шаг в химии делает М. В. Ломоносов.

«Я думаю, — писал Ломоносов, — нет такого ученого, который бы не знал, какое бесчисленное множество имеется химических опытов; но при всем том он не может отрицать, что авторы почти всех их прошли молчанием такие весьма важные и крайне необходимые обстоятельства, как меру и вес. А сколько эти два фактора вносят в физико-химические опыты правдивости и проницательности, показывает употребление их каждому, усидчиво упражняющемуся в опытах такого рода».

Ставя множество различных опытов, русский академик, в отличие от учёных его времени, как правило, пользуется весами. И с каждым опытом он убеждается в необходимости измерения и взвешивания при любом исследовании.

Об этом он говорит неоднократно в своих заметках и рабочих дневниках. Например, составляя проект первой в России научной химической лаборатории, построенной в 1748 году, Ломоносов писал:

«При всех, помянутых опытах буду я примечать и записывать не токмо самые действия, вес или меру употребляемых к тому материй и сосудов, но и все окрестности, которые надобны быть покажутся».

Ломоносов считает, что материя неуничтожаема — при любых изменениях различных веществ, при любых химических взаимодействиях (реакциях) — соединяются ли простые тела в сложные или, наоборот, сложные вещества разлагаются на элементы — масса взаимодействующих веществ должна оставаться одной и той же, постоянной. Пусть химические элементы переходят при реакциях из одних соединений в другие, пусть в результате какой-либо реакции исчезают два взаимодействующих вещества и получается неизвестное третье — вес, масса всех веществ в этих случаях остается той же. Другими словами, если два вещества химически соединяются и дают третье — новое и более сложное вещество, то масса этого вновь полученного вещества равняется массе первых двух веществ.

Такой вывод Ломоносов записывает впервые в 1748 году:

«Все перемены в Натуре (то-есть в природе) 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…»

И далее он добавляет: «Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя (т. е. силы) у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает».

Это замечательное высказывание великого русского учёного, важнейшее по своей широте и значению, говорит о том, что Ломоносов первым в мире открыл и сформулировал всеобъемлющий великий закон природы — закон сохранения массы и энергии, закон сохранения материи, как объективной, существующей помимо нашего сознания реальности во всех её проявлениях. В отличие от всех предшественников, Ломоносов говорит не только о законе сохранения массы или о законе сохранения движения, взятых в отдельности. Он первым гениально предугадывает слияние этих законов в единый всеобъемлющий закон природы. Русский учёный говорит о любых «переменах в Натуре случающихся», об общем законе сохранения при этом и приводит примеры сохранения материи (массы вещества) и сохранение силы (энергии).

Открытый М. В. Ломоносовым великий закон единства и неуничтожаемости материи был подтверждён всеми последующими достижениями науки.

Прежде всего сам Ломоносов, понимая огромное значение открытого им закона, проводит в 1756 году опыты с целью узнать, насколько подтверждается при различных химических превращениях веществ закон сохранения их массы. Учёный повторяет опыты английского учёного Бойля, который утверждал, что если в закрытом стеклянном сосуде нагревать металл, то он увеличивается в весе благодаря тому, что в сосуд проникают через стекло «частицы огня» и соединяются с металлом.

Ломоносов сперва в точности повторил опыты Бойля; он помещал в запаянной реторте (стеклянный сосуд особой формы, употребляемый химиками) металл, взвешивал реторту и затем нагревал на огне в течение двух часов. После этого запаянное горлышко реторты обламывалось, в неё с шумом врывался наружный холодный воздух, реторта охлаждалась и снова взвешивалась, как и прежде, вместе с металлом.

Как и Бойль, Ломоносов обнаружил, что металл прибывал в весе. Чем это можно было объяснить? Бойль думал, что прибавка в весе объясняется тем, что «материя огня» проходит сквозь стекло колбы и проникает в поры металла. Но Ломоносов никаких таинственных «тонких материй», в том числе и «материи огня», как уже говорилось, не признавал. И вот тогда он поставил тот же опыт, но в конце, после нагревания реторты на огне и охлаждения её, он взвесил её, не отламывая горлышка сосуда.

«Оными опытами, — пишет Ломоносов, — нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере», а значит, и никакой «материи огня» в реторту не проникает.

Чем же объяснить прибыль в весе в том случае, когда реторта перед взвешиванием вскрывалась?

Ломоносов предполагал, что это зависит от поглощения металлом воздуха. И действительно, теперь мы знаем, что при нагревании металл окисляется, то-есть соединяется с кислородом (получается окисел металла), но окисляется металл за счёт того кислорода воздуха, который находится в закрытой реторте. При этом вес металла увеличивается ровно на столько, на сколько уменьшается вес воздуха в реторте, — ведь из него ушла часть кислорода на окисление металла. Благодаря этому общий вес закрытой реторты и металла не изменяется. Иными словами, хотя здесь и происходит химическая реакция окисления, общее количество вещества не прибывает и не убывает — вес веществ, участвующих в реакции, не изменяется. Но стоит лишь открыть реторту, как на место воздуха, поглощённого металлом, внутрь колбы ворвётся наружный воздух, причём наружного воздуха зайдёт в колбу ровно столько по объему, сколько ушло кислорода воздуха на окисление металла. Вот поэтому-то при вскрытии реторты в опытах Бойля наружный воздух и врывался с шумом внутрь неё.

Так впервые на опыте М. В. Ломоносовым был подтверждён закон сохранения массы при химических превращениях, один из важнейших законов химии, являющийся в то же время частью установленного им более общего закона сохранения материи. Так было показано огромное практическое значение великого закона.

Через 18 лет после Ломоносова открытый им закон подтвердил аналогичными опытами французский химик Лавуазье.

Вскоре новый количественный метод был признан всеми. Каждый учёный стал пользоваться по совету русского учёного «мерой и весом».

Великий закон, открытый Ломоносовым, явился блестящей победой материалистической науки, свободной от мистических «невесомых материй», от поповских «чудес» и прочих вредных и ненаучных бредней. Вещество, материя, из которой построен мир, неуничтожаема, вечна. Нет в мире невещественных материй, неуловимых и непознаваемых. Материя, сколь ни разнообразны её формы, может быть обнаружена, взвешена или измерена. Многогранны формы существования материи; ни на мгновение не прекращаются в природе разнообразнейшие изменения веществ, переход одной формы материи в другую. Но при всём этом материя не рождается из «ничего» и не превращается в «ничто». Материя вечна! Материя, охватывающая «все перемены в Натуре случающиеся» и сохраняющаяся в целом, о которой думал Ломоносов, близка к пониманию материи в ленинском диалектико-материалистическом философском значении этого слова.

Таково философское значение великого закона природы, открытого М. В. Ломоносовым.

Вместе с тем великий закон природы дал в руки учёных новый, неоценимый способ исследования природы. В науке начинают определять количественный состав тел.

Это позволяет в ближайшие же несколько десятков лет — на рубеже XIX века — открыть ряд важнейших законов современной химии, что даёт в свою очередь учёным ключ к разгадке природы вещества.

2. Что такое химическое соединение

Уже давно учёных занимал такой вопрос: постоянен ли состав сложных тел природы? Возьмём, например, воду. Химики знают, что это сложное тело: оно состоит из водорода и кислорода. Но каково отношение этих двух элементов в воде друг к другу? Содержит ли вода кислород и водород всегда в одинаковом процентном отношении? Быть может, вода рек отличается по своему составу от воды озёр, а вода подземных источников отлична от той и другой?

Пока в химии не существовало точного количественного анализа, ответить на такой вопрос было невозможно. С открытием Ломоносовым закона постоянства вещества и движения положение изменилось. Каждый опыт учёного стали контролировать чувствительные весы. Тогда и был найден ответ на вопрос о том, постоянен ли состав сложных тел.

Но далеко не сразу был найден правильный ответ на этот важнейший для химии вопрос. Многие химики считали, что состав химических соединений непостоянен, он зависит от того, в каких количествах были взяты действующие друг на друга вещества. Так, при образовании окиси железа процент кислорода и железа в этом соединении зависит от того, сколько частей кислорода взято на одну часть железа. Такой взгляд подтверждался опытами, и потому возражать против этого утверждения, казалось, было нельзя.

Но вот этим вопросом занялся химик Пруст. Он решил более подробно изучить состав различных веществ. Первое вещество, которое он исследовал, было природное соединение меди — водная углекислая соль меди. В науке о горных породах — минералогии — это соединение называют малахитом. Прежде всего химик решил получить углекислую медь в чистом виде. Для этого он взял небольшое количество малахита, растворил его в азотной кислоте и добавил к полученному раствору поташ. На дно сосуда выпал осадок. Это была чистая углекислая медь. Учёный отделил осадок углекислой меди от раствора и определил её состав. В углекислой меди оказалось по весу 51,5 процента меди, 9,7 процента углерода и 38,8 процента кислорода, то-есть, иными словами, в 100 весовых частях углекислой меди содержалось 51,5 части меди, 9,7 части углерода и 38,8 части кислорода.

Не изменится ли, однако, состав углекислой меди, если её ещё раз растворить в кислоте и затем снова выделить в осадок? Это можно было проверить только опытом. И Пруст поставил новый опыт — он растворил чистую углекислую медь и вновь выделил её в осадок при помощи поташа.

Но и теперь состав химического соединения не изменился: в углекислой меди содержалось по-прежнему 51,5 процента меди, 9,7 процента углерода и 38,8 процента кислорода.

Учёный снова переосадил углекислую медь, — и в этом случае процентный состав соединения не изменился.

Это было уже интересно. Получалось, что различные простые вещества — элементы — такие, как углерод, кислород, медь или железо, соединяются друг с другом только в определённых количественных соотношениях.

Сделав такое предположение, учёный начал проверять состав других тел природы. Он брал различные образцы соединений олова, сернистого железа, воду из разных источников, тщательно проверял их состав и находил его постоянным. К учёному поступали запечатанные бутылки с водой северных и южных морей, больших и малых рек, высокогорных и подземных озёр. Вода приходила со всех концов света. Но откуда бы ни была получена вода, её состав был совершенно одинаков — 88,9 процента кислорода и 11,1 процента водорода.

Выходило, что сложные химические соединения, где и как бы они образованы ни были, имели постоянный весовой состав, содержали всегда одни и те же весовые количества входящих в их состав элементов.

Но как же в таком случае объяснить переменный состав окислов железа? Учёный тщательно изучил состав этих окислов и доказал, что они являются не одним химическим соединением, а механической смесью нескольких различных химических соединений. Ряд окислов железа с различным содержанием железа был не чем иным, как простой смесью различных окислов железа. Кисло-род соединяется с железом, образуя окисел, не только в одной пропорции. Например, наиболее часто встречающийся окисел железа содержит 30 процентов кислорода и 70 процентов железа, но можно получить и другой окисел, в котором будет 22 процента кислорода и 78 процентов железа. Ясно, что если смешать эти два окисла, два разных химических соединения в различных соотношениях, то содержание железа и кислорода в таких смесях будет самым различным. Такие разнообразные цифры и получали химики, анализируя состав окислов железа.

Следовательно, можно считать, что состав химического соединения неизменен. Это был закон. Нет никакой разницы между окисью железа южного полушария и северного; во всём мире имеется только один хлористый натрий и одна селитра.

Но что такое химическое соединение? Все ли тела природы можно назвать химическими соединениями или нет?

Такой вопрос неоднократно задавали себе учёные и не могли дать на него полный и ясный ответ. Правда, для химиков XVIII века было уже ясно, что любое химическое соединение должно иметь какие-то определённые, постоянные свойства — определённые блеск, твёрдость, удельный вес и т. д. Ясно было также, что при образовании химического соединения из двух или нескольких тел получается вещество с совершенно другими, новыми свойствами.

Когда химики установили, что химическое соединение имеет постоянный состав, для них стало ясно, что следует считать настоящим химическим соединением. Это — такое вещество, которое, имея определённые характерные свойства, в то же время имеет и постоянный состав. Если же вещество не имеет постоянного соотношения входящих в него простых тел, то его нельзя называть химическим соединением; это — механическая смесь нескольких различных элементов или сложных химических соединений. Таких механических смесей кругом нас немало. К ним, например, относятся различные металлические сплавы, стекло и другие. Именно поэтому, сталкиваясь с механическими смесями, а не с химическими соединениями, и не могли учёные долгое время установить закон постоянства состава многих сложных тел природы. Смущало их и ещё одно обстоятельство. Дело в том, что, как мы это уже видели на примере с окислами железа, не всегда два каких-нибудь элемента соединяются друг с другом только в одном единственном соотношении. Часто бывает и так, что они могут давать несколько совершенно различных соединений и в каждом соединении процентное содержание двух элементов будет иным.

Итак, закон постоянства состава химических соединений был открыт. Как можно было объяснить этот закон? Почему, в самом деле, простые вещества соединяются в сложном теле только в каких-то всегда определённых, одних и тех же, соотношениях, а не как попало?

Очевидно, ответ на этот вопрос надо искать в самой природе вещества, в его внутреннем строении и свойствах.

Как же устроены окружающие нас тела?

III. МЕЛЬЧАЙШИЕ МАТЕРИАЛЬНЫЕ ЧАСТИЦЫ

1. Несколько простых вопросов

Подумаем над некоторыми простыми явлениями. Кто из вас не знает, как надевают обруч на новое колесо телеги? Обруч нагревают докрасна на огне, а затем быстро надевают его на деревянное колесо. По мере охлаждения обруч, сжимаясь, всё сильнее и сильнее охватывает колесо.

Или такой пример. Посмотрите на рисунок 3.

Рис. 3. Опыт с железным шаром.

Пока железный шар не нагрет, он без особого труда проходит через кольцо. Но стоит вам разогреть шар на огне, как он останется лежать на кольце. Очевидно, это можно объяснить только тем, что шар расширился от нагревания; его диаметр стал больше, кольцо стало тесным для горячего шара. И, действительно, оставьте нагретый шар полежать на кольце некоторое время, дайте ему охладиться; как только шар остынет, он снова сожмётся и упадёт через кольцо.

Если распилить такой шар пополам, можно убедиться, что он сделан из обыкновенного металла. Вы не увидите на его разрезе никаких раковин, никаких пустых мест. Это— сплошной кусок железа.

В чём здесь дело? Почему сплошное на вид тело расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении? Каким образом железо способно сжиматься и расширяться, оставаясь в то же время одним и тем же куском железа? Не правда ли, над этим общеизвестным, житейским явлением стоит подумать?

А вот другой пример, всем знакомый. Хорошо известно, что рыбы, как и наземные животные, не могут жить без кислорода. Спрашивается: откуда же рыбы, живущие в воде, берут воздух? Ответ ясен: очевидно, из воды. И действительно, воздух обнаруживается в воде на самых больших глубинах. Но как может проникать в неё воздух? Ведь вода, как вы к ней ни приглядывайтесь, кажется нам совершенно сплошным телом. Мы не видим в ней никаких «ходов», по которым воздух мог бы проникать в воду!

И над этим стоит подумать.

И вот вам, наконец, ещё пример. Если вы бросите в стакан воды кусочек каменной соли, он постепенно растворится в воде, исчезнет в ней. Что случилось с солью? Как получается, что кусок твёрдого вещества растворяется в воде, становится в ней невидимым? Ведь соль в этом случае не исчезает и не превращается в какое-то другое вещество. Вода, в которой растворена соль, становится солёной, как и кусок соли. Более того, если выпарить эту солёную воду, то на дне стакана вновь станет видна та же каменная соль, что была растворена в воде. Чем же объяснить, что твёрдое тело — кусок соли — способно растворяться в воде, делаться невидимым и в то же время оставаться солью?

Как объяснить эти простые, всем известные факты? Как могут сжиматься железо, проникать в воду воздух, растворяться в воде соль?

Ответ на эти вопросы и даёт нам в руки дальнейшую разгадку природы окружающих вещей, поможет нам выяснить их внутреннее строение.

Ответ на этот вопрос впервые родился как догадка много веков назад.

2. Поэма древнего мира

Мы уже приводили слова поэта древнего мира Лукреция Кара: «Из ничего даже волей богов ничего не творится». Эти слова взяты из его поэмы «О природе вещей». Около 2 000 лет назад была написана эта оригинальная поэма. В своём поэтическом произведении звучными стихами Лукреций рассказал об учении древнегреческого философа — материалиста Демокрита. Это было учение о мельчайших невидимых частичках, из которых построен весь мир.

Наблюдая различные явления, Демокрит пытался дать им объяснение.

Вот, например, вода. При сильном нагревании она превращается в невидимый пар и улетучивается. Как можно это объяснить? Ясно, что такое свойство воды связано каким-то образом с её внутренним строением.

Или почему, например, мы ощущаем запахи различных цветов на далёком расстоянии?

Размышляя над подобными вопросами, Демокрит пришёл к убеждению, что тела только кажутся нам сплошными; на самом деле они состоят из мельчайших частиц. У различных тел эти частицы различны по своей форме; но они настолько малы, что увидеть их невозможно. Поэтому-то любое тело и кажется нам сплошным.

Такое предположение, что все тела в мире — и земля, и животные, и растения, и воздух, и сам человек — построены из невидимых частиц, очень просто объясняло ранее непонятные явления природы. В самом деле, если вода не является сплошным телом, а состоит из «водяных» частиц, то не представляет особого труда объяснить её превращение в пар. Когда кипящая вода превращается в пар, то это означает, что частицы воды отрываются от её поверхности и улетают в воздух.

Так же легко можно объяснить и то, почему мы ощущаем запахи различных цветов. В этом случае от душистых веществ, находящихся в цветах, отрываются и разлетаются в воздухе отдельные невидимые частички. Эти частички, попадая в нос, и создают ощущение запаха.

К мысли о таком строении окружающих тел Демокрит приходит и другим путём. Размышляя над вопросом, что будет, если мы начнём делить какое-либо вещество, скажем, ту же воду, на всё более мелкие и мелкие части, он невольно задумывался о том, можем ли мы продолжать это деление беспредельно.

Нет! — отвечал философ, — если делить воду достаточно долго на всё более мелкие и мелкие капельки, то можно, наконец, получить такие частички воды, которые будут далее уже неделимы.

Демокрит назвал такие мельчайшие, неделимые далее частички, из которых состоят вода и все другие тела, «атомами», что по-гречески означает «неделимые».

Вот как записал он свое новое учение об атомах:

«Ничего не существует, кроме атомов и пустого пространства; все прочее есть мнение. Сладкое существует только во мнении… во мнении существует тепло, холод, цвета».

«Атомы бесконечны в числе и бесконечно различны по форме».

«Различие всех предметов зависит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке; качественного различия атомов не существует».

Через полтораста лет после Демокрита философ Эпикур внёс в учение об атомах существенную поправку; он высказал мысль, что число различных атомов в мире не бесконечно. Большинство тел природы имеет сложный состав: они состоят из простых, неделимых и неизменных тел. А таких простых тел в природе немного. Кроме того, Эпикур считал, что атомы имеют различную тяжесть, то-есть различный вес.

Вот это учение и записал Лукреций в стихах:

«Ныне внимательно должен ты выслушать истины слово,

Новые сведенья с силой хотят тебе в уши проникнуть,

И пред тобою откроются новые взгляды на вещи».

«Первоначальное правило ставит природа такое:

Из ничего даже волей богов ничего не творится».

«Надо заметить еще: разлагает природа все вещи

На составные частицы, пропасть же ничто в ней не может.

Если б погибнуть могли составные частицы все эти,

То существа умирали б, внезапно из глаз исчезая,

Ибо не нужно бы было усилий к тому, чтоб частицы

Разъединить в каждой вещи и связь между ними расторгнуть».

«Чтоб к положеньям моим ты не начал питать недоверья

Лишь потому, что твой глаз этих телец первичных не видит,

Я докажу, что бывают они несомненно в предметах

Даже тогда, когда глаз никакой их не может заметить.

Ветра порывы, во-первых, что волны морские колеблют,

Рушат суда величавые и облака разгоняют…

…Ясно нам ныне, что ветры — тела, недоступные взору».

«Далее. Запахи мы ощущаем от разных предметов,

Не замечая того, чтоб к ноздрям что-нибудь поступало,

Летнего зноя и холода тоже никак мы не можем

Зрением воспринимать, как не можем и звуков увидеть.

Все то, однако, являет телесное происхождение,

Так как имеет способность известные чувства в нас тронуть;

Трогать и тронутым быть одному только телу присуще.

Платья, затем, на морском берегу, разбивающем волны,

Влагу приемлют, на солнце же снова они высыхают.

Но каким образом влага воды в них проникла, а также

Как испарила ту влагу жара, — невозможно увидеть.

Так на мельчайшие части свои распадается влага,

Их же никоим мы образом глазом не можем заметить».

«Движутся сами собою сначала первичные тельца.

Вследствие многих толчков незаметных приходят в движенье

Тельца, которые малы и сплочены менее тесно,

И как бы больше доступны воздействию сил первобытных.

Дальше, затем, возбуждаются тельца немного крупнее;

И таким образом все возрастает движение, доколе

Нашему чувству отчасти не даст себя знать в том блужданье

Маленьких телец, которые можем в лучах мы увидеть,

Но от каких происходит толчков это, — нам неизвестно».

Уже приведённых отрывков необыкновенной поэмы древнего мира достаточно для того, чтобы видеть, каковы были взгляды первых мыслителей-материалистов, стоящих на правильном пути к познанию мира.

Вот она перед нами, первая разгадка внутреннего строения тел природы.

Весь окружающий нас мир, все химические элементы, всё многообразие вещей и тел, его населяющих, в том числе и мы с вами, читатель, состоит из мельчайших невидимых частичек.

Различны эти частички. Так, сахар состоит из особых «сахарных» частичек; железо составлено из частичек — «зернышек» железа; вода — это скопление огромного числа «водяных» частиц и т. д.

3. Догадка превращается в теорию

Замечательная догадка древнегреческих мыслителей необыкновенно просто объясняла такие явления природы, которые ранее казались сверхъестественными, происходящими с помощью божественных сил. Различные таинственные, необъяснимые природные явления оказывались естественными, легко объяснимыми. Этого не могла допустить церковь. Она объявляет учение об атомах ересью.

Помогают церкви и власти светские. В 1626 году, например, Парижский парламент запретил учение об атомах под страхом смертной казни!

Более тысячи лет в учёном мире безраздельно господствует ошибочное учение Аристотеля.

Утверждая, что все вещества могут взаимно превращаться друг в друга, Аристотель категорически отрицает существование атомов. «Поповщина убила в Аристотеле живое и увековечила мертвое» (Ленин).

Опасно было утверждать что-либо противное Аристотелю. За ним стояла всесильная католическая церковь, жестоко преследующая науку, свободную от религиозных суеверий.

Немного поэтому находится учёных, осмеливающихся оспаривать Аристотеля.

Но они находились!

Так, например, в 1348 году в Парижский университет было представлено сочинение Николая Ультрикурийского. Автор сочинения смело отвергал учение Аристотеля и доказывал, что атомы действительно существуют. Все разнообразные явления природы, — писал учёный, — сводятся к движению, соединению и разделению атомов. «Учёные» монахи университета заставили Ультрикурийского публично сжечь сочинение и признать свои взгляды ошибочными и еретическими. Церковники торжествовали.

Но вот постепенно оживляется промышленность европейских городов. Люди начинают нуждаться в науке, которая изучает природу, объясняет её закономерности.

И учёные всё чаще и чаще вспоминают догадку мыслителей прошлого, пытаются объяснить явления и закономерности природы при помощи атомов.

В 1647 году во Франции выходит в свет книга об атомах ученого Гассенди. Автор книги отрицает учение Аристотеля и утверждает, согласно с Демокритом, что все вещества в мире состоят из неделимых частичек — атомов. Атомы отличаются друг от друга формой, величиной и весом.

Соглашаясь с учением древних атомистов, Гассенди развил это учение дальше. Он объяснил, каким именно образом могут возникать и возникают в мире миллионы разнообразных тел природы. Для этого, утверждал он, не нужно большого числа различных атомов. Ведь атомы — это всё равно, что строительный материал для домов. Из трёх различных видов стройматериалов — кирпичей, досок и брёвен — можно построить огромное число самых разнообразных домов. Точно так же из нескольких десятков различных атомов природа может создать многие тысячи разнообразнейших тел. При этом в каждом теле различные атомы соединяются в небольшие группы. Эти группы Гассенди назвал «молекулами», то-есть «массочками» (от латинского слова «молес» — «масса»). Молекулы различных тел отличаются друг от друга числом входящих в них атомов и видом («сортом») этих атомов. Нетрудно сообразить, что из нескольких десятков различных атомов можно создать огромное количество различных их комбинаций — молекул. Вот почему так велико разнообразие окружающих нас тел.

Однако многое ещё во взглядах Гассенди ошибочно. Так, он считает, что имеются особые атомы для тепла, холода; вкуса и запаха. Как и другие учёные того времени, он не может полностью освободиться от влияния Аристотеля, от признания его невещественных элементов.

Более точное определение природы невидимых частичек и строения тел из этих частичек даёт великий Ломоносов. Атомно-молекулярную теорию впервые развил в химии М. В. Ломоносов.

Учение-догадку древних атомистов Ломоносов развивает в стройную теорию. Он подробно объясняет, каким именно образом строятся из невидимых частичек различные тела. Более того, учение об атомах он использует как средство научного исследования! Он объясняет непонятные явления природы, пользуясь атомным учением.

Великий учёный считает, что все видимые свойства различных тел природы объясняются внутренним устройством этих тел. Ломоносов первым ставит перед наукой огромную, не решённую полностью и по сей день задачу: «…сыскать причины видимых свойств, в телах на поверхности происходящих, от внутреннего их сложения». К этому же стремится и он сам во всех своих физических и химических работах.

Как объясняет русский учёный строение окружающих нас тел?

Ломоносов считает, что все тела состоят из мельчайших материальных частиц — корпускул («корпускула» — по-латыни «частица»). Все частицы материальны — они имеют свойства того тела, в состав которого они входят. Различием этих материальных, невидимых частиц и объясняется различие тел природы.

Частицу любого вещества можно разложить, разделить на ещё более мелкие частички — «элементы», но в этом случае исчезает и самое вещество с его определёнными, только этому веществу присущими качествами.

«Элементы», то-есть, иными словами, атомы, — это уже самые малые частички, на которые способны распадаться тела.

Корпускула, то-есть молекула, может быть однородной и разнородной. В первом случае в молекуле группируются одинаковые «элементы» — атомы. Во втором — молекула состоит из атомов, отличных друг от друга. Если какое-либо тело составлено из однородных молекул, то это тело надо считать простым. Наоборот, если тело состоит из молекул, построенных из различных атомов, такое тело Ломоносов называет смешанным.

Таковы взгляды Ломоносова на строение окружающих нас тел. Теперь мы знаем, что различные тела природы имеют именно такое строение. В самом деле, возьмем, например, газ кислород: в каждой его молекуле содержится по два одинаковых атома кислорода. Это молекула простого вещества. Если же атомы, составляющие молекулы, различны, это уже сложное химическое соединение или «смешанное тело», как говорил Ломоносов. Молекулы такого соединения состоят из атомов тех химических элементов, которые входят в состав этого соединения.

Можно сказать и иначе — каждое простое вещество построено из атомов одного химического элемента; сложное вещество включает в себя атомы двух и более элементов.

Таким образом, понятию сложного тела отвечает молекула, состоящая из различных атомов; простое тело строится из молекул, состоящих из одинаковых атомов.

Ломоносов видит различие в молекулах сложных тел не только в том, что эти молекулы состоят из различного числа различных атомов. Различие в свойствах сложных молекул зависит также и от того, каким образом расположены атомы в молекуле, как они связаны в ней друг с другом.

Такое заключение в XVIII веке мог сделать только гениальный учёный, каким и был Ломоносов! Лишь много позднее была установлена полная справедливость высказанной русским учёным мысли о зависимости свойств молекулы от характера расположения атомов в ней.

Таковы были взгляды замечательного русского физика и химика Ломоносова на строение вещества.

Великий учёный не останавливается на простом объяснении природы окружающих тел. Нет, он призывает к изучению этих невидимых частиц мироздания, в существовании которых он уверен, к познанию всех их свойств, ибо только таким путём мы можем придти к познанию сущности всех химических и физических явлений происходящих в мире.

Более того, Ломоносов, первым смело привлекает учение об атомах на помощь в изучении и объяснении ещё не ясных явлений природы. Об этом мы уже упоминали, когда говорили о том, как объяснял Ломоносов, что такое теплота.

А теперь пришла пора ответить на вопрос, поставленный в конце второй главы.

Как можно объяснить закон постоянства состава химических соединений?

Объяснить эту закономерность, и объяснить очень легко, можно только одним путём — если согласиться с тем, что все тела построены из молекул, а молекулы из атомов, имеющих совершенно определённые свойства и вес.

В самом деле. Каким путём должны образовываться в этом случае химические соединения? Возьмём простейший случай, как, например, образуется обыкновенная поваренная соль, которая, как известно, представляет собой химическое соединение двух элементов — натрия и хлора? Если и натрий и хлор состоят из атомов, то молекула поваренной соли образуется соединением атома хлора с атомом натрия. А если это так, то понятно, что где бы и как бы ни образовалась соль, она всегда будет иметь один и тот же весовой состав, так как все атомы хлора, с одной стороны, и все атомы натрия, с другой, всегда имеют один и тот же постоянный вес.

Возможен случай, когда с одним атомом какого-либо химического элемента будет соединяться не один атом другого элемента, а, скажем, два, три, четыре и более атомов. Весовой состав химического соединения в этом случае будет уже другим, чем тогда, когда один атом одного элемента соединяется с одним же атомом другого элемента, но зато и само химическое соединение здесь будет уже совсем другое — с другими свойствами. Свойства химического соединения этих двух элементов будут зависеть не только от вида вступающих в соединение атомов, но и от того, в каких соотношениях соединяются друг с другом эти атомы.

Чтобы показать, насколько меняются свойства отдельных атомов при их химическом соединении, достаточно привести пример с той же поваренной солью.