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.