Отвергнутая наука. Самые невероятные теории, гипотезы, предположения.
Шрифт:
В 1774 году Пристли посетил в Париже французского химика Антуана Лавуазье (1743–1794) и рассказал ему об экспериментах. Лавуазье повторил их и быстро сообразил, в чем дело: воздух состоял из смеси двух газов, один из которых способствовал горению, а второй — нет. Было понятно, что и горящее, и ржавеющее вещества потребляли один из этих газов, забирая его из воздуха; Лавуазье дал этому газу название «оксиген», что означало «окисляющий элемент», потому что полагал, что этот элемент присутствует во всех кислотах (он ошибался). Другому газу, «дефлогистонному воздуху» Рутерфорда, Лавуазье дал название «азот» («без жизни»); это название впоследствии изменилось на «нитроген» («порождающий
Гораздо менее изящная теория сгорания относится ко II в. н. э., когда Филон Византийский в свете аристотелевских элементов представил, что, возможно, сгорание превращает частицы воздуха в частицы огня, меньшие по размеру. Он заметил, что если жечь свечу в перевернутом вверх дном сосуде (например в чаше), открытая сторона которого находится под водой, то когда свеча сгорала, вода внутри сосуда немного поднималась. Он правильно предположил, что причина этого в том, что при горении использовалось некоторое количество воздуха, но решил, что эта часть воздуха на самом деле превратилась в более маленькие частицы огня, которые могут выйти через поры в стенках сосуда.
Во многом подобная флогистону, теплота была невесомым флюидом — качеством, которое могло передаваться от одного вещества другому, так что первое согревало второе. Сегодня мы пониманием, что на самом деле передается не теплота, а тепловая энергия.
Все вещества содержат теплоту — задача заключалась в том, чтобы извлечь ее. Два куска дерева при трении друг об друга давали тепло, потому что маленькие частицы дерева расщеплялись, высвобождая запертую в них теплоту. Когда чайник нагревали на огне, топливо отдавало свою теплоту огню, который передавал ее металлу, а тот передавал ее воде.
Бенджамин Томпсон, граф Румфорд (1753–1814), ближе к концу XVIII века положил конец этой теории. Наблюдая за высверливанием канала в пушечном стволе для курфюрста Баварии, он заметил, что выделяется огромное количества тепла. По существовавшей тепловой теории, это происходило из-за удаления стружки, которая высвобождала из пушки некоторое количество теплоты; но Румфорд заметил, что если инструменты были тупыми и снимали небольшое количество металла или не снимали его вообще, образовывалось больше тепла, а не меньше, то есть происходило нечто совершенно противоположное тому, что предсказывала теория.
Он измерил объем полученной теплоты и обнаружил, что если ее вместить обратно в пушечный ствол, то металл расплавится. Так стало понятно, что пушка не могла изначально вмещать столько теплоты. Румфорд пришел к заключению, что содержание теплоты в объекте — это мера своего рода вибрации в нем, а вибрация эта в случае с пушкой была вызвана трением инструментом. Другими словами, он понял связь между тепловой энергией и физической концепцией «работы». Если вы трете палочку о палочку, то совершаете работу и выделяете тепло.
Позднее Румфорд провел еще один эксперимент: он взвешивал воду как в жидком виде, так и в виде льда и не выявил существенной разницы в весе. Согласно тепловой теории, лед содержит меньше теплоты, чем вода, и естественным выводом было то, что теплота, если она вообще существует, не имеет веса. Случись то несколько десятилетий назад, такая мысль была бы вполне возможной, но 25 годами ранее Лавуазье доказал, что невесомый флогистон был мифом, и казалось, что теплота тоже вот-вот исчезнет из учебников. Тем не менее прошло полвека, прежде чем в 1849 году Джеймс Джоуль (1818–1889) прочел перед Королевским обществом доклад об открытии «механического эквивалента тепла».
Последний гвоздь в крышку гроба тепловой теории был
Если сказать, что летучесть противоположна силе тяжести, то в буквальном смысле это будет правдой, но может ввести в заблуждение: летучесть нельзя приравнять к антигравитации. Очевидно, что все объекты притягиваются вниз, к Земле, хотя и в разной степени: перья «притягиваются» меньше молотков. В древности считалось разумным, что по степени притяжения объекта книзу (или, в более сложное постньютоновское время, по сопротивлению изменениям в состоянии движения) можно измерить силу притяжения, содержащуюся в этом объекте. Сила притяжения в этом случае была принципом, во многом схожим например с теплотой.
Но если объекты могут содержать в себе силу притяжения, они, конечно, могут содержать и противоположную силу — летучесть? Чем больше летучести содержится в объекте, тем легче он должен быть.
Этот вопрос к закату великой теории флогистона стал достаточно важным. Шталь, изобретатель теории флогистона, провел связь между горением и коррозией, которая доказывала, что в обоих случаях исходное вещество «теряло флогистон»; но, в то время как зола была легче исходного материала, ржавые металлы были тяжелее нержавых. Позднее ученые предположили, что какая-то часть флогистона обладала тяжестью (при потере флогистона вещество становилось легче), а какая-то — летучестью (потеря этой части утяжеляла вещество).
В течение XVIII века была распространена теория, что большинство форм вещества (если не все) наполнены маленькими глобулами, которые, возможно, были атомами. Джон Дальтон (1766–1844) сформулировал свою атомную теорию строения вещества в самом начале следующего столетия, в 1803 году. Эти маленькие глобулы были даже видны в наиболее мощные микроскопы того времени.
К сожалению, с изобретением ахроматической линзы глобулы стали неразличимы даже с помощью наилучших приборов — на самом деле особенно с помощью наилучших приборов. Они были всего лишь оптической иллюзией, которую создавали простые линзы ранних микроскопов.
Предположение, что луч света может быть потоком мельчайших частиц (корпускул), появилось в древние времена. Как ни странно, ее не приписывали Демокриту (ок. 470–380 гг. до н. э.), хотя он и верил в то, что все вещи состоят из атомов и пустоты (чем выше соотношение атомов и пустоты, тем плотнее материал). Он несколько затруднялся с объяснением, почему мы на самом деле видим вещи: было довольно сложно предположить, что все объекты излучали потоки атомов, входящие в наши глаза и влияющие на конфигурацию атомов в них. Его предположение было таким: если вы смотрите, допустим, на эту страницу, в воздухе постепенно «запечатлевается» ее изображение. Воздух перемещается к вашим глазам, неся с собой это изображение [23] .
23
Мы можем считать, что Демокрит достиг большего успеха, предложив очень схожую теорию в качестве объяснения того, почему мы слышим звуки. — Прим. автора.