Пётр Капица - Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления

• Название: Эксперимент, Теория, Практика. Статьи, Выступления
• Автор: Пётр Капица
• Жанр: Физика

В книге собраны выступления академика П. Л. Капицы перед широкой аудиторией, в которых содержится простое и ясное изложение его экспериментальных исследований. В широко известных очерках жизни и деятельности выдающихся ученых дается анализ их научного творчества, вскрываются объективные причины и индивидуальные черты, способствовавшие успеху их научной деятельности. В книгу вошли также статьи и выступления, посвященные вопросам организации науки, укреплению ее связи с практикой, творческому воспитанию молодежи, проблемам отношений человека и природы, борьбе за мир и прогресс.

Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся путями развития науки.

---

Самым крупным по своему значению достижением Ломоносова было экспериментальное доказательство «закона сохранения материи». Открытие Ломоносовым закона сохранения материи теперь хорошо изучено, и несомненность того, что Ломоносов первым его открыл, полностью установлена. В 1756 году он сделал классический опыт, в котором показал, что в запаянном сосуде при нагревании происходит окисление свинцовых пластинок, но при этом общий вес сосуда не меняется. Опыт Ломоносова аналогичен знаменитому опыту Лавуазье, но опыт Лавуазье был сделан на 17 лет позже. Я не буду подробно повторять всю эту историю, большинство знает ее. Несомненно, что это открытие одного из самых фундаментальных законов природы должно было в истории науки поставить имя Ломоносова в ряду крупнейших мировых ученых.

Но все эти работы Ломоносова не только не были широко известны за границей, но до упомянутого исследования Меншуткина большинство из них не было известно и у нас. Очевидно, что при этих условиях работы Ломоносова по физике и химии не могли оказать должного влияния на развитие как мировой, так и нашей науки.

Почему же это произошло?

Первой причиной того, что работы Ломоносова были мало известны за границей, могло быть, казалось бы, то, что он не придавал значения приоритету своих открытий и недостаточно публиковал свои работы. Приоритету в научной работе в те времена придавали не меньше значения, чем теперь. Достаточно вспомнить спор о приоритете изобретения дифференциального исчисления между Ньютоном и Лейбницем, который принял оборот крупного дипломатического инцидента; при этом карьера Лейбница сильно пострадала.

Дошедшие до нас материалы показывают, что и Ломоносов придавал значение приоритету, поэтому он публиковал свои работы либо по-латыни, либо по-немецки: обоими языками он прекрасно владел. Свидетельством того, что Ломоносов заботился, чтобы его научные работы были известны за рубежом, служит следующий факт. В 1753 году, когда Рихман был убит молнией, общее собрание Академии наук было отложено, но Ломоносов просил, чтобы ему была дана возможность произнести его речь об электричестве, «пока она не утратила новизны». Поэтому президент Академии наук граф Разумовский в день празднования коронования повелел устроить акт: «дабы господин Ломоносов с новыми своими произведениями между учеными в Европе людьми не опоздал и через то труд его в учиненных до сего времени электрических опытах не пропал». Речь Ломоносова была после этого разослана многим иностранным ученым. Известно также, что Ломоносов писал о своих работах Эйлеру и ряду других ученых. Следует вспомнить, что личная переписка между учеными в то время рассматривалась как один из наиболее эффективных методов научной информации и все широко ею пользовались. Таким образом, нет никаких оснований считать, что как за рубежом, так и у нас ученые не могли знать о работах Ломоносова. Они их знали, но не обращали на них должного внимания.

Некоторые биографы Ломоносова высказывали предположение, что отсутствие внимания к работам Ломоносова происходило оттого, что его идеи были чересчур передовыми. Мне думается, что это предположение тоже неосновательно. Действительно, живой и смелый ум Ломоносова захватывал почти все области естествознания, находящиеся в кругу интересов тогдашней «натурфилософии». По широте охвата трудно назвать другого ученого, современника Ломоносова, с таким же разносторонними интересами и знаниями. Теоретические концепции Ломоносова в тех областях науки, где он непосредственно вел свои экспериментальные работы — учение о теплоте, о состоянии вещества, химия — поражают тем, что они до деталей совпали с тем путем, по которому развивались эти области после Ломоносова и развиваются по сей день.

Весьма поразительно для современного читателя то, что Ломоносову была совершенно ясна кинетическая природа тепла. Он картинно связал нагрев тела с возрастанием поступательного и коловратного движения (вращательное движение) атомов и молекул, которые он называл, конечно, иначе. В физике тогда господствовало ложное представление о существовании «теплорода». Хотя эти взгляды Ломоносова были передовыми, но он не был их одиноким адептом, например, их разделял также Бернулли. Развивал эти взгляды Ломоносов чрезвычайно последовательно и логично, например, он вплотную подошел к понятию абсолютного нуля. В «Размышлении о причине теплоты и холода» в § 26 он говорит «о высшей возможной степени холода, вызванной полным покоем частичек, прекращением всякого движения их».

Иллюстрацией убежденности Ломоносова в справедливости своего представления о физической сущности тепла может служить следующий любопытный факт. В 1761 году Ломоносов написал записку «О размножении и сохранении российского народа». В этой записке он рассмотрел те разнообразные причины, которые вызывали в России высокую смертность, и выдвинул ряд мероприятий борьбы с ней. Так, в § 7 он пишет, что надо крестить детей всегда в теплой воде: «попы исполняют предписание Требника, чтобы вода была натуральная без примесей и вменяют теплоту за примешанную материю, а не думают того, что летом сами же крестят теплой водой, по их мнению смешанной, и так сами себе прекословят; а особенно по своему недомыслию не знают, что и в самой холодной воде еще теплоты очень много. Однако, невеждам попам физику толковать нет нужды».

Интересно, что эта записка никогда в царское время не была опубликована, так как высказанные в ней мысли были чересчур революционны.

Идеи Ломоносова, направляющие его работы в области химии, были тоже совершенно правильные и передовые. Он всегда исходил из атомистического представления, он близко подошел к идее молекулярного строения химических соединений. В научных исследованиях по химии он считал необходимым применение количественного метода. Он разработал точные методы взвешивания. Считал важным применение по возможности чистых реактивов. Вот этот количественный подход к изучению химических реакций и привел его к необходимости экспериментального доказательства закона сохранения материи. Все это дает полное основание считать Ломоносова основоположником внедрения физических методов исследования в химию в том ее понимании, какое существовало в XVIII веке.

В области электричества Ломоносов работал меньше. Опыты его современника Франклина были ему известны, и он их повторял, но главный интерес Ломоносов проявлял к вопросам, связанным с атмосферным электричеством. Его происхождение он связывал с восходящими и нисходящими потоками воздуха, которые всегда сопровождают грозовые тучи. Этот взгляд и по сей день считается правильным, но сам механизм возникновения заряда облака оказывается настолько плохо поддающимся изучению, что до сих пор он окончательно не установлен.

В области волновой оптики Ломоносов вместе с Эйлером правильно поддерживал волновую теорию света, предложенную Гюйгенсом, на пути признания которой стоял авторитет Ньютона, упрямо настаивавшего на своей ошибочной корпускулярной теории света. Но в дальнейшем развитии теории света Ломоносов пошел по ошибочному пути. То же произошло и с Эйлером.

Большой интерес представляет самое крупное заблуждение Ломоносова в одном из фундаментальных вопросов физики.

Как известно, Галилей открыл один из самых удивительных законов природы. Он установил, что масса тела независимо от его природы пропорциональна силе тяготения, или в данной точке пространства просто его весу. Ньютон показал, что этот закон выполняется с большой точностью. Эксперимент Ньютона очень прост, точен и убедителен. У себя в комнате, в колледже, в дверном проеме он подвесил два маятника одинаковой длины, но изготовленные из разных веществ. Оказалось, что маятники всегда колебались строго изохронно независимо от подвешенного вещества. Это могло иметь место только тогда, когда масса тела точно пропорциональна его весу.

Ломоносов считал, что это неправильно. Он начал высказываться на эту тему в 1748 году и продолжал до 1757 года. Все эти высказывания относились ко времени значительно более позднему, чем опыты Ньютона с маятником. Но Ломоносов все время удивительно упорно боролся против этого закона. Так, в 1755 году Ломоносов предлагает выдвинуть в качестве задачи на премию Академии наук экспериментальную проверку «гипотезы, что материя тел пропорциональна весу». Постановка этой задачи, как противоречащей взглядам великого Ньютона, встретила возражения в Академии наук и Эйлер был приглашен в качестве судьи. Эйлер, который обычно был на стороне Ломоносова, в данном случае не поддержал его и был против постановки такой задачи. Следует отметить, что единственный ученик Ломоносова С. Я. Румовский тоже не разделял взглядов Ломоносова, как это видно из его писем к Эйлеру в 1757 году. Румовский, ставший впоследствии академиком, учился математике два года у Эйлера в Берлине и, конечно, хорошо знал механику Ньютона. Возможно, что тогда Румовскому удалось показать Ломоносову его заблуждение, так как после 1757 года я не нашел указаний на то, что Ломоносов вновь подымал этот вопрос.