От натурфилософских представлений

Третья научная революция, наряду с диалектизацией естествознания, явившейся ее сутью, включала и начавший­ся в конце XVIII века процесс очищения науки от натур­философских понятий и представлений.

Первым из таких представлений, подвергшихся пере­смотру в свете новых научных данных, явилась теория флогистона. Ученые второй половины XVII-XVIII вв. для объяснения процесса горения привлекали некоторую суб­станцию, своеобразное «начало горючести» — флогистон (от греч. «флогистос» — воспламеняемый, горючий). Счи­талось, что хорошо горят те тела, которые содержат мно­го флогистона, и наоборот, тела, содержащие мало флоги­стона, должны гореть плохо. Натурфилософское учение о флогистоне занимало господствующее положение в химии более ста лет.

Наиболее полно это учение изложил в своей книге «Химические и физические опыты, наблюдения и размыш­ления» немецкий химик Георг Эрнст Шталь (1660-1734). С его точки зрения, флогистон — это легчайшая матери­альная субстанция земного происхождения, с помощью которой можно объяснить процессы горения, прокаливания,

обжига и т. п. Развитие горного дела и металлургии, не­обходимость выплавки металлов и термической обработки изделий побуждали ученых и практиков уделять все боль­ше внимания этим процессам. Считалось, что флогистон как особо легкая субстанция обладает способностью «от­нять у вещества часть его веса» путем передачи своей ле­тучести частицам этого вещества, которые затем осажда­ются. Это типично натурфилософское, умозрительное пред­ставление подтверждало, как казалось, целый ряд обще­известных фактов: осаждение сажи в дымовых трубах, серы в верхних частях реторты и т. п. Шталь полагал, что при медленном прокаливании металлов их плотность посте­пенно нарушается и флогистон получает возможность сво­бодно улетучиваться. Если этот процесс происходит быст­ро, то флогистон захватывает с собой отдельные мельчай­шие частички вещества, в результате чего наблюдается их последующее осаждение.

Флогистонная теория находилась в согласии со многи­ми укоренившимися старыми воззрениями и прежде всего с пониманием горения как процесса распада вещества, что характерно было еще для взглядов Аристотеля. Опроверг­нуть эту теорию удалось лишь к концу XVIII века благо­даря исследованиям, которые провел выдающийся француз­ский ученые Антпуан Лоран Лавуазье (1743-1794). Его внимание привлекла одна из самых актуальных проблем химии того времени — проблема горения, восстановления и окисления металлов.

В 1774 году в своей книге «Небольшие работы по фи­зике и химии» Лавуазье впервые выдвинул идею об учас­тии атмосферного воздуха в процессах горения (кислород был тогда еще неизвестен). А три года спустя, в 1777 году, он развил эту идею в работе «Общее рассмотрение приро­ды кислот и принципов их соединения». Лавуазье указал на то, что хотя теория флогистона и объясняет кое-что в явлениях горения и кальцинации, но ее нельзя признать удовлетворительной и принять как научную. Новая теория горения, выдвинутая Лавуазье, сводилась к следующим положениям:

1. Тела горят только в «чистом воздухе».

2. «Чистый воздух» поглощается при горении, и увели­
чение массы сгоревшего тела равно уменьшению массы
воздуха.

3. Металлы при прокаливании превращаются в «зем­ли», горящие сера или фосфор, соединяясь с «чистым воз­духом» и водой, превращаются в кислоты.

Так было установлено очень важное положение: увели­чение массы обжигаемого металла происходит вследствие присоединения к нему определенной составной части воз­духа. Лавуазье сделал также обобщающий вывод о том, что все кислоты состоят из радикала и окисляющего кислото­образующего начала — «оксигена», т. е. кислорода.

Несколько лет спустя Лавуазье окончательно выяснил главенствующую роль кислорода в своей теории. В трак­тате «Размышления о флогистоне», опубликованном в 1786 году, он решительно опроверг натурфилософскую фло­гистонную теорию.

Значительно позднее флогистона из науки было изгна­но другое натурфилософское понятие — теплород; послед­нее долгое время играло важную роль в теории теплоты. Теплород мыслился в виде особой, фантастической «теп­ловой жидкости», которая, перетекая от одного тела к другому, обеспечивает процесс теплопередачи. Понимание теплоты как особой субстанции длительное время счита­лось общепризнанным в науке, и надо было иметь боль­шое научное мужество, которое проявил наш соотече­ственник, выдающийся ученый Михаил Васильевич Ломо­носов (1711-1765), чтобы противопоставить концепции теплорода совершенно иное понимание тепловых явлений.

В своей работе «Размышления о причине теплоты и холода», опубликованной в 1750 году, Ломоносов подверг критике концепцию теплорода и обосновал кинетическую гипотезу теплоты. Гипотеза Ломоносова состояла в том, что теплота — это форма движения мельчайших матери­альных частиц (корпускул, или молекул). Их вращатель­ное движение является причиной тепла. Основные положе­ния развитой Ломоносовым кинетической гипотезы тепло­ты сводились к следующему: 1) молекулы (корпускулы) имеют шарообразную форму; 2) при более быстром враще­нии частиц теплота должна увеличиваться, а при более медленном — уменьшаться; 3) частицы горячих тел вра­щаются быстрее, более холодных — медленнее; 4) горячие тела должны охлаждаться при соприкосновении с холод­ным, так как это замедляет теплотворное движение частиц;

5) холодные же тела должны нагреваться при соприкосно­вении с горячим вследствие ускорения движения частиц.

Однако кинетическая гипотеза Ломоносова, созданная в середине XVIII века, не смогла в то время переломить сло­жившийся стереотип научного мышления. Натурфилософ­ское учение о теплороде просуществовало еще почти целое столетие.

Некоторые экспериментальные работы конца XVIII — первой половины XIX века (опыты Б. Томпсона — графа Румфорда, демонстрировавшие выделение тепла при вы­сверливании канала в пушечном стволе, опыты по полу­чению теплоты трением английского исследователя Дэви и др.) свидетельствовали о связи теплоты с механическим движением, однако большинство ученых, работавших в об­ласти физики тепла, упорно усматривали в этом нечто со­всем иное: проводя аналогию с электризацией тел трени­ем, они утверждали, что трение способствует выжиманию теплорода из тела. Только в середине XIX века, когда был открыт закон сохранения и превращения энергии, физики окончательно отказались от теплорода и вернулись к ки­нетической концепции теплоты, успешно разрабатывавшей­ся Ломоносовым еще за сто лет до открытия этого закона.

Появление закона сохранения и превращения энергии помогло опровергнуть еще одно натурфилософское пред­ставление о так называемой «жизненной силе» организма. Учение, основывавшееся на этом натурфилософском пред­ставлении, получило наименование витализма. Его сторон­ники полагали, что живой организм функционирует бла­годаря наличию в нем особой «жизненной силы». Тем самым физиологические процессы исключались из сферы физических и химических законов и обусловились этой мифической, таинственной «силой». Такое положение в биологии продолжалось до тех пор, пока Роберт Майер, который, как было сказано ранее, являлся врачом, своими наблюдениями показал, что живой организм управляется естественными физико-химическими законами и прежде всего законом сохранения и превращения энергии.

Работы ряда ученых XIX века в области электромагне­тизма (о которых подробнее будет сказано в следующем разделе) привели к отказу от таких натурфилософских понятий, как электрическая и магнитная жидкости. На

основе новых представлений об электричестве и магнетизме французский физик Андре Мари Ампер (1775-1836) пер­вым пришел к выводу об отсутствии в природе каких-либо электрических или магнитных жидкостей (как положи­тельных, так и отрицательных). Введение в учение об электричестве и магнетизме натурфилософского понятия жидкостей соответствовало тогдашнему механистическому подходу, пытаршемуся решать любые физические вопросы с помощью субстанций и действующих между ними про­стых сил. Работы Ампера и других исследователей приве­ли к тому, что субстанциональное понимание электромаг­нитных явлений было заменено принципиально новым по­нятием электромагнитного поля.

Последним натурфилософским представлением, продер­жавшимся дольше всех других натурфилософских понятий, был мировой эфир.

Концепцию мирового эфира — гипотетической среды, заполняющей все мировое пространство, — признавали все физики XIX века. Этому в особенности способствовала победа, одержанная в середине XIX века волновой теори­ей света над корпускулярной. Причина этой победы зак­лючалась в том, что волновая теория давала объяснение дифракции света, т. е. отклонению световых волн, проис­ходящему при распространении света вблизи краев непроз­рачных тел. При прохождении сквозь узкие отверстия, щели и т. п. Но принятие волновой теории приводило в то же время к мысли о существовании субстанции, в кото­рой световые волны распространяются. В этом случае все хорошо согласовывалось с механическими представлениями об окружающем мире, еще очень характерными для боль­шей части XIX века.

В связи с этим следует отметить, что известный англий­ский ученый Дж. Максвелл (о котором еще будет сказа­но ниже) незадолго до своей смерти направил письмо ас­троному Тодду, в котором указывал на принципиальную возможность экспериментального определения движения Земли относительно эфира. Правда, такой прибор должен был обладать очень высокой чувствительностью, которую Максвелл считал технически недостижимой. В 1880 г. (пос­ле смерти Максвелла) указанное письмо было опубликова-

но. А в следующем 1881 году молодой американский уче­ный Альберт Абрахам Майкельсон (1852-1931) уже про­изводил опыты с такого рода прибором.

Результаты своего опыта Майкельсон опубликовал в том же 1881 году в статье «Относительное движение Зем­ли и светоносного эфира». Однако никакого относительно­го движения фактически обнаружить не удалось. В 80-х годах XIX века Майкельсон неоднократно повторял свои опыты, используя все более совершенную и точную аппа­ратуру. Результат был все тот же: обнаружить «светонос­ный эфир» не удавалось. Об этом вновь было заявлено в совместной статье Майкельсона и Морли «Об относитель­ном движении Земли и светоносного эфира», опубликован­ной в 1887 году.