14.2.3. Ученый европейского уровня

Прекрасное образование, полученное Ломоносовым, открыло ему широчайшие возможности выбора направлений научной деятельности. Ближе всего ему оказались проблемы химии, которым он уделяет все больше внимания и времени. В результате 25.07.1744 г. по указу императрицы он получает звание профессора химии, став, тем самым, вторым русским академиком ПИАН (первым был обрусевший немец Георг Вильгельм Рихман, 1711 – 1753 гг., назначенный профессором в 1741 г.) Новое звание позволило молодому ученому осуществить свою мечту – создать хорошо оборудованную химическую лабораторию (1748 г.). До этого функции химлаборатории выполняли аптеки, которых ко времени Петра I было в Москве 8.

Фактически новая лаборатория на Васильевском острове была физико-химической, т.к. в ней Ломоносов изучал различные корпускулярные концепции, связанные с нагреванием и охлаждением твердых тел. Результатом стала его знаменитая работа «Размышления о причинах теплоты и холода» (1744 г.), где он со всей определенностью выступил против популярной тогда концепции флогистона-теплорода, которой придерживались многие крупные европейские ученые, в том числе и его учитель Х. Вольф. Ломоносов же утверждал, что «…теплота состоит во внутреннем движении материи», причем «частицы горячих тел вращаются быстрее, более холодных – медленнее». Хотя эта модель теплового движения корпускул лишь частично совпадает с современной моделью, она, тем не менее, намного достовернее «теплородной». Основные положения этой модели есть:

1.Молекулы (корпускулы) имеют шарообразную форму.

2. При более быстром врвщении частиц материи теплота ее увеличивается, а при более медленном – уменьшается.

3. Частицы горячих тел вращаются быстрее, холодных – медленнее.

4. Горячее тело должно охлаждаться при соприкосновении с холодным, т.к. оно замедляет теплотворное движение частиц; наоборот, холодные тела должны нагреваться вследствии ускорения вращения частиц при соприкосновении их с горячими. Развивая свою атомно-молекулярную («элементно-корпускулярную» по Ломоносову) концепцию строения вещества, ученый делает важный вывод о том, что максимальной температуры не существует (т.к. скорость движения корпускул ничем не ограничена), а минимальная должна существовать, так что «… более высшей степени холода на нашем земноводном шаре не существует».

Обсуждая процессы теплообмена между телами, имеющими различную температуру, Ломоносов по существу умозрительно открывает второе начало термодинамики – закон, сформулированный в европейской науке лишь во второй половине XIX века! Любопытно, что когда автор доложил свою работу и выводы из нее на очередной конференции ПИАН в январе 1745 г., академики встретили его доклад в штыки, упрекая его в том, что его выводы противоречат идеям Бойля, Декарта, Лейбница и Вольфа. После долгой и бурной дискуссии было принято решение направить эту и другие близкие к ней работы Ломоносова на отзыв почетному академику ПИАН Эйлеру, мнение которого очень ценилось всеми академиками. И в ответ, ознакомившись с этими трудами, Эйлер прислал восторженный отзыв, в заключении к которому написал: «Все сии сочинения не токмо хороши, но и весьма превосходны, ибо он пишет о вопросах (материях) физических и химических весьма нужных, которые поныне не знали и истолковать не могли самые остроумные люди… При сем случае господину Ломоносову должен отдать справедливость, что он имеет превосходное дарование для изъяснения физических и химических явлений. Желать должно, чтобы и другие Академии в состоянии были произвести такие открытия, какие показал господин Ломоносов». Отсюда видно, что из современников Ломоносова понял глубину и значимость его работ по физике только гениальный Эйлер, который и в дальнейшем внимательно и доброжелательно относился к его исследованиям, поддерживая с ним переписку вплоть до смерти ученого.

Когда в 1750 г. кинетическая теория теплоты была напечатана в «Комментариях ПИАН» и ее прочитал Х. Вольф, он написал своему бывшему ученику: «С великим удовольствием я увидел, что Вы в академических комментариях себя ученому свету показали, чем Вы великую честь принесли Вашему народу». Тем не менее, в Европе идеи Ломоносова восприняты не были, и только через 120 лет к ним же пришли и европейские ученые. Аналогичная судьба постигла и его следующую работу – «Опыт теории упругости воздуха» (1748 г.), – в которой он объяснил упругие свойства воздуха взаимными столкновениями его корпускул, и даже сделал вывод о нелинейной зависимости изменения давления сжимаемого объема от плотности воздуха. К этому выводу европейские физики пришли также на 100 лет позже (после появления уравнения Ван-дер-Ваальса).

Изучая в своей химической лаборатории процессы горения и окаливания различных веществ, Ломоносов на 17 лет раньше Лавуазье пришел к закону сохранения общей массы веществ, участвующих в этих процессах, если они происходят в замкнутом объеме. К таким же соображениям он пришел, изучая механику движения взаимодействующих твердых тел: «Когда какое-либо тело ускоряет движение другого, то сообщает ему часть своего движения, но делает это лишь само теряя точно такую же часть». На основе этих соображений Ломоносов сформулировал свой «Всеобщий естественный закон» – закон сохранения материи и движения, – который он положил в основу своей «корпускулярной философии». Этот закон в такой форме также опередил свое время, хотя отдельные положения «законов сохранения» высказывались и многими предшественниками Ломоносова: это Анаксимандр, Анаксагор, Эпикур, Декарт, Лейбниц и др. К сожалению, большинство провидческих утверждений и выводов российского ученого по поводу химических и физических явлений остались при его жизни неизвестными для европейской науки – сам он в зрелом возрасте за границу не выезжал и личных контактов с зарубежными коллегами не поддерживал. Поэтому его достижения вошли в мировую науку только в конце XIX века благодаря стараниям профессора физической химии ЛПИ Б.Н. Маншуткина. Своим же современникам Ломоносов был в основном известен как поэт и историк. Известно, например, что за одну из своих од он получил от императрицы Елизаветы в награду 2 тыс. рублей – сумму, в 3 с лишним раза превышавшую его годовое жалование в Академии (600 р.).

Одним из многих увлечений Ломоносова было его совместное с Г. Рихманом изучение явлений атмосферного электричества. После пионерских работ англичанина В. Гильберта (1600 г.) и американца Б.Франклина (1747 г.) вопросами электростатики заинтересовался первый петербургский академик российского происхождения Рихман. Он склонил и своего друга Ломоносова к исследованиям природы электричества, однако трагическая гибель Рихмана в 1753 г. от удара молнии в его домашнюю "громовую машину" оборвала их экспериментальные работы. Смерть Рихмана произвела тяжелое впечатление на научную общественность России, и некоторые академики даже настаивали на прекращении исследований электрических явлений. И здесь особенно ярко проявились мужество и научная прозорливостьЛомоносова – в своем блестящем выступлении на публичном заседании ПИАН, посвященном гибели его друга и озаглавленном как "Слово о явлениях воздушных, от електричества происходящих", он дал первое научное объяснение происхождения атмосферного электричества (возникающего за счет трения восходящих потоков воздуха и падающих капель дождя), а также предложил метод защиты жилищ и зданий от ударов молнии путем отвода "електрической громовой силы на шест с железом, который должен стоять на пустом месте". Сам Ломоносов продолжал свои теоретические построения в этом направлении, и итогом этих построений стали его идеи об общности природы света и электричества и об электрической природе северных сияний. Стоит отметить, что в знаменитом противостоянии двух гипотез о природе света – корпускулярной (Ньютон) и волновой (Гюйгенс), – Ломоносов, несмотря на свою увлеченность корпускулярными моделями вещества, явное предпочтение отдавал волновым гипотезам, адекватно объясняющим процессы прохождения света через вещество. Уже отсюда видно, что критерием истинности научных умозаключений он считал не авторитет того или иного автора (а авторитет Ньютона был в XVIII веке выше, чем Гюйгенса), а их соответствие эксперименту, расчету или признанным натурфилософским концепциям. При этом он придерживался того убеждения, что: «Природа крепко держится своих законов и всюду одинакова», а также: "Один опыт я ставлю выше, чем тысячу мнений, рожденных только воображением". Вполне естественно поэтому ,что в астрономии он был твердым коперниканцем, о чем свидетельствуют следующие его поэтические строки:

"… что в том Коперник прав,

Я правду докажу, на Солнце не бывав.

Кто видел простака из поваров такова,

Который бы вертел очаг кругом жаркова?"