Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №39/2003

О ЧЕМ НЕ ПИШУТ В УЧЕБНИКАХ

СТРОЕНИЕ И
ПРЕВРАЩЕНИЕ ВЕЩЕСТВ

Учение Демокрита об атомах

Демокрит (460–370 гг. до н. э.)

Демокрит
(460–370 гг. до н. э.)

Демокрит – величайший представитель древнегреческой философии, один из основателей античной атомистики философии – жил приблизительно в 460–370 гг. до н. э. Многочисленные путешествия по странам Востока он использовал для научных наблюдений. Поражает широта его деятельности: ему принадлежат исследования по астрономии, геологии, зоологии, математике, физике, медицине, логике; наряду с этим он писал сочинения об искусстве, музыке и поэзии. К.Маркс, например, назвал Демокрита «первым энциклопедическим умом среди греков».
Атомистическая гипотеза объяснения мира Демокритом сводится к следующим основным положениям.
Из ничего не происходит ничего. Ничто существующее не может быть разрушено.
Соединение и разъединение атомов лежит в основе видимых нами процессов изменения, возникновения, разрушения, гибели или развития.
Ничто не возникает случайно. Все, что происходит в явлениях, человеческой жизни, истории, развитии животных, падении твердых тел, – все имеет причину, по которой эти явления вытекают с необходимостью.
В результате только своего невежества люди создают такие понятия, как «провидение» или «судьба» и т. п. Над всеми процессами господствует необходимость. Никакой целесообразности, предначертанного кем-то плана в природе нет.
Единственно существующие вещи суть атомы и пустое пространство. Все остальное – чистое измышление.
Вследствие мельчайших размеров атомы невидимы и материально неделимы. Они бесконечны по числу, разнообразны по форме и находятся в вечном движении.
Вечно движущаяся материя существовала «всегда», поэтому нельзя спрашивать о «начале» ее движения, т. к. движение неотделимо от материи.
При своем движении во всех направлениях атомы постоянно сталкиваются друг с другом, и образующиеся при этом поперечные движения и вихри суть начала миров.
Разнообразие вещей обусловлено разнообразием их атомов в числе, размерах и сочетаниях.
«Эти принципы,– говорит в своей книге “Электрон” известный ученый Р.Милликен, – если в них кое-что немного изменить, выдержали бы экзамен и ныне».

Тит Лукреций Кар
и его поэма «О природе вещей»

Тит Лукреций Кар – древнеримский поэт, философ-материалист, последователь Демокрита и Эпикура, живший в I в. до н. э. В поэме Лукреция «О природе вещей» с гениальной прозорливостью и догадкой изложен ряд положений, ставших лишь много лет спустя достоянием науки, как, например, закон вечности (постоянства, сохранения) материи и строение вещества из атомов. Поэма Лукреция оказала влияние на формирование мировоззрения И.Ньютона и М.В.Ломоносова, приводила в восторг многих философов. Здесь приведены отдельные отрывки из первой и второй книг этого произведения.

Речь я начну и открою вещей

основное начало,

Коим все зиждется, крепнет,

растет и родится в природе;

Также – во что претворяет

природа все вещи по смерти.

Это начало – материя, тельца

вещей родовые,

Как позволяю себе я назвать то

в дальнейшем ученьи,

Или зачатки вещей, – подходящее

также названье, –

Или же тельца первичные,

так как из них все возникло.

* * *

Первоначальное правило ставит

природа такое:

Из ничего даже волей богов ничего

не творится.

Страх суеверный, однако же,

смертных настолько объемлет,

Что и в вещах, наблюдаемых здесь,

на земле, и на небе,

Многое соизволеньем богов

объяснять они склонны,

Главной причины явлений

добиться никак не умея.

Раз мы уверены в том, что ничто

создаваться не может

Из ничего, то вернее поймем

мы предмет изученья:

Именно то, из чего могут вещи

родиться, а также –

Где, каким образом зиждется все

без участья бессмертных.

* * *

Надо заметить еще: разлагает

природа все вещи

На составные частицы, пропасть же

ничто в ней не может.

* * *

Не пропадает бесследно ничто,

но в своем разложеньи

Все возвращаются вещи на лоно

материи снова.

* * *

Как я сказал уже, из ничего

не рождаются вещи,

Так же не могут они, народившись,

в ничто обратиться.

Чтоб к положеньям моим ты

не начал питать недоверья

Лишь потому, что твой глаз этих

телец первичных не видит,

Я докажу, что бывают они

несомненно в предметах

Даже тогда, когда глаз никакой их

не может заметить.

Ветра порывы, во-первых,

что волны морские колеблют,

Рушат суда величавые и облака

разгоняют,

И одновременно бурей

стремительно носятся в поле,

Ниспровергают деревья большие,

высокие горы

Точат дыханьем крушительным:

так с громыханьем свирепым

И угрожающим рокотом волны

морские бушуют.

Да, без сомненья, ветер есть тело,

невидное глазу,

Что океаны, и землю, и тучи

на небе сметает,

И увлекает внезапно порывом

стремительным с места...

Далее. Запахи мы ощущаем

от разных предметов,

Не замечая того, чтобы к ноздрям

подступало что-либо...

Платья, затем, на морском берегу,

разбивающем волны,

Влагу приемлют, на солнце же

снова они высыхают.

Но каким образом влага воды в них

проникла, а также

Как испарила ту влагу жара, –

невозможно увидеть.

Так на мельчайшие части свои

распадается влага,

Их же никоим мы образом глазом

не можем заметить.

Так же кольцо, что в течение

долгих годов проходящих

Носишь на пальце ты, мало-помалу

становится тоньше.

Капель паденье дырявит скалу,

а сошник искривленный

Плуга железного тупится в пашне

для глаз незаметно.

Мы замечаем, что улицы, камнем

мощенные, часто

Стерты ногами толпы...

* * *

Но не повсюду материя в мире

является тесно

Сплоченной, так как предметы

в себе пустоту заключают.

Это узнать тебе будет полезно

во всех отношениях.

В самом же деле, на море, на суше,

на небе высоком

Явственно мы замечаем во всех

направлениях движение

Разнообразное; без пустоты же

в природе не только

Отнята тотчас была бы способность

предметов к движенью,

Но и родиться бы даже ничто

не могло в этом мире,

И почивала бы всюду материи

плотная масса.

* * *

...Материя частью является в виде

первичных

Телец, а частью собрание телец

таких представляет.

Тельца первичные те никакою не

могут быть силой

Утеснены, так как плотностью все

побеждают своею.

* * *

Если бы материя не была вечной,

давно бы

Весь существующий мир

совершенно в ничто обратился,

И из ничтожества снова родилось

бы все, что мы видим

Но, как уже раньше сказал я тебе,

ничего не родится

Из ничего и обратно не может в

ничто обратиться.

А потому несомненно бессмертны

первичные тельца,

В кои по смерти своей разложиться

должно все на свете,

Чтобы в грядущем материю новым

созданьям доставить.

Значит, первичные тельца ввиду

простоты своей плотны,

Иначе как бы они сохраняли свою

долговечность

И от времен незапамятных миру

несли возрожденье?

* * *

...Если б природа творящая

не разлагала

Все то, что создано ею, на части

мельчайшие эти,

То из погибших вещей уж создать

ничего не могла бы,

Так как в телах, состоящих

из многих частей, не бывает

Необходимых условий материи

производящей.

Как-то: сцепленья различные, вес,

столкновенья, удары,

Также движение, через которое все

возникает.

Великий русский химик М.В.Ломоносов

Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765)

Михаил Васильевич
Ломоносов
(1711–1765)

Михаил Васильевич Ломоносов принадлежит к тому кругу немногочисленных ученых в истории мировой науки, чье имя связано с развитием ряда наук и разработкой широких научных обобщений в области естествознания в целом.
В своей деятельности Ломоносов был выразителем передовых направлений современной ему науки. Он внес неоценимый вклад почти во все отрасли знания: физику, химию, астрономию, приборостроение, геологию, географию, языкознание и историю. Он был организатором многих химических производств, автором фундаментальных законов физики и химии (закона сохранения массы вещества и закона сохранения энергии), основоположником механической теории тепла и кинетической теории газов, создателем научных основ химической науки и новой области знаний – физической химии. Достигнутого им было бы достаточно для деятельности целой академии.
А.С.Пушкин, характеризуя ученого, писал: «Соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенною силою понятия, Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшей страстью сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец – он все испытал и все проник. Он создал первый университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом».
Ломоносов – гордость русской науки, воплотившей в себе народный гений, широту и силу русского характера. Он показал, как наука может и должна служить своему народу.
Научная деятельность Ломоносова протекала в послепетровскую эпоху, связанную с развитием производительных сил страны. В своей попытке вывести Россию из рамок отсталости Петр I строил новые заводы и фабрики, способствовал образованию, руководил постройкой флота и созданием регулярной армии. Ломоносов писал, отмечая деятельность государя в области развития науки в России: «Петр I усмотрел, что нельзя ни городов надежно укрепить, ни кораблей построить и безопасно пустить в море, не употребляя математики; ни оружия, ни огнедышащих машин, ни лекарств, поврежденным в сражении воинам, без физики приготовить».
Бурное развитие и укрепление промышленности, торговли и техники военного дела прежде всего характеризуется увеличением количества заводов, особенно на Урале. Все это, естественно, вызвало интерес и потребность в развитии науки. В этот период создается ряд учебных заведений и научных учреждений. В Москве в 1701 г. открывается Школа математики и навигацких наук для подготовки кадров по судоходному делу, в 1706 г. – Первая медицинская школа, в 1711 г. – Инженерная школа и в 1712 г. – Артиллерийская школа. В 1721 г. в Петербурге создается Морская академия и, наконец, Петром I была основана и подготовлена к открытию Петербургская (впоследствии Российская) академия наук.
Все эти заведения нуждались в преподавательских и научных кадрах. Правящие классы при подготовке специалистов ориентировались прежде всего на дворянское сословие. Однако по окончании той или иной школы или академии мало кто из дворянских детей оставался работать в стенах научных и учебных учреждений. Объясняется это тем, что представители высшего сословия предпочитали военную и государственную службу, продвижение по которой давало им чины и привилегированное положение в обществе. В качестве учителей приходилось приглашать иностранцев и обращаться к выходцам из духовенства, чиновников и даже крестьян. Для подготовки кадров при Петербургской академии наук были созданы академический университет и академическая гимназия. Однако желающих учиться в этих учебных заведениях из числа дворян почти не оказалось, в результате состав первых гимназистов и студентов был исключительно недворянский.
Это, естественно, непосредственно влияло на состав учащихся как Академического, так и открывшегося в 1755 г. Московского университета. Студентами Академического университета становились не только выпускники Академической гимназии. Сюда откомандировывались на учебу приказами Сената также ученики московской Славяно-греко-латинской академии, петербургской и новгородской духовных семинарий и других учебных заведений России. Нередко в Академический университет приглашались иностранцы. Среди них были замечательные математики Д.Бернулли и Л.Эйлер. Однако большинство членов академической коллегии не соответствовали по своей квалификации тем задачам, которые предстояло решать Академии наук. Химическую кафедру в доломоносовский период возглавляли случайные люди. Так, первый профессор (академик) по кафедре химии И.Бюргер был доктором медицины, состоял в штате академии менее пяти месяцев (март–июль 1726 г.) и фактически к работе не приступал. Приглашенный вслед за ним на кафедру химии И.Гмелин, по специальности ботаник, химией почти не занимался.
Вскоре за этими первыми академиками-иностранцами появляются первые русские академики, научная деятельность и исследования которых приносят им мировую известность.
Подавляющее большинство русских академиков было выходцами из разных недворянских сословий. Первый русский академик М.В.Ломоносов – сын крестьянина, В.М.Севергин – сын вольноотпущенника, А.П.Протасов – сын солдата, С.П.Крашенинников, Н.П.Соколов, Н.Я.Озерецковский, В.В.Петров, П.Б.Иноходцев, С.К.Котельников – выходцы из духовенства и т. д. Таким образом, в Академии наук до середины XIX в. половина состава академиков по разделу естественных наук были выходцами из духовенства, менее одной четверти – из дворян, остальные – сыновья солдат, мастеровых и крестьян. Такое же соотношение в профессорско-преподавательском составе этого периода наблюдалось и в Московском, и в других университетах.
Михаил Васильевич Ломоносов родился в ноябре 1711 г. в семье крестьянина-помора Василия Дорофеевича Ломоносова, в одном из отдаленных уголков бывшей Архангельской губернии – деревне Денисовке, недалеко от города Холмогоры.
В детстве Ломоносов вместе с отцом ловил рыбу, выполнял тяжелую крестьянскую работу; на небольшом судне, названном «Чайкой», он побывал на Северной Двине, Белом море и в Северном Ледовитом океане.
Весьма наблюдательный от природы, Ломоносов подмечал особенности жизни и природы края и быта его обитателей. Из рассказов поморов он узнал об удивительных костях вымерших животных, которые находили по берегам, и в своем воображении создавал фантастические образы животных, некогда населявших землю. Такие природные явления, как северное сияние, разливы Северной Двины, разрушавшие речные берега, и ледяные горы Северного океана, сохранились на всю жизнь в его памяти.
Разъезжая с отцом, он познакомился с различными производствами. Особенно большое впечатление произвели на него верфи Северной Двины, где строились военные и торговые корабли. Побывал он и на приморских солеварнях Северного моря и хорошо изучил производство соли. Поэтому понятен тот интерес к промышленности, который сохранился у Ломоносова на всю жизнь.
Грамоте Ломоносов научился рано у своего односельчанина Ивана Шубного. Особенно увлекали его грамматика М.Г.Смотрицкого и арифметика Л.Ф.Магницкого, которые он называл «вратами своей учености». Большое влияние оказала на него арифметика Магницкого, где не только излагались правила простейших математических исчислений, но и сообщались некоторые сведения по физике, геометрии, судоходству, астрономии и т. д.
Чтение таких книг для Ломоносова было большой радостью и будило в нем непреодолимое стремление к знаниям, которое он не мог удовлетворить у себя на родине. Это заставило его уйти из родного дома. Зимой 1730 г. он отправился в Москву, где поступил в основанную в 1687 г. Славяно-греко-латинскую академию – высшее учебное заведение России того времени, снискавшее себе широкую известность. Из ее стен вышли выдающийся ученый и педагог того времени Магницкий, замечательный русский сатирик А.Д.Кантемир, поэт В.К.Тредияковский и др.
Ломоносов с увлечением занимался в академии, но знания, которые он там получил, его не удовлетворяли, т. к. в те времена не изучались естественные науки. Михаил Васильевич добился откомандирования его во второе высшее учебное заведение России – Киевскую духовную академию, но и она не оправдала его надежд. Ломоносов возвратился в Москву. По окончании академии он в числе 12 лучших ее учеников был направлен в Петербург для продления обучения в академическом университете. Там он обучался немецкому языку, математике, риторике, географии, истории.
В это время в Сибири работала академическая экспедиция, изучавшая природу и минеральные богатства края. Для работы в ней требовались специалисты-химики, знакомые с основами металлургии и горного дела. Было решено подготовить таких специалистов, послав наиболее способных студентов университета за границу. Студентами, посланными в Германию, были М.В.Ломоносов, Д.И.Виноградов, впоследствии основатель фарфорового производства в России, и Г.Райзер.
Для освоения горного дела нужны были знания по математике, механике, физике, химии. Русские студенты сначала были направлены для обучения в Марбург к крупному естествоиспытателю и философу Христиану Вольфу с тем, чтобы, освоив эти науки, отправиться в Фрейберг к профессору И.Ф.Генкелю изучать горное и рудное дело.
В Марбурге Ломоносов и его товарищи изучали у Вольфа математику, механику, гидростатику, гидравлику, горное дело, физику, логику, философию, геометрию, тригонометрию, немецкий и французский языки. Ломоносов с большим успехом изучал эти науки.
Освоив метод своего учителя философа Вольфа, к которому всю жизнь относился с большим уважением, он не сделался его подражателем. Ломоносову была чужда идеалистическая сторона философии Вольфа, очень близкая взглядам немецкого философа-идеалиста Г.Лейбница. В своей работе, написанной еще в студенческие годы, «О различии смешанных тел, состоящем в сцеплении корпускул», ясно проявилась мысль, разработкой которой он в дальнейшем занимался всю жизнь, – понять и объяснить качества тел на основании изучения свойств материальных частиц, из которых они состоят. Эта диссертация была довольно высоко оценена в академических кругах Петербурга.
Трехлетнее пребывание в Марбурге расширило круг знаний Ломоносова. Здесь он познакомился с достижениями европейской науки того времени, и это подготовило его к дальнейшей научной и практической деятельности.
Нужно отметить, что Ломоносов чрезвычайно критически относился к тому, что узнавал, отбирая истинное и достойное и отбрасывая ложное и вредное. Во всех своих дальнейших работах он всегда шел своим путем, не изменяя своих взглядов, даже если они расходились с мнениями величайших авторитетов того времени.
После Марбурга в 1739 г. ученый вместе со своими товарищами переехал в Фрейберг в лабораторию Генкеля. Способ обучения Генкеля, а также его научные воззрения резко расходились с уже выработанными Ломоносовым взглядами, вследствие чего он скоро покинул Фрейберг и в 1741 г. возвратился в Петербург.
После заграничной командировки Ломоносов в совершенстве знал кроме русского и церковно-славянского языков латинский, немецкий, французский, на которых свободно писал, а также мог читать книги и на других языках. Во время этой командировки Ломоносов изучил необходимые математические сведения, философию и логику, физику, минералогию, рудные ископаемые, ботанику и зоологию; познакомился и с рядом прикладных наук, в частности с металлургией в широком смысле этого слова, начиная с рудного дела и кончая обработкой металлов и пробирным делом. Знал он и стекольное производство, мореходное дело, астрономию, географию, риторику, грамматику, историю, политическую экономию и т. д. Можно сказать, что за годы учения Ломоносов сформировался в ученого с широким научным кругозором, знанием промышленности, что подготовило его в дальнейшем к самостоятельной работе.
В январе 1742 г. Михаил Васильевич был назначен адъюнктом (помощником профессора) академии, а в 1745 г. – профессором химии. Назначение Ломоносова профессором улучшило его материальное положение и позволило более широко развернуть научную и исследовательскую работу.
В этот период он переводит на русский язык курс физики своего учителя Вольфа, который вышел под названием «Вольфианская экспериментальная физика». При выполнении этого перевода Ломоносов столкнулся с бедностью научного русского языка того времени. Он был вынужден подыскивать слова для обозначения некоторых «физических инструментов, действий и натуральных вещей». Таким образом, Ломоносов является основоположником русской научной терминологии, которая сохранилась и до нашего времени. Такие слова, как «термометр», «формула», «поршень», «упругость», «полюс магнита», «преломление лучей» и другие, были введены в науку Ломоносовым.

Проект первой химической лаборатории
Проект
первой химической лаборатории

Лаборатория, на постройку которой Ломоносов затратил много сил, нуждалась в оборудовании. Ученый оборудовал ее не только химическими, но и физическими приборами, потому что «химик без знания физики подобен человеку, который во всем искать должен ощупом...». Здание и оборудование лаборатории было на уровне техники того времени. Эта первая химическая лаборатория стала колыбелью русских лабораторий, в первую очередь химических и физических. Здесь впервые в истории русской науки читался созданный Ломоносовым «Курс истинной физической химии». Здесь же были проведены работы по изучению минеральных богатств России, заложены основы химии силикатов, разрабатывались методы получения цветных стекол, которые затем выпускались заводом, организованным Ломоносовым, в Усть-Рудице.
Творческую деятельность Ломоносова можно условно разделить на три периода: первый – с 1741 по 1748 г., т. е. до постройки химической лаборатории, – был посвящен главным образом теоретическим исследованиям в области физики; второй – охватывает время от постройки химической лаборатории до 1757 г. В эти годы Ломоносов в основном занимался решением различных вопросов теоретической и экспериментальной химии. И, наконец, третий – с 1757 г. до смерти Ломоносова. В течение этого времени он помимо общих занятий уделял много времени работам в области различных прикладных наук и административной деятельности.
Несмотря на разнообразие научных интересов, Ломоносов придавал очень большое значение своим химическим и физическим исследованиям. В своем письме И.И.Шувалову от 4 января 1753 г. он писал: «Что же до других моих в физике и химии упражнений касается, чтобы их вовсе покинуть, то нет в том ни нужды, ниже возможности».
В предисловии к переводу «Вольфианской экспериментальной физики» он писал: «Изыскание причины цветов... мне всегда было приятнее всех физических исследований, особливо же для того, что оно больше всего зависит от химии, моей главной профессии».
Такие капитальные работы Ломоносова, как «О нечувствительных физических частичках, составляющих тела природы», «О причине теплоты и холода», «Попытка теории упругой силы воздуха», «Элементы математической химии», «О действии растворителей» и другие, характеризуют его как физика и химика, основоположника теоретических основ химических и физических наук.

Продолжение следует

П.А.КОШЕЛЬ