Наука Плоского Мира

Согласно древнегреческому философу Эмпедоклу, все во Вселенной состояло из четырех компонентов: земли, воздуха, огня и воды. Попробуйте поджечь палочку, и вы увидите, что она горит (содержит огонь), испускает дым (содержит воздух), выделяет пузырящуюся жидкость (содержит воду) и оставляет после себя кучку пепла (содержит землю). Будучи слишком простой, эта теория не просуществовала долго — пару тысяч лет в лучшем случае. В те времена люди никуда не торопились и, по крайней мере, в Европе были больше заинтересованы в том, чтобы держать крестьян в черном теле и вручную переписывать фрагменты Библии, затрачивая на это как можно больше труда и цветных чернил.

А главным технологическим достижением Средних Веков стал улучшенный хомут. По сравнению с предшественниками, теория Эмпедокла была явным шагом вперед.

Фалес, Гераклит и Анаксимен считали, что в основе всего лежала всего одна основная «субстанция», или элемент — но расходились во мнении насчет того, что же это такое. Фалес считал, что это вода, Гераклит предпочитал огонь, а Анаксимен был абсолютно уверен в том, что это воздух. Эмпедокл же попытался угодить всем и считал, что каждый по-своему прав. Если бы он жил в наше время, то наверняка бы носил какой-нибудь ужасный галстук.

Одна плодотворная идея, появившаяся благодаря этим теориям, состояла в том, что «элементарные» составляющие материи должны обладать простыми и неизменными свойствами. Земля, например, грязная, воздух невидимый, огонь обжигает, а вода мокрая.

Помимо усовершенствования хомута, Средневековье также создало благоприятную почву для развития знаний, которые позднее легли в основу химии. В течение нескольких столетий процветала ее прародительница алхимия: люди обнаружили, что если смешать и нагреть какие-нибудь вещества, или облить их кислотой, или растворить в воде и подождать, то происходят странные явления. Можно получить забавные запахи, взрывы, пузыри и жидкости, меняющие цвет. Из чего бы ни состояла Вселенная, было ясно: это можно было превратить во что-нибудь другое, если только знать подходящий рецепт. Или, лучше сказать, «заклинание», потому что алхимия во многом была похожа на волшебство со своими особыми рецептами и ритуалами. Многие из них действительно работали, но никакой единой теории, объясняющей эти превращения, не существовало. Главной целью алхимии были заклинания, или рецепты, например, Эликсира Жизни, который давал бы вечную жизнь, или Превращения Свинца в Золото — чтобы обладатель вечной жизни не ощущал недостатка в деньгах. К концу Средних Веков алхимики накопили такой опыт, что стали замечать расхождение древнегреческой теории четырех элементов с действительностью. Тогда они придумали новые элементы, например, соль и серу — эти вещества тоже обладали простыми и неизменными свойствами, которые отличались от свойств типа «быть грязным», «невидимым», «обжигающим» или «мокрым». Сера, к примеру, — горючее вещество (хотя и не горячее само по себе, как вы понимаете), а соль — нет.

В 1661 году Роберт Бойль в своем труде «The Sceptical Chymist»[25] описал два важных различия. Во-первых, различие между химическим соединением и смесью: смесь — это, ну, просто смесь разных веществ. Соединение — это в общем-то тоже смесь, и его можно так или иначе разделить на другие вещества — например, нагреть, облить кислотой или обработать другим способом. Однако обнаружить в соединении кусочки исходных веществ у вас не получится, хотя для смеси это сделать можно — правда вам понадобилось бы невероятно острое зрение и крошечные пальчики. Другое различие касалось соединений и элементов: элемент нельзя разделить на составляющие, потому что в нем есть только один вид материи.

Сера — это элемент. Соль, как нам теперь известно, — это соединение (не смесь), которое образуется из двух элементов: натрия (мягкий горючий металл) и хлора (ядовитый газ). Вода — это тоже соединение — она состоит из водорода и кислорода (оба являются газами). Воздух — это смесь различных газов, в том числе кислорода (элемент), азота (тоже элемент) и углекислого газа (соединение углерода и кислорода). Земля — это очень сложная смесь, состав которой к тому же зависит от конкретного места. А вот огонь — это вообще не вещество, а процесс с участием горячих газов.

Чтобы систематизировать эти знания, потребовалось время, но в 1789 году Антуан Лавуазье составил список из 33 элементов, многие из которых повторяют современные. Он совершил несколько вполне понятных ошибок, например, включил в число элементов теплоту и свет, но в целом его подход отличался системностью и аккуратностью. Сейчас нам известно 113 различных элементов. Некоторые из них были получены искусственно, причем часть существовала на Земле в течение ничто малой доли секунды. Однако большую часть элементов можно выкопать из земли, выпарить из морской воды или выделить из окружающего нас воздуха. Современный список можно считать практически полным — с поправкой на несколько искусственных элементов, которые могут быть созданы в будущем.