Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной

Отказ Лавуазье от теории флогистона наглядно показывает, что принцип бритвы настолько глубоко проник в науку XVIII века, что стал неотъемлемой ее частью. Однако, избавившись от одной сущности, флогистона, Лавуазье придумал другую. Проблема заключалась в том, что сторонники теории флогистона видели в нем источник не только горения, но и тепла. Заменив его кислородом, Лавуазье объяснил причину горения, однако не смог раскрыть природу тепла. В работе «Размышления о флогистоне» (Réflexions sur le phlogistique), опубликованной в 1783 году, Лавуазье высказывает предположение о том, что теплота – это некий «невесомый флюид», способный передавать тепло от горячего к холодному, которому он дал название теплород.

Это возвращает нас к опыту графа Румфорда. Вы, наверное, помните, что он был поражен тем, как сильно нагревается ствол пушки в ходе эксперимента в мюнхенской оружейной мастерской. Согласно теории теплорода, тепло передается от горячего к холодному, однако в эксперименте Румфорда сверло, его тупой наконечник, ствол пушки и вода изначально имели одинаковую температуру. Откуда же в этом случае появился теплород? Еще одна загадка заключалась в том, что в ходе эксперимента тепло выделялось постоянно, что противоречило теории, согласно которой источником тепла является невесомый и бестелесный флюид – конечная материя, присутствующая в каждом теле и передающая тепло от горячего к холодному.

Разгадка крылась в движении – движении лошадей, которое запускало весь процесс: лошади вращают колесо, это движение передается сверлу, от него – к стволу пушки, а оно в свою очередь сообщает движение микроскопическим частицам, из которых состоит вода, в результате чего происходит нагревание. Румфорд считал: «Вряд ли нужно доказывать, что что-то сообщаемое в неограниченном количестве каким-нибудь изолированным телом не может быть телесной субстанцией. Мне кажется невозможным составить себе определенное представление о “чем-то”, что, подобно теплоте в вышеуказанных опытах, может быть возбуждаемо и сообщаемо, если не допустить, что это “что-то” есть движение»[317],[318]. Таким образом, Румфорд открыл кинетическую теорию теплоты, согласно которой теплота – это мера движения частиц материи. Теплород, как и флогистон, превратился в сущность, в которой нет необходимости, а теплота – в меру движения.

РАЗМЫШЛЕНИЯ О ДВИЖУЩЕЙ СИЛЕ ОГНЯ

Теория флогистона исчезла не сразу после того, как было обнаружено, что не все металлы теряют массу при горении. Точно так же, не сразу после того, как в опытах Румфорда был обнаружен неиссякаемый источник теплоты, исчезла теория теплорода. Некоторые ученые отмечали неточности в измерениях Румфорда, другие считали, что Румфорду не удалось доказать, что источник неистощим. По большому счету, когда процесс сверления заканчивался или останавливался из-за поломки сверла, выделение теплоты прекращалось, следовательно, источник теплоты нельзя было считать неиссякаемым ресурсом.

Кроме того, атомизм, на котором основана динамическая или механическая теория теплоты, по-прежнему вызывал возражения со стороны ученых, которые поддерживали идею Аристотеля о пространстве, заполненном бесконечно делимым веществом. Французский инженер Николя Сади Карно (1796–1832) в книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», опубликованной в 1824 году, спустя 26 лет после появления статьи Румфорда с результатами эксперимента со сверлением пушечных стволов, представил математическое обоснование принципа работы теплового двигателя, заключающегося в передаче тепла от горячего к холодному, и тем самым заложил основы новой науки – термодинамики. Это еще один пример того, как проницательный ученый может извлечь много полезного из теорий, считающихся ошибочными, как это произошло с геоцентрической системой Птолемея или с флогистонной теорией.