В розысках флогистона и вечного двигателя

Созидательную, в высшей мере конструктивную роль, роль спасителей науки, провели теория флогистона и гипотеза вечного двигателя.

Понятие флогистона (теплорода) пришло в обиход в XVII веке, когда немецкий химик И. Бехер заявил, что в составе тел, кроме воздуха и воды, наличествует по крайней мере еще три сущности: плавкость, летучесть и субстанция, расположенная к горению. Так родился теплород. А в начале следующего столетия стараниями немецкого же химика Г. Шталя и других появился и его теоретический рисунок. Фактически весь XVIII век прошел под знаком флогистонной концепции, которая была преодолена лишь благодаря открытию кислорода и установлению его решающей роли в процессах горения.

Однако, несмотря на ошибочность, идея флогистона свое появление оправдала. Она не только помогла собрать под одной крышей многие разбросанные (а порой и заброшенные) по различным углам и отсекам науки сведения, но и приблизительно классифицировать их и сохранить. Кроме всего, еще и кое-что прибавила.

Подобно астрологии и алхимии, она побуждала к научному поиску, более того - питала его.

...Идет уже вторая половина XVIII столетия. Английский физик Г. Кавендиш погружен в исследования "горючего воздуха", выделявшегося при взаимодействии кислот с металлами. Он весь во власти флогистонных установок, опираясь на которые "читает" результаты своих опытов. Однажды, растворив цинк в разбавленной серной кислоте, ученый выделил вещество, которое горело. Естественно, он принял его за теплород. При этом, обнаружив, что при горении выделяется вода, Г. Кавендиш "уточнил": налицо соединение флогистона с водой. Сколь бы ни было такое объяснение искусственным, бесспорно одно: состоялось рождение водорода, и в роли "повивального акушера" выступила теория теплорода.

Это произошло в 1766 году, а через восемь лет близкая история повторилась с другим, до той поры неизвестным элементом - кислородом. Прокаливая окись ртути, соотечественник Г. Кавендиша Д. Пристли обнаружил, что при нагревании она восстанавливается, "возвращаясь" в исходное состояние чистой, неокисленной ртути. Руководствуясь флогистонными представлениями, Д. Пристли решил, что это "проделки" флогистона, который, поступая из воздуха, "вникает" в земные дела: он то окисляет металл, то, когда его "изгоняют" нагреванием, улетучивается, позволяя ртути принять первозданное обличье. Собственно, перед нами почти законченный набросок поведения кислорода, недостает лишь самого понятия "кислород". Налицо все основания числить помощником при его появлении на свет флогистон.

Теплородная концепция помогла нарисовать явления нагревания и охлаждения, истолковать многие факты превращения жидкостей в пар, эффекты плавления, вывести в жизнь другие процессы. Опираясь на нее, естествоиспытатели смогли разграничить такие явления, как "температура" и "количество тепла", утвердить новые понятия - "теплоемкость", "коэффициент теплоотдачи", "теплопроводность".

Так, мало-помалу, возделывая необжитые земли, натуралисты подготовили территории для настоящей науки - термодинамики, изучающей законы теплового равновесия и превращения теплоты в другие виды энергии. Она возникла из разрозненных кусков знания, добытого многочисленными подвижниками "флогистонного" века. И пока на карте науки не была прописана теория молекулярного строения вещества, флогистон оставался единственной прилично работающей концепцией для объяснения процессов механической передачи тепловой энергии.

Опираясь на учение теплорода, французский исследователь С. Карно в самом начале XIX столетия, еще До выступлений Р. Майера, Д. Джоуля, Г. Гельмгольца, фактически подошел к идеям сохранения и превращения энергии.

Но все это отдельные эпизоды из жизни науки, хотя и убедительно повествующие о ее могучем наступлении на невежество. Гораздо важнее другое - то именно, что флогистонная идея определяла стиль мышления научного сообщества своей эпохи. Благодаря этому она позволила впервые оглядеть самые разнообразные химические явления с одной общей позиции и тем самым заложить в их понимание научный подход, потеснив алхимию. Говоря словами Ф. Энгельса, химия освободилась от алхимии посредством теории флогистона.

'Химия - дочь алхимии'

Ситуация, вообще говоря, необычная: одна ложная догадка породила другую, хотя и не менее ложную, но такую, от которой все-таки поближе к истине. Вот уже в самый раз заявить, что это шаг от ложного знания к истинному незнанию, поначалу представляющему столь же ошибочную версию, которая затем уступила наконец место подлинной теории.

С течением времени флогистон все чаще оказывался неспособным обращаться с фактами. И тогда, чтобы спасти лицо, теория была вынуждена усложняться, обрастать дополнительными ухищрениями, изворачиваться, то есть все сильнее уходить по пути лженауки. В конечном итоге пришла пора флогистону оставить поле для более совершенных учений. К исходу XVIII столетия французский химик А. Лавуазье, располагая результатами Г. Кавендиша, Д. Пристли, других корифеев "флогистонной" эры, показал, что так называемый "горючий воздух" в действительности самостоятельный элемент. Окончательно это стало ясно, когда А. Лавуазье разложил воду на составляющие ее водород и кислород, а затем заново "сложил" из них ту же воду. Тогда он и назвал элемент, выделенный Г. Кавендишем, гидрогеном, то есть "рождающим воду" или в русском переводе "водород". Кстати, Лавуазье в начале своего научного пути также разделял флогистонные идеи и лишь позднее преодолел их.

Таким образом, теория флогистона тихо умирала. Но к тому сроку она свои задания исполнила, и неплохо. Настолько неплохо, что исследователи полагают несправедливым такое понятие, как "теплород", обвинять во лжи. В противном случае, считает, например, Б. Пахомов, надо признать ложными массу наших сегодняшних понятий, поскольку они определенно будут в будущем замещены другими.

Сходные заключения рождаются и по делу еще одного направления поисков упорных, но, увы, заблуждавшихся энтузиастов истины - направления, также оттесняемого обычно в разряд лжеучений. Речь об идее вечного двигателя, более всего, пожалуй, заслужившей "отказного" отношения у настоящей науки, которая почти не находит в описаниях вечного двигателя светлых мест.

По замыслу многочисленных (от века и до наших дней) искателей, идущих по следу "абсолютного двигателя", это механизм, который, будучи однажды запущен, совершал бы работу неограниченно долгое время без привлечения энергии со стороны.

Изыскания в этой области открылись еще в начальную пору научной мысли, но особенно неистовыми стали в XVI веке, подогреваясь зародившимся тогда ростом машинного производства.

Гипотеза идеально экономичной машины занимала не только мечтателей-самоучек, во все времена мало что почерпнувших из физики, но и умы серьезных ученых, таких, например, как изобретатель парового котла и двигателя француз Д. Папед, живший на рубеже XVII-XVIII столетий, немецкий физик той же поры Х. Вольф и другие.

Понятно, вечный двигатель так и остался работающим лишь в воображении его творцов. Но, хотя замысел был утопичен, попытки материализовать идею, споры вокруг него принесли немало интересных теоретических и конструктивных решений. С необходимостью пришлось уточнить и довелось даже увидеть некоторые не увиденные ранее процессы, выявить новые закономерности.

Вот один факт. В 1857 году нидерландский математик С. Стевин издает книгу "Начала равновесия", где, рассказывая о своей работе над вечным двигателем, делится результатами, которые он приобрел, если можно так сказать, попутно. Один из таких результатов и вошел в научный обиход под именем закона равновесия сил на наклонной плоскости.

А дело происходило так. Ученый ставит эксперимент. Соединив 14 шаров в цепь, он накидывает ее на трехгранную призму в надежде, что шары, скатываясь по наклонной грани, вовлекут в движение всю цепь и создадут таким образом непрерывное вращение. Заманчиво, но шары не "захотели" непрерывно вращаться, застывая в "накинутом" положении. Зато эта обездвиженная система намекала на другое: выводила С. Стевина к идее равновесия, чем он и воспользовался, установив новый закон.

Одни горячо верили в двигатель, другие упорно сопротивлялись, отыскивая все новые истины. Г. Галилей, доказывая, что имеющее тяжесть тело не может подняться выше того уровня, с которого оно упало, открывает закон инерции. Таким образом, видим, что польза шла как от верующих, так и от неверующих. Выигрывала наука. Казалось бы, по всем статьям бесполезные занятия вечным двигателем имели вопреки тому научное значение. Плохо ли, хорошо ли, но и они готовили почву грядущим естествоиспытателям для достижения более высоких истин.

Так, в борьбе мнений вокруг темы, в полемике правоверных с неверными постепенно созрели постулаты закона сохранения и превращения энергии. Без этой предварительной проработки появление закона немыслимо. Неуклонно подогревая интерес, идея вечного двигателя стала своего рода идейным двигателем вечного сгорания, подбрасывающим свежие поленья в топки ищущей мысли. По существу, как определил однажды советский академик В. Гинзбург, идея вечного двигателя была научной.

Мы дорожим также мнением академика Б. Раушенбаха, который стоит на еще более радикальной позиции. Для него вечные споры вокруг вечного двигателя - дело не только прошедшего дня. Само решение национальных академий (или похожих органов) не принимать к рассмотрению заявки на изобретение абсолютного двигателя (поскольку это противоречит закону сохранения энергии) представляется ему ошибочным. Наука должна исследовать, доказывать и показывать, а не пресекать и уж, во всяком случае, не издавать запретительных программ, накидывающих узду на исследовательскую активность, куда бы она ни была расходована. Понятно, принцип сохранения энергии никакими конструкциями вечных двигателей не поколебать, но возможны уточнения, выяснение сфер его применения и пересечения с другими физическими принципами. Открылось, например, что этот закон комбинируется с законом сохранения массы, и такое проявление пошло на пользу обоим.

Таким образом, принятие запретных мер по "свержению" закона сохранения ошибочно (ибо, накладывая арест на работы по вечным двигателям, ущемляет научный интерес), но содержание закона сохранения безошибочно. Таков парадокс, которым мы завершаем рассказ об исследованиях в области создания вечного двигателя, чтобы войти в еще более, быть может, парадоксальные области.