Эпоха Просвещения
(продолжение)
В истории Науки примечательна роль аббата Мерсенна (соученика Декарта по колледжу). В то время, когда еще не было специальных научных журналов, основную роль в общении между учеными играла переписка. Письма посылались либо непосредственно конкретному ученому, либо в Париж аббату Мерсенну, последний размножал их и рассылал тем математикам и физикам, которые занимались аналогичными вопросами. Корреспондентами Мерсенна были крупнейшие ученые того времени: Декарт, Этьен и Блез Паскаль, де-Бесси, Гьюгенс, Торричелли, Виллис, Пьер Ферма и др.
Философия Баруха Спинозы (1632 - 1677) - одно из значительных учений XVII в. Он родился в Амстердаме в богатой еврейской семье, бежавшей из Португалии в Голландию, чтобы укрыться от преследований инквизиции. Родители готовили его к религиозной и богословской деятельности, но знакомство с философией и научными идеями Декарта направили Спинозу по собственному пути исканий. Между 1652 и 1656 гг. он посещал школу Франциска ван ден Эндена (учёного-католика, ставшего позднее независимым мыслителем), у которого изучал латинский язык и науки. Знание латыни открыло для Спинозы мир классики (в частности, Цицерона и Сенеку), Возрождения и современных философов, в особенности Декарта, Бэкона и Гоббса.
Смелые идеи Спинозы привели к отлучению его от иудейской общины Амстердама (1656 г.). Знатоки утверждают, что философия Спинозы свидетельствует о его глубоких познаниях в Каболе, но то, что он отождествлял Б-ГА с Творящей Природой, не могло вместиться в религиозное сознание его соплеменников той эпохи. Отлучение означало, что ни один из иудеев не имел права вступать в общение со Спинозой. Он зарабатывал на жизнь шлифованием линз для телескопов.
Спиноза успел завершить две крупные работы - «Богословско-политический трактат» и «Этику». В «Этике» Спиноза критикует дуализм Декарта и разрабатывает монистическое учение. По представлениям Спинозы, не может быть двух субстанций в природе вещей. Единая всеобъемлющая Субстанция является исходным пунктом его философии. Рассудок Спинозы растворяет Б-ГА в Природе. У Природы неотделимыми свойствами являются и протяженность и мышление. Спиноза утверждает абсолютное господство необходимости в мире и отрицает наличие всякой объективной случайности. Спиноза выработал учение о свободе. По Спинозе, свобода - это познанная необходимость.
Когда Ньютон произнес свое знаменитое высказывание: «Мы видели дальше других потому, что стояли на плечах гигантов», он, по всей видимости, имел в виду Коперника, Кеплера, Галилея, Декарта, Гука и Спинозу.
В 1642 г., в год смерти Галилея, в небольшой английской деревушке Вульсторп в Линкольншире родился Исаак Ньютон (1642-1727). Отец его умер еще до рождения сына. Мать Ньютона, урожденная Айскольф, вскоре после смерти мужа преждевременно родила маленького и хилого ребенка, которому суждено было задать «новый тон» всему старому свету. Ньютон не подавал особых надежд в юности. Поскольку он не проявлял никакого интереса к сельскому хозяйству, мать отправила его в Кембридж, и в 1661 г. Ньютон поступил в «Тринити» колледж (колледж «Святой Троицы»). Пребывание в стенах привилегированного учебного заведения позволяло его слушателям познакомиться с трудами Декарта, Коперника, Кеплера и Галилея. Однако Ньютон, насколько можно судить, извлек не много пользы из учебы. Он был слаб в геометрии, и даже подумывал заняться изучением права вместо натурфилософии. В год, когда Ньютон закончил колледж, в Лондоне и его окрестностях разразилась какая-то эпидемия, которую по тогдашнему обычаю сочли чумой. Ньютону пришлось уединиться в родительском доме в Вулсторпе, где он провел безвыездно 1665 - 1666 гг. В эти годы Ньютон начал свои работы по механике, математике и оптике. Предание гласит, что когда в саду на Ньютона упало яблоко, ему на ум пришла счастливая мысль, что та же самая сила, которая притягивает к земле яблоко удерживает на орбите Земли и Луну. Пытаясь понять, какой бы мог быть эффект, он вначале воспользовался неточными данными географа Норвуда о размерах нашей планеты, полагавшего, что в одном градусе широты на поверхности Земли содержится 60 английских миль. Данное обстоятельство привело Ньютона к неверным выводам. Лишь в 1682 г. Ньютон смог воспользоваться более точными измерениями меридиана, полученными французским ученым Пикаром.
Примерно через 20 лет после начала исследований 28 апреля 1686 г. Исаак Ньютон доложил Лондонскому королевскому обществу свои «Математические начала натуральной философии». Эту дату смело можно считать одной из величайших дат в истории человечества. В «Началах» Ньютон не только сформулировал законы движения, но и дал определение основным понятиям - «масса», «ускорение», «инерция», которые впоследствии послужили основой для научных исследований. Самое сильное впечатление на ученых произвела третья книга ньютоновских «Начал» - «О системе мира», в которой был сформулирован закон всемирного тяготения. Гравитация сразу же стала предметом обсуждения в Лондоне и Париже. В глазах Англии и Франции Ньютон был «новым Моисеем», через которого Бог явил людям свои законы.
В месте с тем воззрения Ньютона встретили серьезное сопротивление со стоны картезианцев (последователей де Картезия, или Декарта). Картезианцы не как не могли принять мгновенную передачу силовых взаимодействий от одного гравитирующего тела к другому. Более всего картезианцы возражали против передачи взаимодействий между космическими телами через пустоту. Все четыре основных метафизических постулата ньютоновской физики: 1) принцип мгновенного распространения тяготения, называемый принцип дальнодействия; 2) абсолютное пространство и время; 3) концепция материальной точки; 4) принцип инерции, были подвергнуты глубокому критическому анализу. Лишь через 150 лет после публикации знаменитых «Начал натуральной философии» механика Ньютона стала приобретать незыблемый характер классической науки. Успех ньютоновской механики был обусловлен вовсе не философским осмыслением реальности, а колоссальным количеством различных механизмов и приспособлений, созданных на основе теоретической базы, вытекающей из законов Ньютона.
С древних времен людей интересовал вопрос: «На чем покоится Земля?» По одной древней теории, Земля покоилась на «Водах». Индусы полагали, что диск Земли зиждется на четырех слонах, слоны стоят на огромной черепахе, черепаха - на свернувшемся кольцом змие. А змий плавал во Вселенских водах. Греческий философ Эмпедокл высказывал соображения, что Земля покоится на вихре «Воздуха», вызывающего движение небесных тел. Одним из самых влиятельных в средневековой Европе было мнение Аристотеля. Хотя он и разрабатывал теорию шарообразной Земли, но категорически отрицал, что Земля может висеть в пустом пространстве. В своем трактате «О небе» Аристотель, отрицая представление о том, что Земля покоится на воде, сказал: «Воде также не свойственно по природе держаться на весу - она всегда находится на чем-то твердом». Аристотель учил, что Солнце, Луна и звезды прикреплены к поверхностям твердых прозрачных сфер. Сферы располагались одна внутри другой, а неподвижная Земля - в самом центре. Сферы вращаются относительно друг друга - отчего прикрепленные к ним планеты движутся по небу. Учение Аристотеля было возведено католической Церковью в ранг религиозной догмы, поэтому всегда было под пристальным вниманием и критикой протестантов. Во времена Ньютона в протестантской среде бытовало представление, что Вселенная заполнена жидкостью - «Космическим Супом» - и что именно «водовороты» этой жидкости приводят планеты в движение. Сэр Исаак Ньютон, не смотря на то, что многим его коллегам было очень трудно осознать космическое пространство как пустоту, заявил, что планеты подвешены в пустоте и удерживаются на своих местах и приводятся в движение невидимой силой - Гравитацией. Его последователи подвели религиозную подоснову под эту идею, приводя мнение Библии по этому вопросу. Моисей устами Иова заявил: «Рефаимы трепещут под водами и живущие в них. Преисподняя обнажена перед НИМ и нет покрывала Авадону. ОН распростер север над пустотою, повесил землю ни на чем. ОН заключает воды в облаках Своих, и облако не расседается под ними. ОН поставил престол Свой, Распростер над ним облако Свое. Черту Провел над поверхностью воды, до границ света со тьмою. Столпы небес дрожат и ужасаются от грозы ЕГО. Силою СВОЕЮ Волнует море, и РАЗУМОМ СВОИМ сражает его дерзость. От ДУХА ЕГО - великолепие неба. Рука ЕГО образовала быстрого скорпиона» (Иов, 26: 5 - 13). Употребленное здесь древнееврейское слово «ничто» (бели-мах) буквально означает «без всего».
В Средние века две области физики - «земная» и «небесная» казались, совершено независимыми. Ньютону удалось объединить эти области знания в единую теорию, что взбудоражило лучшие умы Европы. Ньютон, исходя из того, что Всемогущий Б-Г является Универсальным Наблюдателем за всем происходящим во Вселенной, ввел связанные с НИМ, понятия абсолютного пространства и абсолютного времени. Другим словами, по Ньютону, если есть Абсолютный Наблюдатель (т. е. Б-Г), то должны существовать и абсолютное время, и абсолютное пространство. При этом основная задача Теологии - доказательство существования Б-ГА, оказалась тесно связанной с проблемами естествознания. Многие из современников и последователей Ньютона (в том числе Эйлер и Кант) разделяли эти его убеждения. Некоторые утверждают, что написание «Математических начал натуральной философии» было обусловлено стремлением Ньютона рациональными методами доказать Бытие Б-ГА. Введя понятие абсолютного пространства как «чувствилище» Б-ГА - суть единое информационное поле Единого Универсума, связывающее воедино все разрозненные тела и процессы Мироздания, тем самым Ньютон разрушил барьер между Б-ГОМ и Сотворенным ИМ Миром.
В первом письме Г. Лейбница к С. Кларку находим: «Г-н Ньютон говорит, что пространство - это орган, которым Б-Г Пользуется, чтобы воспринимать вещи».
Ньютон писал: «Чувствилище животных через нервы и мозг подводит ощутимые образы так, что они могут быть замечены вследствие непосредственной близости к обозреваемой субстанции. И если чувствилище животных столь правильно устроено, не становится ли ясным из явлений, что Есть Бестелесное СУЩЕСТВО, Живое, Разумное, Всемогущее, которое в бесконечном пространстве СВОЕГО Чувствилища видит все в непосредственной близи, Прозревает их насквозь и Понимает их благодаря непосредственной близости к НЕМУ».
Ньютон сформулировал программу научных исследований Европы на многие годы. В «Началах» он пишет: «Всякая трудность физики состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы Природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления». Своими трудами Ньютон явил человечеству новый мировой порядок - Вселенную, поведение которой описывается небольшим числом математических законов. Эйлер, д’Ламбер, Лагранж, Лаплас и многие другие исследователи в течение двух последующих столетий довели механику Ньютона до такого совершенства, что эту науку стало принято считать классическим эталоном человеческой мысли.
Переход от алхимии к строгим экспериментально подтверждаемым методам исследований наметился уже в XVI веке. В работах фламандского врача Яна Баптиста ван Гельмонта (1579 - 1644) впервые была использована техника точных измерений, которая и послужила столбовой дорогой в мир современной химии. Принято считать, что первым обратил внимание на важность эксперимента Френсис Бэкон (1561 - 1626). В трактате «Новый Органон» Бэкон провозгласил целью Науки увеличение власти человека над Природой. Он предложил реформу научного метода - очищение разума от заблуждений. Являясь атомистом, имеющим четкое представление о важности тонкой структуры материи, считая элемент огня плодом воображения, Френсис Бэкон оставался герметическим философом, полагая, что земная кора находится под влиянием Небесных Тел.
Одним из первых последователей философии Ф. Бэкона, основанной на эксперименте, наблюдениях и измерениях, был Роберт Бойль (1627-1691). В своем труде «The Sceptical Chymist» (Химик-скептик) Бойль впервые опустил частицу «ал», с тех пор наука стала называться химией, а работающие в этой области мыслители - химиками. Роберт Бойль (1627- 691) был тринадцатым ребенком из четырнадцати детей Ричарда Бойля - первого герцога Коркского, свирепого и удачливого стяжателя времен королевы Елизаветы. Роберт Бойль получил образование в Швейцарии и Италии. В 1644 г. он вернулся в Англию в поместье умершего отца Столбридж, где и начал свои научные исследования по биологии, медицине, химии и физике. В 1654 г. Бойль переселяется в Оксфорд, где совместно со своими ассистентами Вильгельмом Гомбергом и Робертом Гуком продолжил изыскания в области корпускулярной теории газов. Именно Роберт Бойль был одним из первых, кто реанимировал атомистические воззрения Демокрита. По чертежам немецкого физика Отто Герике Бойль совместно с Гуком построил воздушный насос, с помощью которого они откачивали из сосуда воздух и исследовали свойства оставшейся в нем пустоты. Все попытки доказать присутствие эфира в пустом сосуде остались тщетными. «Никакого эфира не существует», - сделал вывод Бойль. Пустое пространство он назвал вакуумом, что по латыни означает «пустота».
В 1660 г. Бойль завершил свой труд «Новые физико-механические эксперименты относительно веса воздуха и его проявления» и несколько позже - «Химик-скептик». В этих книгах Бойль не оставил камня на камне от учения Аристотеля о четырех элементах, существовавшего почти две тысячи лет, и Декартова «эфира». Естественно, эти труды вызвали резкие нападки последователей Аристотеля и картезианцев. Однако Бойль опирался на эксперименты, и потому многие его аргументы и доказательства были труднооспоримы. Большая часть ученых с восторгом восприняла идеи Бойля.
Одним из многочисленных предметов исследований Бойля была сущность горения и дыхания. Соответствующие опыты, проведенные им и его последователями, привели к важным выводам. Например, Бойлю удалось установить, что горение возможно только на воздухе, что при горении расходуется какая-то составная часть воздуха. Бойль внес некоторые изменения в атомистические воззрения Демокрита, - мельчайшие частицы вещества Бойль называл не атомами, а корпускулами. По Демокриту, атомы различных веществ отличаются различными размерами и весом. Помимо этих характеристик Бойль наделил корпускулы возможностью притягивать друг друга и образовывать различные соединения, заложив тем самым основы современной химии.
Необходимо, однако, отметить, что от Анаксагора до Эпикура, Лукреция Кара и даже до Галилея философы полагали в той или иной степени, что атомы вещества живоначальны, а не просто невидимые крупинки «грубой» матери. Согласно им вращательное движение было положено более значительными по величине (т.е. более Б-жественными) Атомами, увлекшими вниз другие атомы, причем более легкие одновременно были отброшены вверх. Древние философы не отделяли Дух от материи. Все зарождалось в Едином и происходило от Единого. Древние посвященные, за которыми следовала вся цивилизованная древность, подразумевали под термином «Атом» Душу, существо с выделенным центром истинного «я» - Гения или Ангела, являющегося причиной того или иного существования и движения. С высшими из Них связывались вращения Небес. На языке посвященных Души и Атомы были синонимами, и только в последние времена наука выделила обширный, но замкнутый класс явлений, в которых «мертвая» материя может рассматриваться как самодостаточная система твердых частичек, «независящая» (точнее, очень слабо зависящая) от субстанционального присутствия и влияния Духа. Все процессы между такими частичками обусловлены дискретным рядом силовых взаимодействий, которые приписывают к их свойствам.
В XVIII в. алхимия была все еще значительным явлением в Европе. В 1720 г. насчитывалось более пяти тысяч сочинений по алхимии. Ее сторонники защищали свое учение с помощью религиозных, мистических, астрологических, каббалистических и магических воззрений. Положить конец этой «алхимической эпидемии» выпало на долю Антуана Лавуазье (1743 - 1794), благодаря которому химия приобрела характер точной науки. Лавуазье систематически применял количественные методы.
Антуан Лавуазье родился в семье адвоката, первое образование получил в колледже Мазарини. Математику и астрономию он изучал у известного во Франции астронома Лакайля, имевшего обсерваторию в колледже Мазарини; ботанику - у великого Бернара Жюсье; минералогию - у Гэтера, составившего первую минералогическую карту Франции; химию - у Рауэля. В 25 лет Лавуазье был избран членом Академии наук Франции. Лаборатория Лавуазье сделалась центром тогдашней Науки, здесь бывали Лаплас, Монж, Лагранж, Гитона Морво, Маккера. В 1783 г. Лавуазье опубликовал «Размышления о флогистоне», где он доказывает полнейшую ненужность этого понятия. Лавуазье писал: «Химики сделали из флогистона туманный принцип, который вовсе не определен точно и, следовательно, непригоден для всевозможных объяснений. Иногда это весомый принцип, иногда - невесомый, иногда - свободный огонь, иногда - соединенный с землею, иногда он проходит через поры сосудов, иногда - они непроницаемы для него, он объясняет разом щелочь и не щелочь, и прозрачность и тусклость, и цвета и отсутствие цвета. Это настоящий Протей, ежеминутно меняющий форму». «Размышления о флогистоне» были своего рода похоронным маршем по старой флогистонной теории.
Лавуазье так преобразовал основу химических знаний и языка, что следующие поколения ученых не могли понять терминологию, которой пользовались до него. Лавуазье открыл закон сохранения массы вещества, подтвержденный Ломоносовым.
Ломоносов и Лавуазье вначале подвергли критике флогистонную теорию, а затем Лавуазье сделал открытие, что для образования окалины поглощается часть воздуха. Как выяснилось позже, эта часть воздуха была кислородом, открытым в 1774 г. американским священником Джозефом Пристли.
Впрочем кислород был открыт несколько раз. Первые упоминания о нем встречается в трактатах китайского ал химика VIII в. Мао Хао. Китайцы представляли себе, что этот газ (йын) - составная часть воздуха, и называли его «деятельным началом». Они знали, что кислород соединяется с древесным углем, горящей серой и некоторыми металлами. Китайцы могли получать кислород, используя соединения типа селитры. В XV в. о кислороде упоминал Леонардо да Винчи. В 1620 г. голландец Дреббель создал подводную лодку, но взять с собой большой объем воздуха он не мог, тем более что воздух состоит в основном из азота. Поэтому Дреббель понял, что значительно экономичнее запасаться кислородом, который он получал из селитры. Это происходило за 150 лет до «официального» открытия кислорода Пристли и Шееле. …
В 1774 г. Джозеф Пристли, проводя опыты по выделению воздуха из кальцинированной ртути, заметил, что свеча в этом воздухе ярко вспыхивает, что его сильно удивило. Убежденный сторонник учения о флогистоне, он рассматривал оксид ртути как простое вещество, образованное при нагревании ртути в воздухе и, следовательно, лишенное флогистона. Поэтому выделение «дефлогированного воздуха» из оксида ртути при нагревании казалось просто невозможным. Через два месяца по приезде в Париж Пристли рассказал о результатах своих опытов Лавуазье. Последний тотчас понял огромное значение открытия Пристли и использовал его при создании общей кислородной теории горения и опровержения теории флогистона.
Объяснение процесса горения, данное Лавуазье, вызвало полный переворот в химии, повлекший за собой бурное развитие корпускулярных теорий строения вещества. Опыт, приобретенный алхимической практикой, позволил европейским ученым быстро воспринять логику Демокрита. Переосмыслить опыт алхимиков на основании корпускулярного подхода уже не составляло большого труда.
Теория, описывающая процессы горения, впервые была сформулирована немецким врачом и химиком Георгом Эрнстом Шталем (1659 - 1734). Согласно этой теории все металлы - вещества сложные и состоят из «земель» и особого вещества - флогистона. Этот элемент невидим. Горение рассматривалась Шталем как процесс, при котором горящее тело теряет флогистон, а воздух «вбирает» его. Из воздуха флогистон попадает в листья растений, а из них - снова в древесину. Теория флогистона позволила объяснить протекание различных процессов в прикладной химии, и в первую очередь в металлургии, и оказала громадное влияние на развитие химических ремесел. Теория флогистона была первой сознательной попыткой объяснить различные химические явления с единой точки зрения. В XVII в. она была доминирующей теорией.
Появление флогистонной теории было вызвано необходимостью объяснения процессов горения, окисления и восстановления металлов. Согласно этой теории все горючие материалы имеют общее огненное начало - флогистон. При сжигании горючих веществ или при накаливании металлов флогистон улетучивается и в остатке получается землистое вещество - окалина. Следовательно, горение есть разложение вещества на флогистон и землистый остаток.
Считалось также, что флогистон в отличие от остальных материальных тел не притягивается к Земле, а, напротив, отталкивается от нее. Поэтому чем больше тело содержит флогистона, тем оно легче. Необходимость воздуха для горения объяснялась тем, что флогистон не просто исчезает при горении, а переходит в воздух или какую-то часть его. Если воздуха нет, то горение прекращается, т.к. флогистону некуда деваться. Флогистонная теория долгое время пользовалась всеобщим признанием, но впоследствии стала тормозом для развития химии.
В 1808 году этот год английский химик Джон Дальтон (1766 - 1844) опубликовал первую книгу, целиком посвященную «атомной теории». Он предположил, что каждый элемент состоит из особого типа атомов. Атомы одного элемента отличаются от атома любого другого элемента. Принципиальное различие между атомами объясняется их различной массой.
Дальтон впервые попытался определить, какова величина подобной массы. Правда, он не смог измерить атомную массу в унциях или граммах, поскольку имевшиеся в его распоряжении приборы не позволяли сделать это относительно столь микроскопических объектов, однако сумел определить относительный вес, показав, что один атом может быть тяжелее другого.
В частности, Дальтон обнаружил такую закономерность: чтобы образовать воду, количество водорода должно соединяться с превосходящим его в 8 раз количеством кислорода. Он также предположил, что вода состоит из соединения 1 атома водорода с 1 атомом кислорода. Соединение атомов называется «молекулой» от греческого слова, обозначающего «небольшая масса», поэтому соединение водорода и кислорода можно называть образованием молекулы воды.
Дальтон предположил, что атом кислорода в 8 раз тяжелее, чем атом водорода. Если массу водорода для удобства расчетов определить числом 1, тогда масса кислорода составит 8. Подобные сравнительные или относительные числа стали считать «атомным весом». Численно предположения Дальтона обозначили следующим образом: атомный вес кислорода составил 1, а атомный вес водорода - 8. Отметив, что некоторое количество других элементов соединялось с фиксированной массой водорода или кислорода, Дальтон в равной степени мог вывести атомную массу других элементов.
В принципе идея Дальтона была верна, но в частностях он ошибался. Скажем, при пристальном изучении оказалось ясно, что молекула воды состоит из 2 атомов водорода и 1 атома кислорода. Поэтому формула воды должна писаться как Н2О, где Н - химический символ атома водорода, а О - атома кислорода. …
На протяжении всего XIX столетия химики продолжали интенсивно работать над проблемой определения атомного веса элементов. К началу XX века им удалось определить атомный вес большинства элементов, многих с точностью до двух знаков, а иных даже до трех. Некоторые элементы имели атомный вес, выраженный в почти целых цифрах (по стандарту кислород равен 16). Атомный вес алюминия, скажем, составлял около 27, кальция около 40, угля около 12, золота около 197. Однако у некоторых элементов атомный вес был далек от целых чисел. Атомный вес хлора - 35,5, меди 63,5, железа 55,8, серебра - 107,9 и т.д.
На протяжении всего XIX столетия химики не знали, почему у одних веществ атомный вес составляет целые числа, а у других нет. Они просто проводили наблюдения и публиковали результаты собственных измерений.
Для того чтобы получить ответы на все вопросы, оставалось ждать, пока будет достигнут прогресс в исследовании электричества.
В 1811 г. барону Жану-Батисту Жозефу Фурье была присуждена премия Французской академии наук за математическую теорию распространения тепла. Установленный Фурье результат был удивительно прост и изящен: «поток тепла пропорционален градиенту температуры». Замечательно, что этот простой закон применим к любому виду и состоянию вещества. Специфическим для каждого вещества является только коэффициент пропорциональности между тепловым потоком и градиентом температуры. Теория Фурье ознаменовала новый этап в развитии Науки. Универсальность характера распространения тепла оказался никоим образом, не связан с динамической теорией Ньютона, поэтому формулировку закона теплопроводности можно рассматривать как исходную точку Науки нового типа. …
Фрагменты из главы «Представления о материи» Гаухман М. Х. «Алгебра сигнатур», Москва, 2004