Николай Фигуровский - Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX в.

Формулируя основные положения своей «корпускулярной теории», Ломоносов не следует слепо за своими предшественниками и не исходит из каких-либо предвзятых идей. В простых и отчетливо сформулированных положениях он излагает атомно-молекулярное учение, получившее развитие спустя лишь 100 лет. В этом отношении «корпускулярная теория» Ломоносова, как и вся его «корпускулярная философия», выгодно отличается от соответствующих построений авторов XVII в.

Согласно Ломоносову, все вещества состоят из корпускул, или молекул, представляющих собой сочетания («собрания») элементов, или атомов. В своей незаконченной диссертации «Элементы математической химии» (1741 г.) Ломоносов дает следующие определения: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел… Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу» (10).

В одной из более поздних работ (1748 г.) Ломоносов вместо названия «элемент» употребляет слово «атом», а вместо «корпускула» — particula, т. е. «частица», или molecula, т. е. «молекула» (11). Слово «элемент» он, как и его современники, употребляет в смысле предела делимости тел, или последней составной части тел. Напомним, что в древности говорили: «Как слова состоят из букв, так и тела — из элементов». Атомы и молекулы (корпускулы и элементы) Ломоносов часто называет также «физическими нечувствительными частицами», подчеркивая тем самым, что эти частицы неощутимы при помощи органов чувств.

Далее Ломоносов различает «однородные» корпускулы, состоящие из «одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом» (12), и «разнородные», состоящие из различных элементов. Тела, состоящие из однородных корпускул, т. е. простые тела, он называет началами (principium) (13).

Отсюда видно коренное различие в понимании термина «начало» (принцип) Ломоносовым и его учителями, принимавшими за начала элементы алхимиков, либо различные «земли».

Излагая свою корпускулярную теорию, Ломоносов пользуется также понятиями «смешанное тело» и «составное тело» (ср. у Шталя). «Смешанное тело — это такое, которое состоит из двух или нескольких разнородных тел, соединенных друг с другом так, что любая чувствительная часть этого тела совершенно подобна любой другой его части в отношении частных качеств» (14). «Составное тело есть такое, которое состоит из смешанных тел, слившихся друг с другом» (15).

Корпускулярная теория была необходима Ломоносову с первых шагов его научной деятельности для объяснения с новых точек зрения ряда химических и физических явлений, в частности перехода из твердого состояния в жидкое, явлений сцепления жидкостей, а также для объяснения «частных качеств» тел. В дальнейшем Ломоносов широко использовал корпускулярную теорию для обоснования механической теории теплоты, для объяснения явлений растворения и для других целей.

Развивая свои представления о корпускулах и элементах, Ломоносов приписывал им следующие свойства: протяженность, тяжесть, определенную форму (шарообразную). Он принимал также, что корпускулы находятся в непрерывном движении. Исследованию этого «корпускулярного движения», его причинам и обусловленным этим движением явлениям он посвятил несколько теоретических диссертаций.

В диссертации «Опыт теории упругости воздуха» (1748 г.) Ломоносов рассматривает вопрос о связи упругой силы воздуха (т. е. давления) с его плотностью (величиной, обратной давлению) с точки зрения молекулярно-кинетических представлений. Используя для доказательства взгляды И. Ньютона и Д. Бернулли о движении и взаимном притяжении и отталкивании частиц «упругих жидкостей» (воздуха) (16), Ломоносов прежде всего опровергает распространенное в его время мнение, что упругая сила воздуха связана с наличием между частицами воздуха какой-то жидкости (12), и утверждает, что упругая сила «происходит от какого-то непосредственного взаимодействия… атомов» (17). Это взаимодействие атомов воздуха, заключает он, «обусловлено только теплотою» (§ 14) (18).

В «Прибавлении к размышлениям об упругости воздуха» Ломоносов показывает, что давление воздуха «при наибольшем его сжатии» не пропорционально его плотности (19). Заметим, что к этому выводу наука пришла на основании более строгих измерений сто с лишним лет спустя после Ломоносова (уравнение Вандер-Ваальса).

Одной из главных проблем, которая интересовала Ломоносова с первых лет его деятельности и которой он посвятил много труда и времени, была механическая (молекулярно-кинетическая) теория теплоты. Выше уже говорилось, что во времена Ломоносова, в период расцвета теории флогистона и «невесомых флюидов», в науке господствовало мнение о теплоте как некой невесомой жидкости, которая может «переливаться» из более нагретого тела в менее нагретое (некоторые полагали, что такое переливание теплорода могло происходить и наоборот — из менее нагретого тела в более нагретое). Чем больше такой теплотворной жидкости содержалось в теле, тем больше оно было нагрето. По мнению ученых того времени, теплотворная жидкость могла образовываться в теле в результате химических процессов и, прежде всего, в результате процессов, при которых выделяется флогистон.

Трактовка природы теплоты как результата молекулярного движения частиц вещества во времена Ломоносова была полностью забыта (20). Разрабатывая атомно-молекулярную теорию, а также молекулярно-кинетические представления, Ломоносов и имел в виду прежде всего объяснение природы теплоты. Еще в ранних своих диссертациях и заметках он пытался найти объективные доказательства теоремы, согласно которой «теплота состоит в движении корпускул собственной материи». В частности, уже тогда Ломоносов высказывал мысль, что доказательством этой теории может быть то, «что корпускулы от большой степени теплоты отделяются друг от друга и даже рассеиваются» (21), или что «животное тело непрерывно испускает теплоту, но никогда не принимает ее в себя; следовательно, теплота не зависит от сосредоточения постоянной материи, а есть некое состояние тела» (22).

В окончательном виде свои выводы и доказательства о природе теплоты Ломоносов изложил в диссертации «Размышления о природе теплоты и холода», написанной в 1744 и опубликованной в 1750 г. (23) В этом замечательном исследовании приведена полная цепь доказательств в пользу механической теории теплоты.

В § 3 этой диссертации Ломоносов высказывает основное положение: «Теплота состоит во внутреннем движении материи» (24). После общих доказательств этого положения он обсуждает вопрос о возможных формах внутреннего движения частиц и приходит к выводу (§ 11), что «теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи» (25). Далее следуют подробные доказательства этого положения.