ВИКРИТТЯ В НАУЦІ: як із фізики та хімії хтозна-куди зник флогістон
Арт-оформлення: huxley.media via Photoshop за мотивами картини Рене Магрітта «Портрет Стефі Лангі», 1961
ОСНОВИ СВІТОБУДОВИ
Людей завжди цікавило, з чого ж складається все (включно з ними самими). Коли Емпедокл пояснив усім, що головних складових світу чотири: Земля, Повітря, Вода та Вогонь, він майже напевне повторював когось, але ми вже не дізнаємось, кого. Китайці ж до цієї четвірки всесвітніх основ додали п’яту — Метал (не уточнюючи, який). Заперечував це небагато хто, приміром молодший сучасник Емпедокла Демокріт, який вважав, що основні речовини в природі можна дробити до певної малої частини, яка вже є неподільною (грецькою — атомос). За Середньовіччя погляди на будову речовини змінилися. Єдиний китайський Метал у середньовічних алхіміків перетворився на сімку металів, закріплену за сімома планетами (до п’яти перших планет зараховували Місяць і Сонце), — золото, срібло, ртуть, мідь, олово та свинець.
Індивідуаліст Парацельс дещо спростив світ, вважаючи, що все у ньому є поєднанням трьох стихій — Ртуті, Сірки та Солі (не нашої столової, а чогось такого, чого й сам Парацельс до пуття не розумів). Ближче до наших часів все то спрощувалося, то ускладнювалося. Дальтон перевідкрив атом, а через століття три фізики виявили те, з чого складається атом: Резерфорд — протони, Чедвік — нейтрони, а Томсон — електрони. Сучасне відкриття кварків взагалі витіснило протон і нейтрон з елементарних частинок, а всього їх, разом із бозоном Хіггса, вже не менше дев’ятнадцяти, і в кожної, мабуть, ще й античастинка є… Хай там як, а справа ця нелегка та славна — вигадати нову неподільну частину нашого Всесвіту. І ось Георгу Ернсту Шталю (1659–1734) пощастило — він таку частину вигадав! І вона, на додачу до іншого, була ще й дуже логічною… Але проіснувала менше століття. Чому — зараз розповім.
СУТНІСТЬ ВОГНЮ
Важко навіть чітко сказати, з чого почалося життя цієї основної сутності. При цьому точно не можна забути великого арабського алхіміка Джабіра ібн-Хайяма, якого в Європі називали Гебером. Ще на початку VIII століття він помітив, що вага металу, який спалюється, відрізняється від ваги «землі» — оксиду, що залишається. Хіміки наступних століть зайнялися цим серйозно, особливо після появи славнозвісної книги Роберта Бойля «Хімік-скептик, або сумніви та парадокси щодо елементів алхіміків», де він чорним по білому написав, що якщо він проводить експеримент і отримує один результат, а Арістотель чи інший вчений будь-якого рангу пророкує інше, то він вірить своєму результату, а не Арістотелю. Скажете, що це й так зрозуміло і нема чого тут дивуватися? Ну, вітаю вас усіх, що живете зараз, — десь у середині минулого тисячоліття вас би за такі балачки у строю просто спалили за всіма правилами, гуманно, без пролиття крові.
Потім був Йоганн Йоахім Бехер — людина надзвичайно різнобічних талантів, аж до проєктів з’єднання Дунаю з Рейном каналом або отримання золота з простого піску. Зокрема, він вважав горіння металів процесом втрати «жирної землі», замість якої до металу приєднується «вогняна матерія». Бехер і Шталь, який розвивав його теорію, називали цю «вогняну матерію» флогістоном (від грецького слова «горючий»). Все пояснювалося дуже логічно: «жирна земля» разом із флогістоном утворює метал, а коли метал горить або іржавіє, флогістон з нього випаровується. Ось тільки одна річ не сходилася: швидко виявилося, що іржа, яка утворюється при горінні металу, важить більше самого металу, з якого її начебто утворено. Флогістон зникає, а вага зростає — як же це?
БІЛЬШЕ ФЛОГІСТОНУ — ЛЕГШИЙ ОБ’ЄКТ
Виявилося, що й цьому можна було дати теоретичне пояснення, яке все узгоджувало. Воно було точним і простим: якщо флогістон з металу виходить, а вага отриманої окалини, іржі чи попелу збільшується, то це означає, що вага флогістону просто від’ємна! Флогістону стало менше — вага збільшилася. І горіння, й іржавіння, й навіть дихання — однотипні процеси видалення флогістону з речовини, флогістон виходить — вага зростає. Цю ідею висловив іще Шталь, а потім багато хто її схвалив, бо переконався в її істинності: рівняння матеріального балансу при цьому сходяться, і навіть зрозуміло, чому. Ось, до речі, ще одна перевага теорії флогістону: не треба відмовлятися від висунутого ще Емпедоклом закону збереження маси — і при виділенні, і при поглинанні тепла.
А коли між об’єктами дослідження виникають не лише якісні, як у алхіміків, а й кількісні співвідношення, це вже набагато більше схоже на науку. Тож флогістон виявився ще й символом прогресивної науки, справді однією з перших саме наукових теорій у низці найважливіших питань. Але наукова теорія може бути правильною і неправильною. Як із цим у флогістону — треба розбиратися… Важливим моментом стало те, що довелося швидко визнати: повітря — це не якийсь газ, безликий та єдиний. До його складу входять зовсім різні газоподібні речовини, роль яких у хімічних перетвореннях є різною. Почалося з публікації 1754 року шотландця Джозефа Блека про те, що існує щонайменше один газ (тоді їх називали «пружними рідинами»), властивості якого відрізняються від властивостей повітря.
СКЛАДОВІ ПОВІТРЯ
Виявилося, що їх значно більше, ніж один. Генрі Кавендіш, онук другого герцога Девонширського та першого герцога Кентського, найзнатніший і найзаможніший аристократ, відлюдник-анахорет і надзвичайно талановитий науковець, відкрив, як згодом з’ясувалося, водень, азот і вуглекислий газ. Трохи пізніше англієць Прістлі та швед Шеєле незалежно один від одного відкрили кисень. Як у них усіх складаються стосунки з флогістоном, вирішували по-різному. Кисень свого часу кваліфікували як «дефлогістоване повітря», повністю позбавлене флогістону, — тому, мовляв, у ньому так добре протікає реакція горіння, що флогістон поширюється безперешкодно. Що ж стосується азоту, то Прістлі вважав його «флогістованим повітрям», в якому так багато флогістону, що реакція горіння проходить погано, а Кавендіш з тієї ж причини — «мефітичним повітрям» (від англійського mephitic — шкідливий). А найпростіше було з воднем, який горіння інших речовин не підтримує, але сам чудово горить. З цієї причини і Кавендіш, і Шеєле, і Прістлі вважали, що водень — це якраз флогістон і є. Усім науковим теоріям, пов’язаним із флогістоном, це геть не суперечило. Підтримував існування флогістону багато років і його майбутній викривач Антуан Лоран Лавуазьє.
ЩЕ ОДИН УЧЕНИЙ БАГАТІЙ
Він являв собою досить поширений на той час тип ученого, якого до наукової діяльності спонукав особистий глибокий інтерес, а не необхідність якось влаштуватися в цьому житті. Кавендіш був геть не поодиноким випадком — Лавуазьє також походив із знатного роду й був заможним, отримав можливість здобути чудову освіту й займався наукою для власного задоволення. Флогістон він вважав цілком реально існуючим і навіть використовував пов’язані з ним теорії для розв’язання наукових завдань, причому, що найцікавіше, міг отримувати блискучі позитивні результати. Так, приміром, вийшло, коли до нього звернувся власник цукрового заводу й запитав, чи може він за допомогою науки з’ясувати, чому вироблений ним цукор має жовтуватий відтінок, що не подобалося деяким покупцям. Лавуазьє, керуючись теоретичними поглядами тих років, припустив, що цукор під час виробництва забруднюється флогістоном, котрий якраз і може мати жовтий колір, — зазвичай він непомітний, але через велику концентрацію флогістону саме в цукрі стає видимим. Що може виступити в ролі поглинача флогістону? Згідно з тогочасними уявленнями — активоване деревне вугілля. Це припущення перевірили експериментально — і все зійшлося, цукор побілішав! Того, що причиною видалення домішок із цукру стало зовсім інше природне явище — адсорбція, — тоді ніхто не знав, як не знали й про адсорбцію взагалі. Але поваги до теорії флогістону це додало — аякже, зробили передбачення на її основі, й воно справдилося!
ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ
Але найцікавіше почалося, коли Лавуазьє зацікавився відкритим Прістлі та Шеєле «дефлогістованим повітрям», тобто киснем (він навіть намагався стати співавтором цього відкриття, ну що ж — науковці також люди…). Дослідивши процес з’єднання кисню з найрізноманітнішими хімічними елементами, Лавуазьє цілком однозначно встановив, що оксиди металів — іржа, порошок оксиду тощо — тому й важчі за самі метали, що складаються з металу та кисню, а маса оксиду є сумою маси металу та маси кисню. Як легко переконатися, нові ідеї Лавуазьє були певною мірою еквівалентні висновкам теорії флогістону, що розглядають ці реакції. Маса оксиду металу дорівнює сумі мас металу та кисню — і вона ж дорівнює різниці мас оксиду та флогістону, але з урахуванням того, що маса флогістону є від’ємною! Чиста математика без урахування фізики також здатна завести нас досить далеко…
Відтоді закон збереження маси в усьому світі став називатися законом Лавуазьє — за винятком однієї країни, для якої безліч законів, що діють для всіх, не мали значення. Там він називався виключно «законом Ломоносова — Лавуазьє» — тільки там, і ніде більше, за винятком її сателітів. Що цікаво, сам Ломоносов собі відкриття цього закону не приписував — у його власноручному «Огляді найважливіших відкриттів» його немає. Були, звичайно, у пострадянський час усілякі публікації про те, що Ломоносов, мовляв, взагалі нічого не відкрив, — цьому вірити не слід. Скажімо, таке серйозне відкриття, як атмосфера Венери, безсумнівно, зроблено ним. Але серйозно розмірковувати про те, що Ломоносов відкрив закон збереження маси раніше за Емпедокла, можна лише посилаючись на книги, створені в СРСР, та й то у чітко визначений період його існування. А поки що низка статей Вікі зі згадками про це відкриття Ломоносова вже потрапила до списку на вилучення… Щоправда, поки не поспішають — Вікі дуже мало залежить як від ідеології, так і від її змін.
НЕВЕСЕЛЕ ЗАВЕРШЕННЯ
Тепер залишається лише з сумом зазначити, що Лавуазьє прожив усього півстоліття, померши на гільйотині. Річ у тім, що він, як і багато заможних людей у Франції, був учасником дивної французької системи оподаткування, що найбільше нагадувала приватизацію податкової служби країни, як система відкупів, — податки збирали приватні підприємці, зобов’язані здати до державної скарбниці зазначену суму, а витрати на її збір покладали на платників податків з д-у-у-уже великою надбавкою за їхню безкорисливу працю. Зловживання при цьому, звісно, були, а як інакше, — та Лавуазьє стратили не за якусь конкретну доведену провину, революції це було взагалі не надто цікаво. Декілька його колег намагалися достукатися до здорового глузду революційного трибуналу, проте лише отримали часто цитовану відповідь заступника голови цього трибуналу Коффіналя: «Революція не потребує хіміків». Ще й як потребує — тільки здогадуються про це заступники голів ревтрибуналів зазвичай перед власною стратою, а дехто й узагалі не встигає…
Так закон збереження маси Лавуазьє без Ломоносова остаточно витіснив флогістон із немаргінальної науки. Щоправда, зараз з’ясувалося, що його не дотримуються, але такі речі в науці — звичайна справа. Наразі істинним вважається загальний закон збереження маси-енергії — виявляється, вони можуть перетворюватися одна на одну. Загалом, закону збереження маси дотримуються й зараз — у наближеному вигляді при невеликих енергіях. Таким чином досить продумані закони природи поступаються сферою своєї компетенції, стаючи не точними, а наближеними рішеннями при певних граничних умовах. Ось тільки сумно, що кінця-краю цьому процесу немає…
ЛІТЕРАТУРА
- Волков В. А., Вонський Є. В., Кузнєцова Г. І. Видатні хіміки світу. — М.: ВШ, 1991. 656 с.
- Я. Г. Дорфман. Лавуазьє. — М., Видавництво АН СРСР, 1962, 328 с.
При копіюванні матеріалів розміщуйте активне посилання на www.huxley.media
Виділіть текст і натисніть Ctrl + Enter
