Жизнь Ломоносова

ВЕЛИКИЙ М.В. ЛОМОНОСОВ: ТАК НАЧИНАЛАСЬ РУССКАЯ  НАУКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ: СЕВЕРНОЕ СИЯНИЕ

Наряду с  исследованиями явлений теплоты  и света, Ломоносов уделял большое  внимание изучению электрических явлений. В XVII-XVIII-го веков вопросы статического электричества были практически не изучены. Современники Ломоносова, изучавшие явления электричества, пользовались теми же методами, что и при исследовании тепловых процессов. Они и электричество считали “невесомым флюидом”, разновидностью какой-то мифической жидкости, переливающейся в электризуемое тело. Материалисту Ломоносову было чуждо представление о “невесомых жидкостях”. Русский учёный объяснял электричество так же, как явления теплоты и света, движением мельчайших частичек эфира.

Ломоносову  принадлежат несколько работ, посвящённых исследованию атмосферного и статического электричества. Ломоносов писал: “Без всякого чувствительного грому и молнии происходили от громовой машины сильные удары с ясными искрами и с треском, издалека слышным, что ещё нигде не примечено и с моею давнею теориею о теплоте и с нынешнею об электрической силе весьма согласно...”.

Осенью 1753-го года ломоносов на публичном собрании Академии наук произносит речь: “Слово о явлениях воздушных, от электрической  силы происходящих”. Впервые “Слово” было напечатано на русском языке в книге “Торжество академии наук... празднованное публичным собранием... ноября 26 дня 1753 года” и в отдельной книге, изданной в том же году на латинском языке.

В “Слове” учёный изложил свою теорию образования  электричества в атмосфере, заключающуюся в следующем:

Существуют  восходящие и нисходящие воздушные  течения, ранее никем не замеченные. В то время как горизонтальные движения воздуха, то есть ветры, не производят электричества, восходящие и нисходящие потоки, вследствие трения частиц паров друг о друга, могут дать электричество. Грозы бывают чаще в 3-4 часа дня, так как именно в это время приземная часть атмосферы сильнее всего нагрета и легче и быстрее поднимается вверх. Если электрическая сила простирается до самой земли, то даже при наличии грозовой тучи молнии и грома нет; если же электричество до земли не доходит, то облако передает его земле круто – молнией и громом. Для предохранения домов от ударов молний нужно ставить в местах, удаленных от жилья, металлические стрелы, отводящие молнии в землю.

Чтобы доказать гипотезу о восходящем и нисходящем потоках воздуха в атмосфере, М.В. Ломоносов ещё в 1751-1752 годах  выполнил многочисленные измерения  плотности воздуха при различных  температурах, вёл наблюдения и запись гроз и северных сияний.

В 1756-м году он начал писать диссертацию “Теория  электричества, разработанная математическим путем”, которая, однако, осталась незаконченной.

Созданная учёным теория электричества – это логическое продолжение его теории теплоты. “Электрические явления – притяжение, отталкивание, свет и огонь, – писал М.В. Ломоносов, – состоят в движении. Движение не может быть возбуждено без другого двигающегося тела... Поэтому должна существовать нечувствительная жидкая материя, которая распространяется вне электрического тела и, изменяемая его силой, производит такого рода действия... Так как электрические явления происходят в пространстве, лишённом воздуха, то зависят от эфира, а потому, вероятно, нечувствительная материя и есть эфир”.

Эфир, по его мнению, это среда, заполняющая всё пространство между телами и их мельчайшими частицами; сам он тоже состоит из движущихся частиц и служит для передачи теплоты и света. М.В. Ломоносов считал, что электричество и свет являются различными формами движения частиц эфира и потому связаны между собой. Свои гениальные мысли о единой природе электричества и света учёный высказал в одном из наиболее значительных трудов – “Слове о происхождении света”, опубликованном в 1756-м году.

В нём он подвел итог своим теоретическим и экспериментальным изысканиям, начатым ещё в 1749-м году при получении окрашенных стекол и исследовании природы цвета.

Из других работ  М.В. Ломоносова по электричеству отметим  его оставшуюся незаконченной статью “Испытание причин северных сияний”. К ней учёный подготовил несколько десятков рисунков полярных сияний, с которых были сделаны гравюры на меди, сохранившиеся до нашего времени.  

 А.А. Морозов  (“Комментарии: Ломоносов”) пишет:  “В 1753 г. Ломоносов в “Изъяснениях”, приложенных к “Слову о явлениях, от электрической силы происходящих”, сообщал: “Ода моя о северном сиянии, которая сочинена 1743 года, а в 1747 году напечатана, содержит мое давнишнее мнение, что северное сияние движением эфира произведено быть может”” 

В те времена  Христиан Вольф полагал, что причину северных сияний надо искать в образующихся в недрах земли “тонких испарениях”, возгорающихся в небе. Эта теория и вызвала вопрос Ломоносова:

Как может быть, чтоб мерзлый пар  
Среди зимы рождал пожар?

После необычайного по распространению северного сияния 17-го марта 1716-го года группа учёных-натуралистов из Бреславля выступила с гипотезой, что северные сияния есть не что иное, как отражение огней исландского вулкана Геклы в морских северных льдах при их передвижении. Ломоносов же говорил об электрическом происхождении северных сияний.

Учёные, продолжившие изучение этого феномена, на основе опытов подтвердили правильность его  гипотезы.

Эфирная теория электричества, разработанная Ломоносовым, сыграла прогрессивную роль в  развитии науки об электричестве. Труды Ломоносова в области физики явились крупным вкладом в эту важнейшую науку о природе. Они развивались и дополнялись учёными последующих лет и способствовали тому, что физика стала общепризнанным лидером естествознания

Во все процессы экспериментальных исследований Ломоносов стремился широко внедрить методы количественных определений: линейных измерений, веса, плотности, температуры, яркости и других характерных показателей.

Девизом учёного  было: “По возможности пытаться исследовать всё, что может быть измерено, взвешено и определено при помощи практической математики”. 

Ломоносов выработал  свою научную методологию. Он считал, что, прежде чем создать на основе эксперимента научную теорию, следует  разработать гипотезу, то есть научное предположение, предварительное логическое объяснение опытных данных, фактов и наблюдений: “Гипотезы дозволены в философских предметах и даже представляют единственный путь, которым величайшие люди дошли до открытия самых важных истин. Это нечто вроде прорыва, который делает их способными достигнуть знание, до каких никогда не доходят умы низменных и пресмыкающихся во прахе”.  

От опыта  через гипотезу к установлению строгой  научной теории – таков был  творческий метод Ломоносова. Он писал: “Я не признаю никакого измышления и никакой гипотезы, какой бы вероятной она ни казалась, без точных доказательств”.  
Конечной целью научного исследования Ломоносов видел установление законов природы. По его мнению: “Если нельзя создавать никаких теорий, то какова цель стольких опытов, стольких усилий и трудов великих людей”

М.В. Ломоносов – зачинатель Российской науки

…Из наблюдений устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдения есть лучший всех способ к отысканию правды. 
…Не такой требуется математик, который только в трудных выкладках искусен, но который в изобретениях и доказательствах, привыкнув к математической строгости, в натуре сокровенную правду точным и непоползновенным порядком вывесть умеет. 
М.В.Ломоносов

Ныне  таковые умы редки, так как  большая часть остаются только при  опытах, почему и не желают пускаться  в рассуждения, другие же впадают  в такие нелепые толки, что  они в противоречии всем началам  здравого естествознания. 
Л.Эйлер о М.В.Ломоносове

300 лет назад  Россия дала миру одного из  величайших людей, входящих в  первый ряд универсальных гениев  человечества – Михаила Васильевича  Ломоносова.

Открытия его  опередили мировую науку на целые  века и с течением времени значение их только возрастает. Нам, его наследникам, они представляются величайшими и глубочайшими прозрениями. Работы Ломоносова навсегда определили облик Российской науки, а открытия крупнейших отечественных ученых, воспринимаются нами как работы его непосредственных учеников и продолжателей.

Общепризнанным  и наиболее значительным вкладом  Ломоносова в естествознание справедливо  считается молекулярно-кинетическая теория тепла, разработанная им во времена  господства в мировой науке теория особой огненной материи – теплорода, посредством которой передается тепло. Согласно теории теплорода масса тел увеличивается при нагревании вследствие того, что теплород проникает в поры тел и остается там. На конкретный примерах физических явлений Ломоносов продемонстрировал несостоятельность теории теплорода и показал что, тем самым, «устраняются смутные домыслы о некоторой бродячей, беззаконно скитающейся теплотворной материи». В своей теории вместо общепринятого тогда слова «элемент» Ломоносов употребляет слово «атом», а вместо «корпускула» – «молекула» (1748).

Ломоносов предложил  близкую к современной кинетическую модель идеального газа и на ее основе объяснил зависимость между объёмом  и упругостью воздуха(ранее для объяснения упругости газов предлагались, например, некие особые «упругие частицы»).Ломоносов впервые получил ртуть в твердом состоянии, установил её упругость и электропроводность, что стало основанием для отнесения этого вещества к металлам (1759).

Теория Ломоносова имела огромный резонанс в европейской науке. Впервые с начала своей двухтысячелетней истории атомистика получила объективное научное доказательство. Древнее натурфилософское учение об атомах Ломоносов перевёл в разряд строгой науки. Ломоносову мы обязаны более глубоким и универсальным пониманием динамики микромира. Фактически Ломоносов сделал для атомистики то же, что сделал Ньютон для механики макромира: выделил её основные, базовые положения, чётко их сформулировал и на конкретных примерах показал их полноту и силу; с небольшими поправками эти положения целиком входят и в современную нам науку.

С молекулярно-кинетической теорией Ломоносова тесно связан и его закон сохранения вещества и движения. Принцип сохранения движения стал в этой теории начальной аксиомой при обосновании теплового движения микрочастиц. От этого ломоносовского принципа идет прямая дорога и к закону сохранения энергии и к эйнштейновской эквивалентности массы и энергии.

На базе своей  молекулярно-кинетической теории Ломоносов  заложил основы физической химии. Зимой 1752/53 г. Ломоносов впервые в истории науки читал студентам академического университета курс физической химии в своей Химической лаборатории, первой учебной и научно-исследовательской лаборатории в России.

Даже если не рассматривать труды по гуманитарным наукам и замечательную поэзию Ломоносова, широта одних только естественнонаучных его интересов поражает наше воображение. Любое природное явление вызывало его исследовательскую страсть. Будучи официально профессором химии Петербургской академии, он занимался и физикой (кроме теплоты и механики – электричеством и оптикой), а также астрономией, геологией, географией, метеорологией, навигацией, металлургией. Всего не перечесть.

Широта научных  интересов ученого, казалось бы, неизбежно  должна приводить к поверхностному взгляду на вещи. Но с Ломоносовым этого не случилось. Необычная глубина и удивительная прозорливость Ломоносова проявляются, при внимательном рассмотрении, во всех областях науки и техники, которыми он занимался. В короткой заметке с достаточной полнотой можно только перечислить, да и то не все научные труды Ломоносова, но чтобы убедиться в их огромной научной ценности и глубине достаточно более подробно рассмотреть труды Ломоносова по атмосферному электричеству и полярным сияниям, не относящиеся к основной его официальной сфере деятельности (химии и связанным с нею практическим задачам).

Электрические явления Ломоносов изучал вместе с профессором физики Рихманом. В  ходе этих исследований была создана  экспериментальная установка («громовая машина»), основу которой составлял генератор статического электричества и подключенный к нему электроскоп с градуированной шкалой. Ещё один электроскоп со шкалой подключался к выведенному наружу железному стержню (прообразу громоотвода). Эти установки размещались в домашних лабораториях Ломоносова и Рихмана; они понимали, конечно, сколь опасны такие опыты для их жизни (Рихман был убит ударом молнии во время опытов в сильную грозу 26 июля 1753 г.).

В этих экспериментах  была доказана тождественность лабораторного  и атмосферного электричества: «натуральной в воздухе электрической силы суть те же причины, что есть трение или теплота, розно или совокупно». Атмосферное электричество приписывалось тогда Божьему промыслу и на экспериментальное его изучение налагалось церковное табу. Ломоносов же создал строго научную теорию атмосферного электричества, которая в полной мере соответствует современным взглядам. В своей теории Ломоносов исходил из принципа генерации электрических зарядов в результате относительного движения и трения атмосферных частиц: «теплота и электрическая сила происходят от трения; теплота требует сильного к движению грубых частиц, электрическая сила – нежного к побуждению тончайших частиц» (прозрение об электроне почти за двести лет до его открытия).

В истории мировой науки пионером исследований атмосферного электричества часто считают Франклина. Однако работы Ломоносова в этом направлении были начаты раньше и привели его к более глубоким и во многом более правильным выводам. Многое из того, что у Франклина было только смутными догадками, у Ломоносова обосновывается многочисленными наблюдениями природных явлений и математическими расчетами. Франклин, как и Ломоносов, правильно полагал, что электрические заряды, вызывающие грозовые процессы, генерируются в результате встречного движения верхних холодных и нижних более тёплых слоев атмосферы, но в понимании этого процесса Ломоносов продвинулся дальше Франклина: «Я также произвёл расчёт и доказал, что верхний воздух не только может, но и должен стекать вниз, чего у Франклина нет и следа» (из письма Ломоносова к Эйлеру).