Научные идеи М.В. Ломоносова - Физика в школе
Главное меню:
статьи
Научные идеи М.В. Ломоносова
15 апреля 1765 года умер гениальный ученый, основоположник русской науки, поэт, писатель, величайший естествоиспытатель Михаил Васильевич Ломоносов. Почти два с половиной века прошло со времени его грандиозного научного подвига, однако идеи Ломоносова живы и поныне. Наука движется гигантскими шагами, и сейчас многие детали научных взглядов великого ученого давно оставлены, но основные мысли его получили блестящее подтверждение и развитие.Идеи Ломоносова вытекали из глубокого патриотизма ученого. В своих технологических работах, в исследовании недр России, связанном с созданием основ минералогии, в географических замыслах, в экономических проектах, направленных против наиболее тяжелых и отсталых форм крепостной эксплуатации, в непрерывной ожесточенной борьбе против Шумахера и других врагов русской науки, засевших в академической канцелярии, он стремился к благу Родины. Ломоносов был патриотом и в своем поэтическом творчестве, положившем начало новому стихосложению, и в сформулированных им новых принципах эстетики и новых основах учения о языке, и в исторических трудах, защищавших историческую истину о прошлом России. Великий русский патриот был последовательным мыслителем. Ломоносов обосновывал научную, материалистическую картину мира. Он объяснил движением частиц веществ всю совокупность физических, химических и геологических явлений. Ломоносов целиком и полностью присоединился к лагерю материалистов в вопросе об отношении бытия к сознанию. Для Ломоносова физический мир материален. Энциклопедические труды Ломоносова последовательно защищают и развивают материалистическое представление о природе. Они охватывают все основные вопросы физики, химии и геологии и представляют собой цельную научную картину мира.
Основные идеи ломоносовского учения о природе, во многом предвосхитившие естествознание XIX века, — это атомистика, сохранение вещества и движения, изменчивость природы. Уже на заре своей научной деятельности Ломоносов задумал большой труд, охватывающий коренные вопросы механики, физики, химии и биологии. В рукописях Ломоносова мы встречаем немало набросков и схем этого гигантского труда. Введением в него служит статья «О нечувствительных физических частичках, составляющих тела природы, в которых заключается достаточное основание частичных свойств этих тел» (1743 г.). В этой работе Ломоносов прежде всего указывает на основные свойства материальных тел — протяженность, непроницаемость, инерцию, а затем доказывает, что все тела состоят из материальных частиц, к которым приложимы механические определения и законы. Ломоносов доказывает, что эти частицы своим движением вызывают все изменения качеств тел.
Ломоносов применил атомистическую концепцию к учению о теплоте. В свой статье «Размышления о причине теплоты и холода» и в ряде других работ Ломоносов выступает как провозвестник и основатель механической теории теплоты. В то время большинство физиков придерживалось учения о «теплороде» — особом веществе, которое, якобы, переливается из более нагретых тел в тела менее нагретые. Это учение было разбито Ломоносовым уже в сороковых годах XVIII века. Он объяснил явления теплоты движением молекул, что целиком подтвердилось развитием науки в XIX веке. По мнению Ломоносова, теплота — это вращательное, или, как он говорил, «коловратное» движение частиц. Современное учение о теплоте видит ее природу в беспорядочном поступательном движении частиц. Однако Ломоносов, объясняя теплоту вращением частиц, знал и о беспорядочных прямолинейных движениях. В своем учении об упругости газов Ломоносов говорит, что вращающиеся частицы сталкиваются и отталкиваются друг от друга, подобно двум коснувшимся друг друга волчкам. Современная наука развивает мысль Ломоносова о беспорядочном движении молекул как об основе упругости газов, конкретизируя эту мысль и изменяя, разумеется, детали ломоносовского решения.
Вслед за молекулярной физикой Ломоносов создал атомистическое учение о химических реакциях. В своих трудах по химии Ломоносов говорит об «элементах» — наименьших частицах вещества и о «корпускулах», состоящих из элементов. Ломоносовские «элементы»—это атомы, а «корпускулы» — молекулы. «Корпускулы однородны, — пишет Ломоносов,— если состоят из одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом». Неоднородность молекул, согласно Ломоносову, зависит не только от различия их состава, но, если так можно выразиться, и от структурных особенностей. «Корпускулы, — пишет Ломоносов, — разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе; от этого зависит бесконечное разнообразие тел. Начало есть тело, состоящее из однородных корпускул.
Смешанное тело есть то, которое состоит из двух или нескольких различных начал, так соединенных между собой, что каждая отдельная его корпускула имеет такое же отношение частей начал, из которых тело состоит, как (для целых отдельных начал) имеет и все смешанное тело.
Корпускулы, состоящие непосредственно из элементов, называются первичными.
Корпускулы производны, когда состоят из нескольких различных первичных.
Поэтому смешанное тело состоит из производных корпускул.
Составное тело есть смесь составных частей».
Ломоносову принадлежит величайшая историческая заслуга — создание физической химии. В 1752 — 1754 годах он читал студентам академического университета «курс физической химии». Физическую химию Ломоносов определяет как науку, объясняющую химические реакции с помощью физических понятий.
С точки зрения Ломоносова только атомистика позволяет дать химическим явлениям физическое истолкование. Наряду с таким широким пониманием физической химии, Ломоносов употребляет этот термин и в смысле, соответствующем современному представлению о физической химии как об особой отрасли химических знаний. В работе «Опыт физической химии» Ломоносов выдвигает и разрабатывает большую программу экспериментальных исследований в той области, которая соответствует современному понятию физической химии.
Ломоносов осуществил важнейшие теоретические и экспериментальные работы, позволившие отказаться от флогистона — гипотетического вещества, которое, по воззрению ученых XVIII века, покидало горящие тела. Сторонники учения о флогистоне полагали, что горючие тела состоят из простого вещества и флогистона. Они считали, что, например, металлы представляют собой соединение окалины с флогистоном, причем при сгорании флогистон выходит из тел, а простое вещество, окалина — остается. Соответственно, процесс восстановления металлов сторонники этого учения объяснили соединением окалины с флогистоном. Ломоносов уже в самых ранних своих работах задумывается над другой теорией горения. В «Размышлениях о причине теплоты и холода» Ломоносов пишет: «При процессе обжига к телам присоединяется некая материя, только не та, которая приписывается собственно огню: ибо я не вижу, почему последняя в окалинах забыла о своей природе». Ломоносов считал, что горящие тела соединяются с некоторой составной частью воздуха. Это в корне противоречило флогистонной теории.
Таким образом, Ломоносов не только провозгласил атомистику основой изучения физико-химических процессов, но и применил учение об атомах к конкретным вопросам физики и химии, предвосхитив целый ряд идей современной теории теплоты, теории газов и химических теорий.
Второй принцип ломоносовской картины мира — принцип сохранения движения и вещества. Уже в 1748 году в письме к Эйлеру Ломоносов провозгласил принцип сохранения движения. Впоследствии" в «Рассуждении о твердости и жидкости тел» (1760 г.) Ломоносов повторил те же аргументы: «...все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому... Сколько часов положит кто на бдение, столько же сну отнимает. Сей всеобщей естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своею силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает». С. И. Вавилов назвал общий принцип сохранения движения и вещества «законом Ломоносова». Этот закон является общей предпосылкой научного изучения природы и незыблемой аксиомой материалистической науки. «Ломоносов на века вперед как бы взял в общие скобки все виды сохранения свойств материи, — писал С. И. Вавилов. — Глубочайшее содержание великого начала природы, усмотренного Ломоносовым, раскрывалось постепенно и продолжает раскрываться в прогрессивном историческом процессе развития науки о природе». Создав в 1748 году химическую лабораторию Академии Наук, положившую начало русскому экспериментальному естествознанию, Ломоносов в результате длительных экспериментов доказал сохранение вещества при химических превращениях.
Многие химики XVII—XVIII веков помещали металлический порошок в реторту и нагревали его, пока порошок не превращался в окалину. Вес окалины оказывался большим, чем вес первоначального металла. Большинство химиков, в том числе и Роберт Бойль, полагало, что к металлу присоединяется теплород. Ломоносов решил опровергнуть эту концепцию, проверив, действительно ли увеличивается вес металла при сжигании. Он запаял реторту с металлическим порошком так, чтобы воздух не мог попадать в нее извне. Взвесив реторту после прокаливания, Ломоносов убедился, что она после нагревания и превращения порошка в окалину весила столько же, сколько и раньше. В отчете об экспериментальных работах за 1756 год Ломоносов писал: «...между разными Химическими опытами, которых журнал на 13 листах, деланы опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес отожженного металла остается в одной мере».
Через 17 лет после Ломоносова его опыт повторил Лавуазье, которому буржуазные историки и естествоиспытатели приписывают открытие закона сохранения вещества. В действительности приоритет в этом великом открытии принадлежит гениальному русскому мыслителю.
Одна из основных идей Ломоносова — отрицание действия на расстоянии. Основной довод Ломоносова против действия на расстоянии опирается на принцип сохранения движения. В письме к Эйлеру (1748 г.) и в статье «О твердости и жидкости тел» (1760 г.) Ломоносов рассматривает два тела, из которых одно притягивает к себе другое без посредства материальной среды, объясняющей силу тяготения. Это тело заставляет двигаться другое, само оставаясь в покое. Подобное положение Ломоносов считает невозможным, так как оно противоречит принципу сохранения движения. В борьбе против идеи действия на расстоянии Ломоносов выдвигает свою теорию тяготения, согласно которой эфир давит на тела и толчками эфирных атомов заставляет их стремиться друг к другу. Эта теория имеет сейчас лишь историческое значение, но даже для XIX века стремление объяснить тяготение движением материи было исторически прогрессивным и важным. Кроме учения о тяготении, Ломоносов разрабатывал физику эфира в работах, посвященных свету и электричеству. Наиболее напряженные исследования Ломоносова в области теории электричества связаны с изучением атмосферных электрических явлений. Уже в 1743 году Ломоносов высказал мысль об электрической природе северного сияния. В начале 50-х годов он особенно много работал над проблемой атмосферного электричества. В 1752 году в послании Шувалову «О пользе стекла» Ломоносов писал о тождестве молнии и электрической искры, полученной с помощью машины с вращающимся стеклянным шаром. Ломоносов говорил, что благодаря открытию тождества молнии и электрической искры можно избегнуть разрушительного действия молнии, установив на крыше громоотвод.
Зимой 1752 — 1753 года Ломоносов ждал первых весенних гроз, чтобы продолжать свои наблюдения. В июле 1753 года ближайший друг и помощник Ломоносова в физических исследованиях академик Рихман был убит электрическим разрядом. У Рих- мана и Ломоносова были установлены дома «громовые машины», которые состояли из шестов с металлическими остриями и проволок, отводивших электрические разряды в комнаты. Громовая машина не была заземлена и поэтому очень опасна.
Реакционные круги, в связи с гибелью Рихмана, кричали «о достойном наказании» ученого, дерзнувшего исследовать молнию - «вестницу божьего гнева». В тяжелых условиях, в непрерывной борьбе против реакционеров и чиновников, в борьбе за приоритет русской науки в физических открытиях, Ломоносов продолжал разрабатывать теорию атмосферного электричества. После долгой борьбы с Шумахером, Ломоносову удалось в ноябре 1753 года прочитать в Академии Наук «Слово о явлениях воздушных, от електрической силы происходящих». По мнению Ломоносова, атмосферное электричество создается в результате трения, вызываемого вертикальными потоками воздуха: нагретые слои воздуха поднимаются вверх, а холодные, тяжелые слои наоборот, опускаются. «Слово о явлениях воздушных» было разослано ряду крупных ученых и встретило восторженную оценку Эйлера. Ломоносов утверждал, что электричество представляет собой особую форму движения эфира. Эфир по мнению Ломоносова состоит из круглых частиц, которые своим движением передают электрические заряды, свет и теплоту. В «Теории электричества, разработанной математическим способом» Ломоносов называет эфир тончайшим веществом, частицы которого испытывают поступательные, вращательные и колебательные движения. Вращение частиц—это теплота, их колебание — свет. В «Слове о происхождении света» Ломоносов возражает против ньютоновского учения об истечении световых корпускул и защищает волновую теорию света.
Наряду с атомистикой и принципом сохранения, центральной идеей естественно-научных работ Ломоносова было представление о развитии Вселенной, и, в частности, о развитии и изменении земной коры. Это представление лежит в основе геологических и минералогических воззрений ученого. В начале своей деятельности Ломоносов написал книгу «Первые основания металлургии», которая была напечатана много лет спустя. В приложенной к этой книге статье «О слоях земных» Ломоносов сформулировал принцип изменчивости земли. «И так напрасно, — пишет он, — многие думают, что все, что видим, с начала Творцом создано, будто не токмо горы, долы и воды, но и разные роды минералов произошли вместе со всем светом; а поэтому-де не надобно исследовать причин, для чего они внутренними свойствами и положением мест разнятся. Таковые рассуждения весьма вредны приращению всех наук, следовательно, и натуральному знанию шара земного, а особливо искусству рудного дела, хотя оным умникам и легко быть философами, выучась наизусть три слова: Бог так сотворил; и сие дая в ответ вместо всех причин». Это чрезвычайно характерный отрывок. Ломоносов борется против мысли о неизменяемости природы потому, что эта мысль мешает, во-первых, «приращению всех наук» и, во-вторых, «искусству рудного дела». Мысль о неподвижности природы тормозит естествознание и решение практических задач. Основной идеей всего Творчества Ломоносова было развитие материалистической картины мира и удовлетворение практических нужд родины, поэтому он с большой энергией выступал против мысли о неподвижности Земли и разрабатывал проблемы геологии, исходя из изменчивости Земли.
Ломоносов опередил свое время и в палеонтологии. В те времена неоднократно находили в земле остатки древних, исчезнувших животных и растений, находили остатки организмов, обитающих в совсем других климатических зонах. Некоторые ученые видели в окаменелостях «игру природы», а большинство считало подобные находки доказательством всемирного потопа. Ломоносов утверждал, что окаменелости — это остатки живых существ, исчезнувших а результате геологических процессов. Исследуя геологические проблемы, Ломоносов выдвинул мысль об органическом происхождении торфа. Эта мысль связана с практическими замыслами Ломоносова. Он пишет о торфе: «Что турф есть в России, о том сомневаться не должно. Были у нас и бывают наводнения, лежат род верхним земным слоем опроверженные лесы...
Есть у нас не хуже Голландских луга, болота, топи, валежники, оброслые мхами... Микроскопы за подлинно ставят перед глазами, что турфовая материя есть весьма мелкой мох по своему строению и частей расположению... Сие разъяснение подает немалое утешение людям, кои у нас в России о збережении лесов весьма и чуть ли не излишно в некоих обстоятельствах попечительны... » Ломоносов думал, что в дальнейшем торф превращается в уголь и из него при атом образуется нефть. Сейчас наука по-иному объясняет происхождение каменного угля и нефти. Однако Ломоносову принадлежит подтвержденная всем дальнейшим развитием геологической науки мысль о тысячелетиями длившейся деятельности сменявших друг друга поколений организмов как о причине возникновения некоторых отложений земной коры.
Ломоносову принадлежит крупное астрономическое открытие — обнаружение атмосферы на Венере. Ломоносов боролся против религиозных представлений о Вселенной, которые распространяют «бродящие по миру богаделенки, кои во весь долгий век о имени астрономии не слыхали, да и на небо едва взглянуть могут, ходя сугорбясь». В своих астрономических работах он последовательно защищал учение Коперника. Атомистика, принципы сохранения вещества и движения, учение об изменчивости природы поныне являются незыблемыми основами естествознания. Наука открыла новые дискретные части вещества, специфические, свойственные им формы движения, построила на основе принципа сохранения вещества и энергии громадную разветвленную систему физических знаний, разработала учение об изменчивости Вселенной и Земли, распространила эту идею на мир живых существ, и здесь теория развития одержала свои наиболее замечательные победы. Развитие науки при капитализме тормозится корыстными интересами эксплуататоров, которые стремятся «ниспровергнуть» атомистику, принцип сохранения, идею развития. Борьба против этих идей, отрицание реальности атомов, крики об «уничтожении» материи и энергии, выступление вейсманистов против изменчивости развития наследственной основы организмов, возврат к теологии — заполняют буржуазную научную литературу. Современная растленная буржуазная философия и наука служат преступным замыслам империалистической буржуазии, предают научную истину, поднимают на щит самые мрачные антинаучные вымыслы средневековья, объявляют поход против основных принципов науки. В борьбе против буржуазной реакции советская наука, опираясь на практику построения социализма, вооруженная непобедимым оружием материалистической диалектики, идет от победы к победе и каждая победа науки все больше и больше укрепляет незыблемые основы материалистической картины мира, естественно - научные принципы, истоком которых служит энциклопедическое творчество гениального создателя русского естествознания — М. В. Ломоносова.