Краткая история науки - Уильям Байнум

Когда некий объект сгорает, то в результате получаются большей частью газы, которые трудно собрать и взвесить. Например, когда вы сжигаете ветку дерева, то оставшееся – пепел – много легче самой ветки.

Отсюда легко понять, отчего Пристли решил, что вещи, содержащие флогистон, весят меньше, чем вещи без него. В его схеме флогистон занимает место того, что мы именуем кислородом, за исключением того, что обладает совершенно противоположными свойствами.

Для Пристли, когда вещи горят, они теряют флогистон и становятся легче; мы бы сказали, что они соединяются с кислородом, и мы сейчас знаем, что они становятся тяжелее, когда это происходит. Когда свеча в закрытой емкости потухает или умирает запертая мышь или птица после некоторого времени, проведенного внутри контейнера с обычным воздухом, то Пристли сказал бы, что все случилось из-за того, что воздух насытился флогистоном. Мы же знаем, что причиной стало то, что закончился кислород.

Все это напоминает нам, что искусно проводить опыты и делать верные измерения – это одно, но объяснить результаты правильно – совсем другое.

Человека, придумавшего название «кислород», до сих пор именуют «отцом» современной химии. Антуан-Лоран Лавуазье (1743–1794) встретил насильственную смерть во времена Французской революции, его арестовали, допросили и лишили головы не потому, что он занимался химией, а по той причине, что он был откупщиком.

В дореволюционной Франции богатый человек мог заплатить государству, чтобы стать сборщиком налогов, и с их помощью возместить то, что он потратил. Система была, само собой, прогнившей, народ ее ненавидел, но нет доказательств того, что Лавуазье злоупотреблял служебным положением. На самом деле он проводил большую часть жизни, занимаясь научными и техническими изысканиями для страны, исследуя целый ряд важных проблем в промышленности и сельском хозяйстве.

Но он принадлежал к аристократии, а лидеры Революции ненавидели всех аристократов, так что Лавуазье оказался среди тех, кому пришлось заплатить.

Подобно Пристли. Кавендишу и другим пневматическим химикам. Лавуазье был вдохновенным экспериментатором. В процессе работы он изобрел множество разных приспособлений, и часто ему помогала жена, мадам Лавуазье, также оставившая след в науке. Мария Анна Пьеретта Польз (1758–1836) вышла замуж за Антуана Лорана, когда ей было только четырнадцать (а ему двадцать восемь), и они работали вместе в лаборатории, ставили опыты, фиксировали результаты.

Помимо всего прочего она была отличной хозяйкой, и семья Лавуазье устраивала приемы для образованных мужчин и женщин, где обсуждались последние достижения науки и техники. Это был счастливый брак равноправных и подходящих партнеров.

Еще школьником Лавуазье заинтересовался наукой, его острый ум и амбиции ученого были очевидны с раннего возраста. Подобно большинству студентов, получавших образование в то время, он вырос с концепцией флогистона, но сам же нашел в ней множество логических и экспериментальных изъянов.

Лавуазье был полон решимости пользоваться только лучшим оборудованием, поэтому они с женой сами разработали многие устройства, поставив себе цель увеличить точность химических экспериментов. Он использовал очень точные весы, чтобы взвешивать вещества, и несколько разных опытов убедили ученого, что, когда вещи горят, общий вес продуктов горения увеличивается.

Для того чтобы получить такой результат, приходилось собирать и взвешивать выделявшиеся при горении газы.

Лавуазье также изучал, что происходит, когда мы (и другие животные) дышим. Исследования убедили его, что в процессы горения и дыхания вовлечено одно и то же вещество, настоящий элемент, а не некая смутная субстанция вроде флогистона, и это же вещество необходимо для того, чтобы формировались кислоты.

Химические реакции кислот и щелочей уже долгое время интересовали ученых. Помните, как Роберт Бойль изобрел такую вещь, как лакмусовая бумага?

Лавуазье продолжил эту линию исследований.

На самом деле он верил, что кислород (то, что порождает кислоту) столь важен для кислот, что они всегда содержат этот элемент. Сейчас мы знаем, что это не совсем так (соляная, или хлороводородная кислота, одна из самых сильных, содержит хлор и водород), но большая часть того, что говорил Лавуазье по поводу кислорода, все еще является частью актуальной науки.

Мы знаем сегодня, что этот элемент необходим для того, чтобы сжечь что-либо, для нашего дыхания, и что эти на первый взгляд отличные процессы имеют очень много общего. В организме людей кислород помогает «сжигать» (расщеплять) углеводы, чтобы дать нашему телу достаточно энергии и оно могло справиться с ежедневными функциями.

Лавуазье и его жена продолжали работать в лаборатории все восьмидесятые годы восемнадцатого века, и в 1789-м, накануне Французской революции, он опубликовал свою самую важную книгу. Называется она «Элементы химии» и является первым настоящим учебником в современном смысле слова, посвященным этой науке; в тексте много информации об экспериментах и оборудовании, а также отражены взгляды ученого на природу химических элементов.

Сейчас мы называем «элементом» некое вещество, что не может быть разложено на составляющие посредством химических воздействий. Соединение – комбинация элементов, которая при правильном экспериментальном воздействии может быть разбита на компоненты.

Так вода – соединение, состоящее из двух элементов, водорода и кислорода.

Разница между элементом и соединением стала ключевым моментом книги Лавуазье. Его список элементов, или «простых веществ», не содержит все элементы, известные современным химикам, поскольку многие к тому времени еще не были открыты. Зато он включает такие странные для нас вещи, как свет и тепло.

Но Лавуазье своим трудом заложил базу, основание для понимания различий между элементом и соединением.

Столь же важной для потомков оказалась его вера в то, что язык химии должен быть точным. Работая совместно с несколькими коллегами. Лавуазье реформировал лексикон своей науки, демонстрируя, что хороший ученый должен быть аккуратен в использовании слов (и Линней несомненно согласился бы с этим).

Химикам нужно было ссылаться на соединения и элементы, с которыми они работали, так, чтобы любой другой химик, где бы он ни находился, без ошибок мог догадаться, о чем идет речь. Лавуазье написал по этому поводу «мы думаем только посредством слов», и после него химики понемногу выработали общий язык.

«Атом» долгое время был не самым популярным термином.

Вспомните, древние греки определяли его как часть Вселенной, существующую по воле случая и безо всякой цели. Но как обстоит дело сейчас, когда для любого из нас понятие атома выглядит совершенно естественным?

Современный «атом» – отпрыск умственной работы респектабельного квакера Джона Дальтона (1766–1844). Сын ткача, он был отправлен в хорошую школу, расположенную неподалеку от места его рождения. Озерного края в Северо-западной Англии.