Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной - Джонджо МакФадден

газ, способный стимулировать горение в 5–6 раз лучше воздуха. Пристли предположил, что новый газ представляет собой воздух, из которого полностью удален флогистон, поэтому в нем присутствуют пустоты, которые легко восполняются флогистоном, выделяющимся в результате горения древесины или других горючих материалов. Новый газ получил название «дефлогистированный воздух», сегодня мы знаем, что это химический элемент кислород. В горючих материалах кислород соединяется с углеродом, образуя двуокись углерода или углекислый газ. С одной стороны, это знание опровергает теорию Пристли, а с другой – еще раз наглядно демонстрирует, как легко встроить в ошибочную модель любое количество данных и результатов наблюдений, обладая неординарным мышлением и воображением.

Однако некоторые химики обнаружили проблему, заставившую усомниться в правильности теории флогистона. При нагревании некоторых металлов, в частности магния, его масса увеличивается, а не уменьшается. Казалось бы, этот факт должен был опровергнуть теорию флогистона, поскольку масса металла, из которого улетучивалась эта эфемерная субстанция, не могла увеличиваться. Тем не менее защитники теории не сдавались и высказали предположение о том, что некоторые формы флогистона имеют отрицательную массу. Тем временем опыты показали, что не только магний, но и многие другие металлы увеличивают массу в процессе горения, даже если это происходит в «дефлогистированном воздухе» Пристли. Тогда сторонники теории стали придумывать еще более абстрактные объяснения, доказывая, что флогистон есть некая нематериальная субстанция наподобие форм Платона или универсалий Аристотеля, представляющая собой сущность горения. Приверженцы теории, как и средневековые схоласты или мистики, исповедавшие герметизм, были готовы сколько угодно множить сущности без необходимости, лишь бы теория подтверждала факты.

С теорией флогистона было покончено 5 сентября 1775 года, когда французский ученый-химик Антуан Лавуазье (1743–1794) представил Французской академии наук свои исследования «дефлогистированного воздуха» Пристли. Лавуазье повторил опыты Пристли с горением металлов. Благодаря тщательным измерениям массы воздуха или кислорода до и после горения металла ему удалось доказать, что масса воздуха уменьшается ровно настолько, насколько увеличивается масса металла. Вместо реакции выделения вещества в процессе горения металла происходила реакция соединения металла с содержащимся в воздухе кислородом.

Далее Лавуазье заявил:

Химики сделали из флогистона смутное начало, которое не определено в точной мере и которое поэтому пригодно для любых объяснений, в какие его хотят ввести. Иногда это начало весомо, иногда оно таковым не является; иногда это свободный огонь; иногда это огонь, соединенный с землистым элементом… это настоящий Протей, который меняет свой облик каждое мгновение[314],[315].

При этом Лавуазье не пытается опровергнуть теорию флогистона, он лишь заявляет, что, подобно теориям, которые Роберт Бойль сравнивал с «павлиньими перьями», теория Пристли настолько усложнилась, что ее невозможно опровергнуть. Предложенное Лавуазье учение о кислороде, напротив, было простым и тем не менее давало исчерпывающие объяснения. Лавуазье пишет, что «больше нет необходимости объяснять природу горения присутствием огромного количества горючего начала [флогистона] во всех веществах, которые мы называем горючими». Он приходит к выводу: «Если следовать принципам логики, он [флогистон] вообще не существует»[316]. Цитировать принцип бритвы в то время более не требовалось, поскольку он уже утвердился в науке как образец «хорошей логики», однако Лавуазье, дабы не оставалось никаких сомнений, вслед за Оккамом повторяет, что «не следует множить сущности без крайней на то необходимости».

Отказ Лавуазье от теории флогистона наглядно показывает, что принцип бритвы настолько глубоко проник в науку XVIII века, что стал неотъемлемой ее частью. Однако, избавившись от одной сущности, флогистона, Лавуазье придумал другую. Проблема заключалась в том, что сторонники теории флогистона видели в нем источник не только горения, но и тепла. Заменив его кислородом, Лавуазье объяснил причину горения, однако не смог раскрыть природу тепла. В работе «Размышления о флогистоне» (Réflexions sur le phlogistique), опубликованной в 1783 году, Лавуазье высказывает предположение о том, что теплота – это некий «невесомый флюид», способный передавать тепло от горячего к холодному, которому он дал название теплород.

Это возвращает нас к опыту графа Румфорда. Вы, наверное, помните, что он был поражен тем, как сильно нагревается ствол пушки в ходе эксперимента в мюнхенской оружейной мастерской. Согласно теории теплорода, тепло передается от горячего к холодному, однако в эксперименте Румфорда сверло, его тупой наконечник, ствол пушки и вода изначально имели одинаковую температуру. Откуда же в этом случае появился теплород? Еще одна загадка заключалась в том, что в ходе эксперимента тепло выделялось постоянно, что противоречило теории, согласно которой источником тепла является невесомый и бестелесный флюид – конечная материя, присутствующая в каждом теле и передающая тепло от горячего к холодному.

Разгадка крылась в движении – движении лошадей, которое запускало весь процесс: лошади вращают колесо, это движение передается сверлу, от него – к стволу пушки, а оно в свою очередь сообщает движение микроскопическим частицам, из которых состоит вода, в результате чего происходит нагревание. Румфорд считал: «Вряд ли нужно доказывать, что что-то сообщаемое в неограниченном количестве каким-нибудь изолированным телом не может быть телесной субстанцией. Мне кажется невозможным составить себе определенное представление о “чем-то”, что, подобно теплоте в вышеуказанных опытах, может быть возбуждаемо и сообщаемо, если не допустить, что это “что-то” есть движение»[317],[318]. Таким образом, Румфорд открыл кинетическую теорию теплоты, согласно которой теплота – это мера движения частиц материи. Теплород, как и флогистон, превратился в сущность, в которой нет необходимости, а теплота – в меру движения.

РАЗМЫШЛЕНИЯ О ДВИЖУЩЕЙ СИЛЕ ОГНЯ

Теория флогистона исчезла не сразу после того, как было обнаружено, что не все металлы теряют массу при горении. Точно так же, не сразу после того, как в опытах Румфорда был обнаружен неиссякаемый источник теплоты, исчезла теория теплорода. Некоторые ученые отмечали неточности в измерениях Румфорда, другие считали, что Румфорду не удалось доказать, что источник неистощим. По большому счету, когда процесс сверления заканчивался или останавливался из-за поломки сверла, выделение теплоты прекращалось, следовательно, источник теплоты нельзя было считать неиссякаемым ресурсом.

Кроме того, атомизм, на котором основана динамическая или механическая теория теплоты, по-прежнему вызывал возражения со стороны ученых, которые поддерживали идею Аристотеля о пространстве, заполненном бесконечно делимым веществом. Французский инженер Николя Сади Карно (1796–1832) в книге «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу», опубликованной в 1824 году, спустя 26 лет после появления статьи Румфорда с результатами эксперимента со сверлением пушечных стволов, представил математическое обоснование принципа работы теплового двигателя, заключающегося в передаче тепла от горячего к холодному, и тем самым заложил основы новой науки – термодинамики. Это еще один пример того, как проницательный ученый может извлечь много полезного из теорий, считающихся ошибочными, как это произошло с