В 1748 году в распоряжении Ломоносова оказалась сравнительно благоустроенная лаборатория.
Он немедля приступил к химическим исследованиям и опытам. Но замечательный русский ученый ставил свои опыты не так, как все его современники. Он находил свой, более правильный, более надежный путь к познанию законов природы.
Отчетливо понимая, что сложные вещества образуются в результате химического соединения начальных веществ, Ломоносов учил студентов производить опыты с материалами, по возможности очищенными от всех посторонних примесей. Другие ученые в те годы не обращали внимания на чистоту исходных веществ. Они употребляли материалы, загрязненные различными примесями. Во время опыта примеси тоже вступали в химическое соединение, и у химиков зачастую образовывалось совсем не то, что они ожидали, получалось какое-то новое, незнакомое химическое соединение. Это сбивало ученых с толку и вносило путаницу в их воззрения.
Ломоносов ввел в лабораторную практику весы. Он требовал, чтобы каждая крупинка обязательно была взвешена до и после опыта, тогда как его современники применяли в химических занятиях почти «кухонный» метод — они отмеряли вещества щепотью или пригоршнями, клали на глаз, «по вкусу», не придерживаясь точной меры и веса. Результаты опытов получались неточные, противоречивые. Ломоносов сознавал, что без точного взвешивания исходных материалов и получившихся в итоге опыта веществ химия не может стать наукой.
Точное взвешивание материалов до и после опыта помогло Ломоносову установить один из важнейших и основных законов природы.
В XVII и XVIII веках ученые старались понять, почему увеличивается вес металла, когда его прокаливают на огне. В настоящее время это явление не кажется нам загадочным, но тогда, на заре развития химических наук, это была труднейшая научная проблема, над которой ученые бились несколько столетий.
Химики несчетное число раз повторяли один и тот же опыт — брали кусок свинца или олова, клали его в тигель или реторту и нагревали на огне. Металл сначала плавился, а потом постепенно превращался в серое вещество, не имеющее ничего общего с металлом.
Это вещество тогда называли окалиной. Когда получившуюся окалину взвешивали, то оказывалось, что вес окалины значительно превышает вес металла, подвергшегося действию жара.
Увеличение веса металла, превратившегося в окалину, было замечено еще в XII веке, но не имело удовлетворительного объяснения.
Известный английский химик Р. Бойль утверждал, что огненная материя горящего угля проникает сквозь стенки тигля, соединяется с металлом и поэтому образуется окалина.
Немецкий химик Е. Шталь объяснял это явление иначе. Он говорил, что металл состоит из окалины и флогистона; под действием высокой температуры флогистон из металла улетучивается, а окалина остается.
Между сторонниками Бойля и Шталя происходили жаркие споры.
Ломоносов отвергал обе теории, считая их одинаково вздорными, и не принимал участия в борьбе двух лагерей флогистонистов. Когда кто-либо пытался вовлечь его в спор о флогистоне, Ломоносов отвечал: «Такие дикие споры ниже нашего достоинства!»
Однако остаться в стороне от спора, охватившего весь ученый мир, он все-таки не смог. Сторонники Бойля, повторяя исторический опыт ученого, поставленный им еще в 1673 году, одерживали победу над приверженцами Шталя.
Ломоносов взял сочинения Р. Бойля и внимательно прочел описание его опыта. Бойль клал в стеклянную реторту кусок свинца, а чтобы в реторту не мог проникнуть воздух извне, он запаивал ее шейку. Затем ученый взвешивал реторту и ставил ее на огонь. Спустя некоторое время свинец переходил в окалину. Никаких признаков испарившегося флогистона заметить, разумеется, не удавалось. Бойль давал реторте остыть и вскрывал ее. Наружный воздух со свистом проникал в реторту. Это явление ученый истолковал только как доказательство того, что реторта была хорошо запаяна. После этого Бойль ставил реторту на весы и обнаруживал, что она стала весить больше, чем до опыта.
Отшвырнув с досадой книгу и ругая Бойля, Ломоносов отправился в лабораторию.
Ломоносов положил кусок свинца в реторту, запаял ее отверстие и взвесил. Затем он поставил реторту на горящие угли и, когда весь свинец превратился в окалину, не вскрывая реторты, снова взвесил ее. Вес реторты остался в точности тот же самый, какой был и до прокаливания. От нагревания вес металла не изменился. Никакой флогистон из него не испарился и никакая огненная материя с металлом не соединялась.
Ломоносов записал в лабораторном журнале: «Делал опыты в заплаченных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойла мнение ложно, ибо без пропущения внешнего воздуха вес сожженного металла остается в одной мере».
Когда Бойль вскрывал реторту, то воздух врывался в нее со свистом. Это доказывает, что во время прокаливания количество воздуха в реторте уменьшалось. Вес же окалины по сравнению с первоначальным весом металла увеличивался, тогда как общий вес реторты, воздуха и металла от нагревания не изменялся. Значит, сколько убыло воздуха, столько же прибыло окалины. Одно уменьшалось, другое увеличивалось. Следовательно, привес металла при прокаливании обусловлен соединением его с воздухом, а не с огненной материей, которая тут решительно не при чем.
Эти опыты, поставленные в 1756 году, полностью подтвердили первоначальные взгляды Ломоносова, к которым он пришел еще 12 лет назад. Тогда в диссертации, называвшейся «Размышления о причине теплоты и холода», Ломоносов подверг уничтожающей критике порочную теорию огненной материи и флогистона и объяснил увеличение веса металла при прокаливании соединением металла с воздухом.
Конференция Академии диссертацию заслушала и постановила вернуть ее Ломоносову для смягчения бранных выражений по адресу Бойля, на которые Ломоносов, видимо, не скупился.
Ломоносов и его ученики-студенты поставили очень много разнообразных опытов — они прокаливали металлы на огне, выплавляли из руд металлы, осаждали их из растворов, заставляли различные вещества вступать в химические соединения и каждый раз взвешивали употребляемые ими материалы.
Основываясь на этих опытах, Ломоносов установил основной закон природы — закон сохранения материи и движения. Этот закон впервые был опубликован Ломоносовым 5 июня 1748 года и в окончательной форме изложен им в 1760 году.
«Все перемены в Натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте; сколько часов положит кто на бдение, столько же сну отнимет. 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».
Создание этого всеобщего закона является следствием подлинно научного, материалистического мировоззрения Ломоносова.
За 200 лет, которые отделяют нас от эпохи Ломоносова, сторонники его закона выдержали тяжелую борьбу с учеными-идеалистами. Закон Ломоносова замалчивали, опровергали, отвергали, разделяли на части, стараясь вместо одного всеобщего закона ввести в науку два отдельных, не связанных между собой закона — сохранения материи и сохранения движения.
Но закон Ломоносова был подтвержден бесчисленными опытами в самых различных областях науки. Он получил полное признание и стал могучим орудием познания природы.