В 1660 году французский химик Никола Лефевр (1616—1669) издает свой «Трактат о химии», в котором пишет, что все тела составлены из флегмы или воды, духа или ртути, серы или масла, соли или земли. Именно эти элементы Лефевр предлагал считать простыми телами. А почему именно эти? Каждый уважающий себя химик мог иметь и имел свое мнение. Вопрос о том, из каких составляющих можно получить сложные тела, в XVI веке стал поистине злободневным. И вот в 1661 году в Лондоне вышла книга неизвестного автора под названием «Химик-скептик». В ней описана беседа четырех ученых. Один из них отстаивал точку зрения школы Аристотеля, утверждавшей в основе мира четыре элемента. Другой был сторонником взглядов алхимиков и ятрохимиков, считавших ртуть, серу и соль составными частями всех «смешанных тел». Третий опровергал их обоих и выражал особое мнение. А четвертый следил за тем, чтобы диспут шел правильно.
«Нет никаких оснований присваивать данному телу название того или иного элемента лишь потому, что оно похоже на него одним каким-либо легко заметным свойством», — утверждал третий участник диспута. И в заключение давал свое определение элементам, называя ими «некие первоначальные и простые тела, которые, не будучи образованы из других тел или друг из друга, являются теми составными частями, из которых непосредственно состоят все так называемые вполне смешанные тела и на которые они в конечном итоге разлагаются».
Такими «простыми телами» были известные металлы: золото, серебро, ртуть. А также вода и другие вещества, общее количество которых точно он не указывал.
Неизвестный автор книги безусловно сочувствовал этим взглядам. Позаимствовав у древних философов идею о единой универсальной первоматерии, он считал, что все в мире состоит из ее мельчайших частиц — корпускул. Форма, величина и движение (или покой) — вот три основных свойства этих частиц. «Первичные корпускулы суть «элементы», то есть «непосредственные начала» различных видов тел; при их объединении возникают химические соединения и смеси. Объединение происходит благодаря особого рода сродству или притяжению», — писал он.
Инкогнито автора скоро было раскрыто читателями. Все узнали Роберта Бойля, известного естествоиспытателя, члена Лондонского королевского общества.
Новый взгляд на природу материи, изложенный в «Химике-скептике», сделал эту книгу чрезвычайно популярной. Хотя представление об универсальной первоматерии и приводило автора к утверждению, что «один вид металла может быть превращен в другой», весь текст книги был направлен как против аристотелевской схоластики, так и против алхимиков, неспособных использовать результаты своих опытов для правильных выводов о составных частях сложных тел.
Каждый свой вывод Бойль подтверждал описанием результатов опыта. «Подействуйте на золото царской водкой, — предлагал он, — металл исчезнет. Но его снова можно получить из раствора. И притом в первоначальном количестве». Это означало, что «корпускулы», из которых образовано золото, при любых превращениях остаются неизменными.
Химические реакции Бойль осуществлял не «на глаз», а в точных весовых пропорциях.
Песчаная и водяная бани для перегонных аппаратов XVII века
Много лет спустя замечательный физик уже нашего времени Макс Борн так расценивал введение в химию точных весовых соотношений: «Идея атома почти неизбежно вытекает из всякой попытки объяснить простые количественные закономерности, которые сразу бросаются в глаза при изучении весового баланса в химических реакциях. Прежде всего установлено, что общий вес участвующих в реакциях веществ остается неизменным. Затем оказывается, что вещества соединяются лишь в одних и тех же простых весовых соотношениях, так что некоторое количество одного реактива может прореагировать только с определенным количеством другого; при этом весовое отношение прореагировавших веществ не зависит от внешних условий — например, от того, в какой пропорции они были смешаны первоначально. На языке химиков эти правила выражаются законом постоянных и кратных отношений. Например, 1 г водорода, соединяясь с 8 г кислорода, дает 9 г воды; 1 г водорода, соединяясь с 35,5 г хлора, дает 36,5 г хлористого водорода».
Эти слова были сказаны Максом Борном в 1933 году, когда он читал курс лекций в Технической школе Берлин-Шарлоттенбурга. В 1933 году он мог так сказать, опираясь на основные количественные законы химии, открытые после Бойля Ломоносовым и Лавуазье, Дальтоном, Гей-Люссаком и Авогадро.
Но все это было еще впереди. Современниками же Бойля были химики, придерживающиеся самых разных взглядов. То было время, когда в химии не существовало единственной общепринятой точки зрения на строение материи, на причины и механизм процессов превращения. На равных правах сосуществовали и боролись за признание множество школ и школок, которые придерживались разных точек зрения. Одни отдавали предпочтение взглядам Демокрита, другие — Аристотеля или Платона. Немало было сторонников теорий средневековых алхимиков. Наконец, входила в силу новая идея о существовании в телах некоего горючего основания — флогистона. Идея, впервые позволившая объяснить многие химические процессы с единых позиций и… задержавшая развитие химии после Бойля по крайней мере на столетие.
25 января 1627 года в замке Лисмор, принадлежащем ирландскому графу сэру Ричарду Бойлю, ожидалось прибавление семейства. Новость эта была приятной, но не очень значительной, поскольку у владетельного вельможи детишек было уже довольно много. Сэр Ричард был чадолюбив. И потому, когда дворецкий доложил, что миледи разрешилась седьмым мальчиком, сэр Ричард велел лишь достать старого вина из подвала и выпалить тринадцать раз из пушки, в честь тринадцатого по счету отпрыска своей благородной фамилии.
Седьмого графского сына нарекли Робертом. Он получил, как и полагалось, сначала домашнее воспитание, а потом переехал в Итон, маленький городок на правом берегу Темзы, расположенный прямо против Виндзора. В 1446 году король Генрих VI основал здесь школу, в которой воспитывались дети аристократов.
Роберт Бойль был очень слабого здоровья, и, когда ему пошел всего двенадцатый год, отец отправил его с гувернером в Женеву. Там он учился несколько лет, потом путешествовал и вернулся в Ирландию образованным человеком. У наследовав после отца значительное состояние, Роберт Бойль сначала жил в своем поместье, где занимался философией, а потом переехал в Оксфорд, где увлекся «опытными науками».
В те годы многие отдавали свой досуг научным исследованиям. Представители самых аристократических фамилий шлифовали стекла для таких новинок, какими были в ту пору телескопы, строили воздушные насосы, не уставали удивляться опытам с магнитом и кипятили вонючие составы, наивно считая себя последователями алхимиков. Конечно, занятия эти в большинстве своем были просто данью люде. Покинув монастырские стены, наука стала светской. Для знати была она новинкой, увлечением, но и среди аристократических бездельников находились люди, способные по-настоящему увлечься поисками истины.
В Оксфорде у Бойля появились новые знакомые и связи с людьми, интересующимися наукой. Они решили создать «невидимую коллегию» — нечто вроде тайного общества любителей науки. Скоро такое же общество организовалось и в Лондоне, куда переехал Бойль.
Со смертью королевы Елизаветы в стране было неспокойно, и собираться открыто означало привлекать к себе внимание шпионов. Любителей науки могли заподозрить в заговоре.
Очень интересно описывает один французский путешественник свое посещение заседания Лондонского королевского общества в 1663 году, через два года после его официального образования. «Собираются по средам, чтобы производить бесчисленное множество опытов. Их не обсуждают (во избежание диспутов). Новое общество избрало девизом «Nillius in verba» (ничего со слов), и каждый сообщает только то, что знает, а секретарь записывает. Президент помещается за небольшим квадратным столом, а секретарь по другую сторону. Академики на лавках вокруг залы. У президента в руках небольшой деревянный молоток: он ударяет им по столу, когда кто-нибудь начинает разговаривать во время сообщения».
В то время диспуты составляли главное содержание жизни любой науки. Диспуты устраивали в колледжах, в университетах. Спорили профессора, студенты. Договорившись о предмете, месте и времени, спорили просто представители разных точек зрения. Спорили устно и письменно. И далеко не всегда миролюбиво…
Частенько в абстрактных словесных дуэлях переходили на личности. А отсюда недалеко и до рукопашной. Когда не хватало доводов, почтенные мэтры осыпали друг друга оскорблениями, срывали парики и дрались самым натуральным образом. То было время простых нравов.
Можно предполагать, что не менее буйные страсти обуревали и членов Лондонского общества. Программа сообщений, зачитанных на его собраниях в начальный период организации, весьма курьезна.
Например, один из членов Общества совершенно серьезно заявлял, что если положить на жабу, ехидну или другое ядовитое животное виннокаменной кислоты, то животные эти умирают. Другой добавлял, что то же производит ртуть. Уверял также, что животные эти не могут жить в Ирландии, не перенося ее земли. Пробовали будто бы привозить землю для этих животных из Англии; как только они по английской земле приползали к ирландской, на которой английская была разложена, не могли перейти границу и возвращались назад. После многих попыток умирали. После этого шли опыты с лягушками, которых обмазывали дегтем, поливали ртутью. И одновременно они же ставили настолько остроумные научные опыты, что даже приблизительные результаты, которые получались, давали им возможность открывать законы природы.
Бойль не любил диспутов. Избегал личных столкновений, уклонялся даже от чисто научной полемики. Он предпочитал, чтобы за него говорил эксперимент…
В середине XVII века много споров вызывали результаты опытов Эванджелисты Торричелли (1608—1647), доказывавшие, что ртутный столб в барометрической трубке поддерживается давлением воздуха.
«Как может столь легкое и подвижное вещество, как воздух, поддерживать тяжелую и плотную ртуть?» — вопрошали сомневающиеся. Особенно усердствовал некий Франциск Лин, престарелый профессор математики из города Люттиха. Он упрямо твердил, что ртуть держится в трубке невидимыми нитями. И предлагал каждому заткнуть верхнее отверстие трубки с ртутью пальцем, поднять трубку и убедиться, как присосется и потянется кожа пальца внутрь трубки.
Рисунок из книги знаменитого алхимика Василия Валентина. Рука показывает на чашу, окруженную символами семи металлов
Чувствуете новые веяния? Лин не просто ссылается на авторитет Аристотеля, провозгласившего некогда, что «природа боится пустоты», как это еще совсем недавно делали схоласты. Он оспаривает выводы Торричелли тоже на основании опыта…
Эта дискуссия побудила Бойля заняться экспериментальной проверкой. Он велел приготовить трубку-сифон с запаянным коротким концом и налил в нее ртуть. Естественно, что воздух, запертый в запаянном колене, сжался, сдерживая своей упругостью столб ртути определенной высоты и веса. Ученик Бойля Ричард Тоунлей записывал, как меняется объем воздуха с увеличением веса ртути, и заметил, что в запаянном колене это изменение, вроде бы, было обратно пропорционально весу ртути.
…Интересный результат. Бойль еще и еще раз повторил опыт, пока не исчезли последние сомнения. Похоже, что они открыли новый физический закон, связывающий изменение объема воздуха при постоянной температуре с изменением его упругости под действием воздушного давления…
Можно только удивляться и преклоняться перед искусством и прозорливостью первых экспериментаторов. Точность и надежность их приборов были столь недостаточны, что позволяли получать лишь весьма приблизительные результаты. Какова же должна быть сила мысли, чтобы получить из этого сырья золото истины!
Результаты опыта Бойля не получались у многих других экспериментаторов, пытавшихся их проверить. И лишь несколько лет спустя, после того, как во Франции те же результаты получил Мариотт, утверждение Бойля стало признанным законом природы…
С тех пор прошло больше трехсот лет, но и по сей день учат школьники закон Бойля — Мариотта в самом начале своего знакомства с физикой.
Бойль очень большое влияние оказал на развитие химии. Он первым попытался отрешиться от существующих алхимических традиций. «Химики руководствуются узкими рамками без всякого возвышенного стремления, — писал он. — Приготовление лекарств, извлечение и превращение металлов, — вот их область. Что же касается меня, я стремлюсь исходить из другой вовсе точки зрения: я рассматриваю химию не как медик или алхимик, но как философ должен ее рассматривать. Я начертал себе план химической философии и был бы счастлив, если бы мог исполнить его с помощью моих опытов и наблюдений. Если бы люди более принимали к сердцу успехи истинной науки, чем заботы о своей репутации, они легко уразумели бы, что величайшая заслуга, какую могут они оказать миру — направить свои старания на производство опытов, собирание наблюдений, не стараясь создавать теорию прежде, чем получено решение и ответ на все возникающие явления».
Конечно, будучи непосредственным наследником алхимиков, Бойль не мог полностью порвать с устоявшимися традициями. Под их влиянием он изучал горение, обжиг металлов и процессы дыхания. Однако и здесь выводы, которые он делал, не имели уже ничего общего с туманными намеками предшественников.
Рассказывают, что однажды Бойль велел Роберту Гуку, служившему куратором опытов в Грешем-колледже, где проходили заседания Королевского общества, насыпать в реторту точную весовую меру металлических опилок и запаять горло сосуда. Он сам проследил за тем, чтобы реторту Гук поставил на самое жаркое пламя. И через некоторое время, когда металл почернел и покрылся окалиной, попросил снять сосуд с огня. Гук отбил горло реторты. Наружный воздух с шумом устремился внутрь. Хорошо, значит, запаяно было на совесть. Теперь надо было тщательно взвесить вещество снова. Результат опыта заставил ученых задуматься: вес опилок после прокаливания стал больше. Почему, что могло к ним прибавиться в запаянной реторте? Может быть, сквозь стекло проникли крошечные частички «материи огня»? Это следовало проверить. Тем более, что проблемы горения, в связи с развитием металлургии, становились все более актуальными.
Что поддерживало горение? Как правильно представить себе механизм этого процесса, отказавшись от аристотелевских взглядов на огонь как на «универсальный анализатор»?
В изучении природы Бойль — всегда сторонник опыта и опытного знания. Помните: «ничего со слов».
И вот в одну из сред когда наступило время публичных демонстраций, Гук, снова по просьбе Бойля, поставил на стол горящую свечу и прикрыл ее стеклянным колпаком. Прошло немного времени, и свеча потухла. Ну и что? Это обстоятельство ничуть не удивило ученых джентльменов. Кто не знает, что в духоте, без притока свежего воздуха свечи горят плохо?
Но на этом опыт не закончился. Гук снова зажег свечу и, пристроив рядом какой-то камешек, снова прикрыл ее колпаком. На этот раз свеча не погасла. Она горела и горела, нарушая законы здравого смысла. Джентльмены стали заключать пари, сколько времени продержится пламя. Широкополые шляпы заслонили прибор. (Благородным лордам не пристало обнажать головы в галерее.) Участники измеряли время по ударам пульса. Качали буклями париков, обмахивая разгоряченные лица. Свеча все горела!..
— Мистер Гук, что за чудо?
Гук, который в глубине души считал себя куда умнее всех собравшихся здесь богатых бездельников, был страшно доволен.
— Всего-навсего селитра, джентльмены, только селитра!
Ну как же они могли забыть о ней! Ведь о селитре есть упоминания еще у Гебера. Еще в древние времена называли ее «поддерживающей огонь». В XVII веке ее использовали для приготовления пороха. Все это было хорошо известно джентльменам.
Но вот почему она поддерживала горение? Может быть, она состояла из таких же частиц, какие составляют воздух и без которых немыслимо вообще ни горение, ни дыхание?.. На это ответить Бойлю не удалось.
Р. Бойль — человек, который первым сделал из химии науку
Роберт Бойль прожил тихую и очень одинокую жизнь. После Оксфорда он скромно поселился в доме своей сестры. Никогда не был женат, не участвовал ни в каких политических интригах своего бурного времени и всячески отказывался от почестей, которые пытались ему воздать современники.
Две страсти владели им всю его жизнь: первая — неугасаемый интерес к тайнам природы, любовь к науке и работа в Лондонском королевском обществе; и вторая — изучение вопросов религии. Впрочем, в XVII веке обе эти страсти вполне могли иметь единую основу.
В декабре 1691 года Бойль умер. Он был похоронен в церкви святого Мартина, которую снесли примерно столетие спустя. И сегодня никто из англичан не знает, где находится место упокоения великого ученого. Его могила затерялась в столице страны, гордостью которой являются традиции. Странно, не правда ли?