Теплота

 

Как мы видели, существуют две формы, в которых исчезает механическое движение, живая сила. Первая это – ее превращение в механическую, потенциальную энергию путём например поднимания какого-нибудь груза. Эта форма отличается той особенностью, что она не только может превратиться обратно в механическое движение – и притом механическое движение, обладающее той же самой живой силой, что и первоначальное движение, – но также и той, что она способна лишь на эту единственную перемену формы. Механическая, потенциальная энергия никогда не может произвести теплоты или электричества, если только она предварительно не перешла в действительное механическое движение. Это, пользуясь термином Клаузиуса, «обратимый процесс».

Вторая форма исчезновения механического движения происходит в случае трения и удара, отличающихся друг от друга только по степени. Трение можно рассматривать как ряд маленьких ударов, происходящих друг за другом и друг подле друга, удар можно рассматривать как концентрированное в одном месте и на один момент трение. Трение – это хронический удар, удар – острое трение. Исчезающее здесь механическое движение исчезает как таковое. Его нельзя восстановить обратно из него самого: процесс не обратим непосредственным образом. Движение превратилось в качественно отличные формы движения, в теплоту, в электричество – в формы молекулярного движения.

Таким образом трение и удар приводят от молярных движений, предмета механики, к молекулярному движению, предмету физики.

Назвав физику механикой молекулярного движения, мы тем не менее не забываем, что это выражение вовсе не охватывает всей области современной физики. Наоборот, эфирные колебания, обусловливающие явления света и лучистой теплоты, наверное не являются молекулярными движениями в современном смысле слова. Но их земные действия затрагивают прежде всего молекулы. Преломление света, поляризации света и т. д. обусловлены молекулярным составом соответственных тел. Точно так же почти все крупнейшие исследователи рассматривают теперь электричество как движение эфирных частиц, а о теплоте Клаузиус говорит даже, что в «движении весомых атомов (лучше было бы сказать молекул) может принимать участие и находящийся в теле эфир» (Mechan, Warmetheorie, I, стр. 22) [162]. Но в случае электрических и тепловых явлений снова приходится прежде всего рассматривать молекулярные движения: это и не может быть иначе, пока наше знание эфира столь недостаточно. Но когда мы сумеем дать механику эфира, то в нее разумеется войдет к многое такое, что теперь по необходимости включается в физику.

 

160

 

Ниже мы поговорим о физических процессах, при которых изме-няется или дажа совсем уничтожается структура молекулы. Они образуют переход от физики к химии. 

Только с молекулярным движением изменение формы движения приобретает полную свободу. В то время как на границе механики молярное движение может принимать другие формы только по-рознь -— теплоту или электричество, – здесь перед нами совершенно другое разнообразие изменения формы; теплота переходит в электричество в термоэлементе, становится тожественной со светом, на известной ступени излучения производит со своей стороны снова механическое движение; электричество и магнетизм, образующие такую же пару близнецов, как теплота и свет, не только переходят друг в друга, но переходят и в теплоту, и в свет, а также в механическое движение. И это происходит согласно столь определенным отношениям, что мы можем выразить данное количество одного из этих видов энергии в любом другом -— в килограммо-метрах, в единицах теплоты, в вольтах – и можем переводить любую меру в любую другую.

Практическое открытие превращения механического движения в теплоту так старо, что от него можно считать начало человеческой истории. Как бы ни были велики предшествовавшие этому открытия, – в виде изобретения орудий и приручения животных, -— но только научившись добывать огонь с помощью трения, люди впервые подчинили себе неорганическую силу пркроды. Какое впечатление произвело на мысль человечества это гигантское открытие, еще показывают современные народные суеверия. Еще долго спустя после введения в употребление бронзы и железа праздновалось открытие каменного ножа, этого первого орудия: все религиозные жертвоприношения совершались с помощью каменного ножа. По еврейскому преданию, Иисус Навин приказал совершить обрезание над родившимися в пустыне мужчинами при помощи каменных ножей; кельты и германцы пользовались в своих человеческих жертвоприношениях только каменными ножами.  Но все это давно забыто,  чего нельзя сказать об огне, получаемом при помощи трения. Долго спустя после того, как люди ознакомились с другими способами получения огня, всякий священный огонь должен был у большинства народов добываться путем трения. Еще и поныне, согласно народному поверью большинства европейских стран, чудотворный огонь (например у нас огонь для заклинаний против поветрия на животных) может быть зажжен лишь при помощи трения. Таким: образом еще и в наше время благодарная память о первой победе человека над природой продолжает полубес-сознательно жить в народном суеверии, в остатках язычески-мифологических воспоминаний у образованнейших народов на земле.

   Однако процесс, совершающийся при добывании огня трением, еще  носит односторонний характер. Здесь механическое движение превращается в теплоту. Чтобы  завершить этот процесс, надо до- биться обратного превращения этой теплоты в механическое движение, ибо только в этом случае удовлетворяется диалектика процесса и процесс замыкается – по крайней мере на первых порах – в круге. Но у истории свой собственный темп движения, и какой бы диалекти- 

 

161

 

ческий вид ни имел ход ее, по диалектике приходится часто довольно долго дожидаться истории. Вероятно прошли десятки тысяч лет со времени открытия добывания огня трением, до того как Герон Александрийский (около 120 г.) изобрел машину, которая приводилась во вращательное движение выходящим из нее водяным паром. И прошло еще снова почти две тысячи лет, пока не была построена первая паровая машина, первый прибор для превращанпя теплоты в действительно полезное механическое движение.

Паровая машина была первым действительно интернациональным открытием, и факт этот в свою очередь свидетельствует об огромном историческом прогрессе. Паровую машину изобрел француз Папин, но в Германии. Немец Лейбниц, рассыпая вокруг себя, как всегда, гениальные идеи без заботы о том, припишут ли заслугу этого ему или другим, – Лейбниц, как мы знаем теперь из переписки Папина (изданной Герляндтом) [163], подсказал ему основную идею этой машины – применение цилиндра и поршня. Вскоре после этого англичане Сэвери и Ньюкомен придумали подобные же машины; наконец их земляк Уатт, введя отдельный конденсатор, придал паровой машине в принципе ее современный вид. Круговорот открытий в этой области закончился: удалось достигнуть превращения теплоты в механическое движение. Все дальнейшее было только улучшением деталей.

Итак практика по-своему решила вопрос об отношениях между механическим движением и теплотой. Она сперва превратила первое во вторую, а затем вторую в первое. Но какова была при этом роль теории? Довольно печальная. Хотя именно в XVII и XVIII столетиях бесчисленные описания путешествий кишели рассказами о диких народах, не знавших другого способа произведения теплоты, кроме трения, но физики этим почти совершенно не интересовались; с таким же равнодушием откосились они в течение всего XVIII в. и первых десятилетий XIX в. к паровой машине. В большинстве случаев они ограничивались простым регистрированием фактов.

Наконец в двадцатых годах Сади Карно заинтересовался этим вопросом и разработал его очень искусным образом, так что вычисления его, которым Клапейрон придал геометрическую форму, сохранили свое значение и до нынешнего дня и были использованы в работах Клаузиуса и Клерк-Максвелла. Он добрался почти до сути дела;

окончательно решить вопрос ему помешало не отсутствие фактического материала, а предвзятая ложная теория, и притом ложная теория, которая была навязана физикам не какой-нибудь злокозненной философией, а придумана ими самими при помощи их собственного натуралистического метода мышления, столь превосходящего метафизически-философствующий метод.

В XVII столетии теплота считалась – по крайней мере в Англии – свойством тел, «движением особого рода, природа которого никогда не была объяснена удовлетворительным образом». Так называет ее Т. Томсон за два года до открытия механической теория теплоты (Outline of the Sciences of Heat and Electricity, 2-nd edition, London 1840)[164]. Но в XVIII столетии все более и более завоевывал себе господство взгляд, что теплота, как и свет, электричество, магнетизм, – это особое вещество, и все эти своеобразные вещества отличаются от обычной материн тем, что они не обладают весом, что они невесомы.

 

162