А. Н. ПЫЛКОВ.
Со времен глубокой древности греческие философы пытались разрешить вопрос о сущности вещества. В те времена еще невозможна была постановка строгого опыта, слишком еще примитивны были приборы для исследования явлений природы, слишком мало было выработано методов, которыми можно бы было обнаружить ее сокровенные тайны. Понятно, что, вследствие этого, прибегали для объяснения окружающих явлений больше всего к одним лишь логическим выводам. В VII веке до р. Х. греческий мудрец Филес высказал мысль, что «все сущее произошло из воды; если вода сгустится, то она делается землею, если испарится, то становится воздухом». В VI веке Анаксимен предполагал, что «все существующее произошло из воздуха путем сгущения и разрежения его». В IV веке Гераклит за начальную субстанцию признавал огонь, так как все можно было, при известных условиях, превратить в огонь. Наконец, Эмпедокл и Аристотель создали теорию происхождения мира из четырех стихий или элементов: воздуха, воды, огня и земли. Для одухотворения этих стихий служит оживляющим началом «эфир». Это представление о том, что все тела состоят из различных комбинаций двух, трех и четырех стихий, держалось очень долго, до средних веков, когда алхимики начали создавать новые теории о тончайшем строении материи. Мысль о том, что вещество не может быть бесконечно делимо, не давала покоя мудрецам и завершилась учением Демокрита об атомах. По представлениям древних, мир был сложен из атомов и дальше атома материя не могла быть делима, ибо тогда ей бы грозило уничтожение.
Средневековье приняло учение древних, как руководящую теорию, но зато само стало на путь эксперимента. Гонимые церковью за связь якобы с нечистою силою, задыхаясь в тисках инквизиции, алхимики все же, не переставая, делали опыты познания тайн природы и вещества. Многие из них были шарлатанами, многими руководила алчность получить золото и обогатиться, но многие из них и просто болели благородным недугом — разрешить вековые вопросы. Изменчивость вещества в природе возбудила мысль о том, что существует начало, превращающее вредное в полезное, негодное в годное, бесценное в ценное. Это вещество, изменяющее те или другие признаки материи, назвали «философским камнем», который упорно искали везде, где возможно. Тысячи самых нелепых опытов делались бесплодно, но нельзя сказать, что в общем эти изыскания остались бесполезными. Было открыто много веществ, которые стали необходимы для человека, несмотря на то, что не были, в конечном результате, философским камнем. Приведем, как пример, открытие фосфора. Алхимик Иоганн Брандт подвергал накаливанию металлы с остатками от выпаривания человеческой мочи. Тогда у алхимиков было глубокое убеждение, что «великий элексир» или «магистериум», как иначе называли философский камень, именно и должен находиться в самых негодных отбросах. Брандт, накаливая металлы с золою мочи, был глубоко убежден, что может получить в конце концов золото. Но оказалось, что получилось совсем неожиданное вещество желтого цвета, страшно горючее, загорающееся от трения и удара, светящееся в темноте — фосфор — «Noctiluca constans», как назвал ее Кирхмейер. Сколько пользы принесло это открытие, мы уже знаем. Без фосфора очень трудно было получать огонь, который так необходим в жизни человека. Фосфор дал возможность изготовлять спички и сделать добывание огня простой мгновенной операцией. А сколько пользы принес фосфор науке, об этом мы не будем и распространяться.
Изыскания алхимиков поколебали теорию древних о сложении мира из четырех стихий. Стало создаваться другое понятие об элементе. Под элементом стало пониматься уже не философски абстрактное, а конкретно простейшее или начальное вещество. Пока подходили к современному понятию об элементе, не мало было курьезных теорий. В XV столетии жил крайне заносчнивый и самонадеянный врач и алхимик, носивший очень длинное наименование: Филипп Ауреол Теофраст Парацельс Бомбаст фон Гогенгейм, который утверждал, что все существующее состоит из трех элементов: ртути, серы и масла. По мнению Парацельса, все болезни у человека происходили, если равновесие между упомянутыми элементами нарушалось.
Понятие об элементе, как это принимается в настоящее время, утвердил английский физик и химик Роберт Бойль (1627—1691 г.): «все тела в природе состоят не из четырех начал или четырех стихий древних, а лишь из тех простейших веществ, которые из них можно выделить». С этих пор химики индивидуализируют материю и отличают свойства каждого химического индивидуума — элемента.
После установления понятия об элементах и физики, и химики с давних пор занимались вопросами о причинах образования из элементов химических соединений. То обстоятельство, почему атом одного элемента соединяется с другим, Бойль назвал сродством. Однако, никому в голову не приходило очень простой мысли взвешивать тела до соединения и после, а равно и измерять объемы. Количественный метод лишь позже проник в химические исследования. Этим объясняется создание нелепых теорий, вроде той, которая была высказана с большой полнотою доктором Георгом Сталем (1660—1734 год). Эта теория получила название флогистической, и она отличалась, на первый взгляд, действительно подкупающей ясностью. Понятие об элементе, было еще очень шатко и потому Сталю легко было перевернуть взгляд ученых так, что простыми телами стали называться руды и земли, из которых выплавлялись металлы, а сами металлы стали считаться сложными соединениями руды с горючим началом флогистоном. Только французскому юристу, королевскому чиновнику и администратору, занимавшемуся химией для своего удовольствия, Антуану Лавуазье пришла в голову простая мысль — взвешивать тела при всех химических операциях. Лавуазье очень просто доказал, что руды — сложные тела, а металлы — простые, так как вес всякого металла, выплавленного из руды меньше веса самой руды. Лавуазье быстро склонил на свою сторону большинство современных ему химиков и заслужил, по справедливости, название великого ученого и творца современной химии. Мы должны оговориться, что еще до теории Лавуазье среди некоторых ученых возникало сомнение в справедливости теории Сталя. Эти сомнения выразил Эдинбургский профессор химии Блэк (1728—1799 г.) и наш скромный первый русский ученый М. В. Ломоносов (1712—1765 г.). К сожалению, его сомнениям вряд ли кто внял бы: гениальные идеи Ломоносова на несколько столетий опередили идеи и понятия его современников.
За атомом любого элемента надолго установилось понятие о его прочности и незыблемости. Атом элемента, вступая в соединения, правда, терял свои индивидуальные свойства; однако, выделенный из него вновь приобретал те же свойства. Никогда не бывало, чтобы, соединив свинец с кислородом, мы могли бы, обратно, из полученной окиси свинца, отняв кислород, получить, напр., ртуть или золото. Элемент — это химический индивидуум, свойства которого за ним, как казалось, утверждены непоколебимо.
Много столетий протекло в условиях этого понятия. Однако, в объяснениях физико-химических явлений было как бы что-то недоговоренное, которое даже великие умы игнорировали, обходя осторожно границы неизвестного. Например, очень трудно было удовлетворительно объяснить все случаи свечения или фосфоресценции тел. Правда, свечение фосфора в темноте объяснялось довольно удовлетворительно медленным соединением атомов фосфора с кислородом воздуха, медленным горением. Однако, когда дело касалось некоторых, т. наз. «светящихся составов» — сернистых соединений кальция, бария и др. металлов — объяснения могли быть приняты с большой натяжкой. И хотя теория еще не могла объяснить, откудя в этих веществах берется энергия, практики все же пользовались их свечением, изготовляя светящиеся в темноте цифры у циферблатов часов. Любопытно было и то, что чистые сернистые соединения перечисленных металлов не светились. Кроме этих явлений, давно уже шел спор о загадочной сущности электричества вообще. Сначала электричество признавалось материальным — («электрическая невесомая жидкость»), затем признали в нем вид энергии, наконец совсем отказались обсуждать этот вопрос. Между тем, электричество стояло все время в глазах ученых, находясь в каждом веществе, подсказывало разрешение самых коренных вопросов сущности материи и, однако, никто не был достаточно внимательным, чтобы усмотреть в электричестве разгадку строения атомов. Точно так же темным местом было сродство атомов. Почему два атома элемента с различными индивидуальными свойствами давали частицу соединения, в котором свойства данных атомов совершенно исчезали, заменяясь новым? Все эти вопросы стали проясняться в свете того величайшего открытия, которое сделали французские ученые в конце XIX столетия. Французский физик Анри Беккерель открыл в урановой руде особые излучения, а супруги Пьер и Мари Кюри в 1898 г. выделили из урановой руды новый элемент радий, свойства которого были совершенно необычны. Он сильно светился в темноте и при этих излучениях было замечено истечение электричества с потерею самого вещества радия. Рядом точнейших и остроумнейших опытов было доказано, что, происходя из урана с атомным весом 238, радий, атомный вес которого 226, вместе с самопроизвольной потерею электрической энергии, превращается в два другие газообразные элемента: нитон, с атомным весом 222 и гелий с атомным весом = 4. В свою очередь, нитон или эманация радия испытывает дальнейший распад и превращается в ряд других, так называемых радиоэлементов с еще меньшим атомным весом, пока не дает в конечном результате радиосвинец, по химическим свойствам тождественный давно известному свинцу с атомным весом = 207. Понемногу ученые стали освобождаться от предвзятого взгляда на неизменность атома и возникла трансмутационная теория, т. е. теория изменчивости атома. Кроме атомов, которые при обычных химических взаимодействиях выделялись неизменными, и за которыми установилось понятие — атомы с продолжительной химической жизнью, было открыто множество радиоактивных элементов с кратковременной химической жизнью. Вскоре ученые установили, что от урана самопроизвольно родится ряд из 27 элементов. Монреальский профессор физики Э. Рётсерфорд ( по-английски пишется E. Rutherford) открыл радиоактивные свойства у элемента тория, и около последнего также образовался ряд из 11 радиоэлементов. Кроме того, тот же Рётсерфорд, совместно с другим английским профессором, Фредериком Содди, с величайшей дерзостью выразили взгляд на дезинтеграцию атомов. Эти открытия приобрели мировое значение в науке. Благодаря перемене своих воззрений, ученые как бы заглянули в тайны творения вещества. Ведь и раньше делались попытки объяснить многообразие атомов происхождением их из более простого вещества. Исходя из легкости водорода, английский химик-физиолог Вильям Проут (1785—1850 г.) сделал предположение о том, что каждый другой атом является комбинацией из водородных атомов. Но такое представление только тогда могло утвердиться, когда атомные веса всех элементов были бы целыми кратными числами к атомн. весу водорода; однако, оказалось, что атомный вес любого элемента выражался некоторым целым числом с бесконечной дробью. Открытие радия и других радиоэлементов и исследование их свойств сразу выяснило, в чем здесь секрет. По современным понятиям, атом каждого элемента не представляет последнюю неделимую часть вещества: в конечном результате он состоит из электронов, т. е. частичек отрицательного и положительного электричества. Положительные электроны составляют ядро атома, кругом которого по орбитам вращаются отрицательные электроны. Мир атомов, это микрокосмос, напоминает планетные системы во вселенной. В ничтожном атоме проявляется то же строение, которое заложено в основе величайших планетных систем — удивительное единство устройства всего мира. Мы в настоящее время овладели многими законами, формулирующими происхождение вещества.
Слишком много бы пришлось сказать для того, чтобы обнять все представления, какие дал новый взгляд на устройство материи, но самым поразительным в этом взгляде является то, что разница между материей и энергией становится все меньшей и меньшей. Ведь самым существенным свойством материи является вес; по нему мы и отличаем материю от энергии. Но что такое вес? Существенное ли это свойство материи, или нет? Вес есть сила тяжести, притяжение земли. Уничтожьте силу тяжести, что останется от материи? А в распадающемся атоме мы видим, что и положительные и отрицательные электроны летят из глубины его, не подчиняясь законам тяготения. И выходит, что сомнения в существовании материи, которыми мучился великий англичанин Михаил Фарадей, справедливы. Пожалуй, что в мире существует одна общая единая и вечная энергия, а материя изобретена человечеством лишь потому, что, не остановись она на этом понятии, трудно бы было классифицировать и уяснить всю грандиозность явлений природы.
А. Пылков.