Отчего, например, происходит расширение нагретых тел? Раздвигает ли их вторгшаяся извне «теплотворная материя»? Или что другое? «Расширение нагретых тел происходит от расширения заключающегося в них воздуха», — приходит ему на ум. «Отсюда нельзя вывести и заключить, что материя теплоты сохраняется в нагретом теле», — тотчас же записывает он другую, мелькнувшую, как молния, мысль, подкрепляемую наблюдением из повседневного опыта (Заметка № 93). Ведь «твердые металлы плавают на расплавленных, совсем как лед на воде» (Заметка № 92). Почему же лед и холодный металл менее плотны?
«Положим, что при самом сильном морозе, под арктическим кругом, ударится сталь о кремень. Мигом выскочит искра, т. е. материя теплоты. Положим, что зажигается большая куча пороху», — записывал Ломоносов (Заметка № 182). Откуда же тогда берется пресловутая «теплотворная материя»? «Животное тело непрерывно испускает теплоту, но никогда не принимает ее в себя; следовательно, теплота не зависит от сосредоточения посторонней материи, а есть некоторое состояние тела» (Заметка № 212).
«Не следует выдумывать много разных причин там, где достаточно одной; таким образом, раз центрального движения корпускул достаточно для объяснения теплоты, так как оно может увеличиваться до бесконечности, то не следует придумывать других причин», — записывает он (Заметка № 121). Ломоносов все более и более укрепляется в мысли, что причину теплоты надо искать в состоянии собственной материи тела, а не в притекающей к нему извне при загадочных обстоятельствах. Он высказывает эту мысль в своей работе «О нечувствительных частицах тел» почти одновременно с приведенными заметками. Для него становится ясно, что если «никакое изменение тел не может происходить без движения», то и теплота состоит в движении, «преимущественно во внутреннем движении собственной материи».
Теперь уже Ломоносов ищет и собирает доводы против общепризнанной теории «теплотвора». Он находит их прежде всего в наблюдениях над состоянием тел под воздействием теплоты. В физических и особенно химических явлениях, происходящих при нагревании тел, таится много загадок «Некоторые тела в нагретом виде ковки, в охлажденном — хрупки, в расплавленном — прозрачны, в застывшем — непрозрачны», — записывает он (Заметка № 118). Как согласовать это разнообразие в изменении тел при нагревании с теорией извне притекающей однородной «теплотворной материи»? Неужто одна и та же посторонняя тепловая материя способна произвести столь различные превращения тел?
Отчего снег, смешанный с солью, становится холоднее, и при этом всё же тает, а вода в окружающем его сосуде превращается в лед? И тут что-то неладно с «теплотворной материей»! И Ломоносов записывает: «Снег, тая от соли, делается холоднее; поэтому, если бы теплота представляла собой концентрированную теплотворную материю, то, несомненно, теплотворная материя скорее изгонялась бы в противоположное тело, т. е. в воду, и оно делалось бы теплее, а не превращалось бы в лед» (Заметка № 122).
Если вес металла увеличивается при обжигании оттого, что в него входит «теплотворная материя», как думают сторонники этой теории, то почему же когда обожженный металл или окалина остывают, то вес остается прежним, увеличенным? Или застрявшая в металле «теплотворная материя» «забыла о своей природе», тогда как ей надлежало бы оставлять тело все время теплым, пока она в нем находится или пока тело остается более тяжелым, чем прежде. Вдобавок само восстановление окалин до металлов, когда они снова теряют приобретенный вес, производится тем же огнем, что и окаливание. Почему же, спрашивает Ломоносов, «один и тот же огонь то внедряет в тела свою теплотворную материю, то изгоняет ее оттуда?»
7 декабря 1744 года Ломоносов закончил и представил в академическую Конференцию свою диссертацию: «Физические размышления о причинах теплоты и холода». 21 и 25 января 1745 года он докладывал ее профессорскому собранию. Взгляды его к тому времени окончательно установились. Он решительно отвергал теорию «теплорода»!
Горячность, с какой адъюнкт Ломоносов защищал выставленные им положения, озадачивала академиков-иностранцев, ценивших прежде всего свое собственное мнение и совершенно не приученных к тому, чтобы молодой ученый, да еще русский, так смело выступал по важнейшим вопросам науки.
Особенно сильное впечатление произвело на них то, что Ломоносов не посчитался даже с авторитетом Роберта Бойля и позволил себе заметить, что тот во время своих опытов «не всё достаточно учел», да и сами эти опыты «не свободны от подозрения», так как «автор при них не присутствовал, а часто поручал их выполнение какому-то работнику». Ломоносов оспаривает выводы Бойля и указывает на их противоречивость.
В протоколе заседания Конференции от 25 января 1745 года по поводу диссертации Ломоносова было записано, что хотя, по мнению академиков, «похвально прилежание и желание господина адъюнкта заняться теорией теплоты и холода, но им кажется, что он слишком рано взялся за дело, которое, по видимому, пока еще превышает его силы». Приведенные им «доказательства», с помощью которых он пытается частью установить, частью опровергнуть различные внутренние движения тел, отнюдь недостаточны, а главное, на что наставительно указывалось адъюнкту, «чтобы он не старался порицать Бойля, весьма знаменитого в ученом мире». «Г-н адъюнкт уверял, что он это сделал без умысла», — отмечает протокол.
Ломоносов и не собирался нападать на Бойля. «На людей, имеющих заслуги перед республикой науки, я не буду нападать за их ошибки, а постараюсь применить к делу их добрые мысли», — записал он в своих подготовительных заметках к диссертации. Но, разумеется, он не мог не подвергнуть критике его положения, если пришел к другим выводам.
Ломоносов остался при своем убеждении и только постарался развернуть свои доказательства с еще большим блеском и неотразимой силой. [179]
Столь же важно было для Ломоносова решить вопрос о природе света. Передается ли свет путем колебательных волнообразных движений тончайшего эфира, наполняющего собой всю вселенную, как учили в свое время еще Декарт и Гюйгенс, или представляет собой некую особенную материю, испускаемую светящимся телом, как уверяют Ньютон и его последователи?
Ломоносов считает своим долгом самостоятельно исследовать этот вопрос. В существовании некоей еще одной особенной материи он сомневается и склоняется к теории «зыблющегося движения», возбуждаемого светящимся телом в эфире. [180]
При решении этой проблемы он стремится найти в ней такие стороны, которые связывали бы ее со всеми остальными его представлениями в единую стройную физическую картину мира.
В особенности его интересует вопрос о взаимной связи явлений света и тепла. Накаленные тела начинают испускать свет, что-то отдают в пространство. В то же время свет, собранный зажигательным стеклом, способен нагревать и даже воспламенять некоторые предметы. Но связь между теплом и светом не так проста.
«Теплота и свет различны, — записывает он, — так как лучи, отраженные от зеркала, больше светят, но меньше греют, чем прямые» (Заметка № 208). Более того, «фокус зажигательного зеркала, полученный от луны, не производит никакого изменения температуры», — делает он выписку из «Химии» Бургаве (Заметка № 20). Ломоносов обращает внимание на то, что «тела зажигаются при помощи ледяных чечевиц». И он приходит к выводу, что «теплота образуется не из материи, выходящей из солнца, но путем сгущения и собирания центрального движения в одну точку» (Заметка № 262). Таким образом Ломоносов искал объяснений связи тепла и света в передаче теплового движения через эфир.
Ломоносов изучает явления преломления и отражения явления света. Он начинает все больше и больше уделять внимания инструментальной оптике, которая должна обеспечить его необходимыми средствами для исследования.
Его привлекает мысль о создании мощного зажигательного прибора, который позволил бы ему поставить целую серию новых и оригинальных опытов и, кроме того, мог бы представить и непосредственный практический интерес.