Шрифт:
Закладка:
Когда Мопертюи ушел с поста президента Берлинской академии, Фридрих Великий предложил эту должность д'Алемберу. Математик-физик-астроном-энциклопедист был беден, но вежливо отказался; он дорожил своей свободой, друзьями и Парижем. Фридрих уважал его мотивы и, с разрешения Людовика XV, прислал ему скромную пенсию в двенадцать сотен ливров. В 1762 году Екатерина Великая пригласила его в Россию, в Петербургскую академию; он отказался, так как был влюблен. Возможно, узнав об этом, Екатерина настояла на своем, попросила его приехать «со всеми друзьями» и предложила ему жалованье в 100 000 франков в год. Она благосклонно принимала его отказы и продолжала переписываться с ним, обсуждая с ним свой режим и проблемы правления. В 1763 году Фридрих призвал его хотя бы посетить Потсдам; д'Алембер отправился туда и два месяца обедал с королем. Он снова отказался от председательства в Берлинской академии; вместо этого он убедил Фридриха повысить жалованье Эйлеру, у которого была большая семья. Мы надеемся встретиться с д'Алембером еще раз.
Удивительные Бернулли сделали несколько случайных вкладов в механику. Иоганн I сформулировал (1717) принцип виртуальных скоростей: «При любом равновесии сил, каким бы образом они ни применялись и в каких бы направлениях они ни действовали друг на друга, прямо или косвенно, сумма положительных энергий будет равна сумме отрицательных энергий, взятых положительно». Иоганн и его сын Даниель (1735) провозгласили, что сумма vis viva (живой силы) в мире всегда постоянна; этот принцип был переформулирован в XIX веке как сохранение энергии. Даниель с успехом применил эту концепцию в своей «Гидродинамике» (1738), современной классике в особенно сложной области. В ней он обосновал кинетическую теорию газов: газ состоит из крошечных частиц, движущихся с огромной скоростью и оказывающих давление на контейнер своими повторными ударами; тепло увеличивает скорость частиц и, следовательно, давление газа; а уменьшение объема (как показал Бойль) пропорционально увеличивает давление.
В физике тепла великим именем восемнадцатого века является Джозеф Блэк. Он родился в Бордо в семье шотландца, родившегося в Белфасте, изучал химию в университете Глазго и в возрасте двадцати шести лет (1754) провел эксперименты с тем, что мы сейчас называем окислением или коррозией; они указывали на действие газа, отличного от обычного воздуха; он обнаружил его в весах и назвал «фиксированным воздухом» (сейчас он называется углекислым газом); Блэк был близок к открытию кислорода. В 1756 году, будучи преподавателем химии, анатомии и медицины в университете, он начал наблюдения, которые привели его к теории «скрытого тепла»: когда вещество переходит из твердого состояния в жидкое или из жидкости в газ, оно поглощает из атмосферы количество тепла, не обнаруживаемое как изменение температуры; и это скрытое тепло отдается обратно в атмосферу, когда газ переходит в жидкость или жидкость в твердое тело. Джеймс Уатт применил эту теорию при усовершенствовании парового двигателя. Блэк, как и почти все предшественники Пристли, считал тепло материальной субстанцией («калория»), которая прибавляется или отнимается от материи, увеличивая или уменьшая ее теплоту; только в 1798 году Бенджамин Томпсон, граф Румфорд, показал, что тепло — это не субстанция, а способ движения, который теперь понимается как ускоренное движение составных частей тела.
Тем временем Йохан Карл Вильке из Стокгольма, независимо от Блэка, пришел к аналогичной теории скрытого тепла (1772). В серии экспериментов, о которых сообщалось в 1777 году, шведский ученый ввел термин «лучистое тепло» — невидимое тепло, выделяемое горячими материалами; он отличил его от света, описал линии его движения, отражение и концентрацию зеркалами и подготовился к последующему соотнесению тепла и света как родственных форм излучения. Вильке, Блэк, Лавуазье, Лаплас и другие исследователи определили приблизительное значение «абсолютного нуля» (самой низкой температуры, возможной в принципе). Англичане приняли в качестве единицы тепла то количество, которое повышает температуру фунта воды на один градус по Фаренгейту; французы, да и весь континент в целом, предпочитали использовать то количество тепла, которое повышает температуру килограмма воды на один градус по Цельсию.
В XVIII веке теория света практически не продвинулась, поскольку почти все физики приняли «корпускулярную гипотезу» Ньютона, согласно которой свет — это излучение частиц из объекта в глаз. Эйлер возглавил меньшинство, которое отстаивало волновую теорию. Вслед за Гюйгенсом он предположил, что «пустое» пространство между небесными телами и другими видимыми объектами заполнено «эфиром» — веществом, слишком тонким для восприятия нашими органами чувств или приборами, но на которое наводят явления гравитации, магнетизма и электричества. Свет, по мнению Эйлера, — это колебания в эфире, так же как звук — колебания в воздухе. Он различал цвета, обусловленные различными периодами колебаний световых волн, и предвосхитил современное отнесение синего света к самому короткому периоду колебаний, а красного — к самому длинному. Пьер Бугер подтвердил экспериментом то, что Кеплер разработал теоретически: интенсивность света изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от его источника. Иоганн Ламберт разработал способы измерения интенсивности света и сообщил, что яркость Солнца в 277 000 раз больше яркости Луны; это, как и наше детское богословие, мы должны принимать на веру.
2. ЭлектричествоСамые блестящие достижения физики XVIII века были связаны с электричеством. Электричество трения было известно давно; Фалес Милетский (600 г. до н. э.) знал о способности янтаря, струи и некоторых других веществ при трении притягивать легкие предметы, такие как перья или солома. Уильям Гилберт, врач королевы Елизаветы, назвал эту притягательную силу «электроном» (от греческого ēlektron — янтарь), а на латыни — vis electrica. Следующим шагом было найти способ проводить и использовать это статическое электричество. Герике и Хауксби искали такие способы еще в XVII
