Среда, 27 марта 2019 года

2011-10-13    ::   «Немного истории»    ::   Pelikan
Человек, взвесивший Солнце, Землю и Англию (начало)

После создания механики Ньютона и определения размеров Солнечной системы стали известны отношения масс планет и Солнца друг  к другу,  но вот выразить эти массы в килограммах, фунтах, пудах и т.п. единицах  "человеческого масштаба" было сложней. Казалось бы, массу небесного тела легко определить по тому влиянию, которое она производит на окружающий мир - например, о массе Солнца можно судить по периоду обращения Земли  T вокруг него, но... не тут-то было! 

Продолжительность года T выражается через массу Cолнца M и  радиус земной орбиты R формулой T2 = 4π2R3/(GM), масса Солнца в этой и других подобных формулах появляется только в комбинации GM, где G - гравитационная постоянная. Поэтому "взвесить" планеты и Солнце удалось лишь после опытов Кавендиша 1798 года по определению гравитационной постоянной - ему удалось измерить ничтожную силу притяжения между металлическими шарами известной массы.

Эксперименты Кавендиша стали возможными после изобретения Шарлем Кулоном в 1784 году крутильных весов - чувствительного прибора для измерения слабых сил. У крутильных весов имеется горизонтальное плечо, подвешенное в центре на тонкой проволоке, которая закручивается вокруг вертикальной оси под действием измеряемой силы. На проволоке закреплено зеркальце, отражающее падающий на него луч света. Благодаря зеркальцу, ничтожное закручивание проволоки можно заметить по смещению зайчика на удалённом экране. Просто, как всё гениальное!

Сам Кулон применил своё изобретение для измерения электрических сил,  а англичане Мичелл и Кавендиш додумались применить их к измерению гравитационной постоянной и таким образом определили массы Солнца и планет, имеющих спутники. Будучи состоятельным человеком, Кавендиш, в отличие от Кулона, в принципе мог себе позволить интерес к устройству мироздания, не особо оглядываясь на "социальный заказ". Тем не менее, его научная деятельность выдаёт вполне типичного естествоиспытателя: он разработал методику собирания, очистки и изучения газов, с помощью которой  ему удалось  в 1766 измерить плотность водорода и углекислого газа, он также впервые окислы азота и азотную кислоту.

Часто Кавендишу приписывают открытие химической формулы воды и определение состава воздуха, но в реальности дело было не совсем так. Он мог бы установить  химический состав воды по своим опытам по сжиганию водорода 1781-84 годов, если бы не одно "но". Кавендиш до конца своих дней был убеждённым сторонником теории флогистона; плюс к тому в Европе тогда господствовала аристотелевская теория четырёх первичных элементов, одним из которых была как раз вода.

Под флогистоном подразумевалась некая невесомая субстанция (или даже субстанция с отрицательным весом), которая выделяется сжигаемым материалом при горении. Много усилий было потрачено на изучение способности окружающей среды к поглощению флогистона. Считалось, что воздух, лишённый флогистона (ныне именуемый кислородом), впитывает флогистон как губка воду и за счёт этого поддерживает горение, в то время как воздух, насыщенный флогистоном (ныне - смесь углекислого газа и азота) горения не поддерживает. При этом углекислый газ интерпретировался как "связываемая компонента флогированного воздуха". Выделив водород в чистом виде и убедившись в его малой плотности, Кавендиш считал, что он получил почти чистый флогистон.

Поэтому образование воды в результате сжигания водорода для Кавендиша вовсе не означало, что вода состоит из водорода и кислорода. Результаты своих экспериментов Кавендиш интерпретировал так:

«Имеются все основания полагать, что кислород - это всего лишь вода, лишенная флогистона, а водород представляет собой либо обогащенную флогистоном воду, либо флогистон в чистом виде, но скорее всего первое».

(Кислород тогда назывался "дефлогированным воздухом", а водород - "горючим воздухом"; по Кавендишу, эти два типа воздуха различались лишь содержанием воды.)

Лавуазье, несмотря на проигрыш Кавендишу в технике эксперимента, первым догадался, что горение не есть выделение флогистона, а совсем даже наоборот: горение - это соединение горючего вещества с кислородом. Именно Лавуазье первым решился отойти от старых догм и заявить (в 1783 году), что вода есть соединение водорода и кислорода. Чуть позже он продемонстрировал, что воду можно разложить на водород и кислород, из которых её снова можно "собрать", тем самым поставив крест на аристотелевской теории четырёх элементов и нанеся ощутимый удар по теории флогистона.

Что касается "определения состава воздуха", то сторонники флогистона даже и не ставили проблему таким образом. Воздух не считался ими состоящим из отдельных компонентов, а подразделялся на богатый или бедный флогистоном. 

Поэтому, фактически выделив из воздуха азот и даже оценив в нём примесь аргона, Кавендиш не стал публиковать описание своих экспериментов - и честь открытия азота принадлежит менее последовательному приверженцу флогистона шотландцу Д.Резерфорду, учившемуся, как и Кавендиш, у Блэка (Блэку принадлежит честь открытия углекислого газа). Открытие углекислого газа в 1754 имело огромное значение, поскольку он выделялся и поглощался разными веществами и поэтому был интерпретирован как отдельный элемент, что не укладывалось в учение Аристотеля.

Тем не менее, окончательные похороны и теории четырёх элементов, и учения о флогистоне, - а также превращение алхимии в химию состоялось в 1780-е именно во Франции; в то время как  в Англии даже в 1800 выходили статьи в защиту флогистона. Логическая система химической номенклатуры была разработана усилиями Лавузье, Бертолле, Гитона и де Фуркуа к 1787 году: число элементов было увеличено до 33 (31 из них присутствует и в таблице Менделеева), при этом по названиям веществ стало возможным  определять те элементы, из которых они состоят (например, хлорид натрия состоит из натрия и хлора).

Предприимчивые французы обошли англичан и в практическом применении достижений пневматической химии: именно под влиянием опытов Кавендиша и Блэка с водородом Монгольфье стал думать о воздухоплавании, а Шарль осуществил в августе 1783 полёт на воздушном шаре, наполненном водородом.

Во Франции и Америке возникли идеи о военном применении воздушных шаров, а в Англии... В ноябре 1783 Королевское общество ответило на запрос Георга III, что от воздухоплавания не следует ожидать какой-либо пользы.

Впрочем, мы слишком отклонились от биографии нашего героя. Генри Кавендиш родился в 1731 в Ницце в аристократической семье, по отцовской линии он приходился внуком второму герцогу Девоншира, по материнской - первому герцогу Кентскому. Интерес к пневматической химии, и экспериментальную ловкость Генри Кавендиш унаследовал от отца, успешного метеоролога. Он рано лишился матери; возможно, этим объясняются некоторые странности его характера. В 1749 Генри стал двадцать первым из рода Кавендишей, поступившим в Кембриджский университет. Его младший брат Фредерик, также студент Кембриджа, стал инвалидом в результате неудачной попытки повторить эксперимент Франклина с молнией. Генри проучился 4 года, степени не получил; но в 1760 - не имея ни степени, ни опубликованных работ - стал полноправным членом Королевского общества. В 1773 Генри унаследовал огромное состояние от дяди, став одним из богатейших людей Англии (французский физик Био не без ехидства называл его самым богатым из учёных и самым учёным из богатых). Разбогатев, он стал заносчив с простыми людьми и даже считал ниже своего достоинства общение с ними (со слугами так вообще общался жестами и записками, требуя, чтоб они не попадались на глаза) - хотя при этом он оказывал финансовую поддержку нуждающимся студентам и учёным. Семьи Кавендиш не имел, состояние (700 тыс. фунтов плюс 6 тыс. фунтов годового дохода) завещал Уильяму  Кавендишу, пятому герцогу Девоншира. Королевское общество было ему домом и семьёй: он никогда не пропускал еженедельных собраний клуба, иногда собирал друзей у себя дома.

Здесь будет уместно вспомнить о знаменитой Кавендишской лаборатории (по сути физфаке  Кембриджского университета), давшей миру 29 (двадцать девять) нобелевских лауреатов. Часто пишут, что она названа вовсе не в честь Генри, а в честь Уильяма Кавендиша (1808-1891) - седьмого герцога Девоншира, пожертвовавшего, в отличие от Генри, крупную сумму на её создание.  По сути это не совсем верно, ибо наука была семейным делом Кавендишей на протяжении многих поколений.

Уильям Кавендиш (седьмой герцог Девоншира) в 28 лет стал ректором: в 1836-56 он возглавлял Лондонский и в 1856-91 Кембриджский университет; 16 июня 1874 года состоялось торжественное открытие его детища - трёхэтажного здания Кавендишской лаборатории. В тот же день Уильям Кавендиш передал Джеймсу Максвеллу, возглавившему лабораторию,  двадцать пакетов с рукописями Генри Кавендиша.

И вот здесь начинается самое интересное, но об этом в следующей части :)

Order Viagra Professional Cialis Professional Ingestion Cialis Professional Side effects Cialis Professional Order Kamagra 100mg Oral Jelly UK Cheap Kamagra 100mg Oral Jelly Kamagra 100mg Oral Jelly How To Use Original Viagra Use Original Viagra Pills For Sale Generic Sildenafil 100mg Tablet Cheap Generic Viagra 100mg Cialis Original 5 Mg Original Cialis 20mg Buy Generic Cialis 20mg Generic Cialis Uk Suppliers
Viagra Bestellen Viagra kaufen viagra kaufen ohne rezept viagra frankreich Cialis 40mg Cialis bestellen Cialis 20mg Viagra Generika Kamagra 100mg Priligy Dapoxetin viagra apotheke Cialis ohne rezept viagra rezept cialis rezept Levitra kaufen Sildenafil kaufen Viagra preis Propecia