Почему зимой при безветренной ясной погоде внезапно наступают холода? Ломоносов высказал гипотезу: причина в нисходящих потоках холодного воздуха. Откуда он поступает к земле? Из «средней части атмосферы», где «не весьма высоко над головами нашими надстоит всегда сильной зимы строгость». Так он соединил представление о морозном слое Земли с конкретными локальными вертикальными перемещениями воздушных масс атмосферы.
Вполне возможно, что такое явление мы наблюдаем в средней полосе весной во время так называемых «черёмуховых холодов». Идёт бурный рост растений, активно поглощающих атмосферную двуокись углерода, углекислый газ. Его называют «парниковым», ибо он, как некоторые другие газы (в частности, водяной пар), задерживает отражённые земной поверхностью солнечные лучи. При недостатке в воздухе этих газов, отражённая солнечная энергия уходит в космическое пространство, а к земной поверхности опускаются холодные массы воздуха.
Прославленный математик, физик, астроном Леонард Эйлер написал в Петербургскую академию, членом которой являлся, отзыв на «Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих»: «Проницательный Ломоносов о течении сей тонкой материи в облаках рассуждая, великую помощь подаст тем, которые в сем исследовании хотят своих сил отведать. Так же преизрядны его размышления о нисхождении верхнего воздуха и о внезапных морозах» (1754).
В ту пору наметилось противостояние физико-математического и естественно-исторического познания Природы. Наиболее ярким представителем первого направления был прославленный Исаак Ньютон. Он оставался кабинетным и лабораторным учёным, астрономом, физиком, математиком. Единство мироздания он предполагал как проявление абсолютного пространства и времени. Олицетворял это единство Бог.
В «Математических основаниях натуральной философии» он изложил своё кредо: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений». Но там же в заключительной главе сказано: «Изящнейшее соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе, как по намерению и власти могущественного и премудрого Существа». (Поистине обожествление механических движений, доступных математическому описанию!)
И ещё: «От слепой необходимости природы, которая повсюду и всегда одна и та же, не может происходить изменение вещей. Всякое разнообразие вещей, сотворённых по месту и времени, может происходить лишь от мысли и воли Существа необходимо существующего».
Иначе видел, ощущал, познавал земную природу Ломоносов. Она была для него живой, находящейся в постоянном движении, первопричина которого нам неизвестна (если она вообще была). Ломоносов при необходимости использовал математику, занимался физикой и химией, но всегда имел в виду единство природы. Это определило его достижения во многих областях знания.
Природа молнии
Во времена Ломоносова вспышка научного творчества была связана с изучением светоносного электричества – природного (молния) и техногенного.
Исаак Ньютон, наблюдая миниатюрный разряд между иглой и наэлектризованным телом, отметил: «Искра напомнила мне о молнии в малых, очень малых размерах». Почти на 20 лет раньше один из членов Лондонского королевского обществ сообщил: натирая шерстью большой кусок янтаря, «получил искру почти в дюйм длиною; при этом раздался такой звук, точно в печке треснул кусок угля».
Американский учёный и политический деятель Бенджамин Франклин предоставил Лондонскому Королевскому обществу свои заметки об электрических явлениях в атмосфере и при лабораторных опытах. Он был под стать Ломоносову. Работал с детских лет, самоучкой овладел основами философии, естествознания. Разделял идеи французских просветителей, участвовал в создании Декларации независимости. Франклин собрал сведения о течении Гольфстрим и дал ему это имя, составив его первую карту. Изучал проблему стоимости товаров. Человека определил так: животное, делающее орудия труда.
«Через всю телесную природу, – писал он, – распространяется очень тонкая материя, которая является основанием и причиной всех электрических явлений», а «обычная материя – это род губки для электрической жидкости». Он установил принцип действия электрического конденсатора (лейденской банки): на двух её обкладках, разделённых диэлектриком, возникают разноименные электрические заряды. По его предложению их стали обозначать значками «+» и «—».
В изобретенном Франклином «электрическом колесе» под влиянием сил отталкивания и притяжения вращался лёгкий диск. Опыт показал, что электроэнергия может превращаться в механическую. Франклин создал первый в мире молниеотвод; изобрел лампу для уличных фонарей, отсеки в трюмах судов, кресло-качалку. Он считал важной задачей учёного – приносить как можно больше пользы обществу.
Что нового привнес в эту область знаний Ломоносов?
Он начал планомерно изучать атмосферное электричество. Такие же исследования проводил его друг академик Георг Вильгельм Рихман, который вывел носящую его имя формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей; исследовал закономерности охлаждения тел, зависимость испарения от состояния среды. Рихман положил начало изучению электричества в России. Изобрёл измерительный прибор – «электрический указатель» и открыл в 1750 году явление электростатической индукции. Он разрабатывал вместе с Ломоносовым конструкции громоотводов. Ему суждено было стать жертвой науки. И только по счастливой случайности то же не произошло с его соавтором.
Вот что сообщил Михаил Ломоносов в письме графу Ивану Шувалову 26 июля 1753 года: «Что я ныне к Вашему превосходительству пишу, за чудо почитайте, для того что мёртвые не пишут. И не знаю ещё или по последней мере сомневаюсь, жив ли я или мёртв. Я вижу, что господина профессора Рихмана громом убило в тех же точно обстоятельствах, в которых я был в то же самое время.
Сего июля в 26 число в первом часу пополудни поднялась громовая туча от норда. Гром был нарочито силён, дождя ни капли. Выставленную громовую машину посмотрев, не видел я ни малого признаку электрической силы. Однако пока кушанье на стол ставили, дождался я нарочитых электрических из проволоки искор, и к тому пришла моя жена и другие; и как я, так и они беспрестанно до проволоки и до привешенного прута дотыкались, затем что я хотел иметь свидетелей разных цветов огня, против которых покойный профессор Рихман со мною споривал.
Внезапно гром чрезвычайно грянул в самое то время, как я руку держал у железа и искры трещали. Все от меня прочь побежали, и жена просила, чтобы я прочь шёл. Любопытство удержало меня ещё две или три минуты, пока мне сказали, что шти простынут, а притом и электрическая сила почти перестала.
Только я за столом посидел несколько минут, внезапно дверь отворил человек Рихмана, весь в слезах и в страхе запыхавшись. Я думал, что его кто-нибудь на дороге бил, когда он ко мне был послан; он чуть выговорил: профессора громом зашибло. В самой возможной страсти, как сил было много, приехав увидел, что он лежит бездыханен. Бедная вдова и её мать таковы же, как он, бледны…
Первый удар от привешенной линеи с ниткою пришёл ему в голову, где красновишнёвое пятно видно на лбу; а вышла из него громовая электрическая сила из ног в доски. Нога и пальцы сини, и башмак разодран, а не прожжён.
Мы старались движение крови в нём возобновить, затем что он ещё был тёпл, однако голова его повреждена, и больше нет надежды. Итак, он плачевным опытом уверил, что электрическую громовую силу отвратить можно, однако на шест с железом, который должен стоять на пустом месте, в которое бы гром бил сколько хочет».
Даже в критические минуты, несмотря на сильное потрясение, Михаил Васильевич сделал верный вывод: громоотвод следует ставить подальше от людей. Он вспомнил, что вместе с этим человеком «сидел в конференции и рассуждал о нашем будущем публичном акте». Имеется в виду выступление, которое было назначено на начало сентября, где основной доклад должен был делать Рихман. Оно состоялось в конце ноября: Ломоносов прочёл «Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих».
За этой частью письма следует продолжение. Оно показывает сердечность и благородство Ломоносова: «Между тем умер господин Рихман прекрасною смертию, исполняя по своей профессии должность. Память его никогда не умолкнет, но бедная его вдова, тёща, сын пяти лет, который добрую показывал надежду, и две дочери, одна двух лет, другая около полугода, как об нём, так и о своём крайнем несчастии плачут. Того ради, Ваше превосходительство, как истинный наук любитель и покровитель, будьте им милостивый помощник, чтобы бедная вдова лучшего профессора до смерти своей пропитание имела и сына своего, маленького Рихмана, могла воспитать, чтобы он такой же был наук любитель, как его отец. Ему жалованья было 860 руб.
Милостивый государь! Исходатайствуй бедной вдове его или детям до смерти. За такое благодеяние Господь Бог Вас наградит, и я буду больше почитать нежели за своё».
Завершается письмо несколько странной, на наш взгляд, просьбой: «Между тем, чтобы сей случай не был протолковал противу приращения наук, всепокорнейше прошу миловать науки и Вашего превосходительства всепокорнейшего слугу в слезах Михаила Ломоносова».
Слухи о смерти Рихмана могли возбудить общественное мнение против исследований атмосферного электричества. Сообщение Ломоносова решили отложить на следующий год. Однако Иван Шувалов предложил не медлить, «дабы господин Ломоносов с новыми своими изобретениями между учёными в Европе людьми не упоздал».
Доклад был читан в ноябре. В нём академики не усмотрели новизны, а потому не захотели его печатать. Только благодаря настойчивости Ломоносова он был опубликован.
Каких-то особых изобретений в этом труде не было. На гравюрах, сделанных по рисункам Ломоносова, показаны достаточно простые конструкции. Как было сказано в одной из подписей: «Выставлен был мною электрический прут на высоком дереве… который сквозь стеклянные тощие цилиндры был просунут и прикреплён к шесту шёлковыми снурками. От него протянута была по обычаю проволока в окно и, привешен железный аршин… Для наблюдения перемен стоял я близ аршина и… употребил топор, который к сему делу довольно пристроен… Выскакивали искры с треском беспрерывно… В сём состоянии внезапно из всех углов её неравных брёвен, бок окна составляющих, шипящие конические основания выскочили, и к самому аршину достигли, и почти вместе у него соединились».