Олег Акимов
Спекулятивный энергетизм Оствальда
Биография Оствальда
Вильгельм Фридрих Оствальд (Wilhelm Friedrich Ostwald, немцы располагают имена иначе: Friedrich Wilhelm Ostwald) родился в Риге 2 сентября (по старому стилю: 21 августа) 1853 года в семье бондаря, т.е. изготовителя бочек, кадок и других деревянных емкостей. Вильгельм был вторым сыном Готфрида Оствальда и Элизабет Оствальд, девичья фамилия которой Лойкель. Еще мальчиком он заинтересовался химией. Так, в 11-летнем возрасте он устроил фейерверк и ставил множество других пиротехнических опытов. По сравнению со своими двумя братьями он выделялся живым умом и непоседливым характером. Его
интересовало буквально всё: спорт, музыка, живопись, литература и, конечно же, наука. И везде он преуспел: неплохо играл на альте и фортепиано, пробовал себя в журналистике, замечательно рисовал карандашом и маслом, занимался фотографией и много еще чем. Отец хотел, чтобы сын выучился на инженера, а мать строила планы отправить его учиться в Петербургскую Академию художеств, но судьба распорядилась иначе.
Он полюбил химию, которую стал систематически изучать, начиная с 1872 года. В 1875 году Вильгельм окончил Дерптский (до 1893 года, ныне Тартуский) университет в качестве бакалавра и стал работать ассистентом у физика Артура фон Эттингена (A. v. Oettingen), одновременно ведя уроки химии и физики в местной школе. В 1877 году он стал магистром химии, а в 1878 — приват-доцентом; по результатам объемно-химических и оптико-химических исследований ему была присвоено докторская степень. Он измерял изменения объемов и коэффициента преломления при нейтрализации кислот основаниями в разбавленных растворах. В этом же году он отказался от русского гражданства и принял немецкое. В 1880 году он женился на Элен фон Райер (Helene v. Reyher), дочери знакомого ему хирурга из Риги, с которой он познакомился на одном из своих концертов.
Супруги Элен и Вильгельм Оствальды
Дело в том, что Оствальд играл в местном оркестре, в котором состоял и его шеф Эттинген; они выступали с концертами перед городской публикой. Больше всего ему нравился Гайдн, он знал несколько десятков произведений этого композитора. Но это, разумеется, не главное. С 1881 по 1887 он — профессор Рижского политехнического института, занимается проблемами химического сродства, химической кинетики, изучает влияние различных каталитических веществ на скорость протекания реакций. Занявшись преподавательской деятельностью, он почувствовал острую необходимость в систематизированном учебнике, в котором бы наряду с изложением основ химии, давались бы и последние достижения в этой науке. Такой учебник им был написан и пользовался большой популярностью. На его лекциях всегда присутствовало много слушателей, доходило до 300 человек; это — огромная цифра, особенно, если учитывать, что профессор был молод.
Рижский политехнический институт
С 1887 по 1905 Оствальд работает в Лейпцигском университете, где открылась первая в мире лаборатория по физической химии, в то время не очень модную отрасль знаний. В период становления химии, как науки, исследователи уделяли много внимание физическим характеристикам: объемам вещества, получающимся в процессе химической реакции, его электропроводности, вязкости, цвету и т.д., но спустя десятилетия химия редко прибегала к услугам физики. И вот, в конце XIX века физическая химия получила второе дыхание. Через лабораторию Оствальда прошли многие известные исследователи: В. Нернст, У. Рамзай и Ф. Габер, из русских ученых: П.И. Вальдин, И.А. Каблуков, Н.Д. Зелинский и др. Руководитель лаборатории вместе со своими коллегами в 1894 году образовали Германское электрохимическое общество (Deutschen Elektrochemischen Gesellschaft), в 1902 году преобразованное в Германское физико-химическое общество имени Роберта Вильгельма Бунзена (1811 – 1899), открывшего в 1860 году вместе со своим другом Кирхгофом спектроскопию. С помощью спектроскопического анализа удалось открыть множество новых химических элементов, в том числе гелий на Солнце и звездах (1868).
Вильгельм Оствальд, 1887 год
Особую роль в научной жизни Оствальда сыграл Якоб Хендрик Вант-Гофф (van't Hoff, 1852 – 1911), с которым он начинает редактировать и выпускать «Журнал физической химии». В первом номере этого журнала помимо статей самого Оствальда и Вант-Гоффа была опубликована статья шведского физика Сванте Августа Аррениуса (Arrhenius, 1859 – 1927), посвященная теории электролитической диссоциации, которую в то время большинство ученых оспаривало. Статью Аррениуса он прочитал еще в 1884 году; потом вспоминал: «Я провел лихорадочную ночь со скверными снами. Одновременно мне приснились невыносимая зубная боль, новорожденная дочка и статья Аррениуса "Исследования по проводимости электролитов". То, что было написано в ней, настолько отличалось от привычного и известного, что я сначала был склонен все в целом принять за бессмыслицу... Воспользовавшись магазином сопротивлений, позаимствованным на несколько дней на телеграфе (дольше там без него не могли обойтись)... я вскоре провел опыты со всеми имевшимися под рукой кислотами, которые мне предоставили другие исследователи. С всё возрастающим волнением я обнаруживал, что результаты [полученные Аррениусом] один за другим подтверждали [мои] предсказания и ожидания».
Утром Оствальд отправил Аррениусу письмо, в котором выразил уверенность в благоприятном исходе для его теории, а вскоре и сам, собственной персоной, явился в дом Аррениуса, проживавшего тогда в Упсале. В 1884 году не без помощи Оствальда прошла повторная защита докторской диссертации Аррениуса, которую тот довольно безуспешно представлял годом раньше. На основе теории слабых электролитов Оствальд в 1888 году получил свой главный теоретический результат: зависимость между постоянной диссоциации электролита, его электропроводностью и концентрацией, которую назвал законом разбавления. Дело в том, что при химическом равновесии скорость протекания прямой и обратной реакций примерно одинаковая. При наличии катализатора реакции в обоих направлениях ускоряются в одинаковой степени. Переход от менее устойчивого состояния системы к ее более устойчивому состоянию как раз и характеризуется законом разбавления.
На лекции Оствальда, 1898 год
Около 1898 года Оствальд заметно охладел к теории Аррениуса и занялся проблемами гомогенного и гетерогенного катализа, а приблизительно в 1900 году стал изучать промышленную технологию получения азотной кислоты, связанную каталитическими процессами. В 1904 году он принял почетное приглашение прочесть лекции в Лондоне на «Фарадеевских чтениях», позже участвовал в Международном конгрессе в Сент-Луисе, побывал на Выставке науки и искусства. В 1905 году Оствальд оставил преподавательскую деятельность в Лейпцигском университете, переехал вместе семьей (женой, двумя дочерями и тремя сыновьями) в загородное имение «Энергия», расположенное близ Лейпцига, в местечке Гросботен, где построил собственную химическую лабораторию. Здесь помимо химии он занялся исследованиями в области физиологии; его заинтересовала также психология, особенно тех людей, которые заняты научным творчеством. На русский язык переведены его книги «Великие люди» (СПб, 1910) и «Мельница жизни. Физико-химические основы жизни» (М., 1925). Вскоре после переезда в Гросботен, он отбыл в Гарвардский университет (Кембридж), затем Бостон и Нью-Йорк, где выступал с лекциями по натурфилософии, а также изучал эсперанто. Позднее взялся разрабатывать свой собственный искусственный язык как средство эффективного общения между народами.
Вильгельм Оствальд, 1902 год
В 1906 году Оствальд вышел в отставку и окончательно порвал с университетским преподаванием. К этому времени он уже опубликовал 77 учебных пособий, что составило почти шесть тысяч страниц печатного текста, свыше трехсот научных статей, около девятисот рецензий на книги. Такая плодовитость объясняется особой технологией написания им текстов. Его дочь Гретхен вспоминает: «Содержимое своих статей и книг Оствальд наговаривал на специальную диктовальную машину. Когда собиралось несколько валиков с записанной речью ученого, он укладывал их в корзину на скамейке, бросив туда же записку с указанием, что с ними надо сделать, и звонил в велосипедный звонок. После того как за Оствальдом закрывалась дверь кабинета, секретарь забирал содержимое корзины в свою комнату. Отчет о проделанной работе секретарь также помещал в корзину у дверей, звонил и быстро уходил». В 72-летнем возрасте Оствальд взялся за написание своей четырехтомной автобиографии «Линии жизни», которую он тоже сначала наговорил на «диктовальную машину».
Вильгельм Оствальд, 1912 год
К слову сказать, его яркая и во многом необычная жизнь описывалась многими авторами, в том числе, и его старшей дочерью, Гретой, с которой он часто рисовал на пленере. По выходным дням с утра до позднего вечера они бродили по окрестностям Лейпцига, подыскивая наиболее колоритные пейзажи, и приносили домой по нескольку этюдов. Отец любил рисовать с самого детства; своих детей он приучал рисовать с рожденья; у Греты получалось лучше всего. Впоследствии отец и дочь устраивали грандиозные выставки своих живописных полотен, куда приходило множество зрителей. Первая состоялась в 1904 году, на которой было выставлено три десятка работ отца. Грета очень любила отца и понимала его нередко экстравагантные выходки лучше других. Об этом она и рассказала в своей книге об отце, вышедшей к его столетнему юбилею.
В последние годы жизни Оствальд, уже как ученый, заинтересовался приготовлением сочных красок, создал систематику цветов и написал на эту тему немало книг, в частности, «Цветоведение» и «Азбуку цветов» (хотя еще в 1905 году были переведены на русский язык его «Письма о живописи»). В качестве базы он выбрал сферическую систему Рунге и преобразовал шар в биконус, напоминающий фигуру Манселла
Шар Рунге, фигура Манселла, биконус и круг Оствальда
В основе цветовой гаммы Оствальда лежали четыре цвета: желтый, синий, красный и зеленый. Путем особых сочетаний (диад, триад и квадриад) он получал в сумме 24 цвета, которые расположил по окружности. В соответствии с градациями серого цвета от белого до черного он ввел для цветовой гаммы систему насыщения. Таким образом, было охвачено уже 280 тонов. В 1918 году он издал атлас красок, в котором насчитывалось уже 2500 оттенков.
Атлас нормальной цветности, , Лейпциг 1918 год
Его классификация цветов не была признана физиками как естественная систематика, да и он сам считал ее субъективистской. Однако несколько немецких фирм, выпускающих обои, взяли ее на вооружение. Тогда Оствальд решил сам заняться предпринимательской деятельностью. Уже в 1913 году им было открыто издательство «Unesma» для распространения его цветовых каталогов. В 1920 году он поставил коммерческое дело на широкую ногу. Сначала в Гросботоне, затем в Дрездене и других городах стали возникать небольшие «Энергозаводы» («Energie-Werke») для производства его красок и учебных пособий по их использованию. Увы, краски оказались некачественными (быстро выцветали), в 1925 году они были запрещены для использования в школах, поэтому заводы по их производству пришлось закрыть. В конце концов, он оставил себе небольшую Farb-Laboratorium, в которой экспериментировал с цветами и красками до конца своих дней.
Farb-Laboratorium, 1931 год
Оствальда всегда привлекала общественная работа, в которой он принимал самое деятельное участие. Он был членом многих национальных и международных организаций, в частности, Международной ассоциации химических обществ (с 1911 по 1915), Международной комиссии по атомным весам. Он активно выступил за сохранение природных ресурсов, за реформирование школы, в которой бы уделялось больше внимание естествознанию и полностью исключались уроки «закона Божьего. По просьбе Эрнста Геккеля (1834 – 1919) Оствальд в 1909 году возглавил «Союз монистов», который активно боролся против религии. На воинствующей атеистической платформе он сблизился с известным немецким социал-демократом Карлом Либкнехтом (1871 – 1919). Оба в 1913 году вступили в «Движение за выход из церкви», хотя, в принципе, Оствальд верил в различные потусторонние явления эзотерического характера. Вместе с Либкнехтом он выступал с воскресными «монистическими проповедями» перед рабочими. Марксизм он не принял, но к левым настроениям пролетариата относился сочувственно.
Оствальд открыто осуждал антисемитизм и поддержал пацифистское движение Европы, возглавляемое австрийской писательницей Бертой фон Зутнер (1843 – 1914), лауреатом Нобелевской премии мира за 1905 год, которая с 1892 по 1899 год издавала популярный в Европе журнал «Долой оружие!» В 1889 году под таким же названием вышла ее книга, получившая широкий общественный резонанс. Но когда вспыхнула Первая мировая война, взгляды Оствальда изменились на противоположные. Он оправдывал войну как защиту немецкой культуры от чужеземного посягательства, выступал за гегемонию Германии в Европе, подписал шовинистическое воззвание «К цивилизованному миру», которому дал ход в 1914 году Макс Планк.
К сожалению, этот позорный документ подписали почти сотня ученых Германии. Организаторы компании хотели, чтобы стояла сотня подписей, но некоторые ученые, например, Альберт Эйнштейн, отказались это сделать. В обращении говорилось, что «русские орды, объединившиеся с монголами и неграми для развязывания войны против белой расы», вскоре нападут на Германию, чтобы «стереть с лица земли немецкую культуру». Анонимный автор этого документа писал, что «самым счастливым днем его жизни станет тот, когда английский флот затонет, а Лондон сравняют с землей». Во время войны Оствальд сменил свои «монистические проповеди» на откровенную военную пропаганду. Поражение Германии в Первой мировой войне он переживал болезненно.
Умер он в Лейпциге от почечной недостаточности 4 апреля 1932 года.
Памятник Вильгельму Оствальду в Риге
Оствальд, Аррениус и Вант-Гофф
Рассматривая близкое окружение Оствальда, в первую очередь нужно упомянуть о Сванте Аррениусе. С 1881 года он работал в Нобелевском институте Академии наук в Стокгольме, где исследовал проводимость слабых электролитов. Физик, занимающийся вопросами химии, естественно, создал физико-химическую теорию. Его интересовали многие другие науки, например, астрономия, медицина, биология, геофизика и т.д. Он написал немало научных статей и книг, в том числе, популярных для детей и юношества. По складу характера он был добродушен и весел, душой компании, но напрочь рассорился с Таленом, своим шефом, из-за которого пришлось уехать в Стокгольм. Ссора произошла на почве разногласий относительно методов исследования. Тален считал химию чисто экспериментальной наукой и не переносил всякого рода теоретизирования. Аррениус придерживался иного мнения: в химии, как и в физике, говорил он, экспериментальные исследования не должны перевешивать теоретические.
Напомним, в чём состоит суть теории электролитической диссоциации, которая привлекла внимание 33-летнего Оствальда и надолго определила направление его научной деятельности?
Аррениус считал, что проводимость электролитов (токопроводящие растворы солей, кислот и оснований) объясняется распадом (диссоциацией) нейтральных молекул солей, кислот и оснований на две части, заряженных положительно и отрицательно. Например, соль хлористого калия, КCl, в воде распадается на положительно заряженный ион калия +К (его называют катионом) и на отрицательно заряженный ион хлора –Cl (анион хлора). Слова в скобках образованы от названия электродов — анод (имеет положительный потенциал; к нему притягиваются анионы) и катод (имеет отрицательный потенциал; к нему притягиваются катионы). Едкий натрий, NaOH, распадается на катион +Na и анионную группу –OH; соляная кислота, НCl — на ионы +Н и –Cl и т.д. Ионы в растворах находятся совершенно в свободном состоянии и начинают перемещаться под воздействием электрического поля, которое подается на анод и катод.
С.А. Аррениус, 1900 год
С помощью этого простого механизма распада электрически нейтральной молекулы на две противоположно заряженных частицы Аррениусу удалось объяснить множество физико-химических и даже физиологических процессов, происходящих внутри организма животных и человека. Однако большинство тогдашних авторитетов, в том числе, и наш прославленный химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834 – 1907), усомнились в возможности распада в воде солей, кислот и оснований на электрически заряженные частицы и не приняли теорию электрической диссоциации (английский физик Оливер Джозеф Лодж (1851 – 1940) называл ее теорией ионизации). Сотрудник лаборатории Оствальда, русский ученый Владимир Иванович Кистяковский (1865 – 1952), впоследствии занимавшийся в СССР проблемами защиты металлов от коррозии, тоже сначала не поверил в теорию Аррениуса, но уже в 1888 году предложил объединить теорию растворов Менделеева с теорией растворов Аррениуса.
Так выглядел Нобелевский институт
физической химии, в котором
трудился Сванте Аррениус.
В первых рядах борцов с «дикой армией ионистов» («wilden Heeres der Ionier») стоял Горстман. Он, как и Менделеев, был против того, чтобы физическую методологию переносить на химические явления. Однако и физики были недовольны теорией Аррениуса. Дело в том, что многие ученые того времени были уверены, что между анионом и катионом действуют такие мощные электростатические силы, которые не могут быть нейтрализованы молекулами воды. Вычисления на этот счет произвел сам Герман Гельмгольц (1821—1894). В статье, посвященной Фарадею, он всесторонне рассмотрел текучесть молекул жидкости с точки зрения кинетики и электростатики. Согласно его расчетам, сила, действующая на квадратный сантиметр жидкости, равнялась нескольким тысячам килограмм. Под таким воздействием, говорили критики, если даже и образуются анионы и катионы, то через очень короткое время они вновь должны будут соединиться в нейтральную молекулу. Такие процессы нейтрализации действительно протекают в концентрированных растворах, но не столь часто в разбавленных. Вот почему публикация Оствальдом статьи Аррениуса сразу привлекла внимание научной общественности.
В 1903 году автор революционной теории получил Нобелевскую премию за свое открытие. Редактор «Журнала физической химии» не только во время поддержал своего непризнанного коллегу, но и сам взялся с большим энтузиазмом экспериментировать с водными растворами солей, кислот и щелочей. Однако, каким образом Аррениус пришел к своей теории диссоциации?
Учась в Упсальском университете, он слышал от своего учителя Пера Теодора Клеве (1840 – 1905), что весьма затруднительно найти верное значение молекулярной массы вещества, если при разложении не выделяется газ. Типичный пример — сахар. Требовалось разработать метод, который позволил бы обойти это затруднение. Поскольку сахар и подобные ему вещества растворяются в воде, Аррениус стал искать решение данной проблемы на пути измерения электрической проводимости растворов. Он осуществил серию экспериментов и под них подвел некую теоретическую базу. Результаты представил в Академию наук Швеции в качестве докторской диссертации. Уже в ней содержались главные пункты будущей теории — вот почему подавляющее большинство его оппонентов, не согласились с идеей диссоциации и дали отрицательное заключение. По этой причине первые годы после представления диссертации ему был закрыт доступ к преподавательской деятельности, которую он очень любил.
Кто бы мог предвидеть, что самым ярым противником идеи диссоциации молекул будет его учитель, Пер Клеве? Он, профессор Упсальского университета, член Шведской Академии в Упсале, видный минеролог и океанолог, разработчик методики отделения редкоземельных элементов, разыскавший минерал клевеит, богатый редкими землями, открывший два новых элемента таблицы Менделеева (тулий и гольмий), выделивший аминосульфоновую кислоту, синтезировавший шесть из десяти возможных производных нафталина, наконец, тот, кто реформировал систему образования в Медико-хирургическом институте в Стокгольме, окажется ретроградом-консерватором, ярым противником новаторских идей своего ученика. В разговоре с Оствальдом Клеве, указывая на стакан с водным раствором хлорида калия, вопрошал: «Но ведь это бессмыслица — допустить вместе с Аррениусом, что в растворенном хлориде калия хлор и калий отделены друг от друга?» Оствальд ответил вопросом: «А почему нет?» Клеве развел руками, показывая всем своим видом, что разговор с дилетантом закончен.
В диссертации 1883 года для определения степени диссоциации, которая эквивалентна отношению распавшихся молекул к их общему числу, Аррениус ввел понятие относительной электропроводности раствора, которая определялась по отношению к максимально возможной. Изменение относительной электропроводности как раз и вынудило его принять, что в растворах имеется два вида частиц: электрически активные и электрически пассивные. Откуда взялись активные частицы? Количественные измерения, основывающиеся на законе сохранения массы, показали, что ионы могли появиться только в результате распада нейтральных молекул. По мере разбавления растворов число активных молекул растет до тех пор, пока все молекулы вещества не распадутся на ионы. Аррениус доказал, что скорость протекания химической реакции находится в прямой зависимости от степени диссоциации или относительной электропроводности. Чем лучше тот или иной электролит проводит электрический ток, тем выше скорость химического процесса.
В 1886 года Шведская академия предоставила Аррениусу стипендию для повышения квалификации. Он отправился в Рижский политехникум, где и познакомился с Оствальдом. Отчетливые количественные эффекты, имеющие важное производственно-технологическое значение, привлекли внимание Оствальда, исследовавшего в то время скорости омыления кислотами и щелочами сложных эфиров. Он активно поддержал теорию Аррениуса, не совсем близкую ему по духу, поскольку ее теоретическая часть имела явно выраженную конструктивную составляющую. Но эксперимент и практическая сторона дела всё-таки перевесили чисто теоретические выводы Гельмгольца и сделанные им теоретические расчеты.
Во время летнего семестра 1887 года Аррениус сдружился с Вальтером Нернстом (1864 – 1941), вместе с которым он работал на кафедре физики Людвига Больцмана (1844 – 1906) в Граце. В 1888 году Аррениус посетил Планка в Киле и Вант-Гоффа в Амстердаме. Последний в Амстердамском университете занимал должность профессора химии, минералогии и геологии. На этой должности он проработал с 1877 по 1896 год. До этого он окончил школу (1869) и сразу же поступил в политехникум, где увлекся интегрально-дифференциальным исчислением, музыкой, поэзией и философией. С 1871 по 1875 год, он учился в Лейденском университете, потом некоторое время преподавал в ветеринарной школе Утрехта. По приглашению Прусской Академии наук в марте 1896 года Вант-Гофф приехал в Берлин, чтобы возглавить специально оборудованную для него лабораторию. Инициатором его приезда в Германию был Макс Планк, который всячески стремился поднять престиж немецкой науки, приглашая в страну известных ученых. Так, например, в 1913 году он пригласил в Берлин Альберта Эйнштейна, сделав его, как и Вант-Гофф, членом Прусской Академии наук и почетным профессором Берлинского университета (см. Жизнь и смерть Милевы Марич).
В молодые годы Вант-Гофф интересовался «Курсом позитивной философии» Конта, но позитивистом так и не стал. Как и Аррениус, он прекрасно знал математику, любил читать жизнеописания великих математиков и не считал, что наука должна быть однобокой, опирающейся только на опыт. Вместе с Больцманом он критиковал энергетизм Оствальда и недооценку им теоретического моделирования. Это и понятно, ведь Вант-Гофф тем и прославился, что одним из первых заговорил о стереохимии, где как раз использовались пространственные модели молекул. Проходя стажировку у Шарля Адольфа Вюрца (1817 – 1884) в Париже, он познакомился с идеями немецкого химика-органика Фридриха Августа Кекуле (1829 – 1896) о пространственном расположении атомов в молекуле. Потом, почти одновременно со своим парижским другом, Жозефом Ашилем Ле Белем (1847 – 1930), Вант-Гофф предложил тетраэдрическое строение атомов молекулы метана CH4. Поскольку тетраэдры бывают двух зеркально противоположных видов, то и молекулы метана могут иметь две пространственно несовместимых модификации.
Его стереохимические идеи сначала не были должным образом оценены научным сообществом. Вскоре после защиты докторской диссертации (1874), он опубликовал на голландском языке короткую статью под длинным названием: «Предложение применять в пространстве современные структурные химические формулы вместе с примечаниями об отношении между оптической вращательной способностью и химической конституцией органических соединений». Ее публикация в 1875 году на французском языке тоже не привлекла внимание. Но в 1877 году статья в переработанном виде под коротким названием «Расположение атомов в пространстве» вышла на немецком языке с предисловием Иоганна Вислиценуса (1835 – 1902), профессора химии в Лейпциге и Вюрцбурге, страстного поборника стереохимии. С этого момента началось развитие нового направления физической химии. Без знаний тетраэдрической конфигурации связей атома углерода совершенно невозможно понять явления оптической изомерии, открытой в 1890 году Альфредом Вернером.
Но сначала на почве стереохимии Вант-Гофф нажил немало врагов. Самым заклятым был Герман Кольбе (1818 – 1884), который в редактируемом им «Журнале практической химии» периодически высмеивал стереохимические построения. В рецензии на упомянутую статью 1977 года он саркастически писал: «Некоему доктору Я. Г. Вант-Гоффу, занимающему должность в ветеринарной школе Утрехта, очевидно, не по вкусу точные химические исследования. Он счел более приятным сесть на Пегаса (вероятно взятого напрокат из ветеринарной школы) и поведать миру то, что узрел с химического Парнаса в своем смелом полете — расположение атомов в мировом пространстве». Между прочим, Кольбе независимо от Кекуле установил валентность углерода и в 1849 году разработал электрохимический метод получения насыщенных углеводородов электролизом водных растворов солей щелочных металлов (реакция Кольбе).
Якоб Вант-Гофф и его учитель Герман Кольбе,
который критиковал своего ученика за
его стереохимические построения.
Показательно, что максимальное сопротивление новым идеям оказывают наиболее знающие в данной области ученые, пользующиеся максимальным авторитетом в научном мире. Тем не менее, Вант-Гофф стал первым химиком, кому в 1901 году была вручена Нобелевская премия, правда, не за стереохимические построения, а «за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах», которые имели важное практическое приложение. Разработка данной темы началась со статьи «Химическое равновесие в системах газов и разбавленных растворов», написанной в 1885 году. В ней автор показал, что ионы сильно разбавленных растворов ведут себя подобно частицам газа. По сути, Вант-Гофф ввел для них газовую характеристику — осмотическое давление, эквивалентную упругости газа.
Еще раньше было замечено, что при диффузии более концентрированного раствора в слабо концентрированный возникает некий силовой градиент. Именно он заставляет молекулы, например, соли двигаться в направлении, где ее еще нет. Эти явления перепада концентрации до Вант-Гоффа изучались, в частности, ботаником Пфеффером, который предложил на пути распространения веществ ставить различные фильтры или полупрозрачные мембраны, пропускающие воду (или любой другой растворитель), но не пропускающие молекулы вещества. Если фильтр изготовить в виде замкнутой оболочки, напоминающей сосуд, то растворенное в воде вещество оказывает на оболочку фильтра осмотическое давление, которое можно измерить манометром.
Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852 – 1911)
Таким образом, для сильно разбавленных растворов действует закон, справедливый для идеальных газов: PV = RT, где P — осмотическое давление, V — объем сильно разбавленного раствора, в котором находится грамм-молекула вещества, T — абсолютная температура и R — своеобразная «газовая» постоянная, только для растворов. По аналогии на сильно разбавленные растворы распространяются характерные количественные параметры: точки «плавления» и «кипения», температура и давление сжижения «газа». Указанная выше формула для неэлектролитических растворов выполняется достаточно точно, но для электролитических Вант-Гофф ввел дополнительный коэффициент ионизации i (PV = iRT), который определял экспериментальным путем.
Это стало возможно благодаря установленному французским физиком и химиком, Франсуа Мари Раулем (1830 – 1901), эмпирического закона о повышении точки кипения и понижении точки замерзания для растворов солей, кислот и оснований. Позже Аррениус научился вычислять коэффициент i по величине осмотического давления. При этом он рассуждал следующим образом. Если число молекул при отсутствии электролитической диссоциации принять за 1, долю диссоциированных молекул обозначить через m, а число ионов — через n, то число недиссициированных молекул будет равно 1 – m, число ионов mn. Этому увеличению общего числа частиц как раз и соответствует ионизационный коэффициент: i = 1 – m + mn = 1 + m(n – 1).
Эта простенькая формула неплохо работает для многих веществ, у которых пространственная конфигурация молекул не сильно сказывается на электрохимическом процессе. Но если данная формула работает хорошо, то на ее основе можно было успешно прогнозировать многоступенчатые процессы, когда в раствор соли, кислоты или щелочи добавляется другая соль, кислота или щелочь с каким-нибудь общим для исходного раствора ионом. Уже в своей диссертации Аррениус вывел, что продукты реакции не зависят от того, в каком сочетании ионы А, В, С и D находятся в электролитах — АВ и CD или AD и СВ.
Добавление в растворы особых веществ, ускоряющих скорость химических реакций, открыло перед химической кинетикой новые горизонты. Недостатком теории Аррениуса было то, что она распространялась в основном на слабые растворы с низкой концентрацией солей, кислот и оснований. Ее расширение осуществили новое поколение исследователей — Бьеррум, Брёнстед, Дебай, Онзагер и Хюккель. Появились расширенные теории кислот и оснований на базе сначала электронного, а затем и протонного строения материи, с учетом действия кулоновских взаимодействий. Таким образом, в модернизированных теориях кислота и основание образовывали сопряженную пару: кислота (донор) поставляла протон в раствор, а основание (акцептор) забирало его. В рамках этой теории возникла идея солевого эффекта в кислотно-основном катализе. В итоге, старая теория катализа, созданная Берцелиусом еще в 1835 году, получила новый импульс.
Напомним, катализатором называется вещество, которое не входит в конечный продукт, но увеличивает скорость химического процесса его получения. Каталитические реакции, снижающие энергию активации, стали широко применяться при промышленном получении огромных масс нужных для общества химических веществ. Так, Оствальд совместно с другими исследователями участвовал в разработке технологического процесса каталитического окисления аммиака с использованием платины в качестве катализатора. Это позволило наладить массовое производство азотной кислоты, которая, практически, гналась из атмосферного воздуха, хотя раньше для ее производства использовалась дорогостоящая селитра, ввозимая в Европу из далекой Чили. Собственно, за разработку научной основы для эффективного производства азотной кислоты, ему и была вручена Нобелевская премия.
Технология окисления аммиака с помощью платинового, а также марганцевого и железного катализатора, предложена не им, а целым рядом химиков-технологов, во главе которого стоят Вальтер Нернст (1864 – 1941), Фриц Габер (1868 – 1934) и Карл Бош (1874 – 1940). Естественно, в первую очередь они были учеными, но для решения важнейшей промышленной задачи сделали немало. Так, первый из них открыл третий закон термодинамики (1906); второй известен как изобретатель химического оружия массового поражения, в частности, отравляющих газов; третий был генеральным директором группы заводов, принадлежавших концерну «И. Г. Фарбениндустрии» по производству аммиака, мочевины и красителей. Все троя являются лауреатами Нобелевской премии: Нернст получил ее в 1920, Габер — в 1918, а Бош — в 1931 году.
Азотная кислота (HNO3), впервые открытая в разбавленном виде средневековым алхимиком Гебером (IX век) и полученная в концентрированном виде Глаубером (1648 год), тщательно изучалась Лaвyaзьe, который в 1776 году доказал, что в ее состав входит кислород. В 1826 году Гeй-Люccaк установил ее химическую формулу. Она является сильным окислителем, реагирующим почти со всеми металлами (исключение составляют: золото, платина, родий, иридий и тантал), образуя с ними соответствующие окислы и соли (нитраты). Многие органические соединения при воздействии с ней воспламеняются. В связи с этими окислительными свойствами азотная кислота является крайне необходимым продуктом. Сегодня она используется для производства азотистых удобрений, красителей, лаков, как окислитель топлива в реактивных двигателях. В начале XX века стало известно, что азотная кислота необходима для изготовления взрывчатых веществ.
Фотография Альберта Эйнштейна (справа) и Фрица Габера (слева), сделанная до начала Первой мировой войны. Габер занимался разработкой химического оружия. После гибели сотен тысяч солдат в результате отравления изготовленными им ядовитыми газами, которые использовались в ходе боевых действий на полях сражения Первой мировой войны, от прославленного немецкого химика многие ученые отвернулись.
Мировой войной (1914 – 1918) запахло еще в конце XIX века; немцы уже тогда начали готовиться к ней. Оствальд оказался во главе большой группы исследователей разрабатывавших дешевую технологию получения мощных бомб. (Здесь можно вспомнить его детские увлечения фейерверками и другими пиротехническими экспериментами). С организационной точки зрения коллектив химиков, инженеров и технологов был далек от Манхэттенского проекта, но всё же для того времени масштабная работа велась слаженно. Примерно к 1907 году в Германии было налажено производство азотной кислоты, а заначит, и взрывчатых веществ.
В России, с которой воевала Германия, индустриальное производство кислоты опоздало ровно на десять лет. Наибольший вклад в строительство кислотных заводов внесли три человека: Иван Иванович Андреев (1880 – 1919), Александр Иванович Горбов (1859 – 1939) и Владимир Федорович Миткевич (1872—1951). Горбов и Миткевич не были посвящены в технологические тонкости производства азотной кислоты, известные на Западе. Азотную кислоту они получили в лабораторных условиях, но каким образом наладить ее промышленное производство, точно не знали. Другое дело Андреев.
В студенческие годы он был революционером, интересующимся химией в связи с возможностью изготовления бомб для совершения террористических актов. Окончив Петербургский университет (1899 – 1902) он вынужден был уехать за границу из-за преследований его царской охранкой. В Германии (Карлсруэ) он окончил Высшую техническую школу и в 1906 году вернулся в Петербург, где некоторое время преподает в Политехническом институте. Но в 1914 году снова выезжает за границу, на сей раз в Цюрих, где тоже интенсивно знакомится с химическими технологиями.
Вернувшись через год в Петроград, он поступает на работу в Центральную лабораторию Военного ведомства. Здесь он реализует полученные за границей знания на практике. В то время изготовление взрывчатых веществ не было большой военной тайной. В 1915 году Андреев в своей лаборатории получил азотную кислоту путем окисления аммиака в присутствии платинового катализатора по методике Оствальда. Через год он построил в Макеевке опытно-промышленную установку, а еще через год по его проекту в Юзовке (ныне Донецк) был построен завод для массового производства азотной кислоты.
Вопросами практической химии довольно много занимался Вант-Гофф, который в период с 1897 по 1903 год провел в Берлине большую теоретическую и экспериментальную работу по установлению месторождения калийных солей и их переработке. В 1905 и 1909 годы вышли развернутые отчеты «По образованию океанических соляных месторождений». Его влекла также тайны геохимии и живой материи. В 1900 году он сказал, что когда-нибудь «химик дойдет своими синтезами до клетки, которая как органическая материя сейчас изучается биологами». В последние годы жизни он много болел и умер в 1911 году. После себя нидерландский химик Якоб Хендрик Вант-Гофф оставил множество работ по широкому кругу вопросов — от математики и физики до минералогии и биологии.
Что касается шведского химика Сванте Августа Аррениуса, то он почти не интересовался вопросами производственно-технологического характера. Его влекли отвлеченные, далекие от практического применения области знаний: астрономия, физиология и биология живых организмов. В 1903 году он опубликовал двухтомный «Учебник космической физики» — одно из первых пособий на эту тему. Позднее он выпустил еще ряд научно-популярных книжек на космическую проблематику: «Будущее мира» (1907), «Жизнь планет» (1919), «Земля и Вселенная» (часть 1, 1926; часть 2, 1931). В 1907 году он издал книгу «Иммунохимия», а в 1915 — «Количественные законы в биологической химии». Он активно выступал против астрологии и алхимии, которые в начале XX столетия стали вновь популярными.
Этот замечательный ученый хорошо осознавал важность математики, которая превращает любую область исследования в настоящую науку. В 1889 году он вывел уравнение скорости химической реакции от температуры, получившее его имя. Вот оно: K = K0exp(–E/RT), где K — скорость химической реакции, E — энергия активации, T — абсолютная температура и R — универсальная газовая постоянная. В связи с ролью математики Аррениус писал: «С помощью формул, которые могут быть эмпирическими или рациональными, прогресс науки станет более быстрым, чем без использования аналитических выражений. По мере накопления опытного материала эмпирические формулы, вероятнее всего, превратятся в рациональные. При помощи последних мы сможем открыть новые законы природы». Понятно, что подобный текст мог написать только рационалист-конструктивист. Противоположного мировоззрения придерживался Оствальд.
В 1895 году на 67-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей в Любеке феноменологические взгляды Оствальда, который выступил с докладом «Преодоление научного материализма», подверглись резкой критике со стороны конструктивиста Больцмана. Он назвал энергетическую философию Оствальда «несостоявшейся атакой на атомистические представления». Однако формалистские тенденции в то время становились всё более и более модными. Оствальда поддержал влиятельный физик Эрнст Мах, который атомистическую теорию назвал «бесплодной гипотезой». В 1901 году Оствальд издал «Натурфилософию», написанную по текстам публичных выступлений, где детально изложил свои формально-феноменологические воззрения. Оствальд и Мах устроили настоящую обструкцию Больцману. Лишь после его самоубийства в 1906 году они стали осознавать, что были не правы в отношении разработчика кинетической теории газов, и признали существование атомов.
Вильгельм Оствальд (1853 – 1932)
Казалось бы, в картине мира Оствальда атомы и молекулы играли первостепенную роль. Однако около 1890 года он неожиданно решил, что пространственные представления о них только мешают познанию природы. На первое место он поставил энергию, с помощью которой, как он рассчитывал, можно объяснить любые явления природы. Законы термодинамики управляют миром, говорил он, посредствам них мы сумеем постичь тайны бытия. У стороннего наблюдателя тут же возникает вопрос: как мог этот естествоиспытатель отказаться от корпускулярного строения материи, если все его научные достижения построены на ионной теории Аррениуса и Вант-Гоффа. Когда мы исследуем истоки мировоззрения Оствальда и философии эмпириокритицизма в целом (см. Теория познания Оствальда), научные споры вокруг теории электролитической диссоциации выходят на первое место.
Эмпириокритики, прежде всего в лице Оствальда, подняли на щит сначала полуфеноменологическую теорию электролитической диссоциации в борьбе против чистых конструктивистов, вроде Гельмгольца, которые до сих пор не смогли предложить удовлетворительную модель текучести (сверхтекучести) жидкостей и электрической проводимости (сверхпроводимости). Далее с Оствальдом произошло примерно то же, что позднее случилось с Максом Борном, который сначала поддержал умеренный релятивизм Эйнштейна, но затем выступил против него, так как копенгагенское истолкование волновой функции электрона выплеснулось за пределы теории относительности (см. Борн — тотальный релятивист). Релятивизм квантовой механики мы называем тотальным, поскольку физика в ней полностью игнорируется. Тотальные релятивисты уже не интересуются пространственной конфигурацией электрона, а математика в ее рамках превращаются в сплошную манипуляцию символами, числовое значение которых просто подгоняется под экспериментальные данные. Нужно отчетливо понимать, что релятивизм Эйнштейна принципиально отличается от релятивизма позднего Борна, поэтому и теорию относительности невозможно согласовать с квантовой механикой.
Молодой Оствальд с восторгом поддержал полуфеноменологические теории Аррениуса и Вант-Гоффа, но ближе к старости, когда в Европе формалистские настроения всё больше одерживали победу, пошел дальше и зачеркнул всё конструктивное, что имелось в их теориях. Атомы и молекулы, в которые он верил в молодости и вынужден был под давлением неоспоримых фактов принять в старости, сделались для него символами научного мракобесия. Он грезил мечтой об утопической науке, в которой господствовала бы лишь одна категория — энергия. Через нее он хотел перестроить термодинамику и все прочие разделы естествознания так, чтобы известные законы физики и химии играли подчиненную роль. К этой романтической Теории Всего он даже не приблизился, создав для нее только философскую платформу. Однако при внимательном рассмотрении его энергетической метафизики мы не обнаруживаем ничего оригинального по сравнению с идеями Маха, Авенариуса, Петцольда, Клейнпетера и других феноменалистов.
Теория познания Оствальда
Оствальд немало выступал с докладами по философским вопросам естествознания, которые затем печатались в издаваемом им журнале. Наиболее известными в этом отношении стали доклады под названием «О растворах» (1889), «Энергия и ее превращения» (1890) и «Несостоятельность научного материализма». В последнем докладе, прочитанном 16 декабря 1895 года, Оствальд изложил собственную оригинальную философию энергетизма, наделавшую немало шума в научном и околонаучном мире. В 1896 году она вышла в Риге на русском языке с предисловием П. Вальдина, ученика Оствальда, который писал: «... В то время, как современное естествознание со своей общепризнанной конечной целью — свести все явления к механике атомов и молекул — праздновало свои триумфы, продолжали выражаться единичные мнения, идущие в разрез господствовавшим учениям; эти возражения не были опровергнуты, но, что гораздо легче, вполне проигнорированы» [67, с. III].
Далее Вальдин цитирует самого Оствальда: «Если что-нибудь стало особенно ясным в течение последнего периода развития рациональной химии, — жаловался прославленный химик, — так это то, что механистическая гипотеза тормозила свободное исследование законов химических изменений и состояний равновесия: прогресс стал возможным лишь настолько, насколько мы освободились от этой гипотезы» [67, с. IV].
Вслед за этим во введении цитируется Дюгем: «Неужели необходимо основывать все теории на законах динамики и статики, и не достаточно ли руководствоваться одними принципами, добытыми опытным путем, не обращая внимание на форму и символы, которыми эти принципы выражены? ... До сих пор идеалом теоретиков являлось объяснение всевозможных явлений с помощью числа простых механических гипотез. Мы должны освободиться от такого идеала. Лучшей теорией будет та, которая введет в свои рассуждения величины, имеющие физический смысл и подлежащие измерению» [67, с. V].
Вальдин продолжает: «Бунге, Людвиг и Бородин — выдающиеся физиологи и биологи — решительно восстают против слишком большого поклонения механистическому объяснению явлений. Имея дело с живым организмом, эти ученые приходят к заключению, что физиологические процессы, которые надеялись объяснить при помощи физики и химии, на самом деле носят гораздо более сложный характер, и пока решительно не поддаются механическому объяснению» [67, с. V].
Вильгельм Оствальд (1853 – 1932)Теперь процитируем начало выступления Оствальда. «Во все времена раздавались жалобы на недостаток согласия в обсуждении самых важных и коренных общечеловеческих вопросов. ... Каждый естественно-научно мыслящий человек, начиная от математика-теоретика и кончая врачом-практиком, на вопрос, как представляет он себя внутреннее строение физического мира, без сомнения выскажет ту мысль, что все объекты этого мира состоят из атомов, и что атомы и действующие между ними силы суть конечные реальности, к которым сводятся все явления природы. ... Материя и движение — вот два понятия, к которым сводится всё многообразие явлений природы. Такое мировоззрение может быть названо научным материализмом.
Я намерен высказать свое убеждение, заключающееся в том, что это общепринятое мнение построено на весьма шатких основаниях, что механистическое мировоззрение не выполняет того назначения, для которого оно выбрано, и что это мировоззрение находится в непримиримом противоречии с общеизвестными, признанными и бесспорными истинами. Вывод, который отсюда следует — ясен: мы должны отказаться от такого научно несостоятельного воззрения; оно должно быть оставлено и, если возможно, заменено другим, более целесообразным и вероятным. ... Гораздо проще раскрыть несостоятельность обычного механистического воззрения, чем доказать самодостаточность нового, которое я склонен назвать энергетическим» [67, с. 1 – 2]. Оствальд пользуется модным словечком инвариант, которым оперируют математики Геттингенской школы. Для него и масса является инвариантом, поскольку выполняется закон сохранения массы, превратившийся в «метафизическую аксиому сохранения материи». Он пишет: «Во всех явлениях действительного мира, как бы ни беспредельно было их многообразие, мы всё-таки усматриваем лишь отдельные, вполне определенные случаи формально мыслимых возможностей. Значение законов природы заключается именно в выделении действительных случаев из возможных, и окончательный вид, к которому они все приводятся, есть нахождение инварианта, величины, не изменяющейся, хотя бы все остальные данные изменялись в возможных и законом выраженных пределах. Отсюда видим, что историческое развитие научных воззрений находится в тесной связи с открытием и выработкой таких инвариантов. Они как бы служат верстовыми столбами того пути познания, по которому шло человечество» [67, с. 4 – 5].
Мы видим, как частные и специфические вопросы математики получают в физике всеобщий и обязательный статус. Лаплас провозгласил «мировую формулу», согласно которой по известным механическим параметрам, установленным в определенный момент времени, можно рассчитать будущие события, отстоящие от указанного времени на любой сколь угодно долгий отрезок времени. «Обычно не замечают, — пишет Оствальд, — как много в таком взгляде гипотетического или даже метафизического. Напротив, этот взгляд принято рассматривать как максимум точного формулирования действительно существующих отношений. Однако ни в одном отдельном случае не было приведено подтверждения того вытекающего из этой теории следствия, что все немеханические процессы, каковы явления теплоты, лучеиспускания, электричества, магнетизма и химического сродства, действительно суть "механические". Ни в одном из этих случаев не удалось выразить действительно существующие отношения соответствующей механической системой так, чтобы не получилось остатка. Хотя для многих отдельных явлений и удавалось с большим или меньшим успехом дать механическое изображения, но лишь только задавались целью выразить при помощи его целую совокупность фактов какой-либо известной области, то каждый раз без исключения оказывалось, что действительно существующие отношения и те, которые выводились по механической системе, в каком-нибудь пункте непременно находятся в явном противоречии» [67, с. 8 – 9].
Здесь мы видим, как формируется статистическое представление на физические законы, которые затем станут определяющими для квантовой механики в копенгагенской интерпретации. Оствальду кажется, что материалистические взгляды несовместимы с неполными знаниями, статистического характера. Он бросает беглый взгляд на череду оптических теорий и погружается в унынье. Корпускулярная теория Ньютона была сменена на волновую теорию Гюйгенса и Эйлера; последняя также оказалась недолговечной: её сменила электромагнитная теория света, согласно которой свет — это уже колебания эфира, причем поперечного характера, что свойственно только абсолютно твердому телу. Отсюда вывод: «механические теории своими ложными началами принесли один только вред» [67, с. 10]. Между тем «устранение механистической конструкции мира ведет за собой падение всех основ материалистического мировоззрения в научном смысле этого слова» [67, с. 12]. С этого момента «утверждение, что все явления природы могут быть прежде всего сведены к механистическим, нельзя рассматривать даже как пригодную служебную гипотезу. Такое утверждение нужно считать заблуждением и только» [67, с. 13].
Оствальд считает, необратимость тепловых и, тем более биологических процессов также противоречит философии материализма, которая, согласно его представлениям, сводится к элементарной механике. В строго детерминированном мире можно было бы вместо времени t во все уравнения механики подставить время –t, от такой замены физические процессы потекли бы вспять. Но этого не происходит в реальном мире, где четко различаются понятия прежде и после, где взрослое дерево не может превратиться в крохотный росток, старик — в дитя, бабочка — в гусеницу и личинку. «Фактическая необратимость действительных явлений природы ясно указывает на существование таких процессов, которые не могут быть выражены механическими уравнениями. Этим вынесен роковой приговор научному материализму» [67, с. 13].
Вильгельм Оствальд
Оствальд отказывается и от наглядности — самого необходимого условии для успешного моделирования, без которого творчество ввергается в пучину спекуляций. «... Мы должны, — пишет он, — совершенно отказаться от надежды наглядно представить себе физический мир посредством сведения всевозможных явлений к механике атомов. "Не сотвори себе кумира в виде образа!" Наша задача заключается не в том, чтобы видеть мир в более или менее обманчивом или кривом зеркале, а настолько непосредственно [описывать его], насколько это доступно нашему уму. Ставить в известные отношения только реальности, доказанные и измеренные величины, так что, когда даны одни [величины], могут быть определены другие, — вот в чем заключается задача науки [т.е. в установлении функции y по известному аргументу x]. Эта задача не может быть решена подстановкой какого-нибудь гипотетического изображения, а только при помощи указания отношений взаимозависимых величин, поддающихся измерению. ... Замена механистического мировоззрения энергетическим будет самым плодотворным научным даром, какой только может быть поднесен заходящим столетием восходящему» [67, с. 13 – 14].
В развитие этого понятия Оствальд замечает, что «наши органы чувств реагируют лишь на разницу энергий между ними и окружающей средой. В мире, температура которого повсеместно была бы такая же, как температура нашего тела, мы не чувствовали бы теплоты. Подобно тому, как не чувствуем постоянного атмосферного давления, под которым находимся. Только создавая объем с другим давлением, мы чувствуем его» [67, с. 17].
Далее он создает предпосылки, на которых в дальнейшем будет покоится вся теория относительности. «... Успех науки, — говорит он, — знаменуется открытием всё более общих инвариантов, и я уже указал на то, как первая из этих постоянных величин — масса — расширилась в понятие материи» [67, с. 18]. Галилей ввел понятие о силе; однако силе не достает постоянства. Поскольку материя является носителем энергии, ее сосудом (Оствальд говорил, что материи и энергии являются аналогами тела и души) и поскольку Майер открыл закон сохранения энергии, то мы имеем право говорить об энергии как первейшем инварианте, т.е. самой общей постоянной. Оствальд уверен, что «все без исключения уравнения, в которых сопоставлены два или более различных родов явлений, должны быть, непременно уравнениями с величинами энергии» [67, с. 23].
«... Материя есть не что иное, как пространственно соединенная группа различных энергий, и все, что мы хотим высказать о материи, мы высказываем лишь об этих энергиях» [67, с. 19]. «Если вас ударить палкой, что вы почувствуете — палку или ее энергию?» «Энергию палки!» — отвечает Оствальд. В механике не известна полярность; вот почему Максвелл не нашел электромагнитным явлениям точного механического аналога. Это еще раз доказывает, несостоятельность механических гипотез. Оствальд напоминает знаменитое изречение Ньютона «гипотез я не измышляю» и советует придерживаться этой сентенции. При этом под гипотезами понимаются пространственно-механические модели, без которых немыслимо конструктивное творчество.
Вильгельм Оствальд
Как и Мах, Оствальд выступал против «гипотезы» атомов; под объяснением физических явлений он понимает простое их описание. Прославленный химик пишет: «Мы более не ищем ни атомов, которых не можем наблюдать, ни действующих между ними сил, которых не можем доказать; напротив, каждый раз, когда мы хотим судить о каком-либо процессе, то стараемся определить лишь род и количество входящей и исходящей энергии. Её мы можем измерить... Какое громадное преимущество заключается в этом новом учении в методическом отношении, станет ясно всякому, чья научная совесть страдала под гнетом того постоянного разлада между действительными фактами и гипотезами, который проявляется в современной физике и химии, как науках рациональных. Энергетика — единственный путь, на котором может быть точно исполнено столь часто ошибочно понимаемое требование Кирхгофа, заменить так называемое "объяснение" природы её описанием» [67, с. 22].
Когда читаешь всё это, начинаешь понимать всю трагичность и безысходность сегодняшней ситуации для истинных исследователей природы. По сути, формалист и конструктивист — это два совершенно различных биологических вида: один никогда не поймет другого. Конструктивисту кажется дикостью подменять действующую пространственно-механическую модель, с помощью которой к нему только и приходит понимание физики явления, описательным протоколом, составленным по итогам эксперимента. Голова формалиста устроена так, что он не может, а главное, не хочет ничего понимать; ему нужна инструкция, в которой бы указывались некие функциональные зависимости. Всякий пользователь плодами науки должен знать, что произойдет, если сделать то-то и то-то; ему уже не интересно знать, почему так произойдет. Такой унифицированный подход характерен не только и даже не столько для специалистов-физиков, сколько для всех членов общества потребления.
Так, например, современные релятивисты никогда особенно не интересовались найденными уже в наше время объяснениями эксперимента Майкельсона – Морли на основе представлений классической физики. Их вполне удовлетворял договор, заключенный между мировыми элитами ученых о справедливости эйнштейновской идеологии. Люди, согласные с этим договором, впадают в крайнее удивление и раздражение, когда какой-нибудь самонадеянный физик-одиночка, указывая на ошибки и противоречия теории относительности, предлагает свое решение релятивистских проблем. Первый вопрос, который возникает у рядового представителя тотального общества потребления, — зачем? Зачем нужно пересматривать мировое соглашение, которое одобрено всеми крупнейшими национальными и международными институтами науки? Кому нужна эта война каждого против всех, которая непременно вспыхнет, если нарушить фундаментальную конвенцию?
Вильгельм Оствальд
Отдельные представители научного сообщества даже не догадываются, какими жалкими винтиками они являются в огромной бюрократической машине, представленной университетскими и академическими кругами. Они ничего не знают и знать не хотят о жесточайшей войне, длившейся на протяжении первой половины прошлого века, когда формалисты, наконец, одержали победу. В нашей стране банда крикливых релятивистов (А.Ф. Иоффе, Л.Д. Ландау, Я.И. Френкель, Ю.Б. Румер, С. Л. Мандельштам, В.А. Фок, Д.И. Блохинцев, С.И. Вавилов) путем подлых интриг и доносов расправились с выдающимися учеными, принадлежавшими российской школе классической физики, исповедующей конструктивные методы Максвелла и Дж. Томсона. Мы имеем в виду прежде всего:
Кастерина Николая Петровича
Тимирязева Аркадия Климентьевича
Миткевича Владимира Федоровича
Предводителева Александра СавичаВечная память этим выдающимся физикам России!
Но вернемся к Вильгельму Оствальду. Науку всеобщего и тупого потребления он пропагандировал не только в «Несостоятельности научного материализма», но и в своей «Натурфифлософии», вышедшей в 1908 году. Говоря о целях науки, в ней он пишет: «Предвидение будущих событий, основанное на знакомстве с отдельными элементами повторяющихся явлений есть наука в самом широком смысле слова. Эти положения были развиты нами в противовес чрезвычайно распространенному взгляду, что наукой нужно заниматься "для науки", а не ради пользы, какую она фактически приносит или могла бы принести. На это мы отвечаем, что никакое дело не совершается "ради него самого", а исключительно ради целей, поставленных человеком» [70, с. 10].
Человек, занимающийся наукой ради науки имеет перед собой единственную цель — отыскать истину. Как только ставится иная задача, тем более коммерческая, по использованию плодов научных изысканий обществом потребления, тут же знания вырождаются в красочную упаковку дешевого товара, в котором и намека нет на истину. Полюбуйтесь на подарочные экземпляры книг по физике, выпущенных издательством «Гелеос». В них сплошной обман. Теория относительности, квантовая механика и, особенно, современные космогонические мифы, сочиненные Стивеном Хокингом и Роджером Пенроузом, являются прекрасными иллюстрациями деградации науки. Задача коммерсанта — удивить и развлечь обывателя. Нынешняя физика как раз и сориентирована на эти цели. Ничем больше она не желает заниматься, как только фантазированием необычного виртуального мира. В этой фабрике грёз наукообразного Голливуда всё совершается легко и весело. В деятельности ведущих физиков, лауреатов Нобелевской премий практически ничего не осталось от того напряженного труда, который всегда был нужен для разыскания подлинной истины.
«Натурфилософия» Оствальда
«Натурфилософия» Оствальда состоит из четырех частей:
1) Общая теория познания.Нам нет нужды углубляться в эти конкретные разделы, причем с сильно устаревшими сведениями, поскольку нашей задачей является усвоение механизма зарождения и развития спекулятивной философии. Впрочем, читая сей труд, мы сталкиваемся с утверждениями хорошо нам известными. Остается лишь удивляться, сколь солидарны были авторы в своей пропаганде формализма. Для Оствальда, как и для всех формалистов, начиная с Аристотеля, главным инструментом познания является логика, основывающаяся не на визуальном представлении, а на вербальном понятии.
2) Логика, учение о многообразии понятий и математика.
3) Наука о неорганической природе.
4) Биологические науки.«... Одной из важнейших задач науки, — пишет Оствальд, — является возможно более полная обработка всех даже только мыслимых соотношений между явлениями, и это практическая необходимость оправдывает общий или теоретический характер науки.
Здесь перед нами встает вопрос о том, как возможно гарантировать такого рода полноту, и ответ на этот общий вопрос предварительного характера дает первая или самая общая из всех наук, знание, которое предполагается как условие для занятия всеми другими науками. Основанная греческим философом Аристотелем, она получила от него и носит до сих пор имя логики, а это имя состоит в подозрительно с родстве со словом, которое, как известно, появляется там, где не хватает понятий.
По существу же здесь дело идет именно об учении о понятии, по отношению к которому язык служит только средством и — прибавим — очень часто недостаточным. Мы видели, что воспоминание — фактор физиологического порядка — соединяет в нашем сознании сходные переживания, т.е. переживания частично совпадающие. Относительно этих совпадающих элементов мы и в состоянии делать предсказания именно потому, что они находятся в каждом отдельном случае. И только эти элементы образуют, ту часть нашего опыта, из которой вытекают известные следствия и которые благодаря этому имеет значение.
Совокупность такого рода совпадающих или повторяющихся элементов в сходных переживаниях мы называем, как сказано выше, понятием. Уравновешивая субъективную неполноту воспоминаний отдельного индивида противопоставлением возможно большего числа самых разнообразных воспоминаний, наука стремится таким путем заполнить и обезвредить субъективные пробелы» [70, с. 11 – 12].
Далее автор развивает теорию познания в духе Маха и Авенариуса. Он еще раз акцентирует внимание читателя, чем должна заниматься наука. Задача науки, пишет он, «состоит в выработке таких понятий воображения, которые при заранее определенных условиях становятся понятиями опыта. По существу это — выраженная иными словами задача предвидения, которая, как мы знаем, является отличительным признаком науки. ... Если в опыте мы наблюдаем безусловную связь между двумя данными элементами, так что ни в одном переживании какого-либо из них не встречался без другого, то имеется большая вероятность того, что то же самое будет и в предстоящем переживании, и вывод наш окажется истинным или правильным» [70, с. 15].
Его суждения относительно законов природы столь же примитивны, как у схоластов; он пишет: «...Законы природы являются указаниями относительного того, какие элементарные понятия заключены в более сложных. Так, например, сложное понятие вода содержит более простые понятия о жидком состоянии, об известной плотности, прозрачности, бесцветности и еще много других. Таким образом, положения: вода — жидкое тело, плотность воды равна единицы, вода прозрачна, вода — бесцветна или имеет бледно-голубой цвет и т.д. — всё это законы природы» [70, с. 17]. Разве можно с такой средневековой эпистемологией решать задачи, скажем, по моделированию эфира и электрона, над которыми бились Максвелл и Дж. Томсон?
Оствальд ни на шаг не продвинулся от положений Бэкона и Милля. Нижеследующий текст является обыкновенным дублированием всего того, о чём те когда-то писали. «Исследованная выше форма вывода: так как это было до сих пор, то я ожидаю, что так это будет и впредь, является движущей силой развития каждой науки и орудием, с помощью которого она добывает себе истинное содержание, т.е. устанавливает свое значение в деле предвидения будущего. Этот вывод носит название вывода по индукции, а те науки, в которых он преимущественно применяется, называются индуктивными науками. Эти же науки называются иначе опытными, или эмпирическими. За этими наименованиями скрывается представление о существовании еще другого рода наук, дедуктивных, или рациональных, в которых применяются выводы обратного характера. ...
Однако, в настоящее время начинает складываться убеждение, что дедуктивные науки одна за другой вынуждены отказаться от подобных претензий, и отчасти это уже случилось. С одной стороны, это объясняется тем, что при ближайшем рассмотрении они оказываются теми же индуктивными науками, с другой стороны, некоторые из них, вообще, теряют право претендовать на роль и статус науки. Последнее относиться, в частности, к таким отраслям знания, которые не применялись или не могли применяться, как орудия предсказания будущего» [70, с. 21]. Здесь конструктивисты принципиально расходятся с эмпириокритиками, так как для них нет ничего важнее, чем адекватное понимание природного явление. Можно ли его приспособить для повседневных нужд потребления, дело десятое. Первопроходца этот вопрос интересовать не должен; пусть им занимаются инженеры персонал, но только не исследователи.
В «Натурфилософии» Оствальд продолжает развивать свою энергетическую точку зрения. Энергия, пишет он, это субстанция, т.к. «никакое количество энергии не исчезает без того, чтобы не возникло эквивалентное количество энергии другого вида». Но масса и вес — это тоже субстанции, потому что они не уничтожаются. Далее повторяется всё то же, что мы уже читали в «Несостоятельности научного материализма». В частности, «масса — это емкость для энергии движения» [70, с. 204]. «Закон причинности: ничего не совершается без эквивалентного превращения одного или нескольких видов энергии в другие виды» [70, с. 212]. Общий закон причинности: «Этот закон основывается на опыте, который учит нас, что течение процессов в [материальном?] образовании есть некоторая определенная функция причин (в узком смысле), условий и поводов образования, так что при одинаковых данных наступает одинаковое течение процессов» [70, с. 217].
Энергетическая тема звучит постоянно. «Особенно важным результатом энергетического взгляда, — пишет Оствальд, — следует считать замену понятия материи понятием комплекса известных энергий, подчиненного пространству. Мыслители различных направлений часто указывали на противоречивость и в то же время нераздельность материи и ее сил, но даже очень смелые мыслители так и не решились отказаться от одной в пользу другой» [70, с. 176]. Такой дуализм, когда универсум поделен на пассивное и активное начала, весьма нежелателен для науки. Не лучше ли иметь в качестве объекта исследования одну субстанцию в форме энергии?
«Первым началом» энергетики Оствальда является закон сохранения энергии; «второе начало» заключает в себе ответ на вопрос: «какие условия должны быть выполнены для того, чтобы вообще могло наступить превращение энергии?» Гельмгольц сказал: чтобы какой-нибудь процесс имел место, необходимо чтобы существовали разности интенсивностей присутствующих энергий (условие необходимое, но недостаточное).
Законом сохранения энергии пользовался Лейбниц и Гюйгенс по умолчанию, так как он вытекает из логики замкнутых систем. Майер убедился в его справедливости эмпирическим путем. Так как конструктивисты-рационалисты (механицисты) и феноменалисты-эмпирики разговаривают на разных языках и не понимают друг друга, то и один и тот же закон сохранения энергии для них существует в двух ипостасях: в виде факта ума, не требующего эмпирического подтверждения, и в виде экспериментального факта. Аналогично с принципом инерции, который хотя и был открыт опытным путем, но имеет вполне умозрительную компоненту. Декарт наблюдал движение камня, выпущенного из пращи, который будет двигаться по касательной к круговой траектории. Умозрительно он догадался, что камень будет двигаться по прямой равномерно и прямолинейно бесконечно долго, если отсутствуют причины для изменения его состояния.
Оствальд так не считает; для него важно эмпирическое подтверждение, в том числе, что касается геометрии. Тема нам хорошо знакомая, поэтому слишком распространяться не будем. Скажем лишь одно: если поставить в ряд арифметику, геометрию, механику, то эти три науки здесь ранжированы по возрастанию эмпирической составляющей и убыванию умозрительной. Почему так? Дело в том, что числа и действия над ними пришли первыми, в частности, из опыта торговых операций. Геометрия развилась из земледелия и архитектурного строительства. Механика развивалась вместе с инженерным искусством. В этом смысле мы можем говорить об опытном происхождении данных наук. Но проблема, поднятая Гауссом и обсуждаемая затем Риманом, Гельмгольцем и прочими учеными, носит совершенно иной характер. Является ли реальное пространство евклидовым или нет, уже нельзя решить опытным путем. Аргументы, приведенные Пуанкаре, прекрасно доказывают это.
Но Оствальд никогда не согласиться с ними, поскольку он до мозга костей эмпириокритик. Он пишет: «Ошибочное мнение, будто с помощью одной логики можно создать науку, объясняется тем, что прежде совершенно не понимали опытного характера этого материала. В настоящее время, благодаря убедительным исследованиям Римана и Гельмгольца, многие готовы приписать геометрии эмпирический характер. Но им кажется сомнительным, чтобы то же самое можно было утверждать о математике. Скорее, напротив, даже отказываясь от "абсолютных истин" математики, они готовы видеть в ней свободное и произвольное творчество человеческого духа. Огромная польза от применения математики к различным опытным наукам представляется им странной случайностью» [70, с. 221].
Оствальд указывает, что сравнительно новые для его времени явления электричества, магнетизма, теплоты и лучеиспускания не опираются на атомистические законы Дальтона, Гей-Люссака, Авогадро и Фарадея. Это правда, но прошло совсем немного времени и все перечисленные химиком явления стали объектами вновь народившихся атомных теорий. Если излучение, теплоту, электричество и магнетизм нельзя с достаточной долей уверенности причислить к механическим процессам, то, что делать с физиологическими процессами, вопрошал Освальд, т.е. рождением, развитием и смертью живых организмов? Для снятия проблемы противостояния материи и духа он как раз и выбрал компромиссную категорию энергии, которая, по его мнению, должна примирить материалистов с идеалистами. Как не назвать это уловкой, если решение ищется вне материалистических представлений?
Приведенных нами цитат из двух основных сочинений [67] и [70] будет, видимо, достаточно, чтобы ознакомиться с теорией познания Вильгельма Оствальда. Его теорию критиковали многие, в частности, его соотечественники, Больцман и Планк, наши соотечественники, Столетов и Ленин, но сегодня про него почти все забыли. Между тем, наряду с Махом и Авенариусом он сыграл главенствующую роль в деле становления идеологии релятивизма, которая далеко неизжита. Тем, кто всё ещё верит в теорию относительности, надобно знать, откуда взялись эти эйнштейновские спекуляции.
Цитируемая литература
|
|
