НАУКА
КАВЕНДИШ гравитационная постоянная
КАВЕНДИШ 46
Гравитационная
Чистое притяжение
46
D*tAGOSTINI
КАВЕНДИШ
Гравитационная постоянная
КАВЕНДИШ
Гравитационная постоянная
Чистое
притяжение
НАУКА. ВЕЛИЧАЙШИЕ ТЕОРИИ
Наука. Величайшие теории: выпуск 46: Чистое притяжение.
Кавендиш. Гравитационная постоянная. / Пер. с исп. — М.:
Де Агостини, 2015. — 176 с.
Генри Кавендиш — первый из поколения, осветившего
XVIII век своей жаждой знаний. Изучение материи в то вре-
мя развивалось в поисках ответов, которые позже нашли
применение в первых промышленных процессах. Этот со-
стоятельный английский лорд известен своими исследова-
ниями в области химии, открытием состава воды и анализом
воздуха, а также первыми экспериментами по электриче-
ству. Особого признания заслуживают работы Кавендиша
по определению плотности Земли, с помощью которых стало
возможным вычислить одну из основных констант приро-
ды — гравитационную постоянную, то есть силу, с которой
тела притягиваются друг к другу.
ISSN 2409-0069
© Miguel Angel Sabadell, 2015 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2015
© ООО «Де Агостини», 2014-2015
Иллюстрации предоставлены:
Age Fotostock/ Science Photo Library: 63 (вверху);
Chatsworth Settlement Trustees: 29 (вверху слева; вверху
справа), 97 (вверху); Getty Images: 73 (вверху); Google
Cultural Institute/ Йельский центр британского искус-
ства: 23; Joan Pejoan (инфографика); Oosoom: 141 (внизу);
Wellcome Images: 63 (внизу); Антон Лефтеров: 109 (внизу);
Архив RBA: 29 (внизу), 41, 52,58, 61, 69, 73 (внизу), 85,87,
106,109 (вверху), 115,117, 135,137,141 (вверху), 162,165
(внизу); Библиотека Смитсоновского института: 147;
Королевское общество: 25,97 (внизу), 165 (вверху);
Медицинский центр Канзасского университета: 56;
Национальная портретная галерея: 167.
Все права защищены.
Полное или частичное воспроизведение
без разрешения издателя запрещено.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ .............................................. 7
ГЛАВА 1. Дитя из благородной семьи.................... 15
ГЛАВА 2. Своеобразный человек......................... зз
ГЛАВА 3. Застенчивый химик ........................... 47
ГЛАВА 4. О водороде И СО2	65
ГЛАВА 5. Снова об электричестве ...................... 81
ГЛАВА 6. Создавая воду	ioi
глава 7. Школа тепла	-	125
ГЛАВА 8. Сколько веСИТ наш мир	149
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ	171
УКАЗАТЕЛЬ ........................................... 173

Введение
Генри Кавендиш — одна из тех фигур в истории науки, которые
неразрывно связаны с большими экспериментами. В нашем слу-
чае речь идет об одном из самых утонченных, сложных и эле-
гантных экспериментов — определении универсальной грави-
тационной постоянной. Читатели, больше увлекающиеся
химией, возможно, знают Кавендиша как открывателя водорода,
и об этом мы тоже расскажем. Французский физик XIX века
Жан-Батист Био (его имя очень хорошо известно тем, кто ин-
тересуется электромагнетизмом) назвал героя нашей книги «са-
мым мудрым из богатых и самым богатым из мудрецов».
Криста Джангникель и Рассел Маккормак, авторы подроб-
нейшей биографии «Кавендиш: экспериментальная жизнь»,
определили его как «одного из великих ученых XVIII века, од-
ного из самых богатых людей Королевства, отпрыска одного
из самых могущественных аристократических родов, фанатика
науки и первостатейного невротика». Об этом человеке напи-
сано немного, и большинство работ рисуют его как многостра-
дального гения. Джордж Уилсон в книге «Жизнь достопочтен-
ного Генри Кавендиша» описывал его как человека, лишенного
каких-либо страстей; сэр Эдвард Торп, издатель «Научных за-
писок достопочтенного Генри Кавендиша», утверждал, что «он
был не таким человеком, как другие, он был просто олицетворе-
нием и воплощением холодной, бесстрастной рациональности».
7
Но если отставить в сторону особенности личности Кавен-
диша, его чрезвычайную застенчивость (доходившую до того,
что ученый общался с прислугой с помощью записок), абсо-
лютную честность и любовь к исследованиям, то самое приме-
чательное в научной жизни Кавендиша — малая известность
его трудов, из которых опубликована лишь небольшая часть.
Многие заметки ученого не изданы до сих пор, и мы понима-
ем, что если бы Кавендиш публиковал результаты своих экс-
периментов вовремя, наука продвинулась бы вперед на не-
сколько десятилетий. Например, как выяснил Джеймс Клерк
Максвелл, издавая тетради Кавендиша с описанием его экспе-
риментов по электричеству, тот раньше Кулона открыл закон,
управляющий электростатическим взаимодействием, и рань-
ше Ома — уравнение, связывающее сопротивление с силой
тока и разницей потенциалов.
Чтобы понять работу Кавендиша, нужно осознавать, в ка-
ком состоянии находилась наука его времени. В XVIII веке
не существовало даже такого слова, как «наука», а все знание
ограничивалось натуральной философией. В нее входили фи-
зика, химия и связанные с ними области. С другой стороны,
существовала естественная история, частями которой были
биология и геология. Кавендиш, без сомнений, был натурфи-
лософом.
Ему выпало жить в годы Промышленной революции —
время не ученых, а инженеров. Этот этап в истории опреде-
ляли паровая машина и связанные с ней промышленные про-
цессы. Наука уже переживала моменты своей славы — сначала
благодаря Копернику, Галилею и Кеплеру, а затем Ньютону.
XVIII век все еще смотрел в сторону этого гения из Вулсторпа,
и даже через 100 лет в основе преподавания в Кембриджском
университете лежали его «Математические начала натураль-
ной философии».
Ньютон рассматривал научное исследование как query —
постановку вопросов, изучение, проблему, в которую нужно
углубиться и тщательно ее рассмотреть. В течение большей ча-
сти XVIII века эта идея пользовалась мощной поддержкой в ака-
демическом мире натуральной философии. Для описания во-
8
ВВЕДЕНИЕ
просов, загадок и страстных поисков истины (один из коллег
Кавендиша сказал о нем: «любви к истине было достаточно,
чтобы заполнить его разум») использовалось одно из любимых
слов английских натурфилософов — inquiry, то есть процесс по-
становки вопросов или проблем.
В эпоху Ньютона наука переживала свое детство. Никто
не имел ни малейшего понятия о том, куда она может прийти,
превратится она по дороге в добродушное существо или ста-
нет чудовищем. Ньютон стремился объяснить, что такое на-
ука, и предугадать ее будущее. Он писал о научных методах,
правилах рассуждения и вопросах, которые подтолкнули его
к исследованиям. Нет ничего удивительного в том, что уче-
ные следующего столетия — столетия Кавендиша — называли
Ньютона мудрецом. И это притом, что его — без сомнений, ве-
ликий — вклад ограничивается оптикой и механикой. Однако
ньютоновские queries, его сиротливые вопросы без ответа, мно-
гие из которых перечислены на последних страницах большой
экспериментальной работы «Оптика», стали мотивом и стиму-
лом для тех, кто пришел в науку после него. Справедливо это
и по отношению к Кавендишу.
Наука — любопытное творение человеческого разума. Во-
обще мы боимся вопросов: сначала нас засыпают ими учителя,
потом вопросами пугают врачи, а на суде безжалостно уязвля-
ют ими адвокаты. Но в науке вопросы — стимул для продук-
тивной работы. И правильные вопросы приводят к новым тео-
риям. В обычном языке теория может означать нечто, начиная
от простой гипотезы до чего-то, что нельзя увидеть напрямую.
Но в науке это понятие имеет намного больший смысл: на-
учная теория — то, что связно объясняет множество явлений
и предсказывает другие явления, которые еще не наблюда-
лись; она означает кульминацию какой-то исследовательской
программы. XVIII век стал началом поиска этих теорий, с по-
мощью которых позже нашли объяснение такие явления, как
электричество и тепло.
Все это происходило в Европе, переживавшей интеллекту-
альное, социальное и политическое потрясение. В эпоху Про-
свещения идеи, вызревшие 100 лет назад, становились стимулом
ВВЕДЕНИЕ
9
для глобальных изменений. Политические идеи Джона Локка,
Томаса Гоббса и других привели к понятию демократии, устра-
нившей монархический абсолютизм в Европе. В конце этого же
века экономические идеи Адама Смита предоставили интеллек-
туальную основу для развития современного капитализма.
Именно в эту эпоху интенсивного господства разума на-
ука стала главным предметом общественного интереса. В на-
уке преобладали анализ и механика, в то время как химия
пыталась освободиться от мистических одеяний алхимии,
а геология и биология все еще оставались детьми. Механика
главенствовала в научной мысли, а наибольший интеллекту-
альный интерес представляло устранение всех следов верова-
ний и доктрин, не основанных на рацио. В предыдущем веке
были созданы две важные организации, Парижская академия
наук и Лондонское королевское общество, — два учреждения,
главной целью которых были научные исследования и распро-
странение знаний. За ними последовали Берлинская академия
наук, Санкт-Петербургская, Туринская... Все они создавались
под покровительством царствующих особ, следовательно, под-
чинялись в своей работе политическому режиму, но все вместе
составляли явление, интенсивно распространявшееся по Ев-
ропе.
В XVIII веке появился краеугольный камень интеллекту-
альной работы и исследований — научные журналы. Первым
был журнал «Философские труды Королевского общества»,
затем — «Мемуары» Парижской академии и другие издания,
не связанные с каким-либо определенным учреждением. Мно-
гие новые журналы предназначались широкой аудитории,
а не только научному сообществу В некотором смысле они мог-
ли бы считаться первыми научно-популярными изданиями,
в которых неспециалистам разъясняли результаты эксперимен-
тальных исследований и теоретических размышлений.
В XVIII веке научные трактаты становились бестселлерами.
Одна из книг математика Леонарда Эйлера, Lettres а ипе princesse
d’AUemagne («Письма к немецкой принцессе»), пережила до 38 из-
даний на девяти языках и печаталась в течение всего столетия.
Этот швейцарский математик и физик был очень плодовитым
10
ВВЕДЕНИЕ
автором: историк науки Клиффорд Трусделл посчитал, что од-
ному Эйлеру принадлежит 25 % всех научных публика-
ций XVIII века.
Если бы нужно было написать большими светящимися
буквами имена двух величайших английских ученых века Про-
свещения, то это были бы Генри Кавендиш и Джозеф Пристли
(с которым мы тоже познакомимся в этой биографии). Они оба
участвовали в большом научном приключении эпохи, занима-
ясь изучением материи. Этот путь начал в предыдущем веке ве-
ликий эмпирик Роберт Бойль, чья работа The Sceptical ChymiSt
(«Химик-скептик») имеет для химии такое же значение, что
и «Математические начала» Ньютона для физики.
Кавендишем правила необычайная любознательность, ко-
торая охватывала все области знания. Ученые в это время пы-
тались понять природу, человека, общество, историю. Вот та-
ким был мир, в котором жил наш герой — человек, о котором
его близкий родственник, пятый герцог Девонширский, сказал:
«Он не рыцарь. Он работает».
ВВЕДЕНИЕ
11

1731 Генри Кавендиш родился 31 октября
в Ницце, Франция.
1733 В возрасте 27 лет умирает его мать, ле-
ди Анна.
1742 Поступает в Академию Хакни.
1749 Поступает в колледж Святого Петра
в Кембриджском университете.
1753 Завершает обучение в университете,
не получив диплома, что было обычно
для студентов его социального поло-
жения.
1760 Избран членом Лондонского коро-
левского общества, а через некоторое
время — членом Клуба Королевского
общества.
1765 Избран членом совета Королевского
общества.
1766 Публикует «Три статьи, содержащие
опыты с искусственными видами воз-
духа», где рассказывает об открытии
водорода.
1767 Публикует в «Философских трудах»
работу «Опыты над водой из Рэтбо-
ун-плейс», в которой проводит тща-
тельный анализ состава воды.
1771 Публикует статью «Попытка объяс-
нения некоторых важных электри-
ческих явлений посредством упругого
флюида», практически полностью
посвященную теоретическим рассуж-
дениям.
1775 Публикует «Отчет о попытках ими-
тации электрического воздействия
ската».
1783 В возрасте 79 лет умирает отец учено-
го, лорд Чарльз.
1784 Публикует работу «Опыты над воз-
духом», в которой описывает процесс,
благодаря которому ему удалось син-
тезировать воду.
1785 Арендует и превращает в большую
лабораторию дом Клэпхэм Коммон
в небольшой деревушке, удаленной
от Лондона.
1786 Приобретает дом на Бедфорд-сквер.
1798 Публикует «Опыты по определе-
нию плотности Земли», где объясня-
ет поставленные им эксперименты
по точному измерению значения уни-
версальной гравитационной постоян-
ной G, благодаря чему входит в исто-
рию науки.
1800 Избран членом правления Королев-
ского института.
1809 Публикует работу «Усовершенство-
ванный метод градуировки астроно-
мических инструментов».
1810 Генри Кавендиш умер 24 февраля
в Клэпхэм Коммон, по словам его дру-
га Блэгдена — из-за воспаления обо-
дочной кишки.
ВВЕДЕНИЕ
13

ГЛАВА 1
Дитя из благородной семьи
Потомок двух самых влиятельных
английских родов, Генри Кавендиш
появился на свет для того, чтобы стать
типичным дворянином своего времени.
Однако его привлекла область,
совершенно не соответствующая
его положению, — наука.
И произошло это благодаря
влиянию отца.

Девятого января 1727 года двое представителей наиболее
состоятельных семейств Британии заключили брак. Это были
лорд Чарльз Кавендиш, сын герцога Девонширского, и леди
Анна Грей, дочь герцога Кентского. Чарльзу в это время было
22 года, и женился он раньше, чем это было принято среди людей
его положения, которые обычно вступали в брак после 30. Анна
была всего на два года младше жениха. Очень вероятно, что это
был брак по договоренности, он скреплял союз, существующий
между семьями в течение нескольких поколений: в XVII веке
Генри Грей, граф Кентский, женился на Элизабет, внучке сэра
Уильяма Кавендиша Чатсуортского.
Чарльз был человеком худощавого телосложения, с про-
долговатым и узким лицом, большим носом, глазами навыкате
и тревожным выражением лица. Судя по портретам Анны, это
была стройная, даже хрупкая женщина с любознательными гла-
зами и застенчивой, почти незаметной улыбкой.
Неизвестно, какие чувства жених и невеста испытывали
друг к другу, однако этот союз был, без сомнений, очень удобным
для их семей. Можно сказать со всей уверенностью: молодая
пара не испытывала ни малейших материальных затруднений.
До свадьбы Чарльз, как и все отпрыски аристократических ро-
дов, получал годовое пособие в размере 300 фунтов, что соот-
ветствует сегодня примерно 40 тысячам евро. В то время годо-
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
17
вой доход больше 50 фунтов был «выше необходимого для
жизненных потребностей», по мнению поэта и эссеиста Сэмю-
эла Джонсона, которого Оксфордский биографический словарь
считает лучшим англоязычным литературным критиком в исто-
рии. Отец жениха уже давно подумывал увеличить денежное
содержание сына до 500 фунтов, но свадьба ускорила это реше-
ние. Он назначил Чарльзу проценты с 6000 фунтов и собствен-
но капитал. В брачном контракте также упоминались земли —
очень важный источник благосостояния для общества
XVIII века. «Человек измеряется по его акрам», — говорили
тогда. Ничто не дает большего ощущения независимости, чем
владение землей. Отец Чарльза, второй герцог Девонширский,
продолжил традицию, более характерную для XVII века, чем
для его собственного времени: он передал сыну право на сбор
десятины, управление и владение землями в Ноттингемшире
и Дербишире, что означало дополнительный годовой доход
в 1000 фунтов. Чарльз был четвертым из пяти сыновей (и шести
дочерей), поэтому не носил никакого дворянского титула, хотя
в течение всей жизни был известен как лорд Кавендиш.
Молодая пара приобрела особняк Путтеридж на севере
Лондона, по дороге в Кембридж, и земли рядом. Чарльз и Анна
собирались превратить этот дом в свое семейное гнездо.
Молодой супруг вел активную жизнь в столице, при дворе
и в парламенте, как это и ожидалось от человека его положе-
ния, но выказывал интерес и к менее аристократическому заня-
тию — науке. К моменту женитьбы Чарльз уже входил в состав
различных комитетов Лондонского королевского общества, са-
мой знаменитой научной организации того времени.
Увы, счастье Чарльза оказалось коротким. В год свадьбы
Анна заболела, и некоторые родственники считали, что ее недуг
имеет нервную природу. Год спустя, во время суровой зимы
1730-1731 года (эта зима была еще холоднее, чем в 1716 году,
когда даже замерзла Темза), Кавендиши путешествовали по Ев-
ропе. Из Кале Анна написала отцу, что почувствовала серьезное
недомогание и «сильную простуду». Из-за того что она боялась
серьезно расхвораться, ей пришлось отказаться от подробного
18
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
знакомства с Парижем, и они с мужем отправились в теплую
Ниццу, сердце Французской Ривьеры. В то время этот город еще
не превратился в традиционное место паломничества обеспе-
ченных англичан, как это произошло во второй полови-
не XVIII века. Сочетание мягкого климата и моря, а также бес-
спорное очарование Лазурного берега со временем превратили
Ниццу в любимый курорт для всех обеспеченных людей, кото-
рые страдали (или думали, что страдают) от респираторных за-
болеваний. Но в 1731 году Чарльз Кавендиш явно был един-
ственным британским дворянином, который находился
в Ницце не по торговым или дипломатическим делам.
Анна через три месяца после отъезда из Парижа забереме-
нела и в воскресенье 31 октября 1731 года, в день Всех Святых,
в сонном, заросшем оливами средиземноморском городе с насе-
лением 16 тысяч человек родила первенца, который был назван
в честь дедушки со стороны матери — Генри.
Слава Богу, с моим сыном все хорошо, его живость и здоровье
приносят мне радость, которую я не способна выразить.
Анна Кавендиш, мать Генри
В следующем году здоровье и настроение Анны улуч-
шились, и тем же летом она написала из Лиона отцу о своем
счастье. Женщина чувствовала себя полностью исцелившей-
ся и собиралась вместе с мужем в Женеву на небольшие трех-
дневные каникулы, а затем, если ее самочувствие не ухудшится,
в Лейден. Анна закончила письмо теплыми словами о Генри.
В Лейдене супруги собирались навестить нидерландского
ботаника, химика и врача Германа Бургаве (1668-1738). Он
пользовался большим авторитетом в медицинской сфере, и кня-
зья со всей Европы отправляли детей к нему учиться, а такие
личности, как Вольтер, Линней и Петр I, приезжали в Голлан-
дию исключительно для того, чтобы навестить ученого. «Зна-
менитому Бургаве, врачу из Европы» послал письмо даже один
китайский дворянин, и самое удивительное, что оно дошло
до адресата. И даже когда в 1729 году Бургаве оставил свою
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
19
должность в университете, его слава не померкла. Особенно
сильно его уважали британцы — словно бы в благодарность
за благоговение, которое Бургаве испытывал перед Исааком
Ньютоном. В течение 12 лет он был единственным защитником
законов Ньютона в Стране тюльпанов и применил его принци-
пы к химии. Поэтому нет ничего удивительного в том, что лорд
Чарльз решил навестить ученого, тем более что в 1730 году тот
был избран членом Королевского общества. Леди Анна написа-
ла отцу о своих надеждах на то, что Бургаве вскоре примет их,
«чтобы поставить верный диагноз [ее] болезни». К несчастью,
не осталось никакого иного упоминания о том, что посоветовал
или предписал ей Бургаве, но поскольку туберкулез в те годы
считался неизлечимым, вряд ли его рекомендации сильно от-
личались от советов других врачей на континенте.
В какой-то момент супруги решили вернуться в Англию.
Через три месяца после посещения Бургаве леди Анна, долж-
но быть, почувствовала себя выздоровевшей, поскольку вновь
забеременела. Ее второй сын родился 24 июня 1733 года. Его
назвали Фредериком — в честь наставника Анны, принца Уэль-
ского. Дальнейшие события нам неизвестны вплоть до 20 сен-
тября этого года, когда Анна умерла в возрасте 27 лет. Она оста-
вила двухлетнего Генри и трехмесячного Фредерика, а также
29-летнего мужа. Лорд Чарльз так и остался вдовцом, посколь-
ку второй брак в то время в его кругу считался неподобающим.
ЖИЗНЬ В СТОЛИЦЕ
Через пять лет после смерти леди Анны, в 1738 году, лорд Чарльз
Кавендиш продал Путтеридж вместе с остальной собственно-
стью. Он решил переехать в Лондон, центр политической, на-
учной и общественной жизни, и вскоре обустроился с детьми
в Вестминстере, в доме номер 13 на углу Оксфорд-роуд и Грейт
Мальборо-стрит. Его соседями были дворяне и торговцы, а ули-
ца сильно отличалась от характерных для Лондона: она была
20
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
длинной, прямой и широкой. Новый дом представлял собой
перестроенные конюшни — обычное тогда дело. Это были два
здания, объединенные бывшим владельцем в одно. Позади дома
находился сад, куда вели задние двери, а рядом — каретный са-
рай и конюшни. Через два года после переезда в Мальборо
Чарльз был избран в администрацию прихода Сент-Джеймс
в Вестминстере. В этой работе не было мелочей, и он занимался
организацией множества дел — от ночных дежурств сторожей
до изготовления облачения приходского священника. Кавендиш
присутствовал на всех приходских собраниях в течение 33 лет,
до самой своей смерти. Также он входил в комитет, занимавший-
ся строительством Вестминстерского моста — второго моста
через Темзу, благодаря которому жители британской столицы
перестали устраивать столпотворение возле знаменитого Лон-
донского моста, который был единственным.
Однако в жизни Чарльза, помимо политических и обще-
ственных забот, нашлось место и науке. Он занимался всем —
от астрономических наблюдений до экспериментов с электри-
чеством и математических размышлений.
В то время когда Чарльз купил дом, в Лондоне прожива-
ла шестая часть всего населения Англии, и при его жизни это
количество дошло до миллиона человек. Несмотря на то что
Лондон был столицей, его жители, как заметил знаменитый ли-
тературный критик Сэмюэл Джонсон, «стремились быть ближе
к своей берлоге». Лондон означал богатство, власть, торговлю,
возможность материального процветания. Здесь был центр
Империи и управления страны, самый важный порт Британии,
финансовая столица мира. И те, кто с детства занимал место
на вершине социальной лестницы, — такие как Кавендиш —
могли сказать, что у них есть все. Не надо было далеко ходить:
прямо в Вестминстере находились почти 400 магазинов, среди
которых Чарльза Кавендиша особенно привлекали те, что тор-
говали научными приборами, и книжные лавки.
Жизнь в Лондоне означала для него нахождение в эпицентре
научной деятельности. Даже в середине XVIII века, когда дале-
ко вперед в исследованиях ушли шотландские университеты
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
21
и такие промышленные города, как Бирмингем и Манчестер,
Лондон оставался «интеллектуально выдающимся» городом
и притягивал, словно магнит, людей, «имеющих научно-техни-
ческий интерес». Почти половина ученых Великобрита-
нии XVIII века работали рядом с Лондоном, и каждый исследо-
ватель, независимо от того, какой областью знаний он
интересовался, мог найти здесь группу, разделявшую его интерес.
Конечно, центр научной вселенной находился в двух зда-
ниях, расположенных на Крейн-корт, — в резиденции Королев-
ского общества.
БОЛЬШОЙ ЛОНДОН
В XVIII веке Лондон быстро рос, и этому были две основные причины. С од-
ной стороны, согласно актам об огораживании, пастбища теперь можно
было превратить в более мелкие территории, огородить заборами и воз-
делывать. Так что многие фермеры, занимавшиеся разведением овец
и коров, остались без работы и вынуждены были перебираться в города.
С другой стороны, в городах было больше работы, которая оплачивалась
лучше, чем труд слуги в каком-нибудь поместье. Более высокое жалованье
и лучшие условия жизни в большом городе заставили многих молодых
людей покинуть деревенские дома и искать счастья в Лондоне. Таким об-
разом, к концу XVIII века население этого самого крупного города Велико-
британии превысило миллион человек.
Чудесный город
Лондон был городом, который ежеминутно заставлял гостей удивляться:
здесь находились самые разные магазины, ежедневно в порт Темзы при-
ходили корабли с экзотическими грузами со всех концов империи, торгов-
ля процветала, и не зря Сити считался финансовым центром Великобри-
тании. Кофейные дома, или кафетерии, которые возникли совсем недавно
и разместились почти на всех улицах Лондона, стали местом встреч его
жителей, где они обедали, ужинали, сплетничали и заключали сделки. Дру-
гим любимым местом лондонцев было сердце города — Королевская
биржа, вновь отстроенная после Великого пожара 1666 года и превра-
тившаяся в большой торговый центр. В Лондоне было в изобилии все, чем
располагала самая могущественная нация в мире. Элегантные магазины,
где продавались товары не только из Англии, но и из самых дальних вос-
точных стран, завораживали жителей и гостей города. И даже с наступле-
22
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
НЕЧТО БОЛЬШЕЕ, ЧЕМ НАУКА
Самым привлекательным местом для любого ученого в мире
было, без сомнения, Лондонское Королевское общество. Для
Чарльза оно также стало центром научной и общественной де-
ятельности, причем до такой степени, что почти все его друзья
были фелло Общества и так же, как и он, — членами связанной
с ним организации, Клуба Королевского общества, председате-
лем которого сам лорд Чарльз был в 1752 году. Согласно тради-
циям английских клубов, его члены собирались, чтобы ужинать,
нием темноты лондонцы не покидали улицы, несмотря на все ночные опас-
ности. Недавно установленные масляные фонари превратили парки
Воксхолл и Ранела в места, где можно было послушать музыку или потан-
цевать, погулять, поболтать и пофлиртовать. Театры наперебой ставили
популярные спектакли и премьеры произведений известных драматургов.
Астерикс из комиксов Госинни и Удерзо сказал бы, что Лондон превра-
щался в самый чудесный город на свете.
«Вестминстерский мост с севера» (1746). Джованни Каналетто.
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
23
беседовать и плести интриги. В клубе собирались в четверг ве-
чером — в тот же день, что и в Королевском обществе. Для чле-
нов клуба принадлежность к Обществу была необязательной,
хотя чаще всего они все же были его членами, а председателем
клуба выступал одновременно и президент Общества.
Максимальное число членов клуба составляло 40 чело-
век, хотя каждый из них мог приводить гостей. Зимой на ужин
обычно собирались около 20 членов, летом — около 15. Обыч-
но подавали рыбу, дичь, красное мясо, пудинг, пирожные, сыр
и спиртные напитки — словом, привычный ужин для англий-
ского паба. Собственно, и клуб собирался в кофейне «Митр»
на Флит-стрит. На встречах велись свободные разговоры о нау-
ке, литературе, политике или беседы на любую другую любо-
пытную тему. Это было замечательное место, чтобы сблизить-
ся с интересными людьми. Клуб Королевского общества, без
сомнения, был самым престижным интеллектуальным клу-
бом XVIII века.
Несмотря на то что многочисленные кафетерии и таверны
предлагали посетителям возможность уединиться в закрытых
кабинетах, шум, голоса и крики (в течение вечера с ростом ко-
личества выпитого пива они становились все громче) мешали
обсуждению некоторых сложных или деликатных тем. По этой
причине члены клуба также встречались меньшими группами
близких друзей в некоторых частных домах. Лорд Чарльз, кото-
рого обычно сопровождал его сын Генри, входил в группу, кото-
рая собиралась в доме на улице Стрэнд в Вестминстере — одной
из главных улиц в центре Лондона. Мы знаем об этой группе
немного, известны лишь имена ее членов и то, что большинство
из них были врачами.
Лорд Чарльз также давал ужины в своем доме на Грейт
Мальборо; мы знаем, что с 1748 по 1761 год он дал 15 ужинов,
где всего было 32 приглашенных. Также известно, что он умел
ценить дружбу и поддерживал своих знакомых, которые хотели
стать полноправными членами Общества.
В любом случае человек положения Чарльза Кавендиша,
как бы он ни увлекался наукой, должен был уделять время и об-
щественной деятельности, приличествовавшей его статусу. Его
24
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
КОРОЛЕВСКОЕ НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО
В 1640-х годах группа врачей и натурфилософов (слово «ученые» появилось
только спустя пару столетий) начала встречаться в Грешем-колледже в Лон-
доне, чтобы в неформальной атмосфере обсуждать науку и исследования.
Несмотря на различные интересы, их объединяла «новая наука», которую
Фрэнсис Бэкон провозгласил в своем незавершенном утопическом рома-
не «Новая Атлантида». Постепенно встречи стали еженедельными, и, на-
конец, 28 ноября 1660 года было решено создать общество, посвященное
«продвижению экспериментального физико-математического знания». Оно
получило название «Комитет Двенадцати», и среди его основателей был
знаменитый химик Роберт Бойль. В 1661 году группа решила взять на-
звание «Лондонское королевское общество», хотя очень скоро оно стало
известно как просто Королевское общество. Полноправные члены изби-
рались, и их называли фелло Королевского общества (Fellows of the Royal
Society — FRS). Первой резиденцией организации, естественно, был Гре-
шем-колледж. В1662 году правительство предоставило Обществу лицен-
зию на публикацию книг, и через три года оно начало издавать журнал
«Философские труды», который сегодня является самым старым научным
журналом, выходившим без перерывов.
«Зал заседаний Королевского общества в Сомерсет-хаус». Фредерик Уильям Фейрхолт,
около 1844 года.
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
25
способность к административным делам, которая не передалась
Генри, очень пригодилась Чарльзу в кругах, не связанных с нау-
кой и политикой. Например, он участвовал в создании и работе
таких организаций, как приют для нежеланных детей и благо-
творительная больница, где самые лучшие (и самые высоко-
оплачиваемые) врачи Лондона, включая знаменитого Ганса Сло-
ана, председателя Королевского общества, предоставляли свои
услуги бесплатно. В круг интересов лорда Чарльза также входил
Британский музей с его коллекцией по естественной истории
и библиотекой. В то время существовало не так много публич-
ных мест, где можно было познакомиться с новыми книгами,
и Чарльз Кавендиш, который и сам владел завидной библиоте-
кой, проводил много времени в музее. Он много сил приложил
для его открытия в 1759 году и работу здесь рассматривал как
служение обществу.
ВСЕ ИМЕЕТ НАЧАЛО
Генри с ранних лет знал, что его отец увлечен научными иссле-
дованиями. Как и подобает Кавендишу, первое образование он
получил от гувернеров: мы знаем, что гувернеру одного из двою-
родных братьев Генри платили 100 фунтов в год (сегодня это
примерно равно 16 тысячам евро), так что, вероятно, такую же
сумму получали и гувернеры молодого Генри. Но шли годы,
и Чарльзу пришлось выбирать для сына колледж. Сам он учил-
ся в аристократическом Итоне, где воспитывались большинство
молодых людей из благородных семей, но в это время отличной
репутацией начинал пользоваться и Вестминстерский колледж,
особенно в качестве кузницы будущих государственных деяте-
лей. Если посмотреть, куда пошли учиться представители
того социального класса, к которому относился Генри, то мы
обнаружим, что 53 выбрали Итон, а 78 — Вестминстер. Лорд
Чарльз, возможно, видел, что его сыновья, Генри и Фредерик,
не имеют склонности к государственной деятельности, либо,
вероятно, он сам не сохранил приятных воспоминаний о време-
26
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
ни, проведенном в Итоне. Так или иначе, не желая просто сле-
довать модным веяниям, он лично занимался образованием
своих детей, не перепоручая это другим. Молодых Кавендишей
решено было послать в частный колледж — школу, работающую
независимо от правительственных образовательных учрежде-
ний, в соответствии с собственными учебными планами и под
управлением ректорского совета. Лорд Чарльз рассмотрел раз-
ные школы, но остановился на самой современной из всех —
на Академии Хакни, основанной в 1685 году. Она была известна
еще и тем, что обеспечивала студентам здоровый образ жизни.
Современное, здоровое и безопасное — именно такое образова-
ние предлагала Хакни.
Конечно, Чарльз не собирался посылать своих детей в пер-
вую попавшуюся школу. В Хакни поступали только дети из ан-
глийского высшего общества, в частности из состоятельных се-
мей вигов — членов либеральной партии или сочувствующих ей.
Но самое важное — Ньюкамы (семья, стоявшая во главе Хакни)
были знакомыми лорда Чарльза. Один из них, Питер Ньюкам,
разделял его увлечение наукой, и Чарльз даже рекомендовал
его при вступлении в Королевское общество в 1742 году — как
раз в тот год, когда он отправил Генри в академию. Обычно
в Хакни принимали учащихся по достижении семи лет, а Ген-
ри было уже 11, однако его зачислили на старший курс, где
преподавали математику, естественные науки, французский
и латынь. В 17 лет Генри завершил обучение в Академии и по-
ступил в университет. Его выбор пал на Кембридж. Иначе и не
могло быть.
В ПЕТЕРХАУСЕ
До Генри через аудитории Кембриджа начиная с XIV века
прошли уже около 20 Кавендишей. Первым из герцогов Девон-
ширских, кто получил университетское образование, был тре-
тий из них, старший брат Чарльза. Он сделал это в Оксфорде,
хотя своих детей отправил в Кембридж.
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
27
Генри в ноябре 1749 года, когда ему только исполнилось
18 лет, поступил в колледж Святого Петра, известный также
как Петерхаус. Он провел там три года и три месяца. Это был
необычный выбор для дворянина, но колледж был модным сре-
ди обеспеченных людей того времени.
Ректором Кембриджа был герцог Ньюкаслский, дальний
родственник Кавендишей, а директором Петерхауса — Эдмунд
Кин. Следуя традиции, начатой в Хакни, — внимательно сле-
дить за образованием своих детей, — лорд Чарльз подружился
с Кином.
В то время университет терял студентов, хотя число бла-
городных учащихся росло. В целом студенты Кембриджа де-
лились на группы согласно социальному происхождению.
Сайзеры, дети мелких фермеров и торговцев или бедных свя-
щенников, зависели от благотворительности колледжа, по-
скольку учились за меньшую плату и по стипендиям на жилье
или пропитание (эти расходы они обычно компенсировали, вы-
полняя какую-либо работу). Затем шла наибольшая часть сту-
дентов университета — пенсионеры, дети из обеспеченных се-
мей (состоятельные викарии, крупные коммерсанты и другие)
неблагородного происхождения. За ними следовали фелло-ком-
монеры, которые платили вдвое большую сумму, чем пенсио-
неры, и пользовались большими привилегиями — например,
обедали вместе с фелло (преподавателями) учреждения. И на-
конец, дворяне, которые платили по самому высокому тарифу
и имели те же привилегии, что и фелло-коммонеры. Генри Ка-
вендиш поступил в Кембридж как фелло-коммонер.
Таких студентов в Кембридже XVIII века было около 10%,
но они выделялись благодаря более изысканной одежде и сопро-
вождению слуг, которыми иногда выступали студенты из числа
самых бедных. Фелло-коммонеры обедали в Общем зале и име-
ли доступ в винный погреб, где могли курить глиняные трубки
и пробовать испанские и французские вина. Они также обыч-
но освобождались от физических упражнений, обязательных
для остальных студентов, и от посещения занятий наставников
колледжа. Кавендиш пользовался привилегиями своего ранга,
чтобы распоряжаться временем так, как считал нужным.
28
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
ВВЕРХУ СЛЕВА:
Лорд Чарльз
Кавендиш
на портрете
кисти Еноха
Зеемана.
ВВЕРХУ СПРАВА:
Портрет леди
Анны Грей,
супруги Чарльза
Кавендиша,
кисти
Дж. Дэвисона.
ВНИЗУ:
«Колледж
Святого Петра,
вид с улицы
Трампингтон».
Рудольф
Аккерман,
1815 год.
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
29
Когда Генри поступил в Петерхаус, там было 30-40 студен-
тов. За годы учебы Генри, с 1749 по 1753 год, колледж принял
немногим больше 50 новых студентов, среди которых 13 были
фелло-коммонерами (они в итоге ушли в политику), осталь-
ные — сайзерами и пенсионерами (многие из них стали священ-
никами). К науке обратился только Кавендиш.
Жизнь в колледже была более чем свободной. Томас Грей,
знаменитый английский поэт, известный меланхолически-
ми размышлениями о смерти, «черепах и гробах, эпитафиях
и червях» (как он отзывался о группе кладбищенских поэтов,
к которой принадлежал также шотландец Роберт Блэр), пре-
подавал в Кембридже историю. Он описывал своих коллег как
сонных пьяниц, а фелло-коммонеров — как их подражателей.
Действительно, апатия распространялась среди преподавате-
лей, словно вирус, поскольку им почти нечем было заняться:
если прежде они должны были давать уроки, то в XVIII веке эта
обязанность уменьшилась. Можно сказать, что должность пре-
подавателя в Кембридже была теплым местечком, где платили
жалованье, почти ничего не требуя взамен. Некоторые читали
лекции, но практические занятия уже давно не велись. От раз-
ложения были спасены только те преподаватели, которые были
еще и наставниками, однако сам Кембридж мало или вообще
никак не способствовал распространению знаний. В Петерхау-
се работали два наставника, которые в свое время были сайзе-
рами, а теперь викариями. Вероятнее всего, Кавендишу назна-
чили обоих, а также еще одного, персонального, как это было
и в случае с его двоюродным братом.
Если фелло-коммонер хотел получить университетскую сте-
пень, ему нужно было пройти экзамен в Сенат-Хаусе (предше-
ственник знаменитого математического трайпоса, который
появился в последующие годы), но поскольку получение степе-
ни не имело большого значения в жизни, большинство студен-
тов оставляли университет без нее. Так сделал и Генри в февра-
ле 1753 года, вместе с остальными товарищами по Петерхаусу.
За все годы пребывания Кавендиша в университете степень
получили только пять студентов.
30
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
ПУТЬ НАУКИ
Отец Генри изучил математику благодаря частным урокам,
а сам Генри постигал ее в Кембридже (возможно, также с помо-
щью персонального наставника). Совершенно точно известно,
что в течение трех лет он находился под влиянием математиче-
ской традиции Кембриджа и книг, популярных среди других
студентов.
Именно здесь проявляется исключительность Кавенди-
ша — человека, получившего необычное образование: с одной
стороны, оно было экспериментальным — от отца и его знако-
мых, а с другой — математическим, Кембриджской школы.
Именно в этом университете Генри узнал о «Математиче-
ских началах» Ньютона. Кембридж был создан для подготовки
будущих священников Англиканской церкви, но в итоге стал
местом обучения латиту динариев, или толерантных к Англи-
канской церкви (теологов и священников, которые не при-
давали значения ритуальному и литургическому наследию
и церковной организации), и вигов. Обе группы ценили труды
Ньютона лишь в качестве доказательства того, что Вселенная
была создана Творцом. В течение трех лет Кавендиш пил из ча-
ши ньютонова мира.
Кембридж в то время представлял собой группу колледжей,
при этом образованием студентов занимались наставники,
а не преподаватели. Быть может, Кавендиш и ходил на занятия,
но мы этого не знаем. Совершенно точно, что он был знаком
с учебниками и разделял представление о математике как фор-
ме познания природы. Эта же точка зрения была изложена Нью-
тоном в его «Математических началах», опубликованных
в 1687 году. Однако сила эксперимента более ясно описывалась
не в этой книге Ньютона, а в его труде Opticks («Оптика»). Эта
работа заканчивалась рядом рассуждений (и с каждым новым
изданием число страниц росло), целью которых было побудить
будущих читателей ставить собственные опыты. В библиотеке
Кавендиша присутствовали все издания этих двух книг.
«Математические начала» подтолкнули развитие астроно-
мии, которая стала очень популярной среди любителей науки.
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
31
Лорд Чарльз приобретал каждый том серии книг, публиковав-
шихся под общим названием «Астрономия» Роджером Лон-
гом, директором Пемброк Холла, третьего наиболее старого
колледжа в Кембридже. Описание астрономии, которое давал
Лонг, можно назвать грандиозным, поскольку он уделял огром-
ное внимание расстояниям между звездами, в отличие от дру-
гих авторов, которые обычно описывали только неподвижные
звезды и укладывались при этом в одну главу. Лонг поместил
астрономию, вместе с химией и физикой, в область натураль-
ной философии и утверждал, что это количественная наука как
с экспериментальной, так и с теоретической точки зрения. Ген-
ри определенно мог познакомиться с его книгами в библиотеке
своего отца, а после ухода из Кембриджа он пользовался для
изучения звездного неба собственной обсерваторией. Также
юноша под влиянием материнской ветви его семьи, герцогов
Кентских, интересовался музыкой. Сохранилась его рукопись
о математическом исследовании музыки под названием «О му-
зыкальном интервале», а среди мебели в его доме было большое
фортепиано, предшественник пианино XIX века.
К сожалению, о студенческих годах Кавендиша нет ника-
ких свидетельств, историй или писем, из которых мы могли бы
составить ясную картину. Сохранилось всего одно стихотво-
рение (слегка высокопарное), посвященное смерти старшего
сына короля Георга III и наставника его матери Фредерика,
принца Уэльского, в 1751 году. Эта преждевременная смерть
от нарыва в легких (который, как считают некоторые, был вы-
зван ударом мяча во время игры в крикет) стала для молодого
Генри поводом поразмышлять о хрупкости жизни и позволила
сделать утверждение, что слезы бесплодны, поскольку черто-
полох и лилия цветут одинаково, а у смерти нет любимчиков.
В этом же стихотворении юноша говорит и о науке: в то время
как природа может посмеяться над человеком, «она открывает
нам скрытые причины и тернистые пути звезд». Вполне воз-
можно, что эта первая публикация Кавендиша представляет
нам его единственную поэтическую работу. Вскоре Генри вы-
яснил, что предпочитает писать о скрытых причинах природы
на точном и объективном языке науки.
32
ДИТЯ ИЗ БЛАГОРОДНОЙ СЕМЬИ
ГЛАВА 2
Своеобразный человек
Можно сказать, что Кавендиш был
человеком без личной жизни. Его занимала
исключительно наука. Чрезвычайно застенчивый, тихий,
молчаливый и одинокий, он так и не женился и не имел
близких отношений с женщинами. Жил он вдали
от пышности и роскоши, свойственных
его положению.

Портрет в серых тонах (сделанный без его ведома) — един-
ственное изображение уже пожилого Генри Кавендиша, кото-
рым мы располагаем. Человек сурового вида куда-то идет, его
левая рука за спиной, а правая — на груди, поддерживает во-
ротник пальто. На голове — старомодная треуголка, прикрыва-
ющая такой же старомодный парик с косичкой.
Генри был аристократом, который гордился своим проис-
хождением, ведь в его эпоху принадлежность к дворянству оз-
начала вершину в социальной иерархии. Он считал свой круг
лучшим и самым цивилизованным в мире. Его единственной
страстью была наука, и эту страсть он перенял у своего отца —
ученого-экспериментатора и президента Королевского обще-
ства. Генри получил университетское образование и смог войти
в научные круги Лондона. Однако ему не были свойственны
этические и моральные ценности, которые ожидались от че-
ловека его происхождения и положения. В отличие от многих
родовитых современников, Генри Кавендиш отказался от госу-
дарственной службы в пользу науки.
Его общественная жизнь протекала в основном в клубах,
кафетериях и тавернах Лондона, где обычно собирались англий-
ские ученые. По письмам Кавендиша мы знаем, что он ходил
в «Кота и волынку» на Даунинг-стрит, а также в «Шлем коро-
ля» — место с таким же названием посещал Роберт Гук (великий
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
35
ученый-экспериментатор XVII века) и другие фелло Королев-
ского общества. Возможно, это та же самая таверна на Чансери-
лейн, потому что название было обычным для Лондона. Также
Кавендиш регулярно в течение 15 лет ходил на встречи Клуба
Понедельника, названного так по дню недели, когда его члены
собирались в кафетерии «Георг и коршун» рядом с Ломбард-
стрит. Один из таких ужинов описан в дневнике его друга и кол-
леги по экспериментам Чарльза Блэгдена (1748-1820), челове-
ка скромного происхождения, которому удавалось жить за счет
занятий наукой в то время, когда это было практически невоз-
можно. Однако Блэгден ничего не написал о том, что говорил
Генри за ужином.
Но, без сомнений, его основным клубом был Клуб Коро-
левского общества, куда Кавендиша рекомендовал его отец.
Встречи происходили в кофейне «Митр» на Флит-стрит. В но-
ябре 1757 года председатель клуба, который, как мы уже ска-
зали, обычно был также президентом Королевского общества,
предложил принять Генри в качестве члена. С тех пор этот клуб
стал центром его социальной жизни.
БРАТ В ЖИЗНИ ГЕНРИ
Как уже было сказано, мы мало знаем о времени, которое Ка-
вендиш провел в университете: неизвестно, что он изучал и сда-
вал ли когда-нибудь экзамены. Судя по его характеру, мы можем
представить себе молодого Генри, который сидит в своей ком-
нате (возможно, прямо в колледже) за книгами, особо не обща-
ется с товарищами и пропускает все студенческие пирушки.
Зато по завершении Кембриджа Кавендиш поступил в полном
соответствии с традициями молодых английских дворян: он по-
ехал в гран-тур — путешествие по континентальной Европе.
Идея таких поездок состояла в том, чтобы расширить знания
о мире и познакомиться с новой культурой. Это давало неоце-
нимый опыт человеку, который в будущем должен занять важ-
ный государственный пост. Отец Генри, например, в свое время
36
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
путешествовал три с половиной года и объехал разные страны.
Вполне возможно, что молодой Кавендиш собирался совершить
нечто подобное. Но он не хотел отправляться в путешествие
один, и с ним поехал его брат Фредерик, или Фредди, как его
называли в семье.
Фредди повторял путь Генри, но с разницей в два года: уче-
ба в Хакни, поступление в Кембридж... Однако через некоторое
время после прибытия в университет, в конце июля или начале
августа 1754 года, жизнь семьи изменил ужасный несчастный
случай: Фредди выпал из окна, выходившего в сад Петерхау-
са, и ударился головой. Возможно, происшествие было связано
с обычной студенческой ссорой, а может быть, Фредди хотел
вслед за отцом повторить эксперименты Франклина с молни-
ями. Как бы то ни было, падение оказалось очень серьезным,
и юноша довольно долго находился между жизнью и смертью.
В память о происшествии у него осталась глубокая вмятина
на голове, а его мозг оказался навсегда поврежден.
Мы ничего не знаем о том, чем занимался Фредерик в по-
следующие годы. Известно лишь, что он был довольно обеспе-
чен: его мать после смерти оставила ему четвертую часть поме-
стья в Стине; позже поместье было продано, а деньги перешли
в руки управляющих. Выплаты контролировал отец Фредери-
ка, считавший «явно непозволительным платить деньги» тако-
му человеку, как Фредди, учитывая его инвалидность. И даже
когда ему исполнилось 39 лет, лорд Чарльз все еще полагал,
что «делать это неблагоразумно». Кавендиш-старший потра-
тил много денег на «образование и содержание» Фредерика,
эта сумма превышала доходы от собственности его сына. Мы
ничего не знаем о том, что чувствовал Фредди из-за такого от-
ношения отца. Возможно, он ощущал себя несчастным из-за
того, что его отец, лорд Чарльз, считал сына недееспособным.
Однако вернемся к гран-туру. Генри и Фредди отправились
в Париж. Возможно, Генри надеялся, что новые впечатления
пойдут на пользу его младшему брату. Именно с этим путеше-
ствием связана первая известная нам история из жизни Генри.
Когда братья были в гостинице Кале, они случайно прошли
мимо комнаты, где готовили к похоронам покойника. Ни один
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
37
из братьев не произнес ни слова. Однако на следующий день
по дороге в Париж Фредди спросил: «Ты видел труп?», и Генри
ответил: «Видел». Гран-тур ограничился Парижем, но из этой
истории понятно, что Генри был замкнутым и молчаливым че-
ловеком.
Его отец также ездил в гран-тур в сопровождении своего
брата Джеймса. Несмотря на то что Джеймс был старше, по воз-
вращении он передал Чарльзу все семейные дела, включая пра-
во распоряжаться по своему усмотрению наследством их ма-
тери, а себя посвятил военной службе. Джеймс провел жизнь
в постоянных разъездах, позже стал членом парламента и окон-
чил свои дни в 1714 году, в возрасте 38 лет. Наука сблизила
Чарльза с другим его старшим братом, Уильямом, будущим на-
следником титула герцога Девонширского. Уильям был избран
членом Королевского общества в 1747 году. Известно, что он
приобрел книги по математике де Муавра в 1730 году и Коли-
на Маклорена в 1748 году. Оба брата были членами парламен-
та, и в течение некоторого времени Чарльз был политическим
представителем Уильяма, но в итоге оставил государственную
службу в пользу своей истинной страсти — науки. Уильям, как
первенец Кавендишей, не мог сделать того же, даже если бы
хотел. После смерти в 1729 году их отца — дедушки Генри, ко-
торый тогда был третьим герцогом Девонширским, — Уильям
вошел в палату лордов. Однако выступал он мало, а голос его
был таким тихим, что окружающим казалось, будто Уильям
говорит шепотом. Не обладая лидерскими качествами и опы-
том в политике, он принял полагающееся ему место в палате
без каких-либо амбиций. Старый друг отца и одновременно его
собственный друг сделал Уильяма лордом-хранителем Малой
печати и лордом-наместником Ирландии, то есть представи-
телем короля и главой ирландского правительства. Этот до-
вольно прибыльный пост Уильям занимал в течение семи лет.
Он полностью доверял своему брату Чарльзу и назначил его,
27-летнего, исполнителем завещания для своих семерых детей.
После смерти Уильяма в 1755 году его завещание было утраче-
но, но именно Чарльз нашел его позже записанным на клочке
бумаги.
38
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
Были ли отношения между Генри и его братом таки-
ми же ровными, как отношения его отца с его братьями, мы
почти не знаем. Можно сказать, что они чувствовали теплоту
друг к другу, но сохраняли дистанцию. В немногих дошедших
до нас письмах Фредерик приветствовал Генри словами «до-
рогой брат» и прощался с ним словами «твой любящий брат».
Из этих писем видно, что Кавендиши беспокоились о здоровье
друг друга. Генри, видимо, узнав из надежных источников, что
брат заболел, в письмах расспрашивал его о состоянии здоро-
вья, а Фредди уверял, что чувствует себя хорошо, только по-
дагра беспокоит его и мешает писать чаще.
ФРЕДДИ
До 40 лет Фредерик жил в Маркет-стрите — сначала в доме
священника, а затем в другом своем доме, где за ним присма-
тривали «доверенные слуги». Маркет-стрит в то время был
спокойной деревней в Хартфордшире, рядом с бенедиктинским
монастырем Сент-Олбанс. Фредди проводил много времени,
нанося визиты соседям, которые считали его безобидным чу-
даком. Он прекрасно рисовал, а также обладал богатой библио-
текой английской литературы и — непременно — греческих
и римских классиков. Фредерик был душевным человеком,
и к нему часто обращались с разными просьбами. На помощь
другим и на свои нужды Фредди и тратил деньги. Несмотря
на хорошие доходы, расходов было все равно больше, так что
он нередко просил денег у брата.
В свою очередь, Фредди прекрасно знал об интересах Генри
и высылал ему данные своего барометра, объясняя: «Насколько
я знаю, ты занимаешься измерениями атмосферного давления».
В другом письме темой общения стала заметка великого астро-
нома Уильяма Гершеля, который предсказал количество осад-
ков в конце лета. Генри писал брату, что у астронома, с которым
он был знаком некоторое время, «имеется достаточно оснований
для предсказания погоды».
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
39
Фредерик пережил своего брата на два года — те же два го-
да разницы между ними. Любопытно, что продолжительность
жизни всех членов этой ветви семьи Кавендишей была одина-
ковой; и отец, и оба его сына умерли в возрасте около 79 лет.
ЧТО МЫ ЗНАЕМ О ГЕНРИ
То, что Генри Кавендиш был одиноким человеком, очевидно:
его жизнь протекала между библиотекой и лабораторией. Не-
которые говорили, что слово «страсть» отсутствовало и в его
лексиконе, и в его жизни. Но это было не так. Страсть у Генри
была, и сохранил он ее на протяжении всей жизни. Его друг
Блэгден выражался об этом лаконично: Кавендиш любил ис-
тину.
Когда Льюис Стейнер читал курс химии в Национальном
медицинском колледже в 1855 году и затронул проблему по-
лемики об открытии состава воды, он поставил такой вопрос:
мы можем говорить о Кавендише как об ученом, но можем ли
мы говорить о нем как о человеке? Стейнер сам ответил на свой
вопрос категорическим нет. И продолжил:
«Личность Кавендиша может быть не предметом для восхищения
и подражания, а лишь предупреждением для всех людей, занима-
ющихся интеллектуальной деятельностью, о том, что они не долж-
ны пренебрегать социальной стороной своей жизни».
Докладчик, находившийся под влиянием биографии
«Жизнь достопочтенного Генри Кавендиша», написанной Джо-
ном Уилсоном, назвал Кавендиша «счетной машиной». Уилсон
описал ученого как человека, лишенного жалости, семьи, любви
к людям и поэзии, изолированного от общества, единственной
областью интересов которого была наука. Однако Уилсон от-
части ошибся: сама наука соединяла Кавендиша с миром и де-
лала его важным членом социума.
40
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
Это
единственный
существующий
портрет Генри
Кавендиша,
и появился он
только
благодаря
упорству
художника
Уильяма
Александра
и ученого
Джозефа
Бэнкса. Генри
категорически
отказывался
позировать,
и они придумали
уловку,
позволившую
обойти этот
отказ. Поскольку
Александр
и Бэнкс знали
распорядок дня
Генри, в четверг
они пошли
на ужин
в таверну
«Митр», где
собирался Клуб
Королевского
общества.
Кавендиш
оставил
на вешалке свои
пальто, жилет
и треуголку,
и художник
расположился
рядом с ней,
чтобы спокойно
нарисовать
одежду. Затем
он сделал
несколько
набросков
его лица,
рассмотрел
походку и смог
написать
портрет.
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
41
Возможно, он сказал за свою жизнь меньше слов,
чем кто-либо другой, доживший до 80 лет, включая
монахов-траппистов.
Лорд Бруэм о Генри Кавендише
Если и есть прилагательное, описывающее Кавендиша, так
это слово «своеобразный». Четвертого июля 1795 года Блэгден
записал в дневнике, что они «говорили о сэре Кавендише и пы-
тались объяснить его личность». К сожалению, неизвестно, ка-
ким было резюме этой беседы. Говоря о Генри, Блэгден исполь-
зовал такие слова, как «меланхолик», «суровый», «странный»
и «сухой», но чаще всего — «угрюмый» {sulky).
Историки науки Криста Джангникель и Рассел Маккормак
определяют характер Кавендиша тремя словами: молчаливый,
тихий и застенчивый. Лорд Бруэм описывал его как челове-
ка, скупого на слова. Шотландский математик и геолог Джон
Плейфэр во время поездки в Лондон в 1782 году выразился по-
хожим образом, хотя и менее ярко: «Он говорит с трудом и с ко-
лебаниями, и только в очень редких обстоятельствах».
Уилсон, биограф Кавендиша, отмечал его любовь к одино-
честву — как и химик, изобретатель взрывобезопасной шахтной
лампы Гемфри Дэви, говоривший: «Он жил как затворник».
Тот же Дэви считал Кавендиша чрезвычайно застенчивым, «бо-
ящимся чужих, и казалось, что когда ему стыдно, он не способен
произнести ни слова». По словам шотландского химика и ми-
нералога Томаса Томсона, «он не выносил, когда его кому-то
представляли или указывали на него как на примечательного
человека». Томсон рассказывает историю, которая как нельзя
более точно описывает характер Кавендиша. Однажды в доме
Джозефа Бэнкса, президента Королевского общества, Кавенди-
ша представили знаменитому австрийскому философу, и он был
вынужден выслушать очень лестный рассказ о себе самом.
«Кавендиш не сказал ни слова, но остался стоять, глядя в пол,
очень смущенный и раздосадованный. В конце концов он заметил
свободный промежуток в толпе и вышел через него так быстро,
42
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
КАВЕНДИШ И ДЕНЬГИ
Генри был человеком, который гордился своим происхождением, но мало
интересовался деньгами. Он распоряжался унаследованным имуществом
так, как рекомендовал отец, и преумножал его до самой своей смерти,
передав затем средства семье. Некоторые задавались вопросом, почему
Кавендиш не завещал никаких денег на науку в виде стипендий или ис-
следовательских лабораторий, ведь это была страсть всей его жизни. Воз-
можно, сам он представлял ситуацию совершенно иначе. Благодаря своим
доходам он мог работать, не зная материальных затруднений, но эти день-
ги принадлежали семье, а не науке, и в нее они должны были вернуться.
Кавендиш отнюдь не был скупым. Он щедро помогал Дэви, когда тому
нужны были средства на электрохимические исследования, а когда Ка-
вендиша просили сделать благотворительное пожертвование, он не жалел
денег и платил больше, чем требовалось. Но ученый приходил в ярость,
когда его беспокоили по сугубо финансовым вопросам. Однажды управ-
ляющие банка, увидев, какое количество денег накопилось на его счете,
послали к Генри служащего, чтобы тот порекомендовал ему инвестировать
хотя бы часть средств. Однако слуга, объявивший о посетителе, услышал:
«И зачем он пришел? Что он хочет от меня?* Когда удивленный банковский
служащий рассказал о своем предложении, ученый, не выявляя ни малей-
шего дружелюбия, заявил: «Если деньги —- проблема для вас, я заберу их
из банка. И не мешайте мне больше*. Мало кто более настойчив, чем бан-
киры, желающие получить доход от денег других людей, поэтому клерк все
не уходил. Тогда Кавендиш спросил, о какой сумме идет речь, и банкир
ответил: 40 тысяч фунтов (сегодня это около 4 млн евро). Кавендиш, все
еще рассерженный, ответил: «Сделайте это! Сделайте это и больше не ме-
шайте мне, или я заберу деньги*.
как только мог. Он не останавливался, пока не сел в карету, кото-
рая привезла его прямо домой».
Голос Кавендиша был визгливым и высоким, а кроме того,
он плохо выговаривал слова. Возможно, это был вызвано за-
стенчивостью, а может быть, сама его застенчивость объяснялась
этим обстоятельством. Обычно ученый не принимал участия
в разговорах, хотя ему очень нравилось присутствовать при бе-
седах и обсуждениях. На одной из встреч в доме Бэнкса изгото-
витель хирургических инструментов Уильям Хаследайн Пепис
заметил: «Он очень внимательно слушал то, о чем я говорил.
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
43
Когда я посмотрел ему в глаза, он быстро отошел, но вскоре
я вновь увидел, что он слушает». Бэнкс научил Пеписа обра-
щаться с Кавендишем: нужно было избегать разговоров с ним,
но если Генри заговорит сам, разговор требовалось поддержи-
вать, пока Кавендиш не будет удовлетворен. Разговаривая с уче-
ным, ни в коем случае нельзя было смотреть прямо ему в лицо.
Однако даже при этих мерах предосторожности существовала
вероятность, что Кавендиш уйдет, оборвав говорящего на полу-
слове.
Коллекция историй о поведении Генри Кавендиша огром-
на, и все они сходятся в одном: ученый боялся людей. На ужине
в Клубе Королевского общества кто-то посмотрел на него, пока
Генри разговаривал с группой коллег. Кавендиш внезапно за-
молчал, «и на его лице появилось выражение полного ужаса».
Важным свидетельством его патологической застенчиво-
сти стал случай в доме Бэнкса, о котором рассказывал один
из фелло:
«Я видел, что он долго стоит на лестничной площадке, явно на-
бираясь решимости, чтобы открыть дверь и встретиться с нами,
находящимися в доме. Он не открывал дверь, пока не услышал,
что кто-то поднимается по лестнице; и у него не было другого вы-
хода, кроме как войти».
О Кавендише абсолютно верно говорили, что его было лег-
ко увидеть, но сложно найти. Он начинал сильно нервничать,
если им интересовался кто-то незнакомый; он избегал разгово-
ров, а если его втягивали в беседы, убегал. Генри был весь в на-
пряжении, речь его была поспешной, а сам он напоминал птицу,
готовую взлететь в любую секунду. Недоверчивый, замкнутый,
неуклюжий и стесняющийся общения с незнакомыми людьми —
все это проявлялось еще сильнее, когда Кавендиш попадал
в женское общество. Возможно, ученый даже был женонена-
вистником. Отчасти об этом говорит случай, произошедший
на встрече Клуба Королевского общества. Один из его членов
увидел в окно красивую девушку и пригласил товарищей по-
любоваться на нее, а Кавендиш, который не слышал этого ком-
44
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
ментария, подошел к окну, думая, что его коллеги смотрят на Лу-
ну. Когда он выяснил, что предметом восхищения было нечто
более земное, то отошел с выражением отвращения на лице.
В своем доме он запрещал слугам встречаться с ним в кори-
дорах, а для того чтобы указать время ужина, оставлял эконом-
ке записку — это был стандартный способ его общения с при-
слугой. Причины этого страха перед женским полом не очень
ясны. Однако, если мы вспомним раннюю смерть матери Ген-
ри, отсутствие у него сестер и обучение в заведении только для
мальчиков, возможно, он просто не знал, как себя вести в жен-
ском обществе?
Его желание одиночества было таким сильным, что Ка-
вендиш оборудовал в своем доме дверь, которой мог пользо-
ваться только он, избегая, таким образом, любого контакта
с людьми. Он открывал дверь каждый день, чтобы прогулять-
ся, и делал это, как и философ Иммануил Кант, всегда в одно
и то же время.
Он был очень тревожным человеком, что проявлялось
и в его манере говорить: отрывисто, будто он нервничает и ко-
леблется. Можно было посчитать, что Генри был склонен к де-
прессиям, которые обычно сопровождают патологическую
застенчивость, однако это не так. Если депрессивный человек
периодически теряет вкус ко всему и погружается в апатию,
то с Генри было все наоборот. Он погружался в работу, которой
посвящал часы без отдыха. Его коллега и друг Джозеф Пристли
как-то отправил Кавендишу письмо, в котором просил проще-
ния за то, что не смог послать данные, которые обещал. И до-
бавил: «У меня нет такой же энергии, как у вас, поэтому боюсь,
что не смогу быстро выполнить вашу просьбу».
На таких людей обычно смотрят, как на диковинное живот-
ное. Так было и в этом случае. В Клубе Понедельника Кавен-
диша считали сухарем, а один его современник описал его как
«самого холодного и безразличного среди смертных».
Если ко всему этому добавить манеру одеваться, кото-
рую Дэви определил как моду их бабушек и дедушек, картина
становится еще более полной. Кавендиша всегда можно было
увидеть в выцветшем бархатном пальто, в жилете и невзрач-
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
45
ГЛАЗАМИ БИОГРАФА
В середине XIX века шотландский химик Джордж Уилсон опубликовал пер-
вую биографию Кавендиша. В книге «Жизнь достопочтенного Генри Ка-
вендиша* было очень мало «жизни*: она уместилась всего в двух главах,
на 50 страницах из почти 500. Темой остальной части книги было завер-
шение полемики о том, кто стал первооткрывателем состава воды.
Но и на этом небольшом количестве страниц мы встречаем живое описа-
ние человека, который был одной из самых блестящих фигур английской
науки XVIII века:
«Он не любил, не ненавидел, не строил никаких надежд, не боялся, не почитал
ничего и никого. Он отдалился от остальных и, по-видимому, от Бога. В его
характере не было ничего страстного, восторженного, героического или ры-
царственного, но также ничего скупого, грязного или неблагородного. Он был
практически лишен страстей. [...]
Все, что я открываю, читая его дневники, — это чисто интеллектуальный ум,
чудесно острые глаза, которые наблюдают, и пара очень умелых рук, которые
ставят эксперименты или делают заметки. Кажется, что его мозг — только
счетная машина, его глаза — чистые зрительные инструменты, а не источни-
ки слез, его руки — орудия для манипуляций, которые никогда не дрожали
от волнения и не делали жестов восхищения, благодарности или отчаяния, его
сердце — всего лишь анатомический орган, необходимый для кровообраще-
ния. [...]
Кавендиш не ощущал себя выше других, гордо или высокомерно отказываясь
считаться со своими ближними. Он чувствовал себя отделенным от них огром-
ной пропастью, которую не могли пересечь ни он, ни они. [...] Он был как глу-
хонемой, чувствующий себя изолированным от других, ведь их выражения лиц
и жесты показывают, что они что-то говорят, слушают музыку и красноречивые
слова, которые он не способен сказать или воспринять. [...]
Он не был ни поэтом, ни священником, ни пророком, а лишь просто холодным
умом, испускавшим чистый белый свет и освещавшим все, до чего он дотра-
гивался, но не согревавшим».
ных фиолетовых чулках, его рубашка имела высокий воротник
и оборки на манжетах, на голове — неизменная треуголка. Уче-
ный никогда не присутствовал ни на каких религиозных меро-
приятиях, поэтому мы ничего не знаем о его вере. Возможно, он
вообще был атеистом, а может быть, просто не хотел находить-
ся среди такого количества людей.
Одним словом, Кавендиш был асоциальным типом.
46
СВОЕОБРАЗНЫЙ ЧЕЛОВЕК
ГЛАВА 3
Застенчивый химик
Первая научная работа Кавендиша
была связана с химией, а именно с одним
из самых важных вопросов этой дисциплины
в XVIII веке — с определением газов, которые
выделяются в некоторых реакциях. Генри Кавендиш
полностью углубился в науку, которая пыталась
освободиться из-под влияния алхимии и которой
срочно требовались новые гипотезы
и новые понятия.

Чарльз Кавендиш был избран членом Королевского общества
в возрасте 23 лет. Произошло это в июне 1727 года, за четы-
ре года до рождения Генри. Исаак Ньютон умер за три месяца
до этого, и Чарльзу предстояло общаться с теми, кто имел воз-
можность лично обсуждать науку с этим великим человеком.
И он не собирался упускать своего шанса.
В том году членов Общества крайне интересовала элек-
трическая проводимость — «электрическое качество», появ-
ляющееся при натирании куска стекла и передающееся через
проводник. Особенность привлекла внимание лорда Чарльза,
и он начал читать все, что мог найти по этой теме, и ставить
эксперименты вместе со своим сыном Генри.
Однако наибольший интерес у Чарльза вызывала метеоро-
логия. Общество даже наградило его в 1757 году медалью Коп-
ли «за любопытное изобретение термометров, которые показы-
вают, соответственно, увеличение или уменьшение тепла
на один градус, произошедшее в какой-либо момент в отсут-
ствие наблюдателя». Члены Общества поощрили создание пер-
вого метеорологического термометра для измерения суточных
максимумов и минимумов, хотя принимали во внимание и дру-
гие факторы: высокое общественное положение Чарльза
и то рвение, с которым он служил науке с 1736 года, когда был
назначен членом совета Общества, и до 1769 года, когда членом
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
49
Общества уже был Генри. В течение многих лет Чарльз был за-
местителем президента Общества, которое стало для него вто-
рым домом. За почти пять лет, с января 1748 года по ноябрь
1752 года, он не пропустил ни одного из 27 заседаний совета,
а за восемь лет с декабря 1753 года до ноября 1761 года из 87 за-
седаний он не присутствовал только на девяти. В этом рвении
его превзошел только Генри, и вместе отец и сын непрерывно
трудились на благо науки 73 года с короткими перерывами.
Среди фелло Королевского общества существовала тради-
ция приглашать на заседания своих детей: такое приглашение
считалось чем-то вроде пропуска в жизнь. В первый раз лорд
Чарльз привел Генри в июне 1758 года, за год до получения ме-
дали Копли. Юноша был знаком со многими из присутствовав-
ших, поскольку уже встречался с ними на неформальных ужинах,
которые они вместе с отцом либо посещали, либо организовы-
вали в своем доме на Грейт Мальборо-стрит. К тому времени
лорд Чарльз был заместителем президента Общества и пред-
седательствовал на половине встреч, куда приглашал и своего
сына. А 31 января 1760 года Генри сам был выдвинут на зва-
ние фелло Робертом Берти, 16-м бароном Уиллоуби де Эрз-
би, астрономом Джорджем Паркером, вторым графом Маклс-
филдским и президентом Общества, и Джеймсом Брэдли, коро-
левским астрономом. Подходящее сочетание высокого положе-
ния в обществе и науке! В течение трех следующих месяцев эту
рекомендацию подписали и другие шесть фелло — частые гости
на Грейт Мальборо. Благодаря такой поддержке 1 мая 1760 года
Генри был принят в члены Общества из-за «большой склонно-
сти к познанию природы» и как «стремящийся увеличить это
знание».
За два года до этого, 10 ноября 1757 года, лорд Маклсфилд
рекомендовал Генри в качестве члена Клуба Королевского об-
щества. Приняв такое предложение, нужно было встать в «оче-
редь» и дожидаться вступления, которое обычно происходило
через пару лет. Специально подготовить такое совпадение было
невозможно: Генри избрали членом клуба 31 июня 1760 года,
через два месяца после получения звания фелло Общества. Он
присутствовал на своем первом ужине 14 августа, где заплатил
50
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
за членство один фунт и один шиллинг и за ужин — три шил-
линга. В четыре часа дня Генри вошел в кофейню «Митр», где
ему предложили меню дня: девять мясных блюд, дичь и рыбу,
два фруктовых пирожных, сливовый пудинг, сыр и масло, раз-
личные вина, портвейн и лимонад. С тех пор в течение 50 лет
занятия наукой в Королевском обществе и ужин в «Митр» были
самой важной частью общественной жизни Кавендиша —
и практически единственной.
ПЕРВЫЕ РАБОТЫ
Застенчивость Генри касалась и его научных работ. Он опу-
бликовал очень немного из того, что исследовал. Кавендиш
не писал книг — только статьи, которые посылал в единствен-
ный журнал — «Философские труды Королевского общества».
Кавендиш привык к этому изданию, поскольку читал его еще
со студенческих времен. Кроме того, в тот год, когда он вернул-
ся из Кембриджа, лорд Чарльз входил в комитет, оценивающий
важность статей до их публикации (это занятие сегодня извест-
но как peer review, или рецензирование).
Первым прикосновением Генри к научным экспериментам
была помощь отцу в измерении температур в 1757 году. Сбор
данных был далек от нормирования, температуры измерялись
в голландских градусах Фаренгейта, французских градусах Рео-
мюра или относительно тепла человеческой крови. Это проис-
ходило не только в метеорологии — от отсутствия стандартов
страдали все научные области. Поэтому лорд Чарльз провел
тщательное сравнительное исследование различных значений
мер и весов, используемых в странах континентальной Европы,
которые на тот момент были в авангарде науки.
Постепенно Генри познавал тонкости научного эксперимен-
та. Он понял, как важно всегда проводить количественные из-
мерения, насколько осторожным нужно быть при разработке
и проведении опыта, как тщательно следует вести заметки, что-
бы любой (и даже сам экспериментатор) мог повторить работу
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
51
ПУТАНИЦА НАЗВАНИЙ
С Н Y М I С A L
NOMENCLATURE.
A MEMOIR.
он тяж нгстггт от reforming and ишюпю
ТО PERFECTION 7 IIE WOMKWCLATVRR OP CBY-
MISTRYi READ TO THE PUBLIC AMDOLY ОГ
THE ROYAL ACADEMY OF SCIENCES JN PARIS,
OK THE OP APRIL. 17*7.
By Mr. LAV OI SIER*
HE work which we lay berore the Academy
has been undertaken in common by Mr. de Mor>
veau, Mr. Bcrtholet, Mr. de Fourcroy, and by
met k is the rrfult of a great number of coeful-
tadoos, in which we have been aflifted by the learn-
ing and advice of feme geometricians of the Aca-
demy, and of frvrrsl chymifts.
A long time before the modern difeoveria had
given a new appearance to the fcicnce in general,
chymifts perceived the neceffity of giving the do-
В	maodanrt
Чтение текста по химии, написанного
до XVIII века (и даже в самом
XVIII веке), может оказаться тяжким
трудом. В этом тексте мы обнаружим
еврейские, греческие, латинские или
арабские слова, а также использова-
ние аналогии при наименовании но-
вых химических составов и процес-
сов. Мы можем собрать целую
коллекцию названий — одно изящ-
нее другого: небесный орел — для
аммиака, отец и мать — для серы
и ртути, вынашивание — при разго-
воре о реакциях, испанская зе-
лень — для ацетата меди, адский
камень — для нитрата серебра... Вы-
бор названия основывался на цвете,
запахе, вкусе, консистенции, свой-
ствах или способе использования.
В 1797 году Лавуазье и его коллеги
решили систематизировать номен-
клатуру исходя из знаний о составе
веществ. Поскольку их теория соста-
ва опиралась на «принцип кислоро-
да», сторонники флогистона, среди
которых был и Кавендиш, отказыва-
лись пользоваться ею, поэтому для становления теории Лавуазье потре-
бовалось довольно много времени. В этой новой номенклатуре предпо-
лагалось, что те вещества, которые невозможно разложить, должны
считаться элементами, а их названия — стать основой всей номенклатуры.
Например, водород и сера при соединении могли образовать сернистую
или серную кислоту в зависимости от количества задействованного кис-
лорода, а при сочетании с оксидами металлов получалась целая группа
солей — сульфиты, или сульфаты.
Первая страница работы Лавуазье
•Химическая номенклатура».
и таким образом сравнить результаты, и в особенности как важ-
но контролировать и исключать все причины ошибок, которые
могут повлиять на результат. В этой области Генри Кавендиш
блистал как никто другой.
Первые дошедшие до нас его рукописи датируются 1764 го-
дом, через четыре года после избрания членом Королевского
52
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
общества (Генри в это время было 33). Среди них мы находим
первую работу по химии, в которой, как считается, представлен
полный реестр его исследований: 59 страниц с лабораторными
заметками, включая оглавление. Это, вероятно, окончательная
версия исследования на 25 страницах, к которым существует
дополнение на 19 страницах, похоже, представляющих собой
черновик. Тема работы — мышьяк.
БЕЗЖАЛОСТНЫЙ МЫШЬЯК
Первой встречей Кавендиша с экспериментальной химией
было изучение мышьяка, или, точнее, оксида мышьяка. Отчет
адресован некоему анонимному лицу, и, согласно шутливым
комментариям к его работе, это были «записки об эксперимен-
тах с мышьяком для своих друзей».
Мы не знаем, почему Генри выбрал эту тему, но отправной
точкой стало открытие арсената калия французом Жозефом
Макером, который назвал вещество нейтральной солью мы-
шьяка и описал соединение в двух статьях, опубликованных
в «Мемуарах Парижской академии наук» в 1746 и 1748 годах.
Кавендиш тоже решил получить это вещество, нагревая
смесь оксида мышьяка с нитратом калия, чтобы затем кристал-
лизовать его в горячей воде. При этом он нашел новый способ
получения соединения — растворяя мышьяк в духе селитры
(азотной кислоте) и добавляя затем жемчужный пепел (карбо-
нат калия). Так Кавендиш доказал, что эта соль не нейтральна,
как предполагал Макер: она растворяется в щелочных карбо-
натах и проявляет очень слабую кислую реакцию к «сиропу
из фиалок» (KH2AsO4).
Аналогично Кавендиш изучал воздействие тепла на триок-
сид мышьяка, взаимодействующего с азотной кислотой. После
испарения осадка до полного высушивания он нагревал печь
«до полного раскаления» и получал пентоксид мышьяка.
Интерес Кавендиша к этим реакциям был очень далек
от интереса, который обычно проявляют к мышьяку — сред-
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
53
ству для избавления от конкурентов или назойливых друзей.
Генри хотел познакомиться с химией этого вещества количе-
ственно, взвесив исходные и конечные продукты. Так, он под-
верг пентоксид мышьяка различным испытаниям, показав, что
соединение растворяется в воде и не содержит азотной кисло-
ты: «Также похоже, что он обладает всеми свойствами кислоты
(за исключением разве что вкуса, который я не считаю нужным
проверять)». В этой фразе проявляется одна из самых харак-
терных привычек Кавендиша: в течение всей исследователь-
ской жизни его тело было еще одним лабораторным прибором.
Кавендиш очень близко подошел к открытию окисления,
несмотря на то что в те годы о существовании кислорода еще
не было известно.
«Думаю, эти эксперименты очень ясно показывают: единственная
разница между простым мышьяком и мышьяковой кислотой
в том, что во второй намного меньше флогистона, чем в первом».
Если бы Кавендиш опубликовал свое исследование, то от-
крывателем метода синтеза мышьяковой кислоты признали бы
его, а не шведского ученого Карла Вильгельма Шееле, работа
которого вышла в 1775 году. Тем не менее будем снисходи-
тельны к Шееле: Айзек Азимов называл его Карл-Неудачник
Шееле, поскольку он сделал множество химических открытий
(например, отделил кислород и азот), но эта честь была припи-
сана другим (в данном случае англичанину Джозефу Пристли).
ОТ АЛХИМИИ К ХИМИИ
Идея неделимости материи (и невозможности ее спонтанного
создания) утвердилась в умах исследователей с тех пор, как фла-
мандец ван Гельмонт доказал это в начале XVII века. С другой
стороны, согласно закону тяготения, сформулированному Нью-
тоном, вес тела непостоянен и зависит от расстояния, отделяю-
щего его от остальных тел. Но во втором законе движения, так-
54
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
же принадлежащем Ньютону, говорится, что есть некое свойство
материи — масса, которая одинакова для любого тела, подвер-
гающегося одним и тем же изменениям при линейном импуль-
се под воздействием одних и тех же сил. Таким образом, Ньютон
ввел тонкую разницу между массой и весом', масса тела пропор-
циональна силе, которая производится ускорением; эта сила
в случае свободного падения — вес. Поскольку все тела, падаю-
щие в одном и том же месте, имеют одно и то же ускорение, их
массы пропорциональны их весу в том же самом месте.
Бесспорно, что все изменяется и ничто не исчезает, и масса
вещества остается неизменной.
Фрэнсис Бэкон о неделимости материи
Эта доктрина, которую можно назвать постоянством ве-
са в одном и том же месте (с учетом того, что остальные тела
остаются неподвижными), была основной для возможности
количественного описания любого изменения материи. Такое
описание было особенно важно для химии, потому что любое
исследование, как говорил Николай Кузанский, проходит через
весы, на которых измеряется вес веществ. Без этой гипотезы,
которая позволяла говорить об эквивалентности веса и массы,
развитие химии было бы невозможным. Концепция Ньютона
открывала двери химии, перед которой лежал долгий путь.
Исследование химических процессов в XVII и XVIII веках
было всего лишь накоплением фактов без какой-либо приемле-
мой теории, объясняющей их, или системы классификации,
которая их упорядочивает. Очень часто применялось понятие
антитезы — например, антитеза кислоты и оснований (или ще-
лочей). Придумывались такие категории, как соли (раствори-
мые, имеют вкус и могут кристаллизоваться), земли (рассыпча-
тые, огнеупорные и безвкусные) и извести (порошкообразные
остатки, получающиеся после обжигания веществ). Также уче-
ные выделяли различные воздушные вещества — газы, которые
могут конденсироваться, образуя твердые тела, или высвобож-
даться с помощью каких-либо химических изменений. Так или
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
55
РОЖДЕНИЕ НАУКИ
Появлением химии как качественной
науки мы обязаны Николаю Кузанско-
му, Парацельсу и ван Гельмонту. Нико-
лай Кузанский (1401-1464) предпо-
ложил, что для того чтобы сделать
настоящее химическое открытие, нуж-
но воспользоваться весами. Теофраст
Филипп Ауреол Бомбаст фон Гоген-
гейм, или Парацельс (1493-1541),
прекрасный экспериментатор, обла-
давший необычайной жизненной си-
лой,— основатель ятрохимии, или хи-
мической медицины. Следуя по пути
Кузанского, Парацельс публично сжег
на площади Базеля работы известных
Швейцарский врач и алхимик
Парацельс.
средневековых врачей Галена и Ави-
ценны, символически провозгласив
тем самым первенство эксперимента
над авторитетом. «Человеческий разум
ничего не знает о природе вещей, поскольку сначала их обдумывает». На-
стоящий мастер медицины — это «то, что видят его глаза, и то, чего каса-
ются его руки». К сожалению, страсть Парацельса к эксперименту была
искажена его анимистской позицией, согласно которой души — археи —
владеют всем и находятся повсюду. Третьим был Ян Баптиста ван Гельмонт
(1580-1644), благородный последователь Парацельса. Благодаря удач-
ному браку он смог полностью посвятить себя усовершенствованию хими-
ческого анализа. Его изречение — «Средства обретения Науки — это толь-
ко молитва, поиск и труд» — говорит не только об эмпиризме ученого,
но и о влиянии на него святого Августина. Гельмонт, следуя указаниям
Кузанского, систематически пользовался весами и доказал существова-
ние тривиального сегодня закона сохранения материи. Именно он ввел
термин «газы» — слово, происходящее от греческого «хаос». Для Гельмон-
та это были всего лишь примеси — земная материя, влекомая духом воз-
духа. Он считал, что не существует ничего, кроме газа, форму которого
принимает вода и который является началом всей материи.
иначе, химическая теория во времена Кавендиша представляла
собой смутную массу понятий, доктрин и алхимической тради-
ции. Но чтобы понять его исследования, необходимо рассмо-
треть химические теории того времени. Одна из них - теория
флогистона.
56
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
ФЛОГИСТОН
В середине XVII века значительная часть научной деятельно-
сти сосредоточилась вокруг процессов, близких к горению, про-
каливанию и дыханию, которое верно понималось как особый
вид горения. Значительный интерес вызывал и воздух. Роберт
Бойль, один из великих ученых XVII века, доказал, что это ма-
териальное вещество, имеющее вес. Кроме того, ему почти уда-
лось доказать, что воздух содержит нечто, чрезвычайно необ-
ходимое для горения и придающее красный цвет артериальной
крови: «небольшая жизненная квинтэссенция (если ее можно
так назвать), которая служит, чтобы освежить и восстановить
наши жизненные силы». Многие замечали, что воздух и горе-
ние связаны.
Современники Бойля не осознали, что воздух может быть
смесью различных газов; загадка его состава не могла быть реше-
на без понимания явления горения, и наоборот, горение не мог-
ло быть объяснено, если не принять тот факт, что в воздухе есть
нечто, обеспечивающее это горение. Идея Аристотеля состоя-
ла в том, что горение высвобождает один из первоэлементов —
огонь. В течение значительной части XVII века считалось, что
это «сернистый элемент» — не природная сера, а какой-то вид
мистической серы, и для каждого объекта существуют разные
типы серы. В 1669 году немецкий химик по имени Иоганн Ио-
ахим Бехер утверждал, что речь идет о terra pinguis — жирной
земле. Согласно его точке зрения, горение предполагает разло-
жение вещества и потерю некоторого маслянистого горючего
начала. В начале XVIII века врач короля Пруссии Георг Эрнст
Шталь (1659-1734), наследник традиции химического мисти-
цизма, корни которого восходят к Парацельсу и ван Гельмонту,
назвал эту субстанцию флогистоном — активным началом пла-
мени. Он разрабатывал свою теорию несколько лет и в 1731 го-
ду представил ее миру.
Шталь пришел к выводу, что флогистон — реальное ве-
щество, твердое и жирное, но не поддающееся выделению; он
отделяется от тел при горении и от металлов — при прокали-
вании и проявляется в виде пламени, связываясь с воздухом,
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
57
РОБЕРТ БОЙЛЬ (1627-1691)
Бойль был тринадцатым ребенком
и седьмым сыном первого графа Корк-
ского, свирепого и неудачливого пере-
купщика земель. Отрочество он провел
в пуританской атмосфере Женевы, что
побудило его использовать науку для
обоснования религии. Как и многие
пиетисты, Бойль хотел доказать славу
Бога, проявляемую в природе, но, в от-
личие от них, оказался довольно прак-
тичным. В течение долгого времени он
вел аскетичный образ жизни, посвя-
щенный разработке эмпирического
видения науки. Его интересы были раз-
нообразны, но наиболее известные
открытия ученый сделал именно в об-
ласти газов, в частности на тему упру-
гости воздуха. Некоторая тенденциоз-
ность Бойля не позволила ему сделать
вывод о причине этой упругости, хотя
ученый и признавал, что должна суще-
ствовать математическая связь между
объемом, который занимает газ, и давлением, которое он оказывает.
Бойль не говорил об этом, пока два его помощника, Роберт Гук и Ричард
Тоунели, не открыли эту связь. Бойль провозгласил свой закон в 1662 году,
и сегодня он известен как закон Бойля — Мариотта: произведение давле-
ния газа на его объем постоянно при постоянной температуре.
Эксперименты в вакууме
Другой областью его интересов был вакуум. Бойль выяснил, что звук в этой
среде не распространяется, в отличие от света и магнетизма. Он обнару-
жил, что жизнь и горение в вакууме невозможны, но порох продолжает
стрелять; заметил, что горячая вода в вакууме бурно кипит, а вещества
испускают газ, обычно незаметный, который, по-видимому, до этого был
скрыт или связанно расположен внутри. Все эти наблюдения позже стали
предметом бурных исследований. Для Бойля наука заключалась в том,
чтобы наблюдать, записывать, архивировать, проверять и снова прове-
рять. Можно сделать вывод, что этот подход сильно повлиял на Генри Ка-
вендиша и в целом на всю область знания XVIII века. Путь к новой науке
был открыт, и это сделал человек, посвятивший себя исследованиям, от-
казавшийся от титула пэра и должности главы знаменитого Итона. Лучше
всего своеобразный характер Бойля отражает эпитафия на ирландском
языке: «Отец химии и дядя графа Коркского».
58
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
или в чистом виде — в качестве сажи. Из своих экспериментов
по обжиганию металлов {calx) вместе с углем Шталь сделал вы-
вод, что они восстанавливают утраченный флогистон и снова
превращаются в чистые металлы, как и прежде; следователь-
но, уголь должен содержать большое количество флогистона,
но в других веществах, таких как медь, его очень мало.
Флогистон был первым прочным основанием, с помощью
которого химикам удалось объяснить значительную часть на-
блюдаемых явлений. Центральная идея состояла в том, что все
процессы могут быть объяснены через флогистацию и дефлоги-
стацию. Металлы и углерод считались веществами, богатыми
флогистоном, в то время как соли и оксиды входили в группу
дефлогистированных.
Однако существование флогистона предполагало идею, ко-
торую Бойль подвергал жесткой критике, но которая все еще
держалась в умах химиков: ничто из того, что можно подвер-
гнуть горению или обжигу, не может быть химическим элемен-
том, поскольку горение — синоним распада. Значит, примене-
ние обратного процесса к металлам после обжига (например,
нагревание оксида свинца в присутствии угля для высвобож-
дения кислорода и восстановления свинца) предполагает, что
металлы — это не элементы, а соединения веществ. В такой
системе идей решить задачу природы химических элементов
было нелегко.
Самым серьезным возражением против идеи флогистона
было соображение, известное еще со времен арабских химиков:
при сжигании вес металлов увеличивается. В XVI веке различ-
ные авторы толковали это как процесс комбинации, при котором
во время горения вещества извлекают нечто из воздуха. Однако
теория флогистона не могла объяснить этот факт: как металлы
могут увеличивать вес, высвобождая нечто? Первое, что при-
ходило на ум: с теорией флогистона что-то не так. Однако чело-
век ведь способен подгонять факты к теориям, и чем меньше
наблюдения соответствовали теории флогистона, тем сильнее
наблюдатели «совершенствовали» эту теорию, чтобы привести
ее в соответствие с наблюдаемым, не отказываясь от основных
постулатов. Один из логических пируэтов заключался в допу-
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
59
щении, что флогистон обладает отрицательным весом. Эта идея
в искаженном виде была предшественницей любопытного изо-
бретения Герберта Уэллса — кейворита.
Химики предлагали самые разные решения. Одно из них
пришло из Англии, где химик по имени Элиот предположил,
что присутствие флогистона в теле «ослабляет силы взаимного
отталкивания между частицами и эфиром, уменьшая взаимное
тяготение». Немецкий химик Потт, далекий от таких витие-
ватых формулировок, предположил, что высвобождение фло-
гистона увеличивает плотность вещества, его содержавшего.
Но самым распространенным было мнение, что существует вто-
ростепенный, еще не открытый процесс, который компенсирует
уменьшение веса, вызванное потерей флогистона.
СВЯЗАННЫЙ ВОЗДУХ
Первым ученым, доказавшим важность для химии весов, был
шотландский врач по имени Джозеф Блэк (1728-1799). Его ин-
терес к этой дисциплине родился благодаря занятиям у Уилья-
ма Каллена, страстно увлеченного применением науки в про-
мышленности (как это происходило в Германии и Нидерландах).
Работа, которую Блэк опубликовал в 1756 году, представляет
собой первое серьезное изучение химической реакции, и только
по этой причине исследователь входит в число великих химиков
истории. Труд озаглавлен «О белой магнезии, едкой извести
и других щелочных веществах». Возможно, во всей истории хи-
мии не существует такого краткого очерка, в котором содержа-
лось бы столько новых понятий и результатов. Любопытно, что
данное исследование, как это часто происходило в науке, имело
совершенно другую цель: объяснить действие известного сред-
ства для растворения камней в почках — это заболевание очень
часто встречалось в XVIII веке.
Палата общин вручила премию в 5000 фунтов Джоанне
Стивенс за то, что она нашла снадобье: больной должен был
есть обожженные раковины улиток, смешанные с медом. Блэк
60
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
НЕУКРОТИМЫЕ ДИКИЕ ДУХИ
Михаил Васильевич Ломоносов.
Такое поэтическое название ван Гель-
монт использовал,говоря о газах —
основной заботе шахтеров. Страшный
рудничный газ и горючий воздух в шах-
тах и на болотах привлекли внимание
ученых в середине XVIII века. Исследо-
ватели помещали эти вещества в пузы-
ри, а затем сжигали. Достопочтенный
Стивен Гейлс(1677-1761) в 1727 году
доказал, что газы могут связываться
с жидкостями или твердыми телами
и процесс их высвобождения и связы-
вания постоянно осуществляется есте-
ственным путем у животных и расте-
ний. Он смог найти способ получить
газы из воды и затем измерить их объ-
ем. После этого было несложно выяс-
нить, что выделенное вещество каче-
ственно отличается от воздуха, и Гейле
смог доказать, что газы (или воздухи,
как он их называл) отличаются друг
от друга по цвету, запаху или раство-
римости в воде. Исследователь не ис-
толковал их сущности как соединения
различных веществ, а, следуя класси-
ческой линии рассуждения, утверждал,
что это все тот же самый воздух, но «инфицированный», или «испачканный»,
дымом либо другими парами.
Ломоносов
Семя дало всходы. Пора было применить количественный подход, провоз-
глашенный Бойлем. Наиболее эффективное химическое достижение со-
стояло в том, чтобы распространить технику взвешивания на все продукты,
полученные при химических превращениях, а не только на исходный ма-
териал, как это делали до сих пор. В этот момент сохранение материи,
обнаруженное, но некорректно сформулированное ван Гельмонтом, было
возведено в категорию закона одним из самых проницательных
умов XVIII века — отцом российской химии Михаилом Васильевичем Ло-
моносовым. В 1745 году он писал: «Все изменения, случающиеся в при-
роде, происходят так, что если что-либо прибавится к чему-то, то столько же
отнимется от чего-то другого». Спустя 40 лет француз Антуан Лавуазье про-
возгласил этот закон подобным образом независимо от Ломоносова.
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
61
Упорядочивание
названий.
Таблица
соответствий
между
терминологией
химии XVIII века
и современной
терминологией
относительно
некоторых
упоминаемых
в этой книге
веществ.
В последнем
столбце
показано
современное
представление
(с помощью
планетарной
атомной модели)
о молекулах
с электронами.
Искусствен- ный воздух	Любой газ, испускаемый телом	
Связанный воздух	Диоксид углерода	। • • • • • о • х»х« X О X хехе • О • • • • •
Горючий воздух	Водород	С ♦ + •
Дефлогистиро- ванный воздух	Кислород	• • • • о • • —• • • о • • • •
Флогистиро- ванный воздух	Азот	к	• ‘ N 1 N • X	•
Азотистый воздух	Азотная кислота	х	• X N I О • • X	•
изучил и взвесил газ, высвобождаемый раковинами, известня-
ком и магнезией при нагревании, и назвал его, следуя принци-
пу Гейлса, связанным воздухом, поскольку он вновь поглощался
водой с известью. Блэк открыл диоксид углерода.
Хотя ему не удалось выделить вещество и описать все его
характеристики, ученый доказал, что связанный воздух суще-
ствует в свободном виде в природе и может передаваться от од-
ного тела к другому. Также Блэк вывел два результата, которые
глубоко изменили науку: во-первых, полученное вещество от-
личалось от «воздуха», производимого при растворении метал-
ла кислотами, а во-вторых, оно было похоже на воздух, «загряз-
ненный» горением. На самом деле Блэк доказал, что может
существовать «воздух», отличающийся от «обычного воздуха»,
62
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
ВВЕРХУ:
Термометры,
которые лорд
Чарльз
использовал для
метеорологических
измерений.
Изображение
из журнала
«Философские
труды- (1757).
ВНИЗУ:
Рисунок к статье
«Три работы,
содержащие опыты
с искусственными
видами воздуха»
(1766)для
иллюстрации
экспериментов,
которые ученый
ставил над
искусственным
воздухом.
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
63
и что он принимает активное участие в некоторых химических
процессах. Газ, или, лучше сказать, газы были материей (как это
утверждал грек Эмпедокл), они реагировали с ней и могли быть
составной частью твердых тел, не придавая этим телам каких бы
то ни было мистических свойств.
Исследования Блэка вдохновили Генри Кавендиша на пер-
вую научную работу. Итак, в 1766 году, в возрасте 35 лет, он
послал в Королевское общество свой первый ряд статей под ин-
тригующим названием «Три работы, содержащие опыты с ис-
кусственными видами воздуха». Первая была прочитана 29 мая,
вторая — 6 ноября, а последняя — 13 числа того же месяца; за-
тем статьи были опубликованы в «Философских трудах». При-
мечательно, что существовала и четвертая часть цикла, которую
по неизвестной причине Кавендиш решил не публиковать.
Эта работа была связана с выделением различных газов
и описанием того, как они реагируют друг с другом. Название
искусственные виды воздуха Генри применял, по его словам,
к «любому типу воздуха, содержащегося в других телах в не-
упругом состоянии и отделяющегося от них с помощью при-
емов». Эта непонятная фраза означает, что речь идет о возду-
хе, искусственно полученном в лаборатории и отличающемся
от «нормального» воздуха. Среди прочего Кавендиш открыл,
что при растворении мрамора в соляной кислоте получает-
ся связанный воздух Блэка, а при растворении цинка, железа
и олова в соляной кислоте и купоросном масле (серной кисло-
те) — особый легковоспламеняющийся газ, который он назвал
горючим воздухом. Этот вещество всегда образовывалось при
реакции металла с кислотой, независимо от используемой кис-
лоты. Генри открыл водород. Кавендиш чувствовал искушение
идентифицировать его с флогистоном, но из этого последова-
ло бы серьезное противоречие. Флогистон был веществом, ко-
торое выделялось из тел при горении. Но как он мог выделять-
ся из себя самого?
64
ЗАСТЕНЧИВЫЙ ХИМИК
ГЛАВА 4
О водороде и СО2
Открытием горючего воздуха —
водорода — и анализом диоксида углерода,
открытого шотландцем Джозефом Блэком, Кавендиш
доказал свои чрезвычайные способности исследователя-
экспериментатора. Он установил схему, которой должны
следовать все ученые, желающие описать какое-либо
новое газообразное вещество. Также Кавендиш
был первым, кто сделал важный
для науки анализ воды.

В первой работе, озаглавленной «Опыты над воздухом», Кавен-
диш изучал, что происходит, когда цинк, железо и олово под-
вергаются воздействию соляной и серной кислот. Ученый по-
нял, что объем высвобожденного горючего воздуха (водорода)
зависит от используемого металла, а не от кислоты, и зареги-
стрировал объем газа, полученного на каждую унцию исполь-
зуемого металла. Для этого он собирал произведенный воздух
в бутылку и смотрел на отметку на ее боку, соответствующую
весу воды, которая заполнила бы бутылку до этого уровня. За-
тем Кавендиш заметил, что серная кислота слабо реагирует
с оловом, но этот металл «медленно растворяется в духе силь-
ной соли (концентрированной соляной кислоте), пока он хо-
лодный; с помощью тепла он растворяется быстрее». Он также
выяснил:
«Эти три металлических вещества немедленно растворяются
в азотной кислоте и производят воздух, но этот воздух абсолютно
не горюч. Они также немедленно соединяются в присутствии теп-
ла и разжижаются в купоросном масле (серной кислоте)».
Кавендиш считал, что водород происходит не из кислот,
а из металлов, и нашел разницу между действием серной кис-
0 ВОДОРОДЕ И С02
67
лоты и соляной кислоты, разбавленной концентрированными
азотной и серной:
«Кажется вероятным, что если какое-либо из ранее упомянутых
металлических веществ растворяется в духе соли или растворен-
ном купоросе, ее флогистон начинает летать, при этом кислота
не изменяет свою природу и образует горючий воздух; но когда
они растворяются в азотной кислоте или нагреваются в купоросе,
флогистон присоединяется к части используемой кислоты и уле-
тает вместе с ней, в связи с чем она теряет свои горючие свойства.
Летучие сернистые газы, произведенные соединением этих метал-
лических веществ посредством нагревания в купоросе, ясно по-
казывают, что в этом случае флогистон присоединяется к кислоте;
на самом деле хорошо известно, что сернистая купоросная кисло-
та — это всегда купоросная кислота с флогистоном... Кроме того,
у меня есть важные причины считать, что горючий воздух, произ-
веденный растворением этих веществ в духе соли или растворен-
ном купоросе, совсем не содержит кислоты в своем составе».
Если опустить толкование Кавендиша в рамках теории
флогистона, то можно сказать: он открыл, что растворение ме-
таллов в соляных кислотах (не имеющих кислорода в своем
химическом составе) сопровождается образованием продук-
тов этих кислот. В этом абзаце показан консерватизм мысли
Кавендиша: он принимал теорию флогистона, несмотря на ее
очевидные противоречия, даже подтвержденные эксперимен-
тально. Удивительно, что при этом в области физики Кавендиш
не видел препятствий к тому, чтобы поправлять самого Ньюто-
на, когда считал, что его выводы ошибочны.
Следующим шагом было определение свойств горючего
воздуха. Кавендиш провел различные эксперименты, смешивая
водород с обычным воздухом в различных пропорциях и фик-
сируя интенсивность получающегося взрыва. Он сделал вывод:
«Как это происходит со всеми горючими веществами, он не может
гореть, если не взаимодействует с обыкновенным воздухом. Так-
же похоже, что если только смесь не содержит больше обычного
68
О ВОДОРОДЕ И со2
ИЗОБРЕТЕНИЕ ГАЗИРОВАННОЙ
ВОДЫ
Джозеф Пристли.
В 1771 году знаменитый капитан Кук
предложил должность астронома
в своей второй экспедиции Джозефу
Пристли (1733-1804), будучи впечат-
ленным его работами по оптике
и астрономии. К несчастью, химик из-
за своих религиозных и политических
взглядов задержался на этом посту не-
долго, но не пал духом. Он решил сде-
лать что-то, что способствовало бы
успеху экспедиции. Интерес Пристли
к исследованию характеристик газов
привел его на пивоваренный завод
рядом с его домом в Лидсе. Там неу-
давшийся астроном обнаружил инте-
ресное свойство связанного воздуха,
открытого Блэком и высвобождаемого
во время брожения пива. Если оста-
вить над кадкой тарелку с водой, вода приобретает приятный кисловатый
вкус, напоминающий вкус сельтерской воды. Через некоторое время
Пристли открыл, что тот же результат можно получить, если переливать
воду из одного стакана в другой над кадкой в течение трех минут. Экспе-
рименты убедили ученого в том, что медицинские свойства этой воды
(он ошибочно полагал, что вода лечит цингу) обязаны газу, растворенному
в ней, а в 1772 году он запатентовал механизм, который насыщал воду
связанным воздухом. Капитан Кук поместил этот аппарат на судах «Резо-
люшн» и «Эдвенчер» на время путешествия. Устройство имело большой
успех, и Пристли получил медаль Копли — главную награду Королевского
общества. Газированная вода заслуженно стала первым коммерческим
успехом новой химии.
воздуха, чем горючего, первого недостаточно, чтобы сгорел весь
горючий воздух».
Следующие эксперименты Кавендиша были связаны
с определением относительной плотности открытого вещества
по сравнению с воздухом. Эта попытка, как мы сегодня знаем,
была обречена на провал, поскольку водород — самый легкий
газ в природе. Так что нет ничего удивительного в том, что ре-
0 ВОДОРОДЕ И со2
69
зультаты опытов не были близки к реальным данным. Одна-
ко эти эксперименты, при всей своей ошибочности, являются
примером тщательной подготовки и проработанной методики.
Кавендиш использовал два метода. Первый состоял во взвеши-
вании емкости, наполненной водородом, и абсолютно пустой
емкости. Ученый установил:
«[...] 80 измеренных унций горючего газа весят на 41 гран [ 1 гран =
= 64,79891 мг] меньше, чем то же количество обыкновенного воз-
духа. Следовательно, если плотность обычного воздуха во время
постановки эксперимента в 800 раз меньше плотности воды — что
я считаю результатом, приближенным к истинному, — то горючий
воздух должен быть в 5490 раз легче воды или примерно в 7 раз
легче обыкновенного воздуха».
Второй метод заключался в том, чтобы получить газ, на-
ливая разбавленную соляную кислоту на цинк или железо. За-
тем Кавендиш улавливал получившийся газ, высушивал его
жемчужным пеплом (карбонатом калия) и взвешивал состав
до и после постановки эксперимента. Кавендиш сделал вывод,
что «существует очень маленькая разница (если она вообще су-
ществует) между плотностью различных типов горючего воз-
духа». И, словно подтверждая свою скрупулезность, исследо-
ватель заметил, что небольшая разница в результатах опытов
может иметь причиной экспериментальную ошибку. Однако он
все же решился назвать число: «Горючий воздух в 8769 раз лег-
че воды или в 11 раз легче обыкновенного воздуха». С учетом
того что водород в 14,4 раза легче воздуха, точность измерений,
сделанных с помощью несовершенных приборов три века на-
зад, впечатляет. Также Кавендиш установил, что этот воздух
способен заключать в себе «девятую часть своего веса в виде
пара» и что «его удельный вес в 7840 раза меньше удельного
веса воды».
В тот день, когда он прочел в Королевском обществе свою
статью, секретарь написал в журнале: «Невозможно справедли-
во оценить эксперименты, описанные под заголовком «О горю-
чем воздухе», не прочитав их полностью».
70
О ВОДОРОДЕ И СО2
ПО СЛЕДАМ БЛЭКА
Во второй части статьи — «Эксперименты по связанному воз-
духу, или Искусственный воздух, получаемый из щелочных
веществ взаимодействием с кислотами или прокаливанием» —
ученый попытался определить растворимость, упругость и го-
рючесть углекислого газа. Но сначала газ нужно было получить,
для чего Кавендиш вливал кислоту в различные щелочи. Затем
нужно было установить точку отсчета, с которой можно срав-
нивать количество произведенного диоксида углерода. Кавен-
диш остановился на мраморе, который, по его мнению, содержал
«40,7 % связанного воздуха» (верное значение — 44 %).
Поскольку диоксид углерода растворим в воде, его труд-
но собирать традиционными методами, так что Кавендиш со-
бирал вещество напрямую или в ртути. Для определения его
плотности он использовал емкость, как и с горючим воздухом.
К счастью, диоксид углерода значительно тяжелее водорода.
Ученый выяснил, что плотность связанного воздуха в полтора
раза больше плотности обычного воздуха.
Также Кавендиш изучал, способен ли углекислый газ под-
держивать горение, или, говоря другими словами, содержит ли
он флогистон. Ученый указал:
«Связанный воздух не имеет способности поддерживать горящий
огонь, как обычный воздух; напротив, эта способность обычного
воздуха сильного уменьшается, если его смешать с небольшим
количеством связанного воздуха».
Для того чтобы описать это свойство, ученый засекал,
сколько секунд свеча продолжает гореть в обычном воздухе
и в связанном. Он сделал вывод, что «когда воздух содержит
около 1/9 связанного воздуха, не могут гореть даже маленькие
свечи».
В последней части статьи, озаглавленной «Об опытах над
воздухом, образующимся в процессах брожения и гниения»,
в качестве отправной точки Кавендиш взял исследования ир-
ландского врача Дэвида Макбрайда. В 1764 году тот опублико-
0 ВОДОРОДЕ И со2
71
вал книгу, в которой хотел доказать, что связанный воздух —
нечто вроде цемента, который удерживает живую материю,
однако во время смерти он высвобождается, и начинается гни-
ение. Кавендишу было интересно узнать, образуются ли при
этом, кроме связанного воздуха, другие газы. Он наблюдал бро-
жение сахара-сырца и яблочного сока, используя для анализа
полученных летучих продуктов испытанные методы. Чтобы
убедиться, что он получил именно связанный воздух, Кавен-
диш сравнил полученные значения с уже известными данными.
Плотность и способность тушить свечи оказались те же, однако
растворимость в воде отличалась от растворимости связанно-
го воздуха, полученного из мрамора: «Это вещества различной
природы», — записал ученый.
Далее он исследовал газы, образующиеся при гниении мяс-
ного бульона, и выяснил, что это несколько разных веществ.
В этом составе содержался растворимый в воде связанный
воздух, а вот при смешивании нерастворимого остатка с обык-
новенным воздухом «он загорелся, когда к нему приблизился
кусок зажженной бумаги, и погас с легкой вспышкой пламени».
В этих экспериментах Кавендиш по звуку взрывов заключил,
что «этот тип горючего воздуха очень похож на воздух, произ-
водимый металлами». Воздух, образующийся в процессе гние-
ния, представлял собой смесь связанного воздуха Блэка и горю-
чего воздуха, открытого самим Кавендишем.
Четвертая и последняя часть работы, к которой автор по-
дошел с не меньшим тщанием, называлась «Об опытах над воз-
духом, производимым растительными и животными вещества-
ми перегонкой», но по неизвестной причине Кавендиш не стал
выносить ее на суд коллег. Это действительно странно, потому
что в работе он пишет о том, что горючий воздух, произведенный
перегонкой дерева, «не точно тот же самый», что и полученный
при воздействии кислот на металлы:
«Этот горючий воздух, подвергнутый перегонке, тяжелее, чем воз-
дух, полученный из металлов, и его нужно перемешивать с боль-
шей пропорцией обыкновенного воздуха, чтобы вызвать взрыв.
Сначала я подумал, что он может состоять из горючего воздуха
72
О ВОДОРОДЕ и со2
ВВЕРХУ:
Гравюра,
на которой
показана
лаборатория
XVIII века
с таблицей
химического
сродства внизу,
представленная
в «Энциклопе-
дии» Дени Дидро
и Жана Батиста
Лерона
д’Аламбера.
ВНИЗУ:
Прибор,
использованный
Кавендишем
для получения
водорода,
который
высвобождался,
когда цинк,
железо и олово
подвергались
воздействию
соляной
и серной кислот.
О ВОДОРОДЕ И СО.
73
так же, как и воздух, полученный из металлов, но перемешанный
с другим воздухом, более тяжелым, который имеет способность
гасить пламя, как и связанный воздух».
Кавендиш решил, что он обнаружил горючий воздух нового,
еще не установленного типа. Он был убежден в этом из-за раз-
ницы в звуке, который воздух производил при взрыве:
«Смесь этого состава с обыкновенным воздухом взрывается
с меньшим шумом, чем смесь чистого горючего воздуха в той же
пропорции с обыкновенным воздухом, значит, в нем меньше го-
рючего воздуха и он должен содержать состав, уменьшающий,
а не увеличивающий силу взрыва».
Остается один вопрос: возможно, Кавендиш считал, что
его горючий воздух — это флогистон, вещество, которое так
долго искали и не могли найти? В своей статье 1766 года он
написал, что когда некоторые металлы реагируют с кислотами,
флогистон из металлов исчезает, «не меняя своей природы из-
за кислоты, [и] образует горючий воздух». По мнению химика
и историка науки Томаса Томсона, Кавендиш хотел сказать,
что горючий воздух металлов — это чистый флогистон. Дру-
гой химик, Вернон Харкорт, утверждал, что Кавендиш связал
флогистон со своим горючим воздухом в этом же 1766 году или,
возможно, немногим позже: «Его флогистон был водородом
и больше ничем».
Хотя для большинства ученых флогистон не имел массы,
Кавендиш так не считал. Он отрицал, что существуют невесо-
мые флюиды, такие как эфир, свет или электричество (он счи-
тал, что этот флюид отличается от обычной материи, но совсем
не отсутствием массы). Более того, как мы увидим далее, Ка-
вендиш отрицал и такую точку зрения, что тепло — это флюид.
Он так и не согласился с тем, что флогистон нельзя изолиро-
вать и описать, как остальные газы. Флогистон для Кавендиша
был горючим воздухом в его упругом состоянии (то есть сжи-
мать его можно сколько угодно).
74
О ВОДОРОДЕ И С02
Но ученый чрезвычайно серьезно относился к формули-
ровкам и не утверждал ничего, пока не получал твердых экс-
периментальных доказательств. Возможно, поэтому он никогда
прямо не говорил, что горючий воздух может быть флогисто-
ном, хотя в его записях проскальзывала эта идея. А когда не-
сколько лет спустя это начали утверждать такие химики, как
Ричард Кирван в 1782 году и, годом позже, Джозеф Пристли,
никто из них не упомянул Кавендиша как отца этой гипотезы.
Единственное, в чем мы можем быть уверены,— в течение сле-
дующих двух десятилетий Кавендиш толковал все свои хими-
ческие исследования с точки зрения теории флогистона, не от-
важиваясь сказать что-либо о его составе. Очень возможно, что
горючий газ, который получил Кавендиш, отделив диоксид
углерода, был смесью водорода, метана и монооксида углерода.
Доступные ему методы анализа не позволяли точно опреде-
лить природу газа, но некоторые авторы, такие как Берри, счи-
тали, что ученый был на грани открытия монооксида углерода:
когда он поставил свечу в колокол, куда ввел производимый газ
без диоксида углерода, «произошел слабый взрыв: пламя было
синего цвета — он получается, когда вспыхивает сера».
Очевидно, что многие результаты Кавендиша были каче-
ственными, поскольку состав полученных газов варьировался
в зависимости от условий перегонки дерева, таких как при-
мененная температура или ритм нагревания. Ученый пытался
разделить смеси полученных газов по весу их составляющих
пятью разными способами и считал, что если в смеси газов один
тяжелый, а другой — легкий, они в итоге разделятся, если оста-
вить смесь на несколько часов. Однако наблюдать такое раз-
деление ему не удалось.
Работа Кавендиша со связанным воздухом Блэка ясно дава-
ла понять, что не существует единого типа газа — их несколько.
На самом деле он доказал, что есть два газа с различными ха-
рактеристиками: связанный воздух, открытый Блэком, и горю-
чий воздух. В свою очередь, эти исследования позволили пред-
полагать существование и других газов, но идти дальше ученый
не мог из-за низкого качества приборов, которыми наука рас-
полагала в то время. Кавендиш и так зашел довольно далеко,
О ВОДОРОДЕ И со2
75
намного дальше любого другого исследователя, проявив себя
как ученый-экспериментатор, подобных которому в истории
мало. Он также оставил «модель для будущих экспериментато-
ров» — протокол, в котором говорилось, как собирать, переда-
вать, измерять, изолировать и описывать различные типы газов.
За свою работу с искусственным воздухом Кавендиш получил
медаль Копли — наивысшую награду Королевского общества.
КАЧЕСТВО ВОД
В том же году, когда появилась большая работа Кавендиша
об искусственном воздухе, он опубликовал еще одну довольно
интересную статью — «Опыты над водой из Рэтбоун-плейс». Это
была вода из источника, который служил для снабжения жите-
лей на севере Сохо-сквера. Кавендиш взял образец с помощью
откачивающего насоса и заметил: «Вода на вид довольно от-
вратительна».
Как всегда, причиной, по которой Генри решился сделать
анализ, была статья, появившаяся в 1765 году в «Философских
трудах». Ее автором был врач из Уайтхейвена по имени Уи-
льям Браунригг, и писал он о плохом воздухе в угольных шахтах
благородного Джеймса Лоутера, первого графа Лонсдейлского.
Браунригг утверждал, что вода немецких курортов выделяет
при нагревании связанный воздух. Кавендиш хотел проверить,
не происходит ли того же самого с водой из Рэтбоун-плейс,
и для этого разработал ряд экспериментов, которые провел
в конце сентября 1765 года, после особенно жаркого лета.
Во введении он пишет:
«Большинство вод, даже если они и выглядят прозрачными, со-
держат немного известковой земли, которая отделяется при ки-
пячении и, похоже, не поддается нейтрализации никакой кисло-
той».
76
О ВОДОРОДЕ и со2
В чем причина присутствия этой известковой земли? Имен-
но в этом и решил разобраться ученый. Его описание говорит
о том, что вода, помимо других веществ, содержит большое ко-
личество растворенного бикарбоната кальция. Если она остает-
ся несколько дней на воздухе, на ее поверхности образуется не-
что вроде чешуек, являющихся этой известковой частью.
Кавендиш не указал цвет осадка, который выпал после добав-
ления в воду «едкого раствора», но, возможно, это был желтый
цвет оксида ртути. Кавендиш кипятил воду и анализировал вы-
падавший твердый осадок. Во время одного из своих экспери-
ментов он кипятил воду, пока не уменьшил ее исходный объем
на треть, и затем высушил полученный осадок и обнаружил
углекислую соль и немного магния. Затем ученый проанализи-
ровал оставшуюся воду и выяснил, что осадок в ней представ-
ляет собой ацетат свинца и хлорид ртути. Он также рассмотрел
летучие продукты, испарявшиеся при нагревании, чтобы вы-
яснить, нет ли среди них связанного воздуха.
Пытаясь дать ответ на вопрос, при каких обстоятельствах
«известковая земля» содержится в растворе и можно ли ее из-
влечь, Кавендиш открыл обратимость реакции карбоната каль-
ция с водой и диоксидом углерода для образования бикарбона-
та кальция:
СаСО3 + Н2О + СО2 - Са(НСО3)2.
Кроме того, он обнаружил, как можно удалить из воды этот
нерастворимый бикарбонат добавлением определенного коли-
чества гидроксида кальция:
Са(НСО3)2+ Са(ОН)2 - 2СаСО3 + 2Н2О.
Эта знаменитая реакция используется для снижения жест-
кости воды добавлением гашеной извести (по-английски milk
of lime).
Одного взгляда на лабораторные записи Кавендиша доста-
точно, чтобы понять, каким скрупулезным был исследователь
в работе. Он подробно описывал все свои шаги, количество ве-
ществ, используемых на каждом этапе, каким бы незначитель-
ным он ни был, результаты того, что он сделал, и что собирался
О ВОДОРОДЕ И СО.
77
сделать. Мы знаем, что ученый анализировал воду и из других
лондонских источников, например из источника рядом с его
домом на Грейт Мальборо-стрит. Кавендиш выяснил, что она
тоже жесткая, но ее жесткость отличается от воды из Рэтбоун-
плейс. В заключении к статье о воде из Рэтбоун-плейс Кавен-
диш написал:
«Из поставленных экспериментов видно, что одна пинта, или
7315 грана, содержит, во-первых, столько же летучей щелочи,
сколько соответствующие ей 9/10 грана летучей соли аммиака;
во-вторых, 84/10 грана щелочной земли, где небольшую часть за-
нимает магнезия, а остальное — известковая земля; в-третьих,
столько связанного воздуха, включая лишенную нейтрализации
землю, сколько 198/10 грана известковой земли; в-четвертых,
19/10 селенита [гипс]; в-пятых, 79/10 смеси морской соли и эп-
сомской соли [сульфата магния]; следовательно, твердый состав
одной пинты воды — 17 1/2 грана».
Кавендиш сделал вывод, что в растворе с повышенным со-
держанием известковой земли содержится больше и связанно-
го воздуха. Работа сделала исследователя основателем анализа
воды.
Но исследования в области химии продолжались. У Генри
по-прежнему было смутное ощущение, что все газы — всего
лишь более или менее загрязненный воздух. Если бы можно
было получить с помощью различных процедур один и тот же
тип газа, всегда обладающий одними и теми же характеристи-
ками, это значило бы, что он не является произвольной смесью
воздуха с различными типами загрязнений. А через несколько
лет в Лидсе один священник получил кислород...
РОЖДАЮЩИЙ КИСЛОТЫ
Джозеф Пристли был ярким представителем типа ученого-ли-
берала, который появился во Франции и в Англии во второй
78
О ВОДОРОДЕ И СО2
половине XVIII века. Сын портного из Йоркшира, он учился
в академии в Девентри, чтобы стать священником. Он жадно
пил из источников века Просвещения и, в отличие от француз-
ских ученых, отброшенных к воинствующему атеизму, пришел
к рациональному христианству, в котором религиозные идеи
тесно связаны с наукой, ищущей божественное как в Библии,
так и в природе. Гуманист, ученый и политик-радикал, Прист-
ли стал исследователем благодаря Бенджамину Франклину
(1706-1790), который предложил ему написать отчет обо всем,
что было известно об электричестве к этому моменту. Так по-
явилась знаменитая 700-страничная книга Пристли «История
и современное состояние электричества» (1767). Пристли ви-
дел в электричестве подтверждение того, что природа отвеча-
ет на воздействие, следовательно, у нее могут быть ощущения.
В своей лаборатории в Лидсе, где он с 1767 года был приход-
ским священником, Пристли ставил эксперименты, определяя
свойства электрических разрядов в газах. Некоторые наблю-
дения так его захватили, что Пристли оставил физику, чтобы
заняться химией.
Это был человек с проницательным умом. Не обладая сред-
ствами на приобретение дорогих приборов, он был вынужден
развивать свою изобретательность и собственноручно констру-
ировать оборудование, необходимое для работы с газами. Эти
усилия были вознаграждены, когда в августе 1774 года, нагревая
оксид ртути, Пристли получил газ, который назвал дефлогисти-
рованным воздухом, поскольку он был более схож с флогисто-
ном, чем обычный воздух, то есть легко горел. Пристли выделил
кислород. За год до этого шведский фармацевт по имени Карл
Вильгельм Шееле (1742-1786) сделал такое же открытие. Ше-
еле стремился решить проблему горения, однако понимал, что
это невозможно, если не решить проблему воздуха, которой он
посвятил все силы с 1768 по 1773 год, повторив открытие водо-
рода, уже сделанное Кавендишем. К сожалению, заслуга откры-
тия кислорода была приписана Пристли, поскольку Шееле
не публиковал результатов своих исследований. В 1774 году
Пристли опубликовал «Опыты и наблюдения над различными
типами воздуха», где доказал, что дефлогистированный воздух
О ВОДОРОДЕ и со2
79
имеет первостепенное значение для горения и дыхания и что
растения вырабатывают его из связанного воздуха Блэка — ди-
оксида углерода. Исследователю хватило интуиции, чтобы по-
нять, что воздух состоит из этих двух газов. Вклад Шееле со-
стоял в утверждении, что воздух состоит в основном из того, что
мы сегодня называем кислородом и азотом. Он блестяще до-
казал это в своей книге Chemische Abhandlung von derLuft und
dem Feuer («Трактат о воздухе и огне»), которую направил из-
дателю в 1775 году, но свет она увидела только спустя два года.
С этими новыми открытиями в химии началось настоящее
бурление. С одной стороны, существовал предрассудок о том,
что воздух и вода элементарны, в то время как металлы счита-
лись составными веществами. И если представление о воздухе
изменилось благодаря работам Пристли, Кавендиша и Шееле,
то представление о воде оставалось незыблемым. В 1781 году
Пристли начал взрывать водород и кислород и заметил, что
внутри колбы образуется роса. Он не обратил на это большого
внимания, поскольку, как и остальные химики, привык к тому,
что подобное часто происходит во время экспериментов. Од-
нако Кавендиш доказал, что это не просто роса, а вода. Но это
противоречило устоявшемуся мнению, поскольку вода счи-
талась элементарным веществом. Единственным возможным
объяснением в рамках этой теории было предположение, что
вода входит в состав одного или обоих газов.
80
0 ВОДОРОДЕ И со2
ГЛАВА 5
Снова об электричестве
Одной из важных тем исследований Кавендиша
было электричество. В теоретических работах на эту
тему он применил свои математические умения, чтобы
доказать, что взаимодействие между статическими
электрическими зарядами пропорционально их
произведению и обратно пропорционально квадрату
расстояния. Позже этот тезис нашел экспериментальное
подтверждение. Если бы Кавендиш опубликовал
свое открытие, то знаменитый закон Кулона
назывался бы сегодня законом Кавендиша
об электростатике.

Отложим пока изучение состава воды. Отец Генри интересовал-
ся в основном метеорологией, поэтому нет ничего удивительно-
го в том, что и его сын обратился к этой области. В 1766 году,
когда Генри изучал свойства горючего воздуха, Королевское
общество попросило его сделать доклад о термометрах. С од-
ной стороны, в метеорологии не требовалось большой точности
при сборе экспериментальных данных, с другой — даже самые
лучшие термометры того времени давали разницу в показаниях
при измерении температуры кипения воды до 3 градусов. Ка-
вендиш решил, что это следует исправить. Общество попросило
его заняться небольшим исследованием: проверить, влияет ли
на измерение, во-первых, скорость кипения, а во-вторых — рас-
положение термометра, который можно помещать прямо в воду
или в образуемый пар. Ученый пришел к выводу, что скорость
кипения воды не является определяющим фактором, но изме-
рение температуры пара требует «значительно более точной»
калибровки прибора.
Семь лет спустя Королевское общество вновь попросило
помощи Кавендиша. Его члены знали, что отец Генри очень лов-
ко обращался с метеорологическими приборами, поэтому они
поручили Генри составить план наблюдений за приборами, ко-
торыми располагало Общество. Каждое утро и полдень кон-
сьерж регистрировал показания барометра и термометров, ко-
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
83
торые находились внутри и снаружи здания. Также утром он
должен был измерять количество осадков, выпавших за вчераш-
ний день, каждый вечер — оценивать скорость ветра, а каждые
две недели — измерять магнитное наклонение, то есть угол
между горизонтом и магнитным полем Земли. Кавендиш пред-
ложил публиковать все эти данные на последних страницах
журнала Общества, а чтобы не ждать публикации до конца года,
консьерж должен был помещать их каждую неделю на доске
объявлений в зале заседаний.
Три года спустя совету снова понадобилась помощь Ка-
вендиша: нужно было сделать обзор метеорологических при-
боров Общества. Результатом этой работы стала важная ста-
тья, опубликованная в том же году, — «Учет метеорологических
приборов, используемых в Доме Королевского общества». Из ее
четырех разделов первый посвящен термометру, второй — ба-
рометру, дождемеру и гигрометру, третий — показаниям ком-
паса, а четвертый — магнитному наклонению.
Самым интересным разделом был, без сомнения, первый,
озаглавленный «О термометрах», в котором автор давал советы
о том, как пользоваться этими приборами в ходе экспериментов,
чтобы не делать ошибок в измерениях. В статье обсуждались
«ошибки наблюдений» и «ошибки прибора» — один из главных
вопросов, интересовавших Кавендиша во время его исследо-
ваний. В данном случае ученого беспокоила ошибка, которая
возникала, когда головку термометра погружали в горячую
жидкость, в то время как остальная часть прибора оставалась
на воздухе. Кавендиш считал, что для получения точных дан-
ных все части термометра должны быть одинаково горячими.
Он сам признавал, что этой ошибки нелегко избежать, поэтому
разработал таблицу поправок, основанную на коэффициенте
расширения ртути.
Любой человек, прочитавший статьи Кавендиша о метео-
рологии, был впечатлен упорством, с которым он сравнивал
свои приборы с приборами Общества и других исследователей.
Это стало почти навязчивой идеей; в течение десяти лет Генри
регистрировал показания гигрометров, он делал измерения еже-
дневно, утром и вечером, иногда каждые 20 минут, фиксируя
84
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
СОВРЕМЕННЫЙ ТЕРМОМЕТР
Появился в 1724 году благодаря ни-
дерландскому стекольщику по имени
Даниель Габриель Фаренгейт (1686-
1736). Мастер отличался пытливым
умом, любопытством и аккуратностью,
и его спиртовые термометры слави-
лись своей точностью. Когда их срав-
нивали между собой, например поме-
щая в чан с ледяным крошевом, все
они показывали одну и ту же темпера-
туру, что было удивительно для того
времени. Секрет успеха Фаренгейта
состоял в чрезвычайно скрупулезной
разметке шкалы. Сегодня это кажется
естественным, но не нужно забывать,
что наша способность делать довольно
точные измерения, например длин или
площадей, возникла относительно не-
давно. Во времена Галилея естество-
Даниель Габриель Фаренгейт.
испытатели не умели хорошо измерять
практически ничего. Ситуация улучша-
лась очень медленно, и прогресс по-
требовал нескольких столетий. Поэтому делать тонкие пометки на узкой
и довольно короткой стеклянной трубке было совсем не просто. Для этого
требовались усердие и терпение — качества, которыми, несомненно, Фа-
ренгейт обладал.
Точность шкалы
Для того чтобы расстояние между двумя парами любых отметок было оди-
наковым, нидерландский ученый обозначил четыре неподвижные точки.
Ноль своей шкалы он выбрал, смоделировав с помощью смеси льда, обыч-
ной соли и хлорида аммония самую низкую температуру суровой зимы
1709 года. Вторую точку он установил, введя термометр в смесь льда с во-
дой, а расстояние между этими точками, в свою очередь, разделил
на 32 части. Далее, чтобы проверить достоверность шкалы, Фаренгейт
выбрал еще две контрольные температуры. Если он начертил деления пра-
вильно, то спирт во всех термометрах должен был достигнуть одной
и той же отметки, во-первых, при измерении температуры человеческого
тела, которая, согласно шкале, находилась на 98 °F, а во-вторых — при
измерении температуры кипения воды, что соответствовало 212 °F. Такой
была шкала Фаренгейта, которая пересекла Ла-Манш и была принята в Ве-
ликобритании благодаря успеху термометров этого мастера.
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
85
влажность и температуру в теплых и холодных комнатах. Ка-
вендиш не видел смысла использовать прибор, показаниям ко-
торого он не мог доверять.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ МИР
Когда Исаак Ньютон рассказал в Королевском обществе, что
если потереть стекло с одного конца, то другой будет притя-
гивать и отталкивать клочки бумаги, то очень мало кто увидел
в этом нечто большее, чем развлечение для детей. Однако Нью-
тон был убежден, что электричество играет важную роль в при-
роде: в телах скрывается нечто, что может объяснить электриче-
ское взаимодействие между ними и, возможно, природу света.
Необходимо, как писал он в своих «Математических началах»,
ставить больше экспериментов.
Полвека спустя, по мере совершенствования приборов для
обнаружения, производства и накопления электрических заря-
дов, Уильям Уотсон, настоящий специалист по работе с лейден-
ской банкой (стеклянное устройство, которое накапливало ста-
Лейденская банка
состоит из двух
проводников —
внутреннего
и внешнего, —
разделенных
стеклом, которое
работает как
диэлектрик.
Внутренний
проводник
заряжается
с помощью
электростатического
генератора,
в то время как
внешний
соединяется
с землей. Таким
образом, оба
проводника
накапливают
одинаковый заряд,
но с противопо-
ложным знаком.
РИС.1
86
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
Джеймс Клерк Максвелл.
ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ГАЛЬВАНОМЕТР
До тех пор пока в XIX веке Джеймс
Клерк Максвелл (1831-1879) не опу-
бликовал неизданные рукописи Кавен-
диша, никто не знал о его электриче-
ских экспериментах и о том, как этот
исследователь-одиночка измерял
электрическое сопротивление разных
предметов.
«Из этих экспериментов я делаю вы-
вод, что железная нить проводит
в 400 миллионов раз лучше, чем до-
ждевая или дистиллированная вода;
то есть электричество не находит боль-
шего сопротивления, проходя через
кусок железной нити 400 миллионов
дюймов длиной, чем через столб воды того же диаметра длиной в один дюйм.
Морская вода или раствор части морской соли в 30 частях воды проводит
в 100 раз лучше, а насыщенный раствор морской воды — в 720 раз лучше
дождевой воды*.
Максвелла удивил и используемый Кавендишем метод: ученый за 40 лет
до изобретения гальванометра утверждал, что человеческое тело — «уни-
кальный прибор, с помощью которого любой может сравнить электриче-
ское сопротивление*. Максвелл добавил: «Кавендиш сам был гальвано-
метром*. Генри был способен сравнивать электростатические разряды
по силе получающихся шоков. Так, в своей тетради в ноябре 1772 года он
сделал запись под заголовком «Уменьшение шока при прохождении через
различные жидкости*, в которой описывал свои измерения: «Электриче-
ство провели через 45 дюймов насыщенного раствора морской соли...
и я почувствовал легкий шок в плечах*. Используя этот метод, Кавендиш
утверждал: «Электричество встречает сопротивление при прохождении
через дождевую воду в 230 раз выше, чем при прохождении через соле-
ную*.
тическое электричество между двумя электродами; см. рису-
нок 1), написал, что электричество — одно из величайших явле-
ний природы. Позже Пристли заметил, что электричество —
«не незначительный или случайный персонаж в мировом те-
атре».
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
87
Уотсон и Пристли повторяли то, что сказал мастер, осно-
вываясь на весомых аргументах. К 1760-м годам уже начали
ассоциировать статическое электричество с силой, способной
действовать на расстоянии согласно определенному закону. По-
дозревали, что сила его воздействия находится в обратной за-
висимости от квадрата расстояния, но никто так и не доказал
этого. Также не знали, что материю можно разделить на изо-
ляторы и проводники, а кроме электризации трением, которой
достиг Ньютон, можно достичь того же эффекта индукцией,
то есть воздействием близлежащих электрических зарядов.
Но что такое электричество? По сути, это был таинствен-
ный и неосязаемый флюид. Эта идея происходила из старой
гипотезы нидерландца Германа Бургаве (врача, лечившего
мать Генри), который замечал, что, зажигая свечу, мы видим
в ее пламени «элементарный огонь», который одновременно
является и материей, и механизмом, вызывающим химические
изменения. Эта гипотеза предшествовала теориям флогистона
и эфира — флюидов, которые объединяли процессы, происхо-
дящие в мире. По словам Бургаве, эти флюиды «уникальные,
не создаваемые или производимые заново».
У электричества были собственные особенности, и самая
примечательная — отталкивание и притяжение. Первая по-
пытка объяснить эти эффекты состоялась в первой полови-
не XVIII века. Французский ученый Шарль Дюфе (1698-1739)
заметил, что электризованные тела притягивают неэлектри-
зованные, но как только те сами электризуются, между ними
возникает отталкивание. Когда Дюфе дотронулся золотой
пластиной до шара из натертого стекла, шар притянул к себе
пластину и сразу же после этого оттолкнул ее. Тогда ученый по-
местил пластину рядом с натертым куском растительной смолы
и с удивлением констатировал, что она притягивает золотую
пластину, но впоследствии не отталкивает ее. Единственное
возможное объяснение, согласно Дюфе, состояло в существо-
вании двух различных типов электризованное™ — стеклянной
и смолистой, а следовательно, и двух флюидов.
Между тем Бенджамин Франклин предложил другое объ-
яснение: существуют не два флюида, а два типа электричества —
88
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
одно положительное (стеклянное), а другое отрицательное (смо-
листое): «Тело положительно заряжено, когда содержит больше
своего нормального количества электрического флюида, и от-
рицательно — когда его меньше», — объяснял Пристли в своей
«Истории электричества». Естественно, у тела в нейтральном
состоянии нет ни избытка, ни недостатка электрического флю-
ида. Теория двух флюидов объясняет этот факт тем, что два
противоположных флюида, стеклянный и смолистый, присут-
ствуют в одинаковой пропорции, а тело электризуется из-за
того, что они отделяются друг от друга.
Кавендиш, как и остальные его британские коллеги, был
сторонником теории Франклина, в то время как француз
Шарль-Огюстен де Кулон (1736-1806), вошедший в историю
благодаря электростатическому закону, носящему его имя, от-
стаивал теорию двух флюидов. Решить, какая из двух теорий
верна, в то время было невозможно. Вероятно, Кавендиш скло-
нялся к теории Франклина не только потому, что ее поддержи-
вали остальные его коллеги, но и потому что с ней было легче
работать математическими методами. Связная математическая
основа для теории двух флюидов была разработана великим
Симеоном Дени Пуассоном лишь спустя несколько лет.
Кавендиш посвятил годы этой новой силе. Она до такой
степени захватывала его, что ученый собирался написать кни-
гу об электричестве, взяв в качестве образца «Математические
начала» Ньютона. К сожалению, он так этого и не сделал.
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ
Зато Кавендиш создал «Мысли об электричестве» — работу,
в которой рассматриваются явления электростатического от-
талкивания и притяжения, поведение конденсаторов и индук-
ция. Мы не знаем, когда точно он написал ее, потому что работа
так и не была опубликована и в ее содержании нет ни одной
ссылки на год написания. Однако мы можем предполагать,
что это было не ранее 1767-го, поскольку в статье упоминается
книга Пристли, опубликованная именно в этом году. «Мысли
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
89
об электричестве» — это не книга, а, скорее, сборник заметок,
который содержит много интересного. Например, Кавендиш
утверждал:
«Причиной электричества, по-видимому, является некий упругий
флюид, находящийся между частицами тел и, возможно, так же
окружающий их, как атмосфера. Если это так, то, похоже, оно рас-
пространяется на неощутимое расстояние от них, хотя его способ-
ность к притяжению и отталкиванию достигает значительного
расстояния».
Также во введении ученый намекает на новое понятие —
сжатие.
«Если у нас есть какое-либо число тел, проводящих электриче-
ство, которые можно свободно подсоединить друг к другу, то про-
сто увидеть, что электрический флюид должен быть одинаково
сжат во всех них. Если бы это было не так, то он передвигался бы
от тел, где он более сжат, к тем, где он не сжат, пока сжатие не ста-
нет одинаковым во всех».
Для отца электромагнитной теории Джеймса Клерка Мак-
свелла, который собрал и издал неопубликованные рукописи
Кавендиша об электричестве, это представление было анало-
гично понятию электрического потенциала.
Кавендиш использовал термины Франклина «положитель-
ный» и «отрицательный», но дал им другие значения, связы-
вая их не с количеством электричества, а со своим понятием
сжатия: «Когда электрический флюид любого тела более сжат,
чем в своем естественном состоянии, я буду называть это тело
заряженным положительно; когда он менее сжат, буду называть
его заряженным отрицательно». Далее он ввел два противопо-
ложных термина: «Если любое тело содержит больше электри-
ческого флюида, чем в своем естественном состоянии, я буду
называть его перезаряженным; если оно содержит меньше флю-
ида, буду называть его недозаряженным».
90
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
Одним из вопросов, которым Кавендиш посвятил больше всего времени,
было измерение емкости проводников. Над этой темой экспериментиро-
вали уже 20 лет, но результаты оставались чисто описательными. Было
известно, что емкость проводника зависит от множества факторов, таких
как присутствие рядом других проводников. Кавендиш решил получить
количественные результаты и для этого дал точное определение электро-
емкости. Значительная часть его работы состояла в том, чтобы определить
заряд тел различной формы относительно тела-модели — шара диаметром
12,1 дюйма. Автор использовал выражение дюйм электричества для уста-
новления емкости тела по сравнению с шаром, имеющим соответствующий
радиус. Также Кавендиш изготовлял конденсаторы переменной емкости
и математически доказал, как можно вычислить емкость конденсатора
в зависимости от емкости шара известных размеров. Все его измерения
имели в качестве отправной точки исходный шар диаметром 12,1 дюйма.
Кавендиш заложил основы для своей следующей статьи,
на этот раз опубликованной в журнале Королевского общества
в 1771 году под названием ^Попытка объяснения некоторых
важных электрических явлений посредством упругого флюида».
Эта статья отличалась от всего написанного Кавендишем до это-
го. Половина работы была посвящена теоретическим размыш-
лениям. В начале материала автор заявляет, что его задача — ис-
следовать «строго математически», куда приведут его гипотезы.
Примененная методика заключалась в том, чтобы осуществить
ряд дедуктивных рассуждений, а выводы затем подвергнуть экс-
периментальной проверке. Однако эта статья в основном носит
теоретический характер, а указания на эксперименты смутны
и лишены привычных подробностей. Почему? Кавендиш на-
меревался уточнить данные в следующей работе, однако так ее
и не написал.
Итак, какой же была электрическая теория Кавендиша?
Она была основана на работе «Опыт теории электричества
имагнетизма», которую опубликовал в 1756 году немец Франц
Эпинус. Кавендиш сам признал это в своей статье, хотя и не до-
бавил, что улучшил труд Эпинуса, придав ему более строгую
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
91
форму. Ученый писал: «Так как я провел эту теорию дальше,
чем он, [...] надеюсь, Общество не решит, что эта статья недо-
стойна публикации». Далее он давал свое понимание электри-
чества: «Существует вещество, которое я называю электри-
ческим флюидом, частицы которого взаимно отталкиваются
и притягивают остальную материю с силой, обратной неко-
торой степени расстояния, меньшей куба». Кавендиш считал,
что частицы, из которых состоит материя (он был атомистом,
как и Ньютон), взаимно отталкиваются. Это же происходит
с частицами, входящими в состав электрического флюида.
Но и те и другие притягиваются с силой (и это самое главное),
обратно пропорциональной, в наибольшем случае, кубу разде-
ляющего их расстояния.
В этом абзаце нам открываются три очень важные вещи.
Первая состоит в том, что Кавендиш понимал электрический
флюид как материю, отличающуюся от обычной: «Это просто
другой тип материи, и вполне вероятно, что вес электрическо-
го флюида — это небольшая пропорциональная часть веса ма-
терии». Далее: для Кавендиша электрический флюид не был
невесомым, его вес можно было измерить. И третье, и самое
важное, замечание: сила, с которой притягиваются или взаим-
но отталкиваются два заряда, — это некая степень расстояния,
и эта степень не может быть больше трех.
ВЕЛИЧИНА, ОБРАТНАЯ КВАДРАТУ РАССТОЯНИЯ
К этому выводу уже независимо пришли два других исследова-
теля — Пристли в 1767 году и Робисон в 1769-м. Хотя, скорее
всего, это была просто догадка, потому что ни один из экспе-
риментов не доказывал это решающим образом. Пристли вы-
яснил, что если наэлектрифицировать оловянную банку и опу-
стить в нее пару бузинных шариков, они не отделяются друг
от друга. Ученый сразу же осознал важность этого факта:
«Возможно, мы не можем сделать из этого эксперимента вывод
о том, что электрическое притяжение подвержено тем же законам,
92
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
что и тяготение, то есть что оно соответствует квадрату расстоя-
ния. Но было доказано, что если бы Земля имела форму сфериче-
ской скорлупки, то тело, помещенное внутрь нее, одинаково при-
тягивалось бы как одной стороной, так и другой».
Пристли знал, что сила, обратно зависящая от квадрата рас-
стояния, как тяготение, не влияет на объект, помещенный внутрь
скорлупки сферической формы. Если то же самое происходит
с электричеством, то оно описывается теми же математически-
ми выражениями. В свою очередь шотландец Джон Робинсон
прямо измерил, что электростатическое отталкивание (или при-
тяжение) изменяется в соответствии с коэффициентом 2,06 рас-
стояния. Это привело его к выводу о том, что реальное значение
должно быть «удвоенной обратной величиной».
Кавендиш решил доказать это предположение как мож-
но более строгим образом. Для этого он использовал метод
флюксий Ньютона, которому научился в Кембридже. Этот
метод был вариантом современного дифференциального
и интегрального исчисления, и с его помощью Кавендиш со-
бирался доказать, что электрическое взаимодействие полых
заряженных сфер обратно пропорционально расстоянию
в степени, меньшей, чем куб. Избыток электрического флю-
Кавендиш раньше
Кулона открыл
закон, носящий
его имя. Этот
закон описывает
взаимное
притяжение
разноименных
зарядов
и взаимное
отталкивание
одноименных. Как
можно видеть,
формулировка
очень похожа
на закон
притяжения,
открытый
Ньютоном,
но масса
заменена
ида при этом находится на поверхности сферы, а внутри нее зарядами
(с соответствую-
нет никакой электрической силы. Для доказательства ученый щим знаком).
придумал остроумный экспери-
мент, который назвал «опытом
с шаром и полушариями». Уди-
вительно, однако, что он никак
не упомянул этот опыт в сво-
ей статье 1771 года, хотя очень
подробно описал его в заметках.
В результате честь открытия за-
кона электростатического при-
тяжения принадлежит францу-
зу Шарлю-Огюстену де Кулону,
который сделал это 14 лет спу-
стя (см. рисунок 2).
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
93
Рассуждал Кавендиш следующим образом: если предпо-
ложить, что внутри шара нет заряда, электростатическое при-
тяжение должно быть обратно пропорционально квадрату рас-
стояния. Если экспериментально доказать первое, второе также
будет доказано. До этого он математически доказал, что если
сила взаимодействия не соответствует закону обратных квадра-
тов, то электричество не будет оставаться на поверхности про-
водника. Получалось, если теперь экспериментально доказать,
что «электрический флюид остается на поверхности», закон
можно считать доказанным.
Кавендиш изготовил проводящую сферу диаметром
12,1 дюйма (30,73 см) со стеклянной осью, которую покрыл сло-
ем воска, чтобы как можно лучше изолировать ее от электриче-
ства. Затем он изготовил два полых полушария диаметром
13,3 дюйма (33,78 см) и толщиной 1 /20 дюйма (0,13 см), а затем
поместил внутрь сферы, образованной этими полушариями,
первую сферу, ее поверхность была удалена на 0,4 дюйма (1 см)
от внутренней поверхности наружной сферы. Кавендиш удосто-
верился, что между сферами нет сообщения и электричество
не может перетекать от одной сферы к другой. Далее он присо-
единил с помощью проводника внутреннюю сферу к одному
из полушарий так, чтобы с помощью тонкой шелковой нити его
можно было двигать, замыкая и размыкая цепь.
После изготовления этого сложного прибора Кавендиш
многократно проверил, все ли работает как положено, а затем
начал свой эксперимент. В декабре 1772 года он зарядил полу-
шария от положительного проводника лейденской банки:
«[...] убрав кабель (связывающий с банкой), я сразу же снял ка-
бель, связывающий внутренний шар с внешним с помощью шел-
ковой нити, чтобы нельзя было разрядить электричество
ни с шара, ни с полушарий. Я осторожно разделил оба полушария,
чтобы они не коснулись внутреннего шара, и поместил пару ма-
леньких бузинных шариков, подвешенных на двух льняных нитях,
на внутренний шар, чтобы увидеть, перезаряжен он или недоза-
ряжен».
94
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
Шарики не разъединились, и это означало, что внутренний
шар не заряжен, что идеально соответствовало закону обратно-
го квадрата расстояния. Теперь Кавендиш должен был устано-
вить чувствительность аппарата в заряженном состоянии. Для
этого он подсоединил лейденскую банку к внутренней сфере
и начал постепенно снижать заряд банки, пока бузинные шари-
ки не перестали двигаться. Это произошло, когда банка была
заряжена на 1/60 ее максимальной емкости. Теперь Кавендиш
знал нижний экспериментальный предел обнаружения электри-
чества с помощью бузинных шариков. Благодаря этой калибров-
ке он понял, что если сферы соединены проводящей нитью,
а шарики не разъединяются, это означает, что «количество из-
быточного флюида во внутреннем шаре меньше 1/60 флюида
на внешнем шаре; следовательно, нет причин думать, что вну-
тренний шар перезаряжен». Что это означало для закона элек-
тростатического притяжения? С учетом экспериментальных
отклонений Кавендиш сделал следующий вывод:
«Электрическое притяжение и отталкивание должно быть обрат-
но пропорционально расстоянию, возведенному в определенную
степень, находящуюся между 2 + 1/50 и 2 - 1/50, поэтому нет
никаких оснований считать это чем-то иным, нежели квадратом
расстояния».
В течение следующего года Кавендиш продолжил экспери-
менты с устройством и подтвердил уже полученные результаты.
Затем он разработал другой эксперимент, чтобы «увидеть, не-
сет ли сила, с которой два тела взаимно отталкиваются, квадрат
избыточного флюида». Идея заключалась в том, что если по-
местить два тела, подсоединенные к лейденской банке, в кото-
рой меняется только степень электризации (сегодня мы назы-
ваем ее напряжением), но остаются без изменения другие
переменные (такие как расстояние между телами), то сила, с ко-
торой они будут взаимодействовать, должна нести в себе ква-
драт избыточного флюида лейденской банки, или, говоря со-
временным языком, квадрат заряда этих тел. В этом экспе-
рименте Кавендиш столкнулся с двумя критическими ситуаци-
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
95
ями. Одна была связана с измерением электрического заряда.
Кавендиш делал это с помощью электрометра, состоящего
из пары пшеничных соломинок, к которым он подсоединил
пробковые шарики снизу и тонкие стальные булавки сверху,
прикрепив их к латунной тарелке. Когда тарелка электризова-
лась, соломинки отталкивались друг от друга, так что, измеряя
угол их взаимного отклонения, можно было вычислить степень
электризации (или напряжение). С другой стороны, Кавендиш
стремился измерить электрическую силу как можно точнее. Для
этого он использовал пару электрометров (к соломинкам одно-
го из них были присоединены нити, чтобы увеличить их вес)
и две лейденские банки одинаковой емкости. Ученый заметил,
что для достижения одинакового отклонения между соломин-
ками обоих электрометров тот, у которого не было нитей, дол-
жен быть заряжен половиной емкости лейденской банки, под-
соединенной к другому электрометру. Зная вес соломинок
и положение их центров тяжести, Кавендиш пришел к выводу,
что отношение между силами двух приборов равно 3,9 к 1, сле-
довательно, отношение между количеством электрического
флюида их обоих также должно быть 3,9 к 1, «что очень близко
к квадрату расстояния избыточного флюида. Эксперимент хо-
рошо согласуется с теорией».
Таким образом, закон, управляющий взаимодействием
между электрическими зарядами, был полностью сформули-
рован: оно обратно пропорционально квадрату расстояния
и прямо пропорционально произведению зарядов. В опыте
Кавендиша обе части электрометра были заряжены одинако-
во, поэтому в его эксперименте фигурировал квадрат заряда.
К сожалению, исследователь не опубликовал полученные ре-
зультаты, и история в итоге приписала честь открытия закона
французу Шарлю-Огюстену де Кулону, который вновь открыл
его в 1785 году, 14 лет спустя, пользуясь крутильными веса-
ми — прибором, изобретенным британским геологом Джоном
Мичеллом в 1768 году. Кавендиш также пользовался этим при-
бором в усовершенствованном виде, благодаря чему крутиль-
ные весы заняли свое место в истории науки.
96
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
ВВЕРХУ:
Батарея
из лейденских
банок, которыми
пользовался
Кавендиш
в своих
экспериментах
для увеличения
количества
электричества.
ВНИЗУ:
Рисунок,
сопровождающий
статью о скате,
благодаря
которому можно
оценить, сколь
мастерски
Кавендиш
имитировал —
в пределах своих
возможностей —
строение и среду
обитания этого
животного.
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
97
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СКАТ
Вторая и последняя статья Кавендиша, посвященная электри-
честву, была прочитана им 18 января 1775 года и опублико-
вана в следующем году. Она называлась «Отчет о попытках
имитации электрического воздействия ската» и была связана
с рыбами, которые используют электрический разряд для за-
щиты, хотя в то время научное сообщество разделилось: никто
не знал, действительно ли это электричество.
Имитация действия ската требовала большого количества
электричества. Для этого Кавендиш приготовил 49 лейденских
банок, расположенных в семь рядов, так что он мог задейство-
вать любое количество рядов, когда ему это потребуется. Чтобы
осознать, насколько сложным был монтаж, посмотрим, как уче-
ный определил емкость этой мегабатареи. Сначала он зарядил
один из рядов до определенной степени, которую определил
электрометром; затем он передал часть заряда металлической
пластине, пока заряд ряда банок не сократился вполовину. Если
проделать подобное 11-12 раз, мы поймем, насколько трудоем-
ким был только этот этап. Батарея лейденских банок, которая
должна была питать искусственного ската,— самый изобрета-
тельный прибор, когда-либо изготовленный Кавендишем. Глав-
ной ее частью был кусок дерева в форме, напоминающей банджо,
который имитировал рыбу. К нему Кавендиш добавил стеклян-
ную трубку с проводом внутри. На нижней и верхней сторонах
модели были закреплены тонкие металлические пластины
из сплава олова, имитирующие нижнюю и верхнюю поверхно-
сти электрического органа. Каждая из пластин соединялась
со своим концом провода. Вся модель ската была покрыта ове-
чьей шкурой.
Теперь оставалось сымитировать морские условия. Кавен-
диш погрузил своего «ската» в деревянное ведро, наполненное
соленой водой, при этом один из проводов подсоединялся к от-
рицательному полюсу лейденской банки, которая разряжалась,
когда другим проводом дотрагивались до положительного по-
люса. Кавендиш заметил «огромную диспропорцию» между си-
лой разряда в воде и в воздухе. Затем он соорудил второго ска-
98
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
та, аналогичного первому, но заменил дерево сапожной кожей.
Идея состояла в том, что кожа проводит электричество лучше,
чем дерево, поэтому при погружении в воду разница между раз-
рядами должна быть меньше. Как ученый оценивал силу раз-
рядов? Он просто держался за кабели собственными руками!
Получив разряды от обеих моделей ската в двух возможных
положениях — в соленой воде и в воздухе,— Кавендиш пришел
к выводу: «Настоящий скат хуже проводит электричество, чем
другие животные. Однако человеческое тело в этом так же хо-
рошо, как и скат, а может, и намного лучше». Почему он пришел
к этому заключению? Потому что скату для такого же сильного
разряда на воздухе, как и в воде, нужно огромное количество
электричества.
Кавендиш поставил множество довольно сложных экспе-
риментов, которые воспроизводили условия жизни рыбы: в со-
леной воде, на песке, в плетеной корзине (ската ведь иногда
ловили рыбаки)... В каждой из этих ситуаций ученый оценивал
силу удара, чтобы доказать, что разряды ската действительно
электрические. В субботу 27 мая 1775 года Кавендиш доказал
это перед пятью избранными — анатомистом Джоном Хантером,
Джозефом Пристли, изобретателем искрового электрометра
Тимоти Лейном, конструктором научных приборов Эдвардом
Нерном и критиком электрической гипотезы ската Томасом
Ронейном. Все они смогли на собственном опыте испытать раз-
ряды ската Кавендиша, и, как сказал позже Максвелл, «возмож-
но, они довольно много узнали об электричестве». Оставалось
только доказать, что разряды ската необязательно должны со-
провождаться искрами. Кавендиш выбрал деревянную модель
исключительно ради экономии сил: ему нужно было зарядить
батарею чуть больше чем на треть, чтобы получить ту же силу
разряда, что и из кожаной модели. Другими словами, чтобы по-
лучить удар одинаковой силы от деревянного и кожаного ската,
в первом случае нужен был только один ряд лейденских банок,
в то время как во втором — шесть рядов.
Кавендиш убедился: он представил достаточные доказа-
тельства электрической природы ската, «но чтобы сделать пол-
ную имитацию, нужна батарея больших размеров, чем моя».
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
99
Ученый оказался прав: одобрительные отзывы о его статье зву-
чали даже несколько лет спустя. И нужно помнить, что все это
произошло без использования гальванического элемента, кото-
рый был изобретен только 25 лет спустя, в 1800 году.
100
СНОВА ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
ГЛАВА 6
Создавая воду
Греки считали воду одной из основных
стихий. Шли века, и эта идея оставалась
неизменной в мыслях многих философов и ученых.
Даже Кавендиш, который впервые синтезировал это
вещество из его составляющих, продолжал считать, что
вода элементарна. И это один из самых драматичных
уроков истории: хорошо поставить эксперимент —
еще не значит правильно истолковать его.

Лорд Чарльз Кавендиш был человеком с железным здоровьем.
Он страдал только от болезни благородных людей — подагры,
но это не мешало ему исполнять ежедневные обязанности. Точ-
ная дата его смерти неизвестна, мы знаем только, что он умер
в возрасте 79 лет примерно 28 апреля 1783 года. Автор некро-
лога в «Журнале джентльмена» не сильно вдавался в детали,
поскольку написал, что умершему примерно 90 лет, но он попал
в точку, охарактеризовав покойного как «прекрасного филосо-
фа». Несмотря на то что лорд Чарльз был очень богат, его заве-
щание было кратким. Оно не менялось уже 30 лет: 4000 фунтов
он оставлял своему сыну Фредерику и 1000 отдавал на благо-
творительность. Сыну Генри он оставил все остальное, включая
собственность, банковские бумаги и имущество, унаследован-
ное самим Чарльзом после смерти трех его родственников.
Через некоторое время, когда Генри немного успокоился
после этой ужасной потери, он составил каталог всех бумаг, ко-
торые были в доме, подписал их «Бумаги отца» и «Мое» и запер
документы на ключ в шкаф орехового дерева. К сожалению, бу-
маги лорда Чарльза, куда входили письма его супруги и род-
ственников, метеорологические измерения, разработки экспе-
риментов, математические статьи и статьи о научных приборах,
его стихотворения и исследования по семейной генеалогии,
не сохранились. Единственное, что дошло до наших дней, — это
СОЗДАВАЯ ВОДУ
103
документы, связанные с финансовыми делами: завещания, до-
кументы о собственности и доходах и свидетельство о браке.
После смерти отца имя Генри Кавендиша в протоколах
и журнале Королевского общества начало упоминаться без
приписки Ноп. («достопочтенный»). На самом деле Генри
не имел права на эту приписку — титул «достопочтенного» мог-
ли использовать только дети графов, виконтов и баронов. По-
сле смерти правила были восстановлены, и с 1783 года ученый
подписывал свои статьи и письма как Генри Кавендиш эскв.
(от эсквайр — титул, который в Средневековье означал «оруже-
носец рыцаря») или просто Генри Кавендиш.
Мы можем только догадываться, какое значение для него
имела потеря отца. Известно, что после кончины лорда Чарльза
в конце апреля Генри пропускал ужины в Клубе Королевского
общества в течение двух следующих недель. Эта смерть ста-
ла для него сильным ударом: именно отец привел Генри в на-
уку, стал его наставником в экспериментах, дал ему первую
рекомендацию, чтобы тот стал фелло Королевского общества.
Именно в доме отца Генри ставил эксперименты, в том числе
и те, что принесли ему медаль Копли. Именно лорд Чарльз ввел
сына в мир, приближенный к Британскому музею, и в своих ра-
ботах для Королевского общества и Британского музея Генри
был так же скрупулезен, как и его отец. Можно с уверенностью
говорить, что отец был образцом для Генри.
К несчастью, жизнь лорда Чарльза была полна горестей: он
потерял свою жену до того, как ему исполнилось 30 лет, остав-
шись с двумя малолетними детьми на руках. Его младший сын,
когда ему еще не было 20, пострадал от ужасного несчастного
случая и в результате черепно-мозговой травмы всю жизнь за-
висел от отца. Не доставляла лорду Чарльзу большой радости
и застенчивость старшего сына, граничащая с патологией. Мы
можем предположить, что лорд Чарльз опекал Генри, пока
не убедился, что тот и сам сможет устроиться в мире. К этому
времени он дал ему подходящее образование, место для про-
живания и работы и возможность познакомиться с людьми, пре-
данными науке. Как бы то ни было, Чарльз был хорошим отцом.
И перед смертью он испытывал удовлетворение при мысли, что
104
СОЗДАВАЯ ВОДУ
его сын Генри имеет прекрасную репутацию в области, которую
он любил больше всего, — в науке.
КОНЕЦ ФЛОГИСТОНА
В 1782 году преподаватель натуральной философии Эдинбург-
ского университета Джон Плейфэр записал в своем дневнике
после визита в город на Темзе: «Химия — последняя мода Лон-
дона». И это было неспроста, ведь химия ставила перед учены-
ми множество нерешенных вопросов.
Например, химики не могли объяснить, почему при сжига-
нии твердого тела иногда образуется углекислый газ (связан-
ный воздух), а иногда — кислород (дефлогистированный воз-
дух). Также было известно много кислот, но никто не понимал,
из чего они состоят, и считалось, как до этого с газами, что это
различные модификации одной основной кислоты. При такой
путанице процветали множество теорий, и почти все они вклю-
чали мистический компонент. Наилучшей аналогией будет та-
кая: у химиков в руках были все карты колоды, и они могли
пользоваться ими как угодно, но никто не знал правил игры.
В эту анархическую эпоху появился Антуан Лавуазье. Еще
в 1772 году, в возрасте 28 лет, он изучил все исследования по га-
зам и пришел к выводу, что перед ним — отдельные звенья од-
ной цепи. Чтобы соединить их, нужно поставить новые экспе-
рименты, которые и предоставят необходимые звенья. Лавуазье
решил составить подробный план изучения газов, высвобожда-
ющихся из веществ и соединяющихся с ними. Он сжигал или
обжигал все, что попадало в его руки, даже купил бриллиант,
который также сжег, сконцентрировав на нем солнечный свет
с помощью большой лупы. Во всех случаях вес результирую-
щих веществ увеличивался.
Идея флогистона вызывала у Лавуазье отторжение, и ему
казалось намного более приемлемым решение, предложенное
Бойлем: дело в частицах огня, которые соединяются с пеплом.
И только в 1630 году француз Жан Рей объяснил увеличение
СОЗДАВАЯ ВОДУ
105
АНТУАН ЛОРАН ЛАВУАЗЬЕ (1743-1794)
Сын преуспевающего адвоката, он по-
лучил отличное образование. Имея
степень в области права, он начал изу-
чать различные науки и решил, что они
ему нравятся больше законов. Его отец
благодаря своему упорству прошел
путь от почтового администратора
до торговца, затем стал нотариусом,
прокурором и, наконец, членом париж-
ского парламента. Антуан унаследовал
способности отца и его веру в себя
и добился должности в крошечном
и чрезвычайно богатом Генеральном
откупе — учреждении, занимавшемся
сбором налогов для короны. Завидные
суммы денег, которые Лавуазье зарабатывал, он направлял на оборудо-
вание в доме отличной лаборатории. Едва ли он мог предполагать, что эта
должность будет стоить ему в буквальном смысле головы.
Важность измерений
Лавуазье не был слишком уж хорошим экспериментатором, однако он по-
нимал, что успех зависит от точности измерений. В своих исследованиях
он проявлял осторожность при взвешивании, скрупулезность в измере-
ниях и тщательность в записях. Самая главная работа Лавуазье — ^На-
чальный учебник химии* — появилась в год Французской революции.
Однако Европу охватило политическое безумие, и многие пострадали
отего последствий. Франция покончила с консерваторами, Англия — с ра-
дикалами. Должность генерального сборщика налогов (символ гнета
старого режима), которую занимал Лавуазье, была достаточным отягчаю-
щим обстоятельством для революционного трибунала. Несмотря на то что
химик активно сотрудничал с революционерами, в 1792 году ему пришлось
покинуть свою лабораторию. Через несколько месяцев его задержали,
а 2 мая 1794 года лучшего ученого Франции казнили. Великий астроном
Лагранж сказал через некоторое время: «Потребовался один миг, чтобы
отрубить эту голову, но и 100 лет не хватит, чтобы появилась подобная».
По сравнению с этой утратой смерть короля не значила почти ничего.
веса тем, что имеющий вес «воздух смешивается с окалиной
и пристает к ее мельчайшим частицам». Лавуазье нашел одно-
значное объяснение: нагревая олово в герметичном горне, он
не заметил никакого увеличения веса. Рей был прав: олово при-
106
СОЗДАВАЯ ВОДУ
обретает вес за счет воздуха. Вслед за Ломоносовым он возвел
в категорию закона принцип сохранения материи, справедли-
вость которого признавали Пристли, Блэк и многие другие:
в химических реакциях материя может только изменяться,
а не создаваться или разрушаться.
Пристли узнал об экспериментах Лавуазье и приехал в Па-
риж в 1774 году. Француз сразу же понял важность дефлоги-
стированного воздуха, открытого английским священником,
и по возвращении в лабораторию доказал, что при сжигании
древесного угля расходуется только часть воздуха, а остальная
его часть не поддерживает горение (возможно, качество экс-
периментов Лавуазье было связано с тем, что после назначе-
ния членом Порохового комитета он имел доступ к Арсеналу,
который на тот момент был лучшей химической лабораторией
в мире).
Новое вещество Пристли назвал le principe oxygene, «рож-
дающий кислоты» — кислород. Инертную часть воздуха он
назвал azote, или безжизненный, нам она известна как азот.
Лавуазье попытался приписать заслугу открытия себе, отняв
ее у Пристли. Впрочем, именно француз заметил важность от-
крытия и смог описать все следствия из него в своей знамени-
той статье 1775 года «Мемуары о природе вещества, соединяю-
щегося с металлами при прокаливании их и увеличивающего их
вес». Очень быстро в голову Лавуазье пришла мысль о том, что
связанный воздух Блэка — это соединение углерода и его кис-
лотной основы, «части воздуха, необходимой для дыхания».
В 1783 году он начал настоящую атаку на флогистон и до-
казал, что восстановление металла из calx (металла, подвергну-
того прокаливанию, то есть оксида) с помощью угля может быть
объяснено без использования идеи призрачного флогистона,
переходящего от одного вещества к другому. Французские вра-
чи и фармацевты поддержали Лавуазье, но химики все еще при-
держивались старых взглядов. В Англии Пристли, влюбленный
во флогистон, защищал его изо всех сил, опубликовав уже после
казни Лавуазье свод своих возражений под названием «Теория
флогистона доказана, и состав воды опровергнут» (1800). В лю-
бом случае, находчивые возражения Пристли заставили Лаву-
СОЗДАВАЯ ВОДУ
107
азье переформулировать свои идеи более четко, и этим он окон-
чательно вырыл могилу флогистону. В итоге Блэк, который
изначально неистово защищал старые теории, вскоре прекратил
борьбу и принял идеи Лавуазье и Кавендиша.
ВОЗВРАЩЕНИЕ К ХИМИИ
Таково было состояние науки, когда Кавендиш вернулся к сво-
ей первой любви. Он читал в Королевском обществе 15 января
1784 года статью под названием «Опыты над воздухом», ко-
торая через некоторое время, как обычно, была опубликована
в журнале. В 1778 году он начал новые исследования воздуха
(который он собирал в различных частных садах города, вклю-
чая собственный) и закончил их в 1786 году. Какова была его
цель? Он сам говорил об этом так:
«Следующие эксперименты были поставлены в основном с целью
найти причину известного уменьшения, которое испытывает воз-
дух при дефлогистации в каком-либо процессе, и открыть, во что
превращается таким образом потерянный или конденсированный
воздух».
Ученый добавил, что ему не только это удалось, но и что
также он пролил «свет на состав дефлогистированного возду-
ха». Имел ли к этому какое-то отношение связанный воздух?
После многочисленных неудач при попытках найти связанный
воздух, когда обыкновенный воздух «дефлогистировался» та-
кими методами, как его сжигание в присутствии серы или фос-
фора, Кавендиш сделал вывод, что «уменьшение обыкновен-
ного воздуха не имеет никакого отношения к порождению или
отделению от него связанного воздуха».
Он решил, что может найти решение проблемы с помощью
произвольного эксперимента, как это назвал Пристли. Опыт со-
стоял в том, чтобы с помощью электрических разрядов взорвать
горючий воздух (водород) в присутствии обыкновенного воз-
108
СОЗДАВАЯ ВОДУ
ВВЕРХУ:
Пневмобочка,
или газовый
коллектор,
и другое
оборудование,
которое Джозеф
Пристли
использовал
для постановки
своих
экспериментов
с различными
типами воздуха.
ВНИЗУ:
Химическая
лаборатория
Антуана
Лавуазье,
которая в свое
время была
наиболее
оснащенной
в мире.
СОЗДАВАЯ ВОДУ
109
духа, с одной стороны, и дефлогистированного воздуха (кисло-
рода), с другой. В своем эксперименте Пристли видел, как запо-
тевает реторта после взрыва, но не обратил на это внимания.
Любопытно, что в 1776 году француз Пьер Макер, который
за десять лет до этого стал известен благодаря своему «Химиче-
скому словарю», первым начал игнорировать факт образования
росы при сжигании водорода в присутствии воздуха.
Друг и помощник Пристли Джон Уалтир также повторил
эту реакцию и заметил, что во время нее образуются тепло
и свет и происходит потеря веса. Уалтир решил, что экспери-
мент нужно повторить и проверить, имеет ли тепло вес. Уал-
тир, как и Пристли, подтвердил, что в емкости образуется ро-
са, но тоже не придал этому значения: появление воды было
обычным для большинства экспериментов. Кавендиш обратил
внимание на наблюдение Уалтира и принялся за работу. Мы
не знаем, когда было сделано открытие, но точно до 18 апреля
1781 года. Кавендиш подготовил обширный ряд эксперимен-
тов, во время которых повторял реакцию с разной пропорцией
газов, чтобы установить оптимальные условия опыта. В итоге
он сделал вывод:
«Из четвертого эксперимента следует, что 423 меры горючего воз-
духа достаточно для флогистизации 1000 мер обыкновенного воз-
духа и что основной объем оставшегося после взрыва воздуха равен
немногим больше 4/5 используемого обыкновенного воздуха [...].
Можно сделать вывод, что когда смешиваются в этой пропорции
и взрываются почти весь горючий газ и около 1/5 обыкно-
венного воздуха, они теряют свою гибкость и конденсируются,
покрывая стекло».
Кавендиш подтвердил образование тепла и воды, но не за-
фиксировал потери веса. Последнее, должно быть, не удивило
его, потому что для него тепло было движением материи, а не ве-
ществом. К тому же Кавендиш тоже наблюдал росу: он знал, что
переход вещества из газообразного состояния в жидкое всегда
связан с выделением тепла, а здесь была именно такая смена со-
стояния. Но на самом деле в опыте была синтезирована вода.
но
СОЗДАВАЯ ВОДУ
Простые подсчеты дают нам соотношение водорода и кислоро-
да, участвующих в реакции. До этого Кавендиш установил, что
пропорция кислорода в атмосфере равна 20,8 %, следовательно,
соотношение водорода и кислорода, участвующих в реакции,
были 423/208, то есть очень близко к 2,03/1. Это исключитель-
ный результат, если учесть инструментарий того времени.
Следующим шагом Кавендиша было, очевидно, повторение
опыта в большем масштабе. Он подготовил аппарат, где можно
было вызвать реакцию 50 тысяч мер горючего воздуха с количе-
ством обыкновенного воздуха, большим в два с половиной раза.
Оба газа отдельно поступали в большой стеклянный цилиндр,
который служил камерой сгорания, так что они могли соеди-
няться без риска взрыва.
«Они были подожжены свечой. Таким образом, в цилиндре кон-
денсировалось 135 гранов воды: у нее не было ни запаха, ни вкуса,
и она не оставляла заметного осадка при полном испарении; по-
хоже, это была чистая вода».
Откуда взялась эта вода? Это продукт какого-то загряз-
нения? Когда у Кавендиша возникло это подозрение, он снова
поставил эксперимент и на этот раз был намного осторожнее,
стараясь избегать мельчайшего загрязнения. Он использовал
водород и кислород из самых разных источников: из цинка,
железа, раствора серной кислоты... Результатом новой череды
экспериментов опять была вода — правда, чрезвычайно кис-
лая на вкус, особенно при избытке кислорода. Во время одного
из опытов Кавендиш записал: «Жидкость в емкости, которая
весит около 30 гранов, ощутимо кислая на вкус; по насыщен-
ности щелочью и последующему испарению [...] можно сделать
вывод, что это вода с небольшим количеством азотистой кис-
лоты».
В смеси явно должен был содержаться азот — возможно,
потому что в реторте оставалось немного воздуха, поскольку
вакуумные насосы того времени были недостаточно эффектив-
ными. Однако Кавендиш все же смог доказать, что образование
азотной кислоты связано с избытком кислорода или водорода
СОЗДАВАЯ ВОДУ
111
САМОЕ НЕОБЫЧНОЕ ВЕЩЕСТВО ВО ВСЕЛЕННОЙ
Вода — абсолютно уникальное вещество с необычными свойствами, ко-
торые определяются ее структурой (два атома водорода, расположенные
под углом в почти 105°, и один атом кислорода в центре). Например, она
имеет странные точки плавления и кипения. Вода, как и близкая ей моле-
кула H2S, должна находиться в газообразном состоянии при температуре
окружающей среды. Однако она остается жидкой, потому что электроны
притягиваются друг к другу с большей силой восемью протонами кислоро-
да, которые составляют ее ядро, чем одиноким протоном водорода. Таким
образом, кислород оказывается со слегка отрицательным зарядом, а во-
дород — со слегка положительным: в химии это называется полярной
молекулой. Благодаря этому водород одной молекулы может притягивать
кислород другой молекулы, вызывая появление между ними водородной
связи, которую описал лауреат Нобелевской премии по химии Лайнус Па-
улинг в своей книге 1939 года «Природа химической связи». Именно бла-
годаря этой связи вода остается жидкой в широком диапазоне темпера-
тур — от 0 до 100 °C — и обладает особым свойством, которое позволяет
некоторым насекомым ходить по поверхности пруда.
Поверхностное натяжение
Если наполнить стакан водой до краев и очень осторожно поместить игол-
ку на его поверхность, мы увидим, что она чудесным образом не тонет.
На самом деле это не чудо, а лишь пример действия поверхностного на-
тяжения. Внутри стакана молекула воды полностью окружена другими
молекулами, соединенными друг с другом водородной связью, которую
мы можем представить в виде пружин. Эта молекула на поверхности воды
имеет другие молекулы лишь сбоку и внизу. Если потянуть ее наверх, «пру-
жины» начнут тянуть ее вниз. Когда мы помещаем иглу на поверхность
до взрыва. Это могло происходить по трем причинам: первая —
азотная кислота входит в состав дефлогиопированного воздуха;
вторая — она смешана с ним; третья — она образуется в ходе
реакции. Кавендиш считал третье объяснение справедливым.
Согласно этому подходу, присутствие азотной кислоты замеча-
ется только при избытке дефлогиопированного воздуха. Его часть
вступает в реакцию с горючим воздухом, а остаток, лишенный
своего флогистона (поскольку вырабатывается тепло), превра-
щается в азотную кислоту. И наоборот: когда есть только де-
флогистированный воздух, реагирующий с горючим воздухом,
азотная кислота не образуется.
112
СОЗДАВАЯ ВОДУ
воды, мы толкаем молекулы воды вглубь, а соседние молекулы толкают
их вверх, чтобы восстановить их исходное положение. Конечно же, эти
силы слабы, но увеличение их интенсивности всего на 2% привело бы
к тому, что мы не могли бы плавать в бассейне. Благодаря поверхностно-
му натяжению вода образует капли и не рассыпается. Вода смачивает,
но не слишком сильно, и мы можем убедиться в этом, когда моем руки без
мыла. Одна из функций порошка — снизить поверхностное натяжение,
чтобы вода пропитывала вещи и очищала более эффективно. По той же
причине для увлажнения кожи, как ни парадоксально, используются кре-
мы, а не вода.
Кислород
Электроны водорода
Вода обладает необычными свойствами, являющимися следствием ее структуры: два
атома водорода, расположенные под углом в почти 105°, и один атом кислорода
в центре. Именно это строение превращает ее в уникальное вещество.
Ни в каком другом химическом исследовании Кавендиш
не проявлял так своей гениальности: оставив в стороне исполь-
зование флогистона, он нашел верное объяснение для образова-
ния в реторте азотной кислоты. Современный химик описал бы
эти результаты, просто сказав, что когда водород присутству-
ет в избытке, весь кислород сочетается с ним, производя воду,
но при избытке кислорода весь водород превращается в воду,
и одновременно образуются соединения кислорода и азота.
Генри Кавендиш открыл состав воды... совершенно случайно.
СОЗДАВАЯ ВОДУ
113
ПОЛЕМИКА
Когда Кавендиш представил свои статьи, Чарльз Блэгден был
секретарем Королевского общества, в его обязанности входила
публикация работ в журнале. Любопытно, что в 1782 году он
был помощником в лаборатории Кавендиша, и этот внешне не-
значительный факт повлек для Генри проблемы, касающиеся
бурной полемики о том, кто первым разложил воду на состав-
ные части. Потому что этого результата добились еще два уче-
ных: в Шотландии — создатель паровой машины Джеймс Уатт,
а во Франции — Антуан Лавуазье.
В Обществе было обычной практикой, что авторы (или
издатель с их разрешения) могли добавлять к статье прило-
жения после ее прочтения в зале заседаний и до публикации.
Кавендиш сделал три приложения, два записаны рукой Блэг-
дена и одно — им самостоятельно. В первом говорилось, что
все эксперименты, за исключением поиска причины окисления
воды, были проведены летом 1781 года: «и я упомянул о них
д-ру Пристли, который вследствие этого поставил такие же
эксперименты, как он рассказывал об этом в статье, опублико-
ванной в предыдущем томе «Трудов». Он также говорил, что
во Франции знают о его работе:
«Мой друг упомянул о моих работах г-ну Лавуазье, а также о вы-
водах, к которым я в них пришел, о том, что дефлогистированный
воздух — это просто вода, лишенная флогистона; но в это время
Лавуазье был далек от того, чтобы верить кому-то, пока не по-
ставит собственные эксперименты; ему было сложно поверить,
что два воздуха вместе превращаются в воду. Примечательно, что
никто из этих двух господ не нашел никакой кислоты в воде, про-
изведенной сжиганием. Это явно можно объяснить тем, что они
сжигали эти два воздуха не так, как это делал я».
Здесь имеет значение 1781 год, потому что Кавендиш на-
меренно отложил чтение своей статьи до 15 января 1784 года,
пока не убедился, что присутствие азотной кислоты в воде, полу-
чившейся из взрыва двух газов, вызвано избытком кислорода.
114
СОЗДАВАЯ ВОДУ
УАТТ И БОЛТОН
Шел 1765 год. Уже восемь лет Джеймс Уатт (1736-1819), меланхоличный
и неутомимый инженер, родившийся в маленьком городе Гриноке, работал
в ремонтной мастерской Университета Глазго. В ремонтном помещении
находилась масштабная модель паровой машины Ньюкомена, использу-
емая членами Отделения натуральной философии для своих демонстраций.
Глядя на нее, Уатт размышлял о способе улучшения ее производительно-
сти. Он понял, что проблема заключалась в тепле, теряющемся при на-
гревании металлического цилиндра. И он придумал машину, где конден-
сация пара производилась вне поршня (в конденсаторе), при этом цилиндр
всегда оставался горячим, а конденсатор — всегда холодным. Уатт со-
хранил идею Ньюкомена о возвращении в котел воды, полученной при
конденсации, при постоянном повторении цикла, но увеличил давление
пара и, следовательно, температуру на начальных этапах расширения
поршня, чтобы минимизировать потерю пара во время фазы конденсации,
которая иначе была бы неизбежной. Так он мог бы закрыть клапан впуска
пара до того, как поршень закончит движение, потому что давление еще
было бы достаточно высоким для того, чтобы поднять его.
Партнер-капиталист
После разработки следующим шагом было запустить машину на рынок.
Уатту нужно было отыскать партнера-капиталиста, и он нашел его в лице
богатого, жизнерадостного и гостеприимного Мэттью Болтона (1729-
1809). Болтон владел мануфактурой с 600 ремесленниками в Сохо (Бир-
мингем), занимающимися изготовлением пуговиц, ручек для шпаг, пряжек
для сапог, цепочек для часов и широкого ассортимента бижутерии. Убеж-
денный в огромном потенциале машины, он одолжил Уатту деньги, необ-
ходимые для ее изготовления, и в 1769 году Уатт запатентовал первую
действительно эффективную паровую машину. Вместо того чтобы продать
ее, Болтон убедил своего партнера-изобретателя сдавать ее в аренду.
В качестве оплаты он просил только третью часть денег, которые предпри-
ятие сэкономит на то-
пливе в течение пер-
вых трех лет. Таким
оригинальным спосо-
бом оба шотландца
за короткое время ста-
ли миллионерами.
Мэттью Болтон (слева)
и Джеймс Уатт на обратной
стороне новой банкноты
в 50 фунтов Банка Англии.
СОЗДАВАЯ ВОДУ
115
За полгода до чтения статьи в Королевском обществе, летом
1783 года, Блэгден навестил Лавуазье и сообщил ему о работе
Кавендиша, который, в свою очередь, рассказал Пристли о ре-
зультатах своих экспериментов. У последнего проснулось лю-
бопытство, и он решил сам повторить опыт, но внес в него не-
которые изменения, которые, как он считал, позволят прийти
к лучшим результатам. Однако Пристли совершил ошибку.
Кавендиш не исключил все следы водяного пара из газов
до эксперимента, что заставляло отчасти сомневаться в его ре-
зультатах: сколько же воды точно образовалось? Идея Пристли
была в том, чтобы высушить газы прежде, чем взорвать их, и для
этого он собрал их на ртуть, но применил для этого наихудший
из возможных способов. Кислород он получил нагреванием
нитратов (наихудший способ его получения), в то время как
водород приготовил, нагревая древесный уголь при высокой
температуре. На самом деле перед началом опыта он располагал
смесью из монооксида углерода, диоксида углерода, возможно,
немного метана и в лучшем случае — немного водорода. После
взрыва этой смеси Пристли определял количество образовав-
шейся воды, вычищая водоочистителем внутренность сосуда
и взвешивая его. Получить точный результат было абсолютно
невозможно, но он наивно жаловался на весы: «Мне бы хоте-
лось иметь лучшие весы». Пристли прочел свою статью с опи-
санием этого эксперимента 26 июня 1783 года, и хотя любой
человек, обладающий знаниями по химии, понял бы, что она
несет мало пользы, Уатт воспринял ее всерьез. Пристли счи-
тал, что его горючий воздух, полученный из древесного угля, та-
кой же, что и образуется при воздействии на железо или цинк
раствором серной кислоты. На самом деле единственное, что
было общего у обоих газов, — то, что они могли гореть. Самый
примечательный эксперимент Пристли — тот, который он на-
звал «кажущимся превращением воды в воздух» и описал в ста-
тье, прочитанной в Обществе. Опыт состоял в нагревании воды
при очень высокой температуре в глиняном сосуде. Почему он
это сделал? Все дело было в представлении ученых о сущности
воды.
не
СОЗДАВАЯ ВОДУ
БОЛЬШЕ ДЕРЕВА ДЛЯ ВИСКИ
В1761 году перед шотландскими пере-
гоночными заводами стояла важная
задача. Недавнее объединение Шот-
ландии и Англии открыло им путь на ан-
глийский и американский рынки.
В процессе перегонки в качестве ис-
точника тепла использовалось дерево,
но вырубка лесов превратила его
в редкий и, следовательно, дорогой то-
вар. Если промышленники хотели уве-
личить производство, нужно было най-
ти способ уменьшить расход топлива.
Обеспокоенные дельцы решили обра-
титься в Эдинбургский университет,
и его ученый Джозеф Блэк сразу же
понял, что эффективность перегонки
зависит от понимания того, как веще-
ство меняет свое состояние.
Джозеф Блэк.
Скрытая теплота
Когда ученым нужно что-то измерить, они определяют произвольную ве-
личину, которая позволяет им сравнивать результаты экспериментов. Блэк
решил, что хорошо определенной единицей является количество теплоты,
необходимой для таяния фунта (453 грамма) льда. Блэк взял лед и измерил
количество теплоты, необходимое для превращения его в воду, а затем —
для кипения этой воды. Он открыл, что пока лед тает, термометр не пока-
зывает никакого повышения температуры, она начинает повышаться
только после того, как весь лед превратился в воду. Почему так получает-
ся и что происходит с теплом? Блэк разрешил этот парадокс, введя понятие
скрытой теплоты, в противоположность явной теплоте, которая проявля-
ется в изменении температуры объекта. Шотландский химик утверждал,
что термометры не регистрировали повышения температуры, потому что
вся теплота уходила на изменение «формы» воды. Благодаря своим экс-
периментам Блэк смог определить, какое минимальное количество топли-
ва необходимо для испарения заданного объема виски, а также сколько
холодной воды нужно использовать для конденсации напитка в змеевике.
И это не все. Идея скрытой теплоты привела Джеймса Уатта, хорошего
друга Блэка, к осознанию причины ущербности паровой машины Ньюко-
мена: вода не способна полностью охлаждать цилиндр, в связи с чем после
каждого цикла он становится все более горячим, и пара конденсируется
все меньше и меньше, пока его количества становится недостаточно для
работы. Единственное решение состояло в том, чтобы охлаждать пар в дру-
гом месте — в конденсаторе.
СОЗДАВАЯ ВОДУ
117
ЧТО ТАКОЕ ВОДА?
Из обширной переписки, которую Пристли вел с Уаттом в ме-
сяцы, предшествующие публикации его статьи, мы знаем, что
последний считал обыкновенный воздух модифицированной
водой. По мере того как пар впитывает всю скрытую теплоту
(теплоту, которую поглощает вещество для изменения состоя-
ния) и начинает приобретать явную теплоту, приходит момент,
когда он перестает обладать скрытой теплотой и превращает-
ся в воздух. Пристли заметил, что при нагревании воды этого
не происходит, и Уатт ответил: «Ваш эксперимент не разруша-
ет мою гипотезу. Она не основана на таком хрупком предме-
те, как глиняная реторта, и на вашей попытке превратить воду
в воздух. Я основываюсь на других фактах».
Из переписки Уатта на эту тему, которая началась в кон-
це 1782 года и продолжалась в течение четырех лет, сложно
понять, как и когда он пришел к выводу о том, что вода — это
составное вещество. Точно лишь одно: на него повлияли от-
крытия Блэка, связанные со скрытой теплотой. Статья Уатта
была прочитана в Королевском обществе 29 апреля 1784 года,
а 6 мая последовало чтение ее продолжения. Оба сообщения
были объединены в одну статью, опубликованную в «Фило-
софских трудах» под заголовком «Мысли о составных частях
воды и дефлогистированного воздуха с учетом некоторых экс-
периментов по этому вопросу. Письмо мистера Джеймса Уат-
та, инженера, мистеру Делюку, члену Королевского общества».
Автор утверждал:
«...вода состоит из дефлогистированного воздуха и флогистона,
лишенного части своей скрытой, или элементарной, теплоты. Чи-
стый, или дефлогистированный, воздух состоит из воды, лишенной
своего флогистона и присоединенной к элементарной теплоте и све-
ту, и последний содержится в своем скрытом состоянии, то есть
чувствителен к термометру и заметен на глаз. А если свет — это
только модификация тепла или компонент горючего воздуха, то чи-
стый и дефлогистированный воздух состоит из воды, лишенной
своего флогистона и присоединенной к элементарной теплоте».
118
СОЗДАВАЯ ВОДУ
Уатт не был членом Общества (он стал им только в 1785 го-
ду), а, согласно уставу, статьи могли читать только полноправ-
ные члены, так что Уатт попросил прочесть сочинение своего
друга Делюка. Жан Андре Делюк (1727-1817) родился в Жене-
ве, но к середине жизни обосновался в Лондоне, где ему удалось
стать лектором королевы Шарлотты Мекленбург-Стрелицкой,
супруги короля Георга III. Он был экспертом по метеорологии
и редко ходил на заседания Общества. Большую часть времени
ученый проводил в Виндзоре, читая королеве вслух. Это было
тем более любопытно, что его английский был вовсе не хорош,
причем до такой степени, что писательница Френсис Берни,
которая часто присутствовала при дворе, недоумевала: «Коро-
лева попросила прочесть мою «Сесилию» мистера Делюка, ко-
торый едва может произнести по-английски несколько слов!»
Делюк часто ездил на континент, был знаком с Лавуазье и, кро-
ме того, выступал ярым защитником Уатта, что превратило его
во врага Кавендиша в споре за первенство открытия.
Все началось 1 марта 1784 года. Блэгден навестил Лавуа-
зье прошлым летом, а Делюк, только что вернувшийся из Па-
рижа, написал Уатту, что в статье Кавендиша есть приписка,
в которой не говорится ни слова о нем и о его работе. Как это
можно себе представить, он намеревался настроить Уатта про-
тив Кавендиша. И это Делюку удалось: Уатт начал критиковать
Кавендиша в письмах. Чтобы спасти репутацию своего друга,
Блэгден (от имени Кавендиша) сделал второе примечание:
«Так как г-н Уатт предполагает, что вода состоит из дефлогисти-
рованного воздуха и флогистона, лишенного части своей скрытой
теплоты, в то время как я не смог убедиться в этом обстоятельстве,
стоит сказать в нескольких словах об этой кажущейся разнице
между нами. Если и есть нечто похожее на элементарную теплоту,
то нужно сказать, что г-н Уатт говорит правду; но по той же при-
чине мы могли бы говорить, что растворы минеральных кислот
состоят из концентрированных кислот, соединенных с водой и ли-
шенных части своей скрытой теплоты, или что растворы соли
аммиака и большинство других нейтральных солей состоят
из соли, соединенной с водой и элементарной теплоты. Подобным
СОЗДАВАЯ ВОДУ
119
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ТВЕРДОЙ МАТЕРИИ
Все началось через несколько сотен миллионов лет после появления на-
шей галактики — Млечного Пути. Первые звезды, масса которых достига-
ла десятка солнц, закончили существование впечатляющей вспышкой,
которая называется вспышкой сверхновой. Вспышка — это самая бурная
смерть, которая только может произойти со звездой: за две секунды она
гибнет и взрывается, испуская свет ярче всех звезд галактики вместе взя-
тых. Зрелище впечатляющее: звезда, сияющая как сто тысяч миллионов
звезд. При взрыве эти тела извергли в космос свое содержимое — атомы
углерода, кислорода, азота, серы, кремния, железа... Словом, все про-
дукты ядерных реакций синтеза. В результате межзвездная среда, которая
со времени Большого Взрыва состояла только из-водорода и гелия, стала
значительно богаче.
Соединение гелия и силикатов
После вмешательства законов химии кислород и углерод соединились,
образовав монооксид углерода. Небольшое количество кислорода (по-
рядка 0,5%) в итоге образовало водяной пар — трехатомную модель, наи-
более распространенную в космосе. По мере того как температура умень-
шалась, металлические оксиды образовали силикаты и конденсировались
в ультрамикроскопические твердые крупицы, которые водяной пар покрыл
коркой льда. Так появилась твердая материя.
описанием можно пользоваться почти во всех химических соче-
таниях, точно так же, как малое их количество не связано с уве-
личением или уменьшением тепла».
Кавендиш не думал, что существует скрытая теплота, о ко-
торой говорил Уатт: он вообще не рассуждал о тепле в терми-
нах материи, а считал его следствием движения частиц. Точно
так же он противился (не слишком громко) удалению флоги-
стона из химии и введению вместо него кислорода.
ФРАНЦУЗСКАЯ СВЯЗЬ
Первого августа 1774 года Пристли выделил кислород, сосре-
доточив солнечный свет на красном оксиде ртути (mercurius
120
СОЗДАВАЯ ВОДУ
calcinatus per se). Швед Карл Вильгельм Шееле сделал то же
самое примерно в то же время, нагревая нитрат калия. Пристли,
протеже Уильяма Петти, второго графа Шелберна, осенью
1774 года сопровождал своего мецената в Париж. Там они встре-
тились с Лавуазье. В то время французский химик ставил мно-
жество экспериментов по прокаливанию металлов, и он был
уверен, что в атмосфере есть что-то, участвующее в этих реак-
циях. Однажды вечером Лавуазье пригласил этих двух англичан
к себе на ужин. За трапезой Пристли объяснил ему, что открыл
«какой-то тип воздуха, в котором свеча горит лучше, чем в обыч-
ном воздухе». Этот комментарий не остался незамеченным,
и французский ученый не замедлил поставить новые экспери-
менты, которые привели его к теории природы кислоты. Почти
десять лет спустя, в 1783 году, Лавуазье окончательно оставил
теорию флогистона и ввел в химию то, что он назвал principe
oxygene.
Лавуазье был полностью захвачен идеей, что окисление —
это результат образования кислот, пока Блэгден не навестил
его 24 июня 1783 года и не направил по верному пути. Именно
тогда Лавуазье поставил эксперимент, в котором синтезировал
воду. Эксперимент, надо сказать, был довольно грубым, по-
скольку ученый делал мало количественных измерений: напри-
мер, он не измерил объем газов, которые вступали в реакцию.
Желая уладить полемику, особенно с Францией, Блэгден
написал издателю немецкого журнала «Анналы химии» — од-
ного из самых авторитетных химических журналов того време-
ни. Письмо без даты было отправлено в 1786 году:
«Именно я сообщил Лавуазье первые новости об открытии. Вес-
ной 1783 года Кавендиш рассказал мне, наряду с другими членами
Королевского общества, о результатах некоторых экспериментов,
которые занимали у него довольно много времени. Они привели
его к заключению о том, что дефлогистированный воздух — не что
иное, как вода, лишенная флогистона, и наоборот, вода — это деф-
логистированный воздух, соединенный с флогистоном.
Как раз после этого я поехал в Париж и в присутствии г-на Лаву-
азье и других членов Королевской академии наук объяснил эти
СОЗДАВАЯ ВОДУ
121
новые эксперименты и выводы, которые следовали из них. Они
ответили, что уже слышали о них и что их повторил д-р Пристли.
Они не сомневались: таким образом можно получить значитель-
ное количество воды. Однако они не верили, что — судя по ее
весу — она получается из двух использованных типов газа. Они
считали, что вода не образовалась на основе этих двух типов воз-
духа, но уже была там, соединенная с этим воздухом, и выпала
в осадок во время горения.
Это было мнение г-на Лавуазье, у которого была вся необходимая
информация для того, чтобы повторить эксперимент в большем
масштабе. Это произошло 24 июня 1783 года. Сам Лавуазье не ве-
рил тогда, что вода образована дефлогистированным воздухом
и горючим воздухом; он действительно надеялся получить какой-
нибудь тип кислоты из этого соединения [...]. Г-н Лавуазье не учел
кое-чего, на что указал г-н Кавендиш: количество полученной
воды равно весу двух воздухов вместе взятых. Более того, ему сле-
довало добавить в своей публикации (в которой провозглашается
синтез воды), что г-да Кавендиш и Уатт утверждали: именно вода,
а не кислота образуется после сжигания горючего воздуха и деф-
логистированного воздуха».
По сути, в письме Блэгдена говорилось: Лавуазье понял,
что происходит, и взялся за работу, только когда ему расска-
зали о результатах экспериментов, поставленных Кавендишем
и Уаттом. Первенство открытия было не за французом.
Никто не возражал Блэгдену, даже Лаплас, который обыч-
но страстно защищал французскую науку. Но письмо вызвало
гнев британских ученых — сторонников Уатта, потому что они
посчитали его несправедливым по отношению к шотландцу.
По-видимому, они поняли, что Блэгден подспудно отдает пер-
венство Кавендишу, а не Уатту.
УАТТ ПРОТИВ КАВЕНДИША
Начался новый спор о первенстве — между Уаттом и Кавенди-
шем. В течение всей своей жизни они вели дискуссию и демон-
122
СОЗДАВАЯ ВОДУ
стрировали друг другу лабораторные тетради и заметки, кото-
рые считали необходимыми для доказательства своего
первенства. В частной переписке они называли друг друга обид-
ными прозвищами (впрочем, это более характерно для эмоцио-
нального Уатта, чем для застенчивого Кавендиша), но никто
из них так и не пошел в публичную атаку. Более того, сын Уат-
та утверждает, что когда Уатт стал членом Королевского обще-
ства, «у них были очень хорошие отношения» с Кавендишем.
Полемика была вновь открыта несколько лет спустя,
в 1838 году, когда французский физик Араго написал восхва-
ление Уатту по поводу открытия состава воды, не упомянув
Кавендиша. Это вызвало ряд замечаний, особенно суровых —
со стороны Вернона Харкорта, который тогда был председате-
лем Британской ассоциации развития науки. На эту тему вновь
было написано много страниц, но в итоге ученые пришли к со-
гласию о том, что первенство принадлежит Кавендишу.
Однако первенство первенством, но верно истолковать по-
лученные данные — совсем другое дело. И здесь победителем,
без сомнения, стал Лавуазье. Уатт был согласен с французом
в том, что вода — это соединение, а не элемент (как считал Ка-
вендиш). Но как последователь теории флогистона, он неверно
истолковал полученные данные. Кавендиш рассматривал воду
как продукт удаления флогистона из водорода (вода плюс фло-
гистон) и кислорода (вода минус флогистон). Другими слова-
ми, для Кавендиша это был совсем не синтез: он предпочитал
считать горючий воздух водой, насыщенной флогистоном, а кис-
лород — водой, лишенной флогистона. Когда они соединяются,
конечным результатом становится вода, которая остается про-
стым веществом.
Однако для Лавуазье работа Кавендиша стала окончатель-
ным подтверждением того, что вода не является элементом.
С помощью Лапласа он доказал, что можно синтезировать во-
ду сжиганием водорода и кислорода в закрытом сосуде, а при
сотрудничестве Жана-Батиста Мёнье убедился, что пар мож-
но снова разложить, проведя его через раскаленное железо.
Но этот анализ так и не убедил Пристли, считавшего, что водо-
род может происходить из железа, а не из воды.
СОЗДАВАЯ ВОДУ
123
ВОДА УБИЛА ФЛОГИСТОН
Лавуазье пытался разрушить теорию флогистона с 1773 года.
Но чтобы сделать это, ему нужно было найти альтернативное
объяснение одному явлению: почему горючий воздух высвобож-
дается при воздействии на металл кислотой, но никакого «воз-
духа» не производится при использовании calx, или извести
(базового оксида) того же самого металла. Если в металле со-
держится флогистон, то объяснение, предложенное Кавенди-
шем, состояло в том, что при воздействии на него кислого рас-
твора получается соляной раствор и горючий воздух, в то время
как известь плюс кислота дают только соляной раствор.
Теория кислорода Лавуазье не позволяла делать никаких
предположений о том, почему эти две реакции так отличаются.
Лавуазье нужно было открытие Кавендиша. С его помощью он
понял, что вода — это соединение водорода (рождающего воду)
и кислорода (рождающего кислоты), и смог объяснить, почему
при взаимодействии с металлами, растворенными в кислотах,
образуется водород. По мнению француза, газ происходил не из
металла, как считали Кавендиш и остальные химики, защищав-
шие теорию флогистона, а из воды, в которой была растворена
кислота: металл плюс кислота дают оксид металла и водород.
Лавуазье уже был в шаге от того, чтобы покончить с тео-
рией флогистона. В 1785 году в своем очерке он применил все
свое практическое и диалектическое оружие, чтобы покончить
с этой химической теорией. Один из его главных аргументов
состоял в том, что так как химические процессы могут быть
объяснены без флогистона, значит, это таинственное вещество
с почти мистическими свойствами не может существовать:
«Все эти размышления подтверждают то, что я взялся дока-
зать [в 1773 году] и что я вновь делаю сейчас. Химики сделали
из флогистона туманную основу, которая не определена строго
и, следовательно, подходит ко всем имеющимся объяснениям».
Лавуазье говорил о том, что принцип, который объясняет все,
на самом деле не объясняет ничего.
124
СОЗДАВАЯ ВОДУ
ГЛАВА 7
Школа тепла
Термодинамика — наука, изучающая
тепло, — начала делать свои первые шаги
в середине XVIII века. Вначале ученые пытались
объяснить работу паровой машины и повысить ее
эффективность. Во времена Кавендиша научное
сообщество искало ответ на вопрос, что такое тепло.
Одни, вслед за Лавуазье, утверждали, что тепло
появляется благодаря флюиду, лишенному массы, —
теплороду. Другие, как и Кавендиш,
считали тепло результатом движения
материальных частиц.

Генри Кавендиш был городским жителем. У него была соб-
ственность за городом, но он никогда не думал о том, чтобы
жить вдали от цивилизации. После смерти отца Генри оставил
дом на Грейт Мальборо и переехал в дом на Бедфорд-сквер, но-
мер 11. Это здание в западной части Лондона находится на од-
ной из многочисленных площадей, построенных между XVII
и XVIII веками, и сегодня в нем расположены помещения Лон-
донского университета.
Новый дом был больше похож на храм науки, чем на обыч-
ное жилище. В мебели из красного дерева расположилась кол-
лекция минералов, многие образцы из которой прислал Блэг-
ден, путешествовавший по всей Великобритании. Также здесь
было просторное помещение для богатой библиотеки, которую
Генри унаследовал от отца и значительно расширил. В то вре-
мя из-за дороговизны книг публичные библиотеки еще не были
распространены, и очень немногие люди имели возможность
покупать книги или подписываться на журналы, а Кавендиш
считал своей обязанностью сделать доступ к своей библиоте-
ке открытым для всех. В ней не было читального зала, так что
посетители могли брать книги домой и работать с ними там —
список взятых книг вел библиотекарь.
Незадолго до этого, 18 июня 1785 года, Генри снял дом
в Клэпхэме — большой деревне неподалеку, в которой многие
ШКОЛАТЕПЛА
127
высокопоставленные лондонцы имели тихие загородные рези-
денции. Этот дом, Клэпхэм Коммон, состоял из двух этажей
и имел два крыла, насчитывавших по меньшей мере 21 комнату.
У Кавендиша было семь слуг, из них три женщины. Также
в доме жили его помощники для экспериментов и, насколько
мы знаем, математик и инженер, который занимался изготовле-
нием необходимых приборов. Хозяин платил ему 65 фунтов
в год.
Клэпхэм Коммон был домом человека, посвятившего себя
науке. В заднем саду было оборудовано место для воздушных
телескопов (такие телескопы не имеют трубы, и их объектив
и окуляр не связаны жестко) и метеорологических приборов...
ОДИН ДЕНЬ ИЗ ЖИЗНИ ГЕНРИ КАВЕНДИША
День ученого начинался с чтения показаний о магнитном поле
Земли и данных метеорологических приборов, установленных
в саду. Затем он отправлялся в свою лабораторию и работал
там — обдумывал или ставил новый эксперимент, писал статью
об опытах (причем независимо от того, собирался ли он ее пу-
бликовать). Потом Кавендиш делал перерыв, чтобы в одиноче-
стве прогуляться по полям. Вторую половину дня он посвящал
чтению статей и газет, связанных исключительно с наукой, а ве-
чером посредством записки сообщал экономке, когда подавать
ужин. Так проходили дни в Клэпхэм Коммон, и их течение Ген-
ри Кавендиш устанавливал сам. Он ненавидел любое вмеша-
тельство и не разговаривал со своими слугами. При необходи-
мости он отправлял им записки, а чтобы не встречаться
с прислугой, построил для себя отдельную лестницу. По четвер-
гам он ездил в город, на собрание Королевского общества, а за-
тем — на ужин в Клубе Королевского общества. Генри так
и не женился, и мы почти уверены, что он никогда не вступал
в любовные связи.
Был только один день в неделю, когда он нарушал от-
шельнический образ жизни — на вечерах в доме президента
128
ШКОЛА ТЕПЛА
Общества. Именно на этих встречах, куда обычно приходили
люди, чуждые его закрытому кругу, мы можем видеть другую
сторону личности Кавендиша. В эти моменты ученый отступал
от свойственной ему критичности, концентрации, педантично-
сти и чрезвычайной аккуратности.
Если и есть слово, которое могло бы описать его жизнь —
как личную, так и социальную, — то это «простота». Кавендиш
писал без прикрас и литературных изысков, одевался без ка-
кой-либо пышности, его дом, еда, научные приборы — все было
простым. Все, кто был с ним знаком, знали о наивности ученого
и его глубокой любви к истине.
МЕХАНИКА
Кавендиш никогда не писал книг, хотя планировал это сделать.
Известно, что он намеревался написать как минимум две ра-
боты, одну — по электричеству, а вторую — по механике. Его
интерес к этой области натурфилософии отражен в документе
«План трактата о механике», который относится к периоду по-
сле 1763 года. Возможно, Кавендиш даже начал прорабатывать
содержание этого труда, потому что в плане содержится ссылка
на статью, опубликованную в указанном году.
Трактат планировалось разделить на две части. В первой,
посвященной статике, Кавендиш хотел изложить правила со-
става и распределения сил и сделать предположение о рычаге,
«очень хорошо продемонстрированном Маклореном». Судя
по предполагаемому объему этой части, можно догадаться, что
Кавендиш хотел расширить скудные сведения, которые посвя-
тил статике Ньютон, считавший ее следствием из законов ди-
намики.
Вторая часть была посвящена механике, «теории движе-
ния». Кавендиш считал, что равномерным ускоренным движе-
нием управляют два закона, а не три, как провозгласил Ньютон.
Генри заметил: это «те же законы, что и два первых закона дви-
жения сэра И. Н., они включают все, что мы знаем о свойствах
ШКОЛАТЕПЛА
129
материи в отношении движения». Кавендиш считал, что закон
действия и противодействия «был неверно назван сэром И. Н.
третьим законом», поскольку «эта аксиома — чистое свойство
учения о давлении».
План трактата не пошел дальше элементарного обсужде-
ния законов движения, поэтому мы не знаем и никогда не уз-
наем, что именно хотел написать Кавендиш — учебник или на-
учно-популярную книгу.
По рукописям, которые ученый оставил после себя, мы зна-
ем, что он работал над различными экспериментами по механи-
ке, особенно по механике жидкостей: исследовал трение трубы,
приводимой в движение водой, потерю скорости снаряда, ле-
тящего по воздуху, поток жидкости, вытекающий из емкости...
Он изучал форму Земли, предварение равноденствий (тему,
в которой, по его мнению, Ньютон заблуждался) и области,
которые были в моде в физике XVIII века: упругие колебания
и теорию твердых тел. Кавендиш очень критично высказывался
об ошибочных теориях Ньютона в механике жидкостей: «Дви-
жение волн, как его описал сэр И. Н. [...], не соответствует дей-
ствительности; доказательство сэра И. Н. относительно звука
[...] не соотносится с экспериментом».
По неизвестным причинам Кавендиш посвятил время изу-
чению замедления вращения Земли из-за трения, вызванного
приливами и отливами. Интересно, что в этом новейшем ис-
следовании он вывел «потерю силы из-за трения» из «видимо-
го и невидимого» действия vis viva Луны, Земли и воды. При
этом Кавендиш использует ту же терминологию, что и в своем
более подробном исследовании vis viva в физике, посвященном
теплу. Эта работа подвела его к формулировке закона сохране-
ния энергии.
VIS VIVA — ЖИВАЯ СИЛА
Идея того, что во всех естественных процессах должно быть
что-то, что остается неизменным, всегда была свойственна че-
130
ШКОЛА ТЕПЛА
ловеческой мысли. Атомист Лукреций упомянул ее в несколько
смутном виде в своей поэме De rerum natura («О природе ве-
щей^). В Средние века мыслители школы, во главе которой сто-
ял схоластик Жан Буридан (ок. 1300 — ок. 1358), утверждали
идею постоянной силы — импетуса, который передается от од-
ного тела к другому. Теория импетуса появилась в качестве
альтернативы предположению Аристотеля, она должна была
заменить мистическое происхождение движения (каждая вещь
должна перемещаться в свое естественное место существования)
другим, более материальным и механическим. Это была первая
большая атака на теорию движения Аристотеля, и сама по себе
она стала определяющим фактором, который помог исключить
воздействие мира духов на реальность и сделал возможным
представление о Вселенной, которая работает как часовой ме-
ханизм.
Во времена Леонардо да Винчи различные ученые писали
о том, что нечто остается неизменным, несмотря на изменения,
а в XVI веке начали говорить о сохранении движения и невоз-
можности его возникновения из ничего. Кардано (1501-1576)
выражался довольно категорично: «Нельзя изготовить часы,
которые заводили бы сами себя и поднимали гири, приводящие
в движение механизм». Декарт писал:
«Я согласен, что любая созданная материя имеет некое количество
движения, которое никогда не увеличивается и не уменьшается,
и, следовательно, если одно тело приводит в движение другое тело,
то оно теряет столько же своего движения, сколько и передает
ему».
Постепенно от сохранения движения наука перешла к со-
хранению силы, ответственной за то, что тела меняют свое
динамическое состояние, следуя латинскому афоризму: causa
aequat effectum — «причина равносильна следствию». Таким
образом, если сила — это причина движения, то, поскольку
движение сохраняется, сила также сохраняется. Именно этот
принцип привел Лейбница к его определению понятия vis viva
и принципу сохранения:
ШКОЛА ТЕПЛА
131
«Принцип равенства причины и следствия, то есть принцип от-
каза от вечного двигателя — это основа моего вычисления живой
силы. Согласно этому принципу, живая сила сохраняет свою не-
изменную тождественность».
Вслед за Лейбницем швейцарец Иоганн Бернулли (1667—
1748) осознал, что в столкновениях неупругих тел происходит
потеря живой силы. Бернулли считал эти тела подобными пру-
жинам, которые не могут восстановиться после деформации.
Следовательно, живая сила расходуется при сжатии тел. С по-
добными идеями постепенно развивалось изучение других фи-
зических немеханических явлений, и это привело к тому, что
идеи механики начали использоваться и в других научных
дисциплинах. Понятие силы стало обобщенным и затронуло
все природные явления: есть сила, которая хранится в химиче-
ских реакциях, в электрическом токе, в паре... Она служит для
приведения в движение объектов, для осуществления работы.
Именно в этом русле лежит и работа Кавендиша о живой силе
и тепле.
Одна из самых важных его работ в этой области — «Ста-
тьи по теории движения». В их число входит работа, которую
издатели неопубликованных трудов Кавендиша озаглавили
«Заметки по теории движения». В ней ученый разработал тео-
рию живой силы и привел примеры ее использования. Удиви-
тельно, что в тексте рукописи нет ни цитат, ни ссылок на других
авторов. Кавендиш хотел доказать, какое значение живая сила
имеет для решения задач, и вывел закон сохранения, приме-
нимый к системе тел, приведенных в движение действием сил
притяжения и отталкивания. В этой системе тела имеют оди-
наковую величину, а силы притяжения и отталкивания меж-
ду ними равны. Если нет потерь из-за трения или неупругих
столкновений, то живая сила «всегда одна и та же». По словам
Джеймса Лармора, издателя работ Кавендиша по механике,
«это явно первая точная формулировка принципа сохранения
энергии». Затем ученый применил этот закон к пяти различ-
ным явлениям. Среди них нас больше всего интересуют второе
132
ШКОЛА ТЕПЛА
и третье: движение частиц тепла и взаимодействие частиц света
с другими телами. Но чем было тепло для Кавендиша?
ТЕПЛО
На первый взгляд может показаться удивительным, что Ка-
вендиш, ученый до мозга костей, интересовался промышлен-
ностью и связанными с ней технологиями, которые возникли
на основе паровой машины Джеймса Уатта. В течение несколь-
ких лет в середине 1780-х годов Кавендиш вместе с Чарльзом
Блэгденом путешествовал по Великобритании, пейзаж которой
в те годы составляли доменные печи, мельницы и фабрики.
В эти же годы появились его исследования тепла, включающие
механическую теорию тепла.
Первая из этих поездок привела исследователей в Уэльс,
где они в изумлении открыли широчайший спектр промышлен-
ных процессов в каменоломнях, металлургии, на текстильных
фабриках и в шахтах... Затем они отправились в Сохо У орк,
в пригороды Бирмингема, чтобы навестить Джеймса Уатта.
Там они собственными глазами смогли увидеть, как Уатт усо-
вершенствовал паровую машину Ньюкомена, введя в ее кон-
струкцию конденсатор и превратив вертикальное движение
поршня в круговое. Открытие «солнечнопланетарного зубча-
того сцепления», при котором зубчатое колесо вращается во-
круг другого, как планета вокруг Солнца, было сделано одним
из помощников Уатта, Уильямом Мёрдоком, находчивым ин-
женером-механиком, который получил эту работу потому, что
пришел на собеседование с Уаттом в деревянной шляпе, спро-
ектированной и изготовленной собственноручно.
С новой передачей примитивный насос для выкачивания
воды превратился в революционную машину, которая измени-
ла внешний вид планеты. К 1795 году Уатт уже установил ее
практически во всех мануфактурах Англии. Бирмингемская
фабрика стала предвестницей новой эры, и не только из-за па-
ровой машины. Там родились два незаметных, но глубоких из-
ШКОЛА ТЕПЛА
133
УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ
Благодаря работам, которые шотландец Джозеф Блэк осуществил с 1761
по 1764 год, у ученых появился способ измерения количества теплоты,
используемой в экспериментах. Для Блэка единицей тепла было количе-
ство, необходимое для того, чтобы растопить один фунт (453 г) льда. Лаву-
азье использовал понятие скрытой теплоты для определения единицы его
теплорода, или количества теплоты, необходимой, чтобы растопить фран-
цузский фунт льда (французский фунт, установленный во времена Карла
Великого, был немного тяжелее британского и составлял 481 г). Для сво-
их экспериментов Лавуазье сконструировал ледяной калориметр — при-
бор, состоящий из трех емкостей, вставленных одна в другую наподобие
матрешки с некоторым зазором между ними. Во внутреннюю емкость по-
мещалось вещество для сжигания, а в две остальные — лед. Лед из сред-
ней емкости находился в контакте с сосудом, в котором происходило го-
рение, и таял, а получившаяся вода собиралась в отдельном сосуде внизу.
Таким образом, тщательно взвесив воду, можно было узнать количество
растаявшего льда и, следовательно, количество сообщенной теплоты. Вто-
рой слой льда использовался, чтобы внешнее тепло не влияло на таяние
льда в середине устройства и не вызывало ошибки в измерениях. В своем
знаменитом «Начальном учебнике химии» Лавуазье привел результаты
горения трех веществ — фосфора, угля и водорода — в фунтах расплав-
ленного льда на фунт сожженного материала. Хотя они содержат значи-
тельные ошибки по сравнению с современными данными (около 30% для
фосфора и водорода, но всего 1% для угля), это были первые в истории
измерения количества теплоты, высвобожденной во время химической
реакции.
Появление метрической системы
Новая единица измерения тепла не получила большого распространения
по вполне простой причине. В том же году, когда появилась работа Лаву-
азье, Францию сотрясла революция. После нее правительство страны за-
менило прежнюю систему мер на метрическую. Появилась новая едини-
ца — калория, которую мы сегодня определяем как количество теплоты,
необходимое, чтобы увеличить температуру одного грамма воды на один
менения. Автором одного был Джеймс Уатт, другого — Мёрдок.
Уатт ввел усовершенствования в конструкцию двигателей ма-
шины, позволявшие максимально ускорить ритм производства.
Различные виды работ были поделены на специфические этапы,
и рабочие занимались исключительно ими: появилась сборочная
линия. В свою очередь, Мёрдок осветил темные английские
134
ШКОЛА ТЕПЛА
градус Цельсия. Британцы, традиционно противившиеся любым измене-
ниям и проявлявшие некоторое высокомерие по отношению ко всем но-
вым веяниям, приходящим с континента, определили собственную едини-
цу — британскую термическую единицу (BTU), или количество теплоты,
необходимое для того, чтобы увеличить температуру одного британского
фунта воды на один градус Фаренгейта. Очевидно, что выбор воды для
определения единицы тепла произволен, на ее месте вполне могло быть
другое вещество. Если бы Блэк использовал вместо льда свинец, он полу-
чил бы абсолютно другую единицу тепла. Шотландец понимал это и про-
должал свои исследования. Следующим шагом было определение количе-
ства теплоты, необходимого для увеличения температуры того же
количества других веществ на то же число градусов. Блэк заметил, что
каждому веществу требуется разное количество теплоты. Он определил
это новое свойство материи как способность к теплу, или, как мы говорим
сегодня, удельную теплоемкость.
Рисунок из работы Лавуазье •Начальный учебник химии», на котором
показана схема ледяного калориметра.
ночи. Он первым ввел на предприятии газовое освещение, важ-
ное как с экономической, так и с технической точки зрения.
В 1792 году он первым в Англии начал использовать уголь для
освещения, а к 1802 году установил на фабрике Уатта в приго-
роде Манчестера газовые горелки.
ШКОЛА ТЕПЛА
135
Однако Кавендиша технология интересовала лишь в той
степени, в какой она была связана с его научными заботами. Он
начал изучать тепло почти в то же время, что и Блэк, и мы знаем
о его исследованиях об удельной теплоемкости веществ. Оста-
лось мало сведений об экспериментах Кавендиша: первая из-
вестная дата, связанная с этой работой, — 5 февраля 1765 года,
так что, должно быть, ученый начал работать в этом направле-
нии в 1764 году.
С тех пор в течение почти трех десятилетий Кавендиш ин-
тересовался различными аспектами исследований, которые
позже легли в основу новой дисциплины — термодинамики.
Он работал над термометрией, давлением водяного пара, те-
пловым расширением газов, вычислением удельных теплоем-
костей и температур плавления и кипения... Однако, как это
было и раньше, публикации Кавендиша были скудными
и практически все сводились к исследованиям по замерзанию
смесей и термометрии (здесь он провел важное исследование
свойств ртути). Все другие его работы, включая измерение
удельной теплоемкости и скрытой теплоты, оставались неиз-
вестными до тех пор, пока Уильям Вернон Харкорт не открыл
их в 1839 году. Более того, некоторые труды Кавендиша не пу-
бликовались до 1921 года.
В 1783 году Кавендиш убедился в том, что изучение точ-
ки замерзания ртути поможет ему осознать понятие скрытой
теплоты. Однако он не использовал слово «скрытая», потому
что...
«[...] она связана с гипотезой, которая зависит от предположения
о том, что тепло тел обязано содержанию в них большего или
меньшего количества вещества, называемого «материей тепла»;
а я думаю, как и сэр Исаак Ньютон, что тепло состоит во внутрен-
нем движении частиц тел».
Как видно, в первой публикации по этой теме ученый от-
казался рассматривать тепло как вещество и, следовательно, от-
рицал термин «скрытая теплота», введенный Блэком.
136
ШКОЛА ТЕПЛА
ЛОШАДИНАЯ СИЛА
Определение истинной природы тепла требовало важного синтеза, и один
из ключей к нему заключался в том, чтобы связать тепло с механическим
понятием работы. Это еще не было сделано, но идея витала в воздухе.
В шахтах Корнуолла паровая машина Уатта выкачивала морскую воду,
проникавшую в туннели. Там тепло производило работу, приводя воду
в движение. Когда Болтон и Уатт выпустили свое изобретение на рынок,
в условиях договора устанавливалось, что покупатель должен ежегодно
отдавать третью часть денег, сэкономленных на топливе с помощью ново-
го оборудования. Но как собрать деньги с новых шахт, которые покупают
машину напрямую? Как быть в случае, когда машина осуществляет больше
работы, чем прежние модели, или когда она выкачивает воду на большей
глубине, чем они? Чтобы иметь возможность взимать деньги, Болтон и Уатт
должны были найти какой-то способ сравнить производительность раз-
личных выкачивающих машин или — что то же самое — установить от-
ношение между проделанной работой и потраченным топливом. С 1782
по 1783 год Уатт тщательно измерял ритм работы лошади, тащившей во-
дяной груз, и ввел термин лошадиной силы как эквивалент поднятия 33 ты-
сяч фунтов (около 14 тонн) воды на один фут (около 30 сантиметров) в ми-
нуту. Прекрасная единица измерения для того, что механики определили
как «тяга, умноженная на пройденный путь*! Однако коммерческое пред-
ложение инженера не имело большого успеха среди ученых. Им нужно
было показать числовое отношение между работой и теплом.
Гравюра 1773 года, изображающая фабрику Болтона и Фозергилла в Бирмингеме.
ШКОЛА ТЕПЛА
137
Кавендиш занял сторону в интеллектуальной борьбе о при-
роде тепла. Кроме того, его работы, касавшиеся конструкции
более точных термометров, затрагивали другой вопрос, глубоко
связанный с предыдущим: что на самом деле измеряют эти при-
боры? Тепло и температура — взаимосвязанные понятия, в этом
никто не сомневался. Но каково их точное определение? Тепло,
кроме того, обладает еще одной уникальной характеристикой:
по-видимому, оно способно переходить от одного тела к друго-
му. Однако ученые эпохи Генри Кавендиша мало понимали, что
означает этот тепловой поток, что такое градус нагревания тела
или почему, если мы соединим теплое тело с холодным, тепло
течет от первого ко второму, пока не выравняется в обоих телах.
ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛО?
Этот сложный вопрос был одним из основных со времен греков.
Последние философы-стоики распространили свойства огня
и воздуха на все природные явления. Когда эта идея глубоко
укоренилась, произошел новый поворот событий, и теперь лю-
бое тепловое явление иллюстрировало органические процессы.
Греки рассматривали неорганический мир как проекции живо-
го существа, понимая космос как нечто биологическое.
Пришлось ждать до 1620 года, когда могучий эмпирик
Фрэнсис Бэкон (1561-1626) систематизировал все известные
данные о различных источниках тепла и холода. В его таблицах
мы можем найти луч, молнию, пламя, блуждающие огни и даже
некоторые специи, поскольку они при глотании также вызыва-
ют ощущение тепла. Из своих исследований Бэкон сделал вы-
вод, что тепло — это «сильное движение». Тем самым он укре-
пил представление о том, что это явление связано с движением.
В то же время французский священник, философ и математик
Пьер Гассенди (1592-1655), ярый сторонник атомистической
гипотезы, дал другое объяснение: тепло и холод являются веще-
ствами. Холод состоит из маленьких частиц в форме тетраэдра,
которые при проникновении в жидкость делают ее тверже.
138
ШКОЛА ТЕПЛА
Ни идеи Бэкона, ни идеи Гассенди не нашли поддержки
большинства их коллег, которые считали, что тепло — словно
жидкость, словно вода, которая течет с вершин гор в долины.
Аналогия укрепилась с открытием того, что электричество то-
же течет по проводнику, как река. Почему же тепло должно ве-
сти себя иначе?
Кавендиш встал рядом с Бэконом и Ньютоном, которые
защищали механическую природу тепла. Но с другой стороны
Ла-Манша его коллега и соперник Антуан Лавуазье готовил
связную теорию, в которой предполагалось, что тепло — это
флюид. Француз даже дал ему название — теплород.
Есть некая ирония в том, что подобная идея пришла от че-
ловека, который похоронил флогистон. Теплород считался ве-
ществом, качественно отличавшимся от остальных элементов,
за исключением света. Его называли «изысканным» флюидом,
не имеющим конкретной структуры и способным проникать
в промежутки самой твердой материи, чтобы нагреть предметы,
как это делает солнечный свет, проходя сквозь стекло. Лавуазье
полагал, что теплород состоит из неделимых частиц и имеет
удивительное свойство — не обладает обнаружимой массой.
Сжигая уголь и фосфор — два материала, выделяющие при го-
рении большое количество тепла, — в закрытом сосуде, чтобы
помешать потере продуктов реакции в окружающей атмосфере,
Лавуазье открыл, что, несмотря на «потерю» теплорода, замет-
ного изменения итоговой массы не происходит. Мало того, «не
имеющие массы» атомы теплорода ведут себя не так, как следо-
вало ожидать от нормальной материи: они взаимно отталкива-
ются друг от друга, но притягиваются обыкновенными телами.
Механизм нагревания тела описывался довольно просто.
Когда твердое тело нагревается, атомы теплорода входят в ма-
терию, приклеиваются к ее атомам и снижают интенсивность
притяжения между ними. С увеличением нагрева увеличива-
ется и число атомов теплорода, которые присоединяются к ма-
терии, следовательно, увеличивается взаимное отталкивание
между ними. В результате твердые тела плавятся, а жидкости
кипят.
ШКОЛА ТЕПЛА
139
Схожесть этих объяснений с действием флогистона оче-
видна, и даже странно, что Лавуазье, который отвергал такое
поведение флогистона, защищал то же самое в своем детище
теплороде. Впрочем, его теория несколько отличалась от тео-
рии флогистона. Поскольку речь шла о материальном флюиде,
состоящем из неделимых атомов, для него должен был соблю-
даться закон сохранения материи. Следовательно, теплород
не мог быть ни создан, ни разрушен; а то, что одно тело при-
обретает, другое должно потерять. Вот так просто Лавуазье
объяснял, почему холодные тела нагреваются и почему тепло
переходит от теплых тел к холодным — так же, как вода течет
вниз по склону.
Это объяснение тепла в то время было наиболее распростра-
ненным, но существовала и группа неуступчивых ученых. Боль-
шинство из них занимались механикой и утверждали, что все
основные физические явления, такие как тепло, свет, химиче-
ские реакции, электричество или магнетизм, можно объяснить
с помощью механических процессов. В поддержку этой точки
зрения они приводили известный факт: трение производит теп-
ло и огонь. И если для того чтобы объяснить получение огня
трением двух палочек, не нужен флогистон, для чего необходим
теплород? Они также не могли не заметить, что существует не-
кая связь между такими разными явлениями, как свет и тепло
или свет, тепло и электричество, и что некоторые химические
процессы производят звук, свет и тепло. При этом тепло ис-
пользуется для приведения вещей в движение — как в паровой
машине. Словом, ученым были уже известны все подтверждения
того, что тепло — это проявление движения, но никому не уда-
валось установить связь между этими явлениями.
Главная проблема теплорода состояла в отсутствии у не-
го массы, что вынуждало искать какое-то другое свойство, по-
зволяющее измерить количество теплорода, содержащегося
в теле. С другой стороны, существовала и проблема измерения
температуры. Термометры измеряли нечто, напрямую связан-
ное с количеством теплорода, но большая температура соотно-
силась с ощущением более теплого тела. Если же установить
связь между двумя телами — теплым и холодным, — они оба
140
ШКОЛА ТЕПЛА
ВВЕРХУ:
Гравюра
с изображением
первого
парохода,
который получил
различные
названия:
«Чудовище
Фултона»,
«Клермон»,
«Пароход
Северной реки».
Разработку
конструкции
поручили
Роберту
Фултону, для
чего он
обратился
на предприятие
Болтона и Уатта
и тесно
сотрудничал
с Уильямом
Мёрдоком.
ВНИЗУ:
Мэттью Болтон
(слева), Джеймс
Уатт (в центре)
и Уильям Мёрдок
(справа) — три
главных автора
Промышленной
революции.
Скульптура
в центре
Бирмингема,
Англия.
ШКОЛАТЕПЛА
141
стремились сравнять свои температуры точно так же, как в со-
общающихся сосудах устанавливается один уровень воды. От-
вет был очевидным: теплород течет от теплого тела к холодно-
му, пока их уровни теплорода, представленного показаниями
термометра, не выровняются.
Ученые разделяли температуру и тепло, а открытия Блэ-
ка позволяли измерить количество каждого из них и провести
между ними различия. Мы можем представить каждое веще-
ство как сосуд определенной формы. Тепло — это количество
воды, которое наливается в сосуд, а температура — уровень,
до которого она доходит в сосуде. Предположим, что у нас есть
набор градуированных сосудов, наполненных водой до неко-
торой отметки, и мы добавляем в них воду, необходимую для
того, чтобы они были заполнены до какого-то одного уровня.
Поскольку каждый сосуд имеет собственную форму, количе-
ство воды, необходимое для этого, будет разным. Это удельная
теплоемкость — количество воды (тепла), необходимое для то-
го, чтобы все сосуды (вещества) имели воду на одном уровне
(при одной температуре).
Важно заметить, что скрытая теплота или удельная тепло-
емкость означают не два различных типа тепла, а две различные
формы его применения. Первая участвует в изменении агрегат-
ного состояния вещества, а вторая необходима для увеличения
температуры объекта без изменения его состояния. Внимание
Блэка привлек тот факт, что скрытая теплота испарения для
любого вещества намного выше, чем его скрытая теплота плав-
ления. В случае с водой, например, количество теплоты, требу-
емое для испарения одного грамма воды, почти в семь раз выше,
чем количество теплоты, необходимой для плавления одного
грамма льда. Однако объяснить этот факт Блэк не смог.
Другой проблемой было низкое значение удельной тепло-
емкости металлов. Так, для увеличения температуры одно-
го грамма ртути на один градус Цельсия нужно всего лишь
3/100 калории. Представим теперь, что мы помещаем в два оди-
наковых сосуда воду при 80 °C и то же количество ртути при
20 °C. Если мы предоставим достаточное время для достижения
равновесия температур (позволим частицам теплорода проник-
142
ШКОЛА ТЕПЛА
нуть из одного сосуда в другой до достижения равенства темпе-
ратур), то температура в обоих сосудах установится на уровне
78 °C. Это означает, что для нагревания ртути на какое-то коли-
чество градусов требуется всего лишь 1/30 часть теплоты, кото-
рую нужно извлечь из воды, чтобы охладить ее на то же число
градусов. Блэк увидел во всем этом аргументы против теории
механического происхождения тепла. Он верно предположил,
что атомы ртути тяжелее атомов воды. Следовательно, если теп-
ло — это движение, тогда почему их привести в движение легче,
а не сложнее? Мы ведь все знаем, что двигать что-то тяжелое
труднее, чем что-то легкое. По-видимому, блистательный Блэк
не осознал, что, поскольку атомы ртути тяжелее и поскольку
в опыте используется одинаковое количество ртути и воды, тя-
желых атомов просто меньше. А меньшее количество атомов
предполагает меньшее количество теплорода.
С помощью теории теплорода можно было объяснить мно-
жество явлений, в то время как другая теория, согласно которой
тепло является проявлением движения, во многих случаях про-
валивалась, поскольку все еще не была достаточно проработана.
Защитники теплорода совершенно не учитывали тот факт, что
трение производит тепло, а ведь это краеугольный камень ки-
нетической теории тепла. Так было до тех пор, пока на этот крае-
угольный камень, забытый в темном углу, не обратил внимание
Бенджамин Томпсон — американец, находившийся в Европе
в изгнании после Войны за независимость.
Кавендиш был одним из немногих, кто защищал механиче-
ское происхождение тепла, потому что, среди прочего, он не мог
принять существование вещества, которое ничего не весит. Он
считал причиной тепла колебание частиц материи и все свои
эксперименты истолковывал в этом направлении.
ИСЧЕЗНУВШАЯ РУКОПИСЬ
В 1969 году лорд Чешем, потомок Генри Кавендиша, выставил
на продажу рукописи своего предка, включая манускрипт, оза-
ШКОЛА ТЕПЛА
143
главленный «Тепло». Сегодня мы знаем, что эта статья имела
два черновика и была написана в 1780-х годах, возможно после
1783 года. В ней появляется полная математическая форму-
лировка колебательной теории тепла наряду с принципом со-
хранения энергии, механическим эквивалентом тепла и рядом
применений. «Тепло» относится к той же области, что и преды-
дущая статья Кавендиша, «Заметки», но идет намного дальше.
Начинается труд как чисто механическое исследование. Ка-
вендиш делит живую силу на два типа — видимую, обладающую
центром масс, поскольку тела перемещаются и вращаются (се-
годня мы назвали бы ее механической энергией), и невидимую,
которой обладают частицы тела, когда движутся друг вокруг
друга в самом теле. В свою очередь, последняя делится еще
на два подтипа — активную (которую Кавендиш обозначил сим-
волом 5), или реальную живую силу всех частиц, которыми об-
ладает тело, и неактивную, которая имеет «потенциал» стать
активной. Так, общая живая сила — это сумма этих двух типов
сил, и она «не может измениться в качестве результата движе-
ний частиц». Кавендиш соотносил активную теплоту с активной
живой силой, скрытую теплоту — с потенциальной живой силой,
а явную теплоту — с показаниями термометра, которые связаны
с активной и скрытой теплотой и зависят от строения тела. Ко-
нечно, общая теплота остается неизменной. Разграничение раз-
личных типов теплоты — явной, скрытой, общей и активной —
позволяло объяснить явление удельной теплоемкости.
С другой стороны, когда Кавендиш объяснял, что тепло
течет от теплого тела к холодному, он утверждал, что точное
количество перетекающего тепла зависит как от веса тел, между
которыми установлена связь, так и от «какой-то другой функ-
ции — то ли от размера их частиц, то ли от какого-то другого
качества», а также от частоты их колебаний.
Нагревание тела трением также могло быть объяснено ко-
лебательной теорией Кавендиша: когда на объект действует
интенсивная сила, составляющие его частицы чувствуют необ-
ходимость сместиться и даже резко выйти за пределы поверх-
ности тела, что изменяет его скрытую теплоту и увеличивает
явную теплоту. Объяснение Кавендиша было простым: если
144
ШКОЛА ТЕПЛА
тело по какой-то причине теряет живую силу, например из-за
трения, оно сразу «увеличивает свою теплоту на соответствую-
щее количество». Как можно видеть, Кавендиш ясно различал
следствия из принципа сохранения энергии.
А что он говорил о тепле, которое выделялось при элек-
трических разрядах лейденской банки и которое ученый сам
наблюдал в своей лаборатории? Для Кавендиша частицы элек-
тричества были слишком легкими, чтобы сообщить частицам
провода достаточное количество живой силы и нагреть его.
На самом деле — добавлял он — электрические разряды пере-
мещают частицы кабеля, уменьшая его скрытую теплоту.
Тепловое расширение и изменения состояния ученый так-
же объяснял с помощью своей теории. При нагревании увели-
чивается колебание частиц, которые составляют тело; таким
образом, между ними меняются силы притяжения и отталки-
вания, а следовательно, меняется и размер тела. Когда эти ко-
лебания становятся достаточно большими, силы притяжения
и отталкивания также меняются в достаточной мере для того,
чтобы полностью изменить форму и свойства тела, что прояв-
ляется в виде плавления или испарения.
Кавендиш всегда старался подтверждать свои теории с по-
мощью экспериментов, и в этот раз произошло так же. Он триж-
ды в своей статье упоминает эксперименты, которые можно
было бы провести в будущем для доказательства его теории.
В одном из них Кавендиш хотел бы установить, «уменьша-
ется ли трение при использовании масла и жира так же, как
тепло». Этим он хотел дать ответ одному из критиков меха-
нической теории тепла — Исааку Мильнеру, преподавателю
Кембриджа. Основное возражение Мильнера заключалось
в том, что никто пока не доказал существования этого предпо-
лагаемого колебания. Кроме того, количество производимого
тепла не пропорционально движению, как это должно быть,
если тепло действительно происходит из движения. Более то-
го, поскольку масло и жир используются для исключения тре-
ния, тепло при этом также должно уйти, несмотря на движение
частиц. Именно этот факт и стремился проверить Кавендиш.
Во втором эксперименте он хотел посмотреть, что происходит
ШКОЛА ТЕПЛА
145
со скрытой теплотой во время электрических разрядов, а в тре-
тьем собирался подвергнуть различные тела воздействию сол-
нечных лучей, чтобы определить, одинаково ли общее количе-
ство поглощенного тепла: «Было бы сложно смириться с моей
гипотезой, если бы удалось доказать, что различные тела не по-
лучают одно и то же количество солнечного тепла».
Мы не знаем, ставил ли Кавендиш все эти эксперименты,
но, как бы то ни было, он опередил свое время. Механический
эквивалент тепла был найден только в середине XIX века. Бо-
лее того, Кавендиш предвидел то, что известно нам как кине-
тическая теория. Он утверждал, что определив живую силу,
соответствующую увеличению явной теплоты тела, и предпо-
ложив, что общая теплота тела при тысяче градусов в два раза
больше, чем при нуле градусов, можно «вычислить скорость,
при которой колеблются его частицы». Максвелл и Больцман
сделали это спустя 100 лет.
ПУШЕЧНАЯ ФАБРИКА
Любопытно, что сторонников теории тепла как флюида также
беспокоило выделение тепла при трении. Наблюдения Бенджа-
мина Томпсона, графа Румфорда, сделанные на пушечных фа-
бриках Баварии, были напрямую связаны с серьезной пробле-
мой, которую защитники теплорода в течение долгого времени
старательно обходили. Томпсон был знаком с теорией тепло-
рода, но благодаря работам Бургаве считал, как и Кавендиш, что
тепло вызвано колебательным движением материи. Работники
фабрики знали: чтобы просверлить в твердой свинцовой трубе
канал, ее нужно поливать водой, чтобы свинец не расплавился
из-за сильного тепла, выделяющегося во время этой операции.
Томпсон увидел в этом серьезный аргумент против священной
теории теплорода и принципа сохранения этого флюида. Со-
гласно доктрине, каждое тело обладает заданным количеством
теплорода, которое можно из тела полностью извлечь. Однако
в случае с пушкой, похоже, можно было произвести сколько
146
ШКОЛА ТЕПЛА
ЧЕЛОВЕК, УНИЧТОЖИВШИЙ ТЕПЛОРОД
Бенджамин Томпсон (1753-1814) был
настоящим авантюристом. Он родился
в Вобурне (Массачусетс), а во время
Войны за независимость США присо-
единился к английской стороне. Он
тщательно скрывал свои политические
симпатии, шпионя в пользу армии Ее
Величества. Страстно увлеченный на-
укой, в молодости Томпсон прочитал
работы нидерландского химика и вра-
ча Германа Бургаве, и благодаря им
склонился в сторону практической на-
уки, имеющей применение в повсед-
невной жизни. Нечто подобное произо-
шло и с учеником Бургаве в Лей-
дене — химиком Эдинбургского уни-
верситета Уильямом Калленом, кото-
рый, в свою очередь, решительно по-
влиял на карьеру Джозефа Блэка.
Тот же самый утилитарный подход, ко-
торый привел Блэка к перегоночным
Бенджамин Томпсон.
заводам, направил Томпсона в сторону военного искусства. И так же как
это произошло с Блэком, он не мог представить себе, что его чисто прак-
тический интерес приведет науку к верному пониманию тепла.
Изгнание в Европу
Томпсон посвящал довольно много времени развитию технических нови-
нок, в частности невидимых чернил, используемых им для секретной пере-
писки с англичанами, и баллистического маятника, с помощью которого
Томпсон измерял мощность выстрела. В 1775 году, боясь разоблачения,
он попросил англичан вывезти его из Америки в Лондон. Оттуда Томпсон
перебрался на континент и начал путешествие по Центральной Европе.
После долгих перипетий в 1784 году он стал флигель-адъютантом курфюр-
ста Баварии с почетным титулом граф Румфорд Священной Римской им-
перии. Часть его работы заключалась в том, чтобы организовывать и сна-
ряжать баварскую армию. Среди многочисленных идей Томпсона одна
была особенно интересная: чтобы сделать военный бюджет доходным, он
построил заводы, где солдаты изготавливали используемое ими вооруже-
ние. Во время одной из своих обычных инспекций в Мюнхене Томпсон
заметил нечто действительно любопытное: при сверлении пушек выделя-
лось большое количество тепла. Как это много раз случалось в истории,
миг озарения перед совершенно обычным и прекрасно известным фактом
фундаментально изменил понимание мира.
ШКОЛА ТЕПЛА
147
угодно теплорода без каких-либо ограничений. В своей работе
«Исследование источника тепла, возбуждаемого трением»
(1798) Румфорд делает вывод:
«Едва ли необходимо подчеркнуть, что что-либо, будучи в состо-
янии непрерывно быть производимым без предела изолированным
телом или системой тел, не может быть некоторой материальной
субстанцией; и мне казалось бы чрезвычайно трудным, если не со-
вершенно невозможным, образовать точное представление о вещи,
могущей быть произведенной и передаваемой подобно тому, как
производилось и передавалось в этих экспериментах тепло, иначе
как о движении».
Тезис Томпсона заключался в том, что если можно произ-
вести сколько угодно теплорода, то он не сохраняется, следова-
тельно, это не вещество. Более того, с помощью очень чувстви-
тельных весов (с погрешностью в одну миллионную) граф
Румфорд доказал, что Лавуазье поступил очень хитро, назначив
своему теплороду нулевую массу. В весе определенной массы
воды при ее превращении в лед и вновь в воду нет измеримых
изменений, несмотря на то что количество использованного
тепла может накалить 300 г золота от его начальной температу-
ры в 0 °C. Следовательно, «тепло, если это флюид, должно быть
таким бесконечно своеобразным, даже в самом конденсирован-
ном виде, что это делает невозможными все наши попытки от-
крыть его тяготение». Это было мощным аргументом для Ка-
вендиша и Томпсона: немыслимо полагать, что нечто мате-
риальное не имеет веса. Если это материя, она должна обладать
массой. Итак — продолжал Томпсон — мы не можем наблюдать
изменения в весе предметов только в том случае, если тепло —
«всего лишь сильное колебательное движение составных частиц
тел».
148
ШКОЛА ТЕПЛА
ГЛАВА 8
Сколько весит наш мир
Благодаря последнему эксперименту
Генри Кавендиша, который он поставил
в возрасте 67 лет, его имя вписано золотыми
буквами в историю науки. Это был самый изощренный
из когда-либо поставленных экспериментов, изначально
предназначенный для измерения средней плотности
Земли. Однако в результате сегодня мы помним
ученого как человека, определившего значение
силы тяготения, и во всех учебниках это
называется «экспериментом
Кавендиша».

Кавендиш был не просто городским жителем, он был лондон-
цем. Хотя часть своего времени он посвящал подготовке экспе-
диций и путешествий для членов Королевского общества, сам
он никогда не участвовал ни в одном из них. Однако с 1785 го-
да, когда Кавендишу было уже за 50, этот человек с устоявши-
мися привычками совершил ряд поездок по Англии в сопро-
вождении своего друга Чарльза Блэгдена. Тот был человеком,
полным авантюризма и страстного желания увидеть «большой
мир». Его изумляла «чрезвычайная глупость людей», которые
жили, запершись в своем «маленьком мире».
Безустанный путешественник, он убедил Кавендиша, что
тот должен посвятить какое-то время посещению некоторых
мест в Великобритании, которые ему, безусловно, понравятся.
На самом деле просьба Блэгдена соответствовала привычке со-
стоятельных английских путешественников нового времени,
которые отправлялись в свой гран-тур, в этот раз предназначен-
ный для того, чтобы восхититься Промышленной революцией
и технологической мощью империи. Конечно, обязательным
пунктом такого путешествия должно было быть посещение за-
вода Уатта и Болтона в Бирмингеме. Туда вояжеры и направи-
лись по дороге в Уэльс. Наверняка встреча Кавендиша с Уаттом
была довольно напряженной — всего год прошел с того момен-
та, как развернулась их полемика из-за воды. Однако точных
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
151
сведений об этой встрече у нас нет, зато есть свидетельства
о том, что оба хотели поддерживать как можно более тесные
научные отношения.
Первая поездка пробудила в Кавендише новый интерес —
к геологии. В пути друзья рассматривали геологические обра-
зования, брали образцы горных пород и минералов... Об этом
новом увлечении Кавендиш с тех пор в своих поездках не забы-
вал. В следующем году друзья сменили промышленный пейзаж
востока Англии и Уэльса и отправились в историческое граф-
ство Йоркшир, в котором в то время процветала добыча угля.
Целью поездки было навестить их хорошего друга преподоб-
ного Джона Мичелла в его доме в Торнхилле. Ученые говорили
обо всех темах, которые их интересовали, обсуждали с Мичел-
лом магнетизм, сейсмологию и астрономию, и Кавендиш вновь
посвятил много времени геологии. Перед отъездом Мичелл
сделал ему бесценный подарок: таблицу слоев, взятых каждые
2,5 см до глубины в 67 м.
Летом 1787 года, на третий год, Кавендиш и Блэгден от-
правились в направлении юго-запада Англии, в Корнуолл. Они
объехали береговую линию, «чтобы поставить некоторые экс-
перименты» (мы не знаем какие). Они намеревались попасть
в шахты на этой территории и даже запаслись для этой цели
рекомендательным письмом Уатта. Также путешественники по-
сетили глиняный карьер Джозайи Уэджвуда, дедушки Чарлза
Дарвина и гончара — он начал свою карьеру с починки китай-
ского и делфтского фарфора, а затем скопировал кувшин, кото-
рый по ошибке счел этрусским и который в итоге стал реально
используемой посудой. Конечно, путешественники проводили
барометрические измерения на холмах, которые им встречались.
Это была последняя поездка, которую они осуществили
вместе, изучая промышленные процессы, измеряя высоту гор,
проводя метеорологические наблюдения, собирая камни и ми-
нералы, чтобы затем определить их химические характеристи-
ки, и делая заметки о порядке слоев.
Несмотря на большое количество заметок и наблюдений,
Кавендиш понимал, что не встретил в этих путешествиях ниче-
го достойного публикации. Однако в своих химических иссле-
152
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
дованиях он перешел от газов к изучению промышленных и гео-
логических процессов. Этому предмету Кавендиш и посвятил
значительную часть последней четверти своей жизни. Мы знаем
об этом благодаря книге заметок, которую ученый озаглавил
«Белая книга № 1» и которая вышла в свет во второй полови-
не XX века.
Интерес Кавендиша к геологии проявляется в его послед-
ней рекомендации кандидату на вступление в Королевское об-
щество: им был сэр Джеймс Холл, геолог, известный как отец
английской экспериментальной геологии. Холл хотел сфор-
мулировать полную теорию геологии, в которой центральной
осью и главной причиной всех процессов является тепло.
ФОРМА ЗЕМЛИ
Большим международным научным проектом XVIII века было
измерение дуги меридиана в различных точках земного шара.
Французы и англичане сотрудничали в этом проекте, позволяв-
шем точно определить форму нашей планеты. Около 1735 года
Французская академия наук организовала экспедицию в Юж-
ную Америку, чтобы определить длину дуги рядом с экватором.
Ее наиболее выдающиеся члены Пьер Бугер и Шарль Мари де
ла Кондамин работали там в течение нескольких лет. В экспе-
диции участвовали также испанцы Антонио де Ульоа и Хор-
хе Хуан, два молодых гардемарина 21 и 19 лет соответственно,
которых Филипп V направил для сопровождения ученых в ви-
це-королевство Перу по просьбе его двоюродного брата Людо-
вика XV. Любопытно, что Хорхе Хуан получил гораздо более
точное значение дуги меридиана на экваторе, чем французские
ученые. Постоянные размолвки привели к тому, что де ла Кон-
дамин покинул проект и отправился исследовать Амазонку,
откуда привез, среди прочего, первое описание знаменитого
яда — кураре.
Бугер, в свою очередь, посвятил около десяти лет проекту,
одной из целей которого было определение средней плотности
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
153
планеты. Для этого он проводил измерения с помощью секунд-
ного маятника (его период равен двум секундам) на различной
высоте: в Кито, у подножия вулкана Пичинча, на острове Инка
на реке Эсмеральде. Как и можно было предположить, Бугер
выяснил, что длина маятника с увеличением высоты должна
уменьшаться. Любопытно, что это уменьшение не соответство-
вало закону обратных квадратов. Бугер объяснил это влиянием
гор, окружавших Кито. В своих неизданных заметках Кавендиш,
который был знаком с научными работами француза, указыва-
ет на неопределенность этих наблюдений:
«Если бы было большее количество материи под горной цепью,
обладающее меньшей плотностью, чем обычно на поверхности
Земли (что возможно, поскольку большинство холмов — это вул-
каны), длина маятника в Кито или на Пичинче была бы меньше,
из-за чего казалось бы, что средняя плотность Земли больше ре-
альной величины».
Другой метод вычисления плотности нашей планеты со-
стоял в измерении отклонения отвеса у основания горы, как это
сделал Бугер в 1738 году на вулкане Чимборасо. Кавендиш так
характеризовал эти два метода: «Первый проще осуществить,
но второй мне кажется намного более удовлетворительным».
Бугер заметил отклонение в 8 секунд дуги, но не придал боль-
шого значения своему результату, поскольку предполагал, что
плохие условия работы привели к экспериментальным ошиб-
кам; в итоге он предложил в будущем повторить этот экспери-
мент в лучших условиях, во Франции или в Англии. Несмотря
ни на что измерения Бугера на Чимборасо позволили откло-
нить гипотезу астронома Эдмунда Галлея о том, что наша пла-
нета полая внутри.
Несколько десятилетий спустя Королевское общество
по рекомендации королевского астронома Невила Маскелайна
создало Комитет по притяжению, в котором Кавендиш играл
выдающуюся роль; среди его заметок найдено много страниц
с бесчисленными расчетами, связанными с проблемой отвеса.
Работа комитета началась в 1772 году и длилась два года. После
154
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
долгого обсуждения вопроса о том, какая гора больше подходит
для измерений, комитет остановился на горе Шихаллион, рас-
положенной в шотландском графстве Пертшир. Она стояла от-
носительно обособленно и обладала почти симметричной фор-
мой. Полевые наблюдения начались в июле 1774-го и за-
кончились в ноябре того же года.
Маскелайн оборудовал две станции для наблюдений — од-
ну на северном склоне и другую на южном — и получил среднее
отклонение в обеих. Он внес в свои наблюдения корректировку
в связи с эффектом кривизны Земли и с помощью тригономе-
трии определил расстояние между станциями. Так Маскелайн
выяснил, что сумма отклонений отвеса с обеих сторон горы рав-
на 11,6 секунды дуги. Перейти от этого значения к значению
средней плотности Земли выпало великому геологу Джеймсу
Геттону, которому в значительной степени помогла математи-
ческая поддержка Кавендиша. Это было чрезвычайно трудоем-
кое задание, результат которого был опубликован в 1778 году.
Так называемый Шихаллионский эксперимент показал, что
средняя плотность Земли в 4,48 раза больше плотности во-
ды. Последующие корректировки, учитывающие, в частности,
плотность окружающих скал, позволили исправить это число
на 4,87.
С учетом количества переменных, влиявших на определе-
ние плотности Земли при прямых геологических измерениях,
неудивительно, что этому способу искали альтернативы. Одним
из вариантов были крутильные весы, которые изобрел Джон
Мичелл, чтобы «взвесить мир», как писал Кавендиш в своем
письме Мичеллу от 1783 года: «Если здоровье не позволит Вам
продолжить эксперименты с ним [с телескопом], по крайней
мере я надеюсь, что у Вас получится осуществить более легкую
и менее трудоемкую работу по взвешиванию мира». Основная
идея Мичелла состояла в том, чтобы измерить гравитационное
притяжение между двумя массами известной плотности с по-
мощью крутильных весов или маятника. К несчастью, Мичелл
умер до завершения своего эксперимента, а его прибор был
передан Кавендишу, который изучил весы, усовершенствовал
их и начал свои опыты.
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
155
ПОСЛЕДНЯЯ БОЛЬШАЯ СТАТЬЯ
Уже десять лет Кавендиш не публиковал ничего в журнале Об-
щества. Конечно, он продолжал работать, но, похоже, не находил
ничего достойного того, чтобы быть прочитанным перед учены-
ми членами Общества. Однако, как в голливудских фильмах,
ученый приберег самое важное под конец. Действительно, он
вошел в историю благодаря своей последней статье, в которой
описан знаменитый «эксперимент Кавендиша». На самом деле
ЧЕЛОВЕК И МАЯТНИК
Кавендиш так описал инструмент, который принес ему известность: «При-
бор очень простой». Так оно и было, хотя ученый с его помощью совершил
самое утонченное измерение в истории науки. Крутильный маятник со-
стоял из подвижной части — деревянной палочки длиной 6 футов (1,8 м),
подвешенной горизонтально за тонкий провод, прикрепленный к ее сере-
дине. С каждого конца свисал свинцовый шарик диаметром 2 дюйма
(5 см). Палочка могла колебаться в горизонтальной плоскости. Гравита-
ционная сила воздействовала на маленькие свинцовые шарики через два
шара (которые Кавендиш называл гирями), также из свинца, они весили
350 фунтов (158 кг) и имели диаметр 12 дюймов (30,5 см). Определяющее
значение имела геометрия прибора. Большие шары, когда из-за гравита-
ции тянули маленькие, вызывали почти незаметное искривление палочки,
что и нужно было измерить вместе с периодом колебания. Все устройство
было заключено в деревянную коробку (которую Кавендиш называл «ком-
натой»), чтобы защитить от любого воздействия, даже минимального. Уче-
ный знал, что сила, с которой гири притягивают шарики, в 50 миллионов
раз меньше их собственной массы, поэтому нужно было предпринять мак-
симальные меры предосторожности, чтобы избежать искажений, вызван-
ных, например, сквозняком или перепадом температуры. Кавендиш пишет:
«Я решил поместить прибор в комнату [коробку], которая все время за-
крыта; я наблюдал за движением палочки с помощью телескопа и мог
приводить в движение гири без необходимости входить в комнату». Также
на каждый конец рычага он поместил кусок слоновой кости, «чтобы он
служил штангенциркулем, и разделил эту градуировку на пять частей; так
можно было заметить отклонение рычага на сотую часть дюйма, если
не меньше». Не будем забывать, что в то время сделать подобные отметки
на слоновой кости с требуемой точностью было сложно само по себе.
156
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
это цикл из 17 экспериментов, каждому из которых предшество-
вали многочисленные проверки и испытания.
Первый опыт Генри начал 5 августа 1797 года, а закончил
первую серию из восьми экспериментов в последнюю неделю
сентября. В следующем году — с конца апреля до конца мая —
он провел новую серию и представил результаты Королевско-
му обществу 21 июня 1798 года.
Это был чрезвычайно сложный опыт, и Кавендишу при-
шлось максимально использовать свою находчивость. С маят-
Чтобы снимать показания, Кавендиш сделал маленькие стеклянные окош-
ки, через которые попадал свет. К ним он добавил ряд сходящихся линз,
позволявших видеть шкалу «при отсутствии какого-либо другого света
в комнате*.
Крутильные весы Кавендиша состоят из двух маленьких шариков, присоединенных к концам
горизонтального бруска, который подвешен на тонкой металлической проволоке. Когда два
больших шара помещаются рядом с меньшими шарами, сила притяжения между маленькими
и большими шарами заставляет брусок вращаться, и проволока скручивается. Следует
измерить угол, на который вращается брусок, с помощью отклонения пучка света,
отражающегося в зеркале, присоединенном к вертикальному подвесу. На откалиброванном
аппарате на основе этого скручивания можно вычислить значение G.
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
157
ником, заключенным в коробку высотой три метра, Кавендиш
измерял малейшие колебания благодаря телескопу и кусочкам
слоновой кости, расположенным с каждой стороны коробки
«так близко от горизонтального центра, насколько это было воз-
можно, не опасаясь, что они будут его касаться», на слоновой
кости были нанесены отметки с шагом в 1/20 дюйма.
Ученый ставил эксперименты, помещая гири в три различ-
ных положения, которые он назвал положительным, отрица-
тельным и срединным. Осторожность, с которой нужно было
осуществлять измерения, была чрезвычайной, поскольку речь
шла о колебаниях малой амплитуды и малого периода. Для из-
мерения последнего Кавендиш применил собственный метод:
«Я наблюдал последовательно три экстремальные точки колеба-
ния и взял среднюю между первой и третьей, соответствующим
одному и тому же направлению, а затем измерил разницу между
полученным итоговым значением и второй точкой».
Измерить период колебания было намного сложнее. Спо-
соб, использованный Кавендишем, был очень тщательно раз-
работан, он дает нам представление о его способностях как уче-
ного-экспериментатора:
«Я заметил две экстремальные точки колебания, а также сколько
раз рычаг приходит в два заданных подразделения, расположен-
ных между обоими концами, стараясь, чтобы эти подразделения
были с обеих сторон от средней точки, но не очень далеко от нее.
Тогда я вычислял среднюю точку колебания и пропорционально
находил время, за которое рычаг пересекался с этой средней точ-
кой. После некоторого числа колебаний я повторял эту операцию
и делил промежуток времени между приходом рычага в эти две
средние точки на число колебаний, что дало мне время одного
колебания».
После начала эксперимента его нельзя было прерывать.
В зависимости от прочности проволоки, поддерживающей ма-
ятник, опыт мог длиться до двух часов.
158
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
ПЛОТНОСТЬ ЗЕМЛИ
Поскольку прибор был таким простым, а эксперимент — таким
очевидным, никто и не думал, что представленная Королевско-
му обществу статья под названием «Опыты по определению
плотности Земли» будет слишком уж большой. Однако работа
занимала 57 страниц и стала вторым по величине трудом Ка-
вендиша после статьи, посвященной теории электричества.
Такой большой объем объяснялся желанием Кавендиша как
можно точнее изложить свои наблюдения, поскольку он знал,
что только в этом случае его коллеги примут результаты работы.
В статье он обсуждает возможные источники ошибок и коррек-
тировки, внесенные для их исправления. Основным предметом
беспокойства исследователя было то, что высокая температура
воздуха влияла на работу прибора, поэтому он посвятил много
времени объяснению того, как он избежал этого эффекта. Также
Кавендиш подробно описал методику наблюдения и меры пре-
досторожности, принятые, чтобы не ошибиться в измерениях.
Он нашел некоторую неточность в колебании рычага маятника
из-за сопротивления воздуха, хотя смог выяснить, что отклоне-
ние незначительное. При каждом новом эксперименте он опре-
делял заново время колебаний прибора, чтобы избежать «слу-
чайных притяжений, таких как электрические». Во время серии
предварительных испытаний Кавендиш заметил, что притяже-
ние, вызванное гирями, словно увеличивается со временем. Тог-
да он проанализировал упругость используемой проволоки
и решил заменить ее на более жесткую. Затем Кавендиш по-
считал, что вариации вызваны действием магнитного поля Зем-
ли, и чтобы проверить догадку, он начал каждый день вращать
прибор и заменил гири магнитами. Как видите, Кавендиш был
прирожденным экспериментатором: если у него было подозре-
ние в существовании источника ошибки, он увеличивал воздей-
ствие этого источника, чтобы количественно оценить его влия-
ние. К сожалению, причиной этих колебаний был не магнетизм.
Возможно, причина была в «разнице температур между гирями
и коробкой». Это была немного безумная идея, но Кавендиш
провел несколько дней, помещая лампы под гири и термометр —
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
159
в коробку. И действительно, это и был источник ошибки! Дело
в том, что ночью гири остывали меньше коробки, и эта разница
температур вызывала появление конвекционных потоков, ко-
торые в итоге приводили шарики в движение и искажали ре-
зультаты.
Когда ученый убедился, что контролирует все источники
экспериментальных ошибок, он начал измерения. Кавендиш
опубликовал результаты 17 опытов, три из которых делал с пер-
вой проволокой, а остальные — с более жесткой. Во многих экс-
периментах он смог вычислить два значения для плотности
Земли, делая измерения в «положительном» и «отрицательном»
положениях гирь. Кавендиш получил 29 результатов для плот-
ности нашей планеты, и все они находились между 4,88 и 5,85
относительно единицы воды: «Из поставленных экспериментов
следует, что плотность Земли в 5,48 раза выше плотности воды».
Заканчивал статью Кавендиш со всей своей скромностью:
«В соответствии с экспериментами, поставленными д-ром Маске-
лайном относительно притяжения на холме Шихаллион, плот-
ность Земли в 4,5 раза больше плотности воды; это значительно
отличается от полученных результатов — в большей степени, чем
ожидалось».
СЛЕДСТВИЯ
Благодаря этой работе Кавендиш завоевал большой авторитет
среди коллег. Геттон, вычисливший плотность Земли с помо-
щью измерений Маскелайна на Шихаллионе, написал, что он
определил не плотность нашей планеты, а частное между ней
и плотностью горы. Геттон предположил, что плотность горы
равняется средней плотности обыкновенной скалы, в 2,5 раза
больше плотности воды. Теперь геолог считал, что плотность
горы в 3 или 3,5 раза больше плотности воды, что давало в ре-
зультате плотность Земли «от 5 до 6, возможно, ближе к по-
следнему». Как можно видеть, Геттон стремился к тому, чтобы
160
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
его подсчеты были максимально близки к результатам Кавен-
диша.
Лаплас намного выше своих [французских ученых],
как и Кавендиш выше нас.
Блэгден в письме Джозефу Бэнксу, председателю Королевского общества
На самом деле мало кто сомневался, что эксперимент Ка-
вендиша лучше экспериментов Королевского общества.
В 1807 году физик Томас Юнг опубликовал свои лекции по на-
туральной философии, в которых утверждал, что эксперимент
Кавендиша намного точнее. В 1811 году Джон Плейфэр изучил
структуру Шихаллиона и открыл, что она сложена тремя типа-
ми пород: одна имеет плотность 2,4, другая — между 2,7 и 2,8
и третья — между 2,75 и 3, в связи с чем средняя плотность горы
составляет 2,75, что немногим выше средней плотности в 2,5,
которую изначально принял Геттон для своих расчетов. Однако,
несмотря на внесенное исправление, научное сообщество боль-
ше доверяло эксперименту Кавендиша.
Конечно, убеждены были не все ученые. Некоторые, как
указал Лаплас в 1802 году, считали, что в опытах была задей-
ствована не только сила тяготения, но и, возможно, электри-
чество. Лаплас сказал Блэгдену, который в то время находился
в Париже, что было бы хорошо повторить эксперимент «с дру-
гим материалом большего удельного веса, чем свинец, напри-
мер с капсулой, наполненной ртутью, или со слитком золота».
В своей статье Кавендиш говорил о намерении повторить экс-
перимент, исправив некоторые детали, но, насколько мы зна-
ем, он этого не сделал. Зато опыт повторили другие: в XIX веке
плотность Земли была измерена методом Кавендиша по край-
ней мере шесть раз, а методом Королевского общества — два
раза. Спустя более чем 20 лет, в 1820 году, великий астроном
Лаплас написал:
«Внимательно осмотрев прибор г-на Кавендиша и его экспери-
менты, сделанные с точностью и проницательностью, которые
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
161
ОТ НЬЮТОНА ДО ЭЙНШТЕЙНА
Получив значение G, Кавендиш закрыл
теорию тяготения Ньютона, с помощью
которой можно было дать полное и со-
гласованное описание движения пла-
нет. Однако в 1859 году французский
астроном Урбен Жан Жозеф Леверье
(1811-1877) открыл некоторые рас-
хождения в наблюдаемых положениях
Меркурия относительно положений,
вычисленных с помощью уравнений
небесной механики. Эта легкая анома-
лия не имела объяснения. Согласно
ньютоновской механике, Меркурий
должен следовать вокруг Солнца
по эллиптической орбите. Но если
включить гравитационные притяжения
остальных планет, проявляется любо-
пытный эффект: орбита Меркурия те-
ряет свою статичность и сама начина-
ет вращаться. Это орбитальное
вращение известно как смещение
перигелия (то есть точки, самой близ-
Альберт Эйнштейн.
кой к Солнцу), и его можно вычислить с помощью ньютоновской теории
тяготения. Результат, полученный в результате утомительных расчетов,
составил 531 секунду дуги за 100 лет. Таким образом, перигелий Меркурия
делает полный оборот вокруг Солнца каждые 244 тысячи лет. Однако на-
блюдения Леверье не совпадали с теоретическими расчетами: перигелий
Меркурия двигался на 8% быстрее, чем говорила ньютоновская механика.
Леверье решил, что это происходит из-за влияния еще не обнаруженной
планеты, вращающейся между Меркурием и Солнцем, которую он назвал
Вулканом. После множества бесплодных попыток астрономы решили, что
Вулкана не существует, и закрыли глаза на практически незаметное от-
клонение орбиты Меркурия на 43 секунды дуги за 100 лет. Однако это не-
заметное отклонение помогло произвести революцию в физике.
Общая теория относительности
В1915 году Альберт Эйнштейн выдвинул общую теорию относительности,
которая была не чем иным, как новой теорией тяготения, дополняющей
теорию Ньютона, сформулированную в 1687 году. И этот маленький каме-
шек в сапоге астрономии, эти 43 секунды дуги за 100 лет были одним
из доказательств правоты Эйнштейна. Новая теория смогла объяснить это
ничтожное расхождение с расчетами. Во Вселенной даже самые мельчай-
шие различия могут иметь громадный смысл.
162
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
характеризуют этого блестящего физика, я не нашел никаких воз-
ражений результату в 5,48 для средней плотности Земли».
Сегодня мы знаем, что средняя плотность равна 5,51. Эти
два числа разделяют более двух веков, что еще раз доказыва-
ет высокий экспериментальный талант застенчивого ученого.
Блэгден никогда не сомневался в чрезвычайных научных спо-
собностях своего друга. После смерти Кавендиша он написал:
«По моему мнению, это самый лучший философ, который есть
или был в наше время в Королевском обществе».
Со временем эксперимент Кавендиша перестал считаться
экспериментом по определению средней плотности нашей пла-
неты. Он превратился в эксперимент, с помощью которого было
измерено значение универсальной гравитационной постоян-
ной, G, определяющей интенсивность гравитации. Ньютон впер-
вые описал силу тяготения в своих знаменитых «Математиче-
ских началах»', она пропорциональна произведению масс
и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Но чтобы получить полное описание, нужно было знать кон-
станту пропорциональности, определенную как сила, с которой
взаимно притягиваются два тела массой в один килограмм, раз-
деленные расстоянием в один метр. Работа Кавендиша позво-
лила 111 лет спустя закрыть вопрос, на который не дал ответа
великий Ньютон, и таким образом завершить первое математи-
ческое описание основной силы природы. Это чрезвычайно
важный факт. Неудивительно, что в 1895 году британский фи-
зик Чарлз Вернон Бойз, улучшив крутильные весы и повторив
эксперимент Кавендиша, написал:
«Благодаря универсальности константы G одновременно возвы-
шенно и смешно писать, что целью этого эксперимента было най-
ти массу Земли, или среднюю плотность, или, что менее удачно
сформулировано, вес Земли».
Эксперимент Кавендиша остался в истории. Сообщество
физиков сочло его одним из десяти самых красивых экспери-
ментов в истории физики, и небезосновательно. Современный
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
163
физик и специалист по тяготению Кук написал в 1987 году
в связи с 300-летней годовщиной публикации знаменитой кни-
ги Ньютона:
«Самым важным достижением в экспериментах по тяготению бы-
ло введение крутильных весов Мичеллом и их применение Ка-
вендишем. Это была основа всех самых значимых экспериментов
по тяготению с тех пор».
ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ УЧЕНОГО
Последние исследования Кавендиша явно тяготели к астроно-
мии. В 1790 году он написал заметку о полярных сияниях, в ко-
торой анализировал три отчета о необычном сиянии, зафикси-
рованном в 1786 году. Другая заметка была посвящена статье
по мореходной астрономии испанца Хосе де Мендосы и Риоса,
астронома и математика, чей «Трактат о навигации» (1787) стал
основной работой в Европе. Также Кавендиш опубликовал труд
об индийском календарном годе. В те времена индийские астро-
номические знания активно изучались, и эта тема захватила
и Кавендиша: не зря он пополнил свою библиотеку книгами
об Индии и подписался на журнал Азиатского общества Каль-
кутты «Азиатские исследования». Наконец, в 1809 году Кавен-
диш опубликовал свою последнюю статью — «Усовершенство-
ванный метод градуировки астрономических инструментов».
Это в высшей степени техническая работа, посвященная одной
из проблем астрономических приборов того времени. Наблю-
дения за небесными объектами критически зависели от того,
можно ли точно разделить прямые и окружности на равные ча-
сти. Если нет, то подробная карта неба, полезная для любого
астронома, становилась невозможной. И тем более невозможны
были расчеты движения планет, астероидов и комет с помощью
уравнений небесной механики. Поскольку Кавендиш был при-
знанным экспертом в любых научных приборах, Королевское
общество поручило ему пересмотреть методы, которыми поль-
164
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
ВВЕРХУ:
Изображение
крутильного
прибора,
который
использовал
Кавендиш
для расчета
значения
гравитационной
постоянной.
ВНИЗУ:
Гора Шихаллион
где команда
Королевского
общества
ставила
эксперименты
для выяснения
средней
плотности
Земли.
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
165
зовались изготовители научных приборов для деления на ква-
дранты и экваториальные круги...
Между тем жизнь продолжалась, а политическая ситуация
в мире становилась все острее: в 1798 году, когда Кавендиш
взвесил мир, Наполеон завершил кампанию в Италии и бро-
сился на завоевание Египта. Англия с беспокойством смотрела
по другой берег Ла-Манша, и совет Общества принял предло-
жение вручить 500 фунтов Банку Англии «в качестве добро-
вольного пожертвования на защиту страны в такую критиче-
скую эпоху».
Несмотря на ветер войны, Кавендиш не отступал от еже-
дневной рутины: он ставил эксперименты (вернулся к химии),
ходил на научные заседания Общества и недавно созданного
Королевского института, по четвергам ужинал в Клубе Коро-
левского общества... Жизнь ученого практически не менялась,
как и его одежда, давно отставшая от моды. Эта экстравагант-
ность так привлекала внимание, что начали поговаривать, буд-
то у Кавендиша нет платяного шкафа. Впрочем, этот слух не был
так уж далек от реальности, потому что после смерти ученого
его одежда в Клэпхэм Коммон была оценена в 37 фунтов, а гар-
дероб на Бедфорд-сквер — ни во что. Не был ученый и гурманом:
тот, кому повезло быть приглашенным к Кавендишу на ужин,
находил на столе поднос с бараньей ногой. Как-то раз экономка
сказала ему, что, судя по числу гостей, одной ноги будет недо-
статочно, и Кавендиш ответил: «Хорошо, тогда несите две». Де-
ло не в том, что он жадничал, — это было действительно его
любимое блюдо, хотя на столе ученого появлялась и свинина,
и треска, и телятина, и устрицы. Погреб на Бедфорд-сквер так-
же говорит о непритязательных вкусах Кавендиша: несколько
бутылок портвейна, белое вино, знаменитое венгерское токай-
ское...
А вот чего посетитель его дома не нашел бы, так это про-
изведений искусства: картины и портреты родственников Ка-
вендиша на Бедфорд-сквер были оценены в 13 фунтов. Мебель
также не имела большой ценности: в каждом из его домов она
была оценена в 600 фунтов. Зато у ученого было немного дра-
гоценностей (стоимостью 2000 фунтов), унаследованных от его
166
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
КОРОЛЕВСКИЙ ИНСТИТУТ
В Париже побеждала Революция,
а в Лондоне развивалась противопо-
ложная тенденция приверженности
старым социальным институтам, за-
медлявшая развитие науки. Един-
ственным шагом вперед было основа-
ние в 1799 году Королевского
института. Своим созданием учрежде-
ние было обязано Бенджамину Томп-
сону, который ясно понимал, что три-
умф Промышленной революции
зависит оттого, появится ли новый тип
инженера, который опирается на на-
учные знания, а не на слепую тради-
цию. Вместе с Джозефом Бэнксом
Томпсон убедил английских магнатов
основать под покровительством коро-
ны институт, который «распростра-
Гемфри Дэви.
нял бы знания и предоставлял общее образование в области механических
изобретений, философское образование, а также эксперименты и спосо-
бы применения науки в повседневных жизненных объектах».
Гемфри Дэви
Первым директором Королевского института был Гемфри Дэви (1778-
1829), знаменитый изобретатель шахтерской лампы. В своей инаугураци-
онной речи 1802 года 23-летний Дэви прекрасно выразил ощущение вре-
мени: «Неравное разделение собственности и работы, различие в ранге
и положении в человеческом роде — это источники власти в цивилизо-
ванной жизни, ее движущие силы и даже ее истинная душа». Дэви под-
держивал стремление некоторых ученых выстраивать иерархию людей
в зависимости от их расы и происхождения. При таком подходе Королев-
ский институт стал прибежищем представителей средне-высокого класса.
Вскоре на его задней двери, через которую любой инженер мог незамет-
но войти на заседания института, появился замок. Администрация хотела
видеть в стенах учреждения более избранную публику. И все же, несмотря
на такие препятствия, именно здесь процветала единственная субсидиру-
емая лаборатория, где было сделано большинство открытий того времени.
И хотя просветительская работа Дэви ограничивалась публичными лек-
циями, они привлекли внимание юного ученика переплетчика по имени
Майкл Фарадей, который стал знаменитым ученым-экспериментатором
и некоторое время спустя начал свою более чем 40-летнюю работу в ин-
ституте.
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
167
отца, который, в свою очередь, унаследовал их от леди Элизабет
Кавендиш. Главной ценностью в доме ученого была библиоте-
ка, оцененная в 7000 фунтов.
Генри Кавендиш не был транжирой и тратил сколько было
необходимо, особенно если речь шла о научных исследовани-
ях. Что касается вложений имущества, которое досталось ему
в наследство, он, как и его отец, покупал государственные боны
и ни на что их не тратил. Так что неудивительно, что ко дню
смерти ученого его капитал превысил 800 тысяч фунтов.
Его здоровье было таким же прекрасным, как и его финан-
совое положение. От Блэгдена мы знаем, что в 1792 году, когда
Кавендишу было 60 лет, он заболел: у него обнаружили камни
в почках, что было в то время довольно распространенным не-
дугом. И еще один раз он из-за недомогания не присутствовал,
как обычно, на вечере в доме Бэнкса в воскресенье в феврале
1804 года. Это все, что нам известно о болезнях Кавендиша. Че-
рез несколько дней выяснилось, что у него трещина в кости,
и врач порекомендовал ученому тугую повязку, но Генри так
и не носил ее. Кавендиш болел 16 и 17 февраля, а на следующий,
день, 18 числа, составил завещание. Он оставил 15 тысяч фунтов
Блэгдену и по 5 тысяч — двум близким друзьям, врачу Джону
Хантеру и географу и ботанику Александру Дарлимплу (ни тот,
ни другой не получили денег, потому что оба умерли раньше
Кавендиша). Остальное, около миллиона фунтов, возвращалось
в семью.
Время безжалостно, и в старости мы теряем свои способ-
ности. Четвертого июня 1807 года, после ужина в Клубе Ко-
ролевского общества, Блэгден записал в дневнике: «Похоже,
Кавендиш начинает забывать о разных вещах». Скорее всего,
эта забывчивость объяснялась возрастом, поскольку два года
спустя, 8 июня 1809 года, Блэгден записал, что Кавендиш, по-
видимому, «имеет прекрасное здоровье». В течение всего этого
времени ученый вел активную деятельность в Обществе: он со-
гласился следить за изготовлением термометра для измерения
температуры морского дна и регулярно ходил на заседания со-
вета. Он пропустил только одно из них, 15 февраля 1810 года.
Генри умер 24 числа этого месяца.
168
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
ПОСЛЕДНЕЕ ПРОСТИ
О последних минутах Генри Кавендиша рассказывали разные
люди. Их истории отличаются в деталях, но совпадают в глав-
ном: ученый полностью осознавал, что умирает, и смирился
с неизбежным концом.
Вечером 23 февраля кто-то из прислуги позвал врача, Эве-
рарда Хома, поскольку видел, что хозяин умирает. Когда тот
пришел к пациенту в Клэпхэм Коммон, Кавендиш удивленно
сказал ему, что не стоило беспокоиться, поскольку он умирает
и не нужно продлевать это мучение. Он приказал, чтобы глав-
ному наследнику, лорду Джорджу Кавендишу, ничего не сооб-
щали: «Пока последнее дыхание не выйдет из моего тела,
не раньше». Хом остался на всю ночь рядом с постелью своего
пациента и друга. Незадолго до рассвета Кавендиш умер.
Он ушел тихо, так же как и жил.
Врач рассказал Блэгдену, что смерть была связана с «воспа-
лением в ободочной кишке», которое вызывало у ученого диа-
рею в течение предыдущего года и в итоге стало мешать про-
хождению пищи.
Возможно, Кавендиш не заслуживает лучшего некроло-
га, чем слова его соседа, химика и фармацевта Джона Уокера
(это он случайно изобрел серные спички). В письме британцу
Джеймсу Эдварду Смиту через несколько недель после смерти
ученого Уокер заметил: «Я слышал, что мы потеряли мистера
Кавендиша — человека огромного ума, который был ближе
к уму Ньютона, чем какого-либо другого человека, когда-либо
существовавшего в нашей стране».
СКОЛЬКО ВЕСИТ НАШ МИР
169

Список рекомендуемой литературы
Asimov, I., Breve historia de la quimica, Madrid, Alianza Editorial,
2006.
Bodanis, D., El universe electrico, Barcelona, Planeta, 2006.
Cobb, C., Magick, Mayhem and Mavericks. The Spirited History
of Physical Chemistry, Amherst (Nueva York), Prometheus
Books, 2002.
Gamow, G., Biografia de la fisica, Madrid, Alianza Editorial, 2007.
Gribbin, J., Historia de la ciencia, 1543-2001, Barcelona, Critica,
2003.
McCormmach, R., Speculative truth: Henry Cavendish, Natural
Philosophy and the Rise of Modem Theoretical Science, Nueva
York, Oxford University Press, 2004.
Silver, B.L., Ascent of Science, Nueva York, Oxford University
Press, 2000.
171

У казатель
азот 54,62,79,107,111,113,120
Академия Хакни 13, 27, 28, 37
астрономия 32, 69, 152,162,164
Бедфорд-сквер 13,127, 166
Бернулли, Иоганн 132
благотворительная больница 26
Блэгден, Чарльз 13,114,116,119,
121,122,133,151,152,161,
168,169
Блэк, Джозеф 60, 62, 64, 65, 69, 71,
72,75,80,107,108,117,118,
134-136,142, 143,147
Бойль, Роберт 11, 25, 57-59, 61,
105
Болтон, Мэттью 115, 137, Г44, 151
Британский музей 26, 104
Бугер, Пьер 153, 154
Бургаве, Герман 19, 20, 88,146,147
Бэкон, Фрэнсис 25, 55, 138
ван Гельмонт, Ян Баптиста 54, 56,
57,61
вес 51, 55, 57, 59, 60, 67, 70, 74, 75,
92,95,105,107, ПО, 122,144,
146, 148,149,156,157, 159, 163
вода 13,53, 54, 56, 58,61, 62, 67,
69-72, 75-77, 79,83, 85,87,98,
101,110-118, 120-124,130,
133-140,142,146,151,155,
159,160
водородная связь 112, 113
газированная 69
необычные свойства 112,
113
происхождение 120
состав 13,40,46, 76, 83,107,
ИЗ, 118
водород 7, 13, 62, 64, 65, 67,69-74,
80,108,110-113,116,120,123,
124,134
воздух 56-59, 61, 62, 64,67-72,
74-76, 78, 79, 84,98,106-111,
114,116,119,121,122
горючий 61, 62,64, 65, 67, 68-
72, 74,75, 83,108,110-112,
116,118,122-124
дефлогистированный 62, 79,
105, 107, 108, 112, 114, 118,
119, 121,122
искусственный 13, 62-64, 71,
76
173
связанный 60,62,64,69, 71, 72,
75-77, 79,105,107,108
флогистированный 62,108
Вулкан 162
Гассенди, Пьер 138
Гейле, Стивен 61,62
геология 8,10,152,153
Геттон, Джеймс 155,160,161
Грей, Анна 17, 29
Грейт Мальборо 20, 21, 24,50, 78
двух флюидов, теория 88,89
дефлогистация 59
Дюфе, Шарль 88
емкость проводника 91
закон
действия и противодействия
130
электростатического притяже-
ния 93,94
Кавендиш
Уильям 38
Фредерик (Фредди) 20,26,
37-40,103
Чарльз 13,17-21,23, 24,
26-29,32,37-39,49-51,63,
103,104
Кембридж 18, 27,31,51
университет 8,13, 27,28,30-
32,36, 37,93,145
кислород 52,54,59, 62,68,78-80,
105,107,111-114,116,120,
123,124
Клуб Королевского общества 13,
23, 24,36,41,44,45,50,104,
128,166,168
Комитет по притяжению 154
Копли медаль 49,50,69, 76,104
Королевский институт 13, 164,
167
Королевское общество 10,13,18,
20, 22-27,35,36,38,42,49-51,
53, 64, 69, 70, 75,83,84,86,90,
91,104,108,114,116,118,119,
121,123,128,129,151,153-
156,158,160,161, 164,165,168
крутильные весы или маятник 96,
155-157,163
Кук, капитан 69
Кулон, Шарль-Огюстен де 8,81,
89,93,96
ла Кондамин, Шарль Мари де 153
Лавуазье, Антуан 52, 61,105-109,
114,116,119,121-124,125,
134,135,139,140,148
лейденская банка 86,94-99,145
Ломоносов, Михаил Васильевич
61,107
лошадиная сила 137
Маскелайн, Невил 154,155,160
масса 55,93,120,125, 139,140,
146,148, 155-157, 163
метеорология 49,51, 83,84
механика 9,10,129,130,132,140,
143,145,162, 164
Мёрдок, Уильям 133, 134,141
монооксид углерода 75,116,120
мышьяк 53,54
Николай Кузанский 55,56
Ницца 13,19
Ньютон, Исаак 8,9,11, 20,31,49,
55,68,86,88,89,92,93,129,
130,136,139,162-164,169
Парацельс 56, 57
плотность Земли 149,153-155,
159-161,163,165
174
УКАЗАТЕЛЬ
поверхностное натяжение 112,
ИЗ
Пристли, Джозеф 11,45, 54,
69, 75, 78-80,87-89,92,93,
99,107-110,114,116,118,
120-123
света природа 86
сохранение материи 56, 61,107,
140
тепло 9, 49, 51,53,67, 74, 105,110,
112,115,117-120,125,130,
132-140,142-148,153
механический эквивалент 133,
137-139,142,143,145
теплород 125,134,139-140,142,
143,146,147,148
теплота
скрытая 117-120, 134,136,
140,142-145
явная 117,118,143-145
термометр 49, 63,83-85,117,118,
136,140,142,144,159,168
Томпсон, Бенджамин 143,146—
148, 167
Уатт, Джеймс 114,115-120,122,
123,133-135,137,141,151,152
удельная теплоемкость 134-136,
142, 144
универсальная гравитационная
постоянная 7, 13, 163
Фаренгейт, Даниель Габриель 85
флогистон 52, 54, 56, 57, 59, 60, 64,
68,71,74,75,79,88,105,107,
108,112-114,118-121,123,
124,139-140
форма Земли 130,153
Франклин, Бенджамин 37, 79,
88-90
Шееле, Карл Вильгельм 54, 79,
121
Шихаллион 155,160,161,165
Шталь, Георг Эрнст 57
электрический потенциал 8,90
электрический скат 13,98-99
электричество 8,9, 21, 74, 78,81,
86-94,96-99,129,139-140,
144,159
электрометр 96,98,99
terra pinguis 57
vis viva 130-132
УКАЗАТЕЛЬ
175
Наука. Величайшие теории
Выпуск № 46, 2015
Еженедельное издание
РОССИЯ
Издатель, учредитель, редакция:
ООО «Де Агостини», Россия
Юридический адрес: Россия, 105066,
г. Москва, ул. Александра Лукьянова,
д. 3, стр. 1
Письма читателей по данному адресу
не принимаются.
БЕЛАРУСЬ
Импортер и дистрибьютор в РБ:
ООО «Росчерк», 220037, г. Минск,
ул. Авангардная, 48а, литер 8/к,
тел./факс: + 375 (17) 331 94 41
Телефон «горячей линии» в РБ:
® + 375 17 279-87-87
(пн-пт, 9.00-21.00)
Адрес для писем читателей:
Республика Беларусь, 220040, г. Минск,
а/я 224, ООО «Росчерк», «Де Агостини»,
«Наука. Величайшие теории»
Генеральный директор: Николаос Скилакис
Главный редактор: Анастасия Жаркова
Финансовый директор: Полина Быстрова
Коммерческий директор: Александр Якутов
Менеджер по маркетингу: Михаил Ткачук
Младший менеджер по продукту:
Елизавета Чижикова
Для заказа пропущенных выпусков
и по всем вопросам, касающимся
информации о коллекции, обращайтесь
по телефону «горячей линии» в Москве:
® 8-495-660-02-02
Телефон бесплатной «горячей линии»
для читателей России:
Ъ 8-800-200-02-01
Адрес для писем читателей:
Россия, 150961, г. Ярославль, а/я 51,
«Де Агостини», «Наука. Величайшие
теории»
Пожалуйста, указывайте в письмах свои кон-
тактные данные для обратной связи (теле-
фон или e-mail).
Распространение: ООО «Бурда
Дистрибьюшен Сервисиз»
Свидетельство о регистрации СМИ
в Федеральной службе по надзору в сфере
связи, информационных технологий
и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
ПИ № ФС77-56146от 15.11.2013
УКРАИНА
Издатель и учредитель:
ООО «Де Агостини Паблишинг», Украина
Юридический адрес:
01032, Украина, г. Киев, ул. Саксаганского,
119
Генеральный директор: Екатерина Клименко
Для заказа пропущенных выпусков
и по всем вопросам, касающимся информа-
ции о коллекции, обращайтесь по телефону
бесплатной горячей линии в Украине:
# 0-800-500-8-40
Адрес для писем читателей:
Украина, 01033, г. Киев, а/я «Де Агостини»,
«Наука. Величайшие теории»
Украша, 01033, м. Киш, а/с «Де АгостЫ»
КАЗАХСТАН
Распространение:
ТОО «Казахско-Германское предприятие
БУРДА-АЛАТАУ ПРЕСС»
Казахстан, г. Алматы, ул. Зенкова, 22
(уг. ул. Гоголя), 7 этаж.
® +7 727 311 12 86, +7 727 311 12 41
(вн. 109), факс: +7 727 311 12 65
Издатель оставляет за собой право изменять
розничную цену выпусков. Издатель остав-
ляет за собой право изменять последователь-
ность выпусков и их содержание.
Отпечатано в полном соответствии
с качеством предоставленного
электронного оригинал-макета
в ООО «Ярославский полиграфический
комбинат»
150049, Ярославль, ул. Свободы, 97
Формат 70 х 100 / 16.
Гарнитура Petersburg
Печать офсетная. Бумага офсетная.
Печ. л. 5,5. Усл. печ. л. 7,128.
Тираж: 20 000 экз.
Заказ № 1514750.
© Miguel Angel Sabadell, 2015 (текст)
© RBA Collecionables S.A., 2015
© ООО “Де Агостини”, 2014-2015
ISSN 2409-0069
(124
Данный знак информационной про-
дукции размещен в соответствии с требова-
ниями Федерального закона от 29 декабря
2010 г. № 436-ФЗ «О защите детей от ин-
формации, причиняющей вред их здоровью
и развитию».
Коллекция для взрослых, не подлежит
обязательному подтверждению соответ-
ствия единым требованиям установленным
Техническим регламентом Таможенного
союза «О безопасности продукции, предна-
значенной для детей и подростков» ТР ТС
007/2011 от 23 сентября 2011 г. № 797
Дата выхода в России 21.11.2015
Свидетельство о регистрации печатного
СМИ Государственной регистрационной
службой Украины
КВ № 20525-10325Р от 13.02.2014
Генри Кавендиш - первый из поколения, осветившего XVIII век своей жаж-
дой знаний. Изучение материи в то время развивалось в поисках ответов,
которые позже нашли применение в первых промышленных процессах.
Этот состоятельный английский лорд известен своими исследованиями
в области химии, открытием состава воды и анализом воздуха, а также
первыми экспериментами по электричеству. Особого признания заслужи-
вают работы Кавендиша по определению плотности Земли, с помощью ко-
торых стало возможным вычислить одну из основных констант природы -
гравитационную постоянную, то есть силу, с которой тела притягиваются
друг к другу.
Рекомендуемая розничная цена: 289 руб.