Когда и Кембридж ни к чему
10 октября исполняется 280 лет со дня рождения выдающегося английского химика и физика.
Наверное, не многие отказались бы получить высшее образование в Кембридже. Его выпускников, несомненно талантливых молодых людей, обычно ждет большое научное будущее. Для Генри Кавендиша поступление в Кембриджский университет было делом чести. Семейной – здесь учились двадцать его предков. Юноша выдержал экзамен. А вот доучиваться до конца не захотел: заявил, что не видит смысла в академической карьере, и занялся наукой на дому. Для души – без всяких научных степеней и ученых званий. Благо, состояние аристократического рода с восьмивековой историей позволяло.
В 1766 году увидел свет один из главных трудов Генри Кавендиша – «Искусственный воздух». Таковым ученый называл «любого вида воздух, который содержится в других органах в неупругом состоянии и может быть получен оттуда». «Неупругий» в терминах науки XVIII века означает негазообразный. Трактат посвящался химическим реакциям, в ходе которых выделяются различные газы – разные (по тогдашним представлениям) виды воздуха.
Сейчас это трудно представить, но до Кавендиша ученые не считали газы отдельными химическими веществами: в разнообразных реакциях, по господствующему убеждению, выделялся воздух! Даже передовые химики, наблюдавшие образование водорода, углекислого газа, хлороводорода, отказывались признавать очевидные различия в их свойствах отчасти из-за неточности измерений, но больше из убежденности в том, что «этого не может быть, потому что не может быть никогда». Несомненная заслуга Кавендиша – в разделении универсального воздуха на отдельные, уникальные в химическом отношении составляющие. В «Искусственном воздухе» подробно рассмотрены процессы, приводящие к образованию водорода, углекислого газа, газов брожения и гниения.
Воздух, получавшийся в опытах Кавендиша, был двух видов — горючим и негорючим. Конечно, природу горения ученый понимал в духе своего времени: при растворении металлов в разбавленных серной и соляной кислотах, полагал он, «флогистон летит, не изменяя свою природу с изменением кислоты и формируя горючий воздух», а в концентрированных серной или азотной кислотах – теряет свою горючесть. Но даже сам факт констатации различий в горючести – прорыв в химии. Более того, ученый занимался не только качественным, но и количественным анализом газов, что при имеющейся тогда измерительной технике было научным подвигом. Например, масса «негорючего воздуха» водорода, по его расчетам, получилась в 11 раз меньшей, чем «обычного воздуха» (современная оценка – 14,4). А для угольной кислоты расчет Кавендиша вообще сверхточен: 1,57 массы воздуха – против современного 1,529.
Работы Кавендиша заложили фундамент химии газов, однако они вовсе не были чистой теорией. Среди решенных ученым важных практических задач – определение состава атмосферного воздуха, установление концентраций в нем водорода и углекислого газа, при которых соответственно происходит взрыв и прекращается горение.
Но, пожалуй, еще больше открытий, чем в химии, Кавендиш сделал в физике. Одно из самых эффектных – установление плотности Земли. Идея метода принадлежала геологу Джону Митчеллу, который, к сожалению, не дожил до ее воплощения в жизнь. У Кавендиша, который в 1797 году провел знаменитый эксперимент, плотность Земли получилась равной 5,48 плотности воды (современное значение – 5,52). Этот результат уже сам по себе имел первостепенное значение, но ученый сделал из него еще более серьезные выводы: предположил наличие у планеты более плотного, металлического ядра, прямые подтверждения существования которого были получены гораздо позднее. Такие же открытия, на многие годы опередившие свое время, Генри Кавендиш сделал в области электродинамики: установил связь между силой тока и разностью потенциалов (сегодня эта закономерность известна как закон Ома); электрической силой и расстоянием между зарядами (закон Кулона); показал влияние среды на емкость конденсатора и экспериментально рассчитал диэлектрические постоянные ряда веществ.
То, что многие из открытий Кавендиша вошли в научную терминологию под именами других ученых, – следствие его удивительной незаинтересованности в продвижении своих идей. Он мало публиковался – обычно просто рассказывал о своих идеях узкому кругу друзей из Королевского общества. Он вообще сторонился общения, проводя большую часть времени в уединении домашней лаборатории. Позаботился и о том, чтобы избежать публичности и после смерти: по завещанию склеп с гробом был сразу же наглухо замурован без всяких опознавательных табличек. Не сохранилось и достоверных прижизненных его портретов.
Вероятно, потомки так и не узнали бы о работах странного ученого, если бы не Джеймс Максвелл, первый директор Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Столетие спустя (в 1879 году) он нашел архив Кавендиша и, потрясенный, ознакомил коллег с его открытиями, многие из которых к тому времени были сделаны повторно. Вполне возможно, череда сюрпризов еще не окончена: несколько ящиков с рукописями до сих пор не разобраны, как и некоторые приборы, назначение которых современная наука понять пока не может.
