Ломоносов сделал открытия в химии, физике, астрономии, минералогии, геологии.
Ломоносов сделал открытия в химии, физике, астрономии, минералогии, геологии.
Открытия в области химии
Химия к середине XVIII века становилась едва ли не самой влиятельной и перспективной наукой. Химия казалась наукой реального волшебства, ее торопили, щедро финансировали.
Основным направлением в своей научной работе Ломоносов избрал химию. Значение этой дисциплины в связи с развитием промышленного производства возрастало с каждым годом. Но для внедрения химических опытов нужна была экспериментальная база, лаборатория. Михаил Васильевич разработал проект лаборатории и в январе 1742 года передал его на рассмотрение в академию. И только через шесть лет, после его неоднократных просьб и протестов, руководство Петербургской академии согласилось на постройку химической лаборатории. Она была построена и открыта благодаря усилиям Ломоносова в 1748 году.
Химическая лаборатория стала местом, где Михаил Васильевич в 50-ых годах с громадным увлечением занялся совсем новым и очень своеобразным делом – мозаикой. Задача эта вполне подходила характеру и вкусам Ломоносова: в ней переплеталось изобразительное искусство с химией цветного стекла, оптикой и техникой. Ему пришлось выполнить многие тысячи пробных плавок по изготовлению разных сортов цветного стекла.
Очень печально, что потомки не сумели сохранить до нашего времени ни химической лаборатории, ни дома на Мойке, где размещалась домашняя лаборатория, ни многочисленных приборов, изготовленных собственноручно Ломоносовым. Остался только замечательный лабораторный дневник “Химические и оптические записи”, который раскрывает огромную экспериментальную работу, охватывающую самые разнообразные научные, инструментальные и технические задачи.
Как гениальный ученый, Ломоносов страстно верил в силу человеческого разума, в познаваемость мира. При этом он определял и верные пути достижения истины. Ломоносов рекомендовал в изучении действительности опираться на опыт, выводить из опыта мысленное рассуждение. “Из наблюдений устанавливать теорию, через теорию исправлять наблюдения – есть лучший всех способ к изысканию правды”, - писал он. Данное высказывание свидетельствует о том, что Ломоносов выступал за союз, как мы бы сказали теперь, теории и практики. И в этом источник многих его успехов в сфере научных исследований.
На первый план здесь надо поставить, вероятно, химические исследования. Михаил Васильевич Ломоносов был самым выдающимся химиком своего времени. Он и официально значился в академии как профессор химии. Химия была его любимицей, страстью, но это, конечно, не каприз, не причуда. Дело в том, что химия, показывающая, как “из нескольких взятых тел порождаются новые”, вела к познанию внутренней структуры веществ, что было (и остается теперь) заветной целью многих наук о неживой материи.
Но как подступиться к тому, что сокрыто от человеческого глаза за “семью печатями” владычицей-природой? Нужны эксперименты. Эпоха Ломоносова требовала видимых результатов, годных для практического использования в производстве. Этим объясняется настойчивость, с которой Ломоносов добивался открытия при академии химической лаборатории, без которой невозможно проведение даже элементарных химических анализов.
Еще до постройки лаборатории Михаил Васильевич предложил ряд новых химических решений. Так, он разработал более совершенные способы весового анализа. В диссертации “О действии химических растворителей вообще” (1744) Ломоносов пришел к выводу о том, что растворение металлов в кислоте осуществляется посредством давления воздуха. Получив в свое распоряжение химическую лабораторию, ученый смог подтвердить прежние свои научные догадки и высказать новые.
В особенности большое значение имеет открытый им закон о сохранении материи, точнее – веса и движения. Обоснование этого закона впервые дано Ломоносовым в письме к Л.Эйлеру. Там он писал: “Но все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется к какому-либо телу, столько же теряется у другого, сколько часов я затрачиваю на сон, столько же отнимаю у бодрствования и т.д. Так как это всеобщий закон природы, то он распространяется и на правила движения: тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому им двинутому”. В работе “Об отношении количества материи и веса” (1758) и в “Рассуждении о твердости и жидкости тел” (1760) открытый Ломоносовым “всеобщий естественный закон” получил полное обоснование. Обе работы были опубликованы на латинском языке, следовательно, были известны и за пределами России. Но осознать значение сделанного Ломоносовым многие ученые тех лет так и не смогли.
Не менее ценными были исследования Ломоносова в области физики. Собственно физика и химия в опытах, в теоретических анализах ученого дополняли друг друга. В этом также сказывалось его новаторство как ученого, который не оставлял без внимания никакие стороны эксперимента. В итоге он стал родоначальником новой науки – физической химии.
До наших дней дошел перечень того, что Михаил Васильевич Ломоносов сам считал наиболее важным среди своих результатов в области естественных наук. На втором месте в этом списке стоят исследования по физической химии и, в особенности, по теории растворов. В теории растворов важное значение имеет разделение растворов на такие, при образовании которых теплота выделяется, и на такие, для составления которых нужно затратить тепло. Ломоносов исследовал явления кристаллизации из растворов, зависимость растворимости от температуры и другие явления. В основе всех его теоретических заключений были законы постоянства материи и движения. Мнение свое о неизменности вещества ученый доказывал химическими опытами. В 1756 году он делает такую запись: “Делал опыты в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что … без пропущения внешнего воздуха вес отожженного металла остается в одной мере”. Увеличение веса металла при обжигании он приписывал соединению его с воздухом.
И, пожалуй, самое важное в его трудах - это пропаганда химических знаний. Непревзойденным образцом такого рода остается «Слово о пользе химии», прочитанное в Академическом собрании в 1751 г. До сих пор живут сказанные тогда слова: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие... Куда ни посмотрим, куда ни оглянемся, везде обращаются пред очами нашими успехи ея прилежания ».
Открытия в области физики
Ломоносов внёс огромный вклад в развитие физической науки в России. Ко времени, когда жил и творил Ломоносов, физика уже представляла собой относительно развитую науку со своими теоретическими и экспериментальными особенностями, установленными многими поколениями исследователей.
В XVII-XVIII вв. учёные-физики причисляли тепло и свет к числу каких-то неощутимых невесомых жидкостей, будто бы находящихся в порах материальных тел или, наоборот, отсутствующих в них. Первый ощутимый удар по этой теории был нанесён атомно-кинетической концепцией строения вещества и законом сохранения материи и движения, установленными Ломоносовым.
В работе Ломоносова "Опыт теории о нечувствительных частицах тел и вообще о причинах частных качеств" впервые излагались основы кинетической теории тепла. "Теплота тел состоит во внутреннем их движении", — писал учёный.
Наиболее полное изложение теория теплового движения частиц материи получила в работе Ломоносова "Размышления о природе теплоты и холода". Рассматривая различные формы движения материи и её мельчайших частиц, Ломоносов делил их на три вида: поступательное движение, колебательное и коловратное (вращательное). Тепловое движение частиц материи он относил к категории вращательного движения .Молекулярно-кинетическую теорию теплоты Ломоносов распространил также и на внеземные объекты, объяснив на её основе процесс передачи тепла от Солнца на Землю. Ломоносов заложил первые камни в основание науки о теплоте. Однако понадобилось почти целое столетие, чтобы идеи Ломоносова были приняты официальной наукой и получили дальнейшее развитие.
Одновременно с разработкой молекулярно-кинетической теории теплоты Ломоносов создавал основы молекулярно-кинетической теории газов, прежде всего воздуха. Ломоносов представил Академическому собранию специальную диссертацию “Опыт теории упругости воздуха”, в которой доказывал, что давление воздуха объясняется не какой-то особой “расширительной силой”, а движением частиц самого воздуха, имеющих форму шариков с шероховатой поверхностью
В этих работах Ломоносов впервые сформулировал основы молекулярно-кинетической теории газов, показал, что при очень больших давлениях упругость газа отступает от закона Бойля.
В своих физических исследованиях Ломоносов уделял большое внимание изучению и объяснению световых явлений, а также теории цветообразования. Ломоносов впервые попытался установить связь между тепловыми, химическими, световыми и электрическими процессами, происходящими в природе. Все эти процессы сводились им к различным формам движения различных групп мельчайших частиц материи в материальной среде — эфире. Кроме того, учёный выдвинул гипотезу о наличии в эфире трёх групп частиц, отличающихся по своим размерам. Каждая группа или род частиц определяет один из основных цветов: красный, жёлтый или голубой. "Прочие цвета рождаются от смешения первых”.
Наряду с исследованиями явлений теплоты и света, Ломоносов уделял большое внимание изучению электрических явлений. В XVII-XVIII вв. вопросы статического электричества были практически не изучены.
Ломоносову принадлежат несколько работ, посвящённых исследованию атмосферного и статического электричества. Ломоносов писал: “Без всякого чувствительного грому и молнии происходили от громовой машины сильные удары с ясными искрами и с треском, издалека слышным, что ещё нигде не примечено и с моею давнею теориею о теплоте и с нынешнею об электрической силе весьма согласно...”. По существу в этих строках изложено сообщение об открытии электрического поля в атмосфере.
Возникновение атмосферного электричества Ломоносов связывал с восходящими и нисходящими потоками воздуха, происходящими в результате различия давления и температур в верхних и нижних слоях атмосферы. Электрические заряды, вызывающие грозовые процессы, являются следствием трения частиц потоков воздуха.
Широкое развитие в середине XVIII в. экспериментальных исследований в области электричества стимулировало попытки теоретического обоснования электрических явлений.
Электрические явления, по мнению учёного, основываются на вращении частичек эфира. Эфирная теория электричества, разработанная Ломоносовым, сыграла прогрессивную роль в развитии науки об электричестве. Труды Ломоносова в области физики явились крупным вкладом в эту важнейшую науку о природе. Они развивались и дополнялись учёными последующих лет и способствовали тому, что физика стала общепризнанным лидером естествознания.
Открытия в области астрономии.
Астрономия не была в числе главных научных интересов Ломоносова. Однако он был в курсе всех современных ему научных идей, а XVIII век – это эпоха расцвета классической механики, оптики и астрономии в Европе. Приобщение России к этим наукам – во многом заслуга именно Ломоносова. Ломоносов проявлял большой интерес к исследованиям по оптике и астрономии и в этих областях совершил значительные открытия. Ломоносовым было построено более десятка принципиально новых оптических приборов. Учёный предложил определять характер прозрачного вещества по значению его показателя преломления, сконструировал и использовал для этого новый прибор — рефрактометр. Ломоносов придумал также специальный зажигательный инструмент, состоящий из зеркал и линз, и некоторые новые мореходные инструменты
Самое значительное достижение М. В. Ломоносова в области астрономической оптики – это создание новой схемы телескопа. В 1762 году учёный разработал собственную модель телескопа-рефлектора. В нём объектив – параболическое зеркало - наклонено так, что фокус находится вне главной трубы телескопа. Эта схема лучше схемы Ньютона тем, что в ней нет поворотного зеркала, загораживающего часть светового потока. Однако из-за наклона главного зеркала к оси телескопа возникает кома (лучи, приходящие под углом к оптической оси, собираются не в одной точке). Английский астроном Уильям Гершель сконструировал подобный телескоп значительно позже (в 1789 году).
К серьёзным занятиям астрономией Ломоносов приступил после подготовки им речи "Рассуждение о большей точности морского пути", которую он прочел в публичном собрании Петербургской Академии наук 8 мая 1759 года. К этому времени он на собственные средства построил на территории усадьбы на Мойке небольшую обсерваторию открытого типа с горизонтальной площадкой на крыше, с которой и велись наблюдения. Именно здесь Ломоносов произвел самое известное из своих наблюдений - наблюдение прохождения Венеры по диску Солнца 26 мая 1761 года, для которого он использовал зрительную трубу "о двух стеклах, длиною в 4 с 1/2 фута".
В ходе этого наблюдения учёный совершил самое главное своё астрономическое открытие – открытие атмосферы Венеры. Отчет об этом открытии отличался ясностью и образностью. "...Ожидая вступления Венерина на Солнце ... увидел наконец, что солнечный край стал неявственен и несколько будто стушеван, а прежде был весьма чист и везде равен... При выступлении Венеры из Солнца, когда передний ее край стал приближаться к солнечному краю ...появился на краю Солнца пупырь, который тем явственнее учинился, чем ближе Венера к выступлению приходила... Сие ни что иное показывает, как преломление лучей солнечных в Венериной атмосфере..."
Прохождения Венеры по диску Солнца чрезвычайно редки. Они группируются парами с интервалом в 8 лет одно от другого, а между парами проходит больше ста лет. Последнее прохождение было 8 июня 2004 года, следующее произойдёт 5-6 июня 2012 года.
Наблюдая небесные тела, Ломоносов задумывался об их природе. Ему помогали и знания по физике, и физическая интуиция. Например, в то время многие астрономы считали, что Солнце имеет твёрдую каменную, хотя и раскаленную оболочку. Ломоносов наблюдал пятна на Солнце вместе с коллегой, профессором физики Брауном, и высказал предположение, что Солнце имеет расплавленную поверхность.
Сегодня мы знаем, что солнечное вещество – это плотный горячий газ (плазма), который находится в непрерывном движении. И именно поток заряженных частиц от Солнца (солнечный ветер), возмущая магнитное поле Земли, порождает полярные сияния. Ломоносов предполагал связь полярных сияний с атмосферным электричеством, но полностью объяснить природу этого явления великий русский учёный так и не смог.
На период активной научной деятельности Ломоносова приходится очередное возвращение к Земле знаменитой кометы Галлея. Комета прошла перигелий весной 1759 года и была хорошо видна в северном полушарии. Вероятно, именно это событие побудило Ломоносова задуматься о природе «волосатых звёзд». На основе своих представлений о природе электричества он выдвинул оригинальную теорию строения и состава комет, в которой подчеркивается роль электрических сил в свечении хвоста и головы кометы. В его гипотезе имеется некоторое сходство с современными теориями образования и свечения плазменных составляющих кометных хвостов в результате взаимодействия газово-плазменной головы кометы и потоков солнечного ветра.
Ломоносов немало сделал и для изучения нашей планеты. С помощью разработанной им конструкции маятника, позволявшей обнаруживать крайне малые изменения направления и амплитуды его качаний, Ломоносов осуществил длительные исследования земного тяготения, положив тем самым начало развитию в России гравиметрии.
Работы М.В.Ломоносова обогатили отечественную науку величайшими открытиями. 4 апреля 1765 года Михаил Васильевич Ломоносов умер.
Перед смертью он говорил своему другу: «Я пожил, потерпел и умираю спокойно. Жалею только, что не мог завершить всё, что делал для родины, для блага науки в России, для славы Академии. Не тужу о смерти, дети отечества вспомнят обо мне…»
