Попытка химического понимания мирового эфира

Если для элемента y можно было, как сделано выше, сколько-либо судить о весе атома на основании того, что стало известным по отношению к гелию, то этого нельзя в такой же мере сделать ныне в отношении к элементу x, потому что он лежит на грани, в пределе, около нулевой точки атомных весов, а судить по аналогам гелия о малом атомном весе x нельзя уже потому, что точность известных здесь чисел очень невелика, дело же идёт, очевидно, об очень малом весе. Однако, если заметить, что отношение атомных весов Xe:Kr = 1,56:1, Kr:Ar = 2,15:1 и Ar:He = 9,50:1, то по параболе 2-го порядка найдём, что отношение Не:x = 23,6:1, то есть, если He=4,0, величина атомного веса x=0,17, что должно считать за наивысшую из возможных величин. Гораздо вероятнее принять вес атома x ещё во много раз меньший и вот на каких основаниях. Если искомый газ есть аналог гелия, то в его частице должно признать содержание одного (а не двух - как для водорода, кислорода и т. п. простых газов) атома, а потому плотность газа по водороду должна быть близка к половине атомного веса, считая вес атома водорода= 1 или, точнее, 1,008, как должно признавать, принимая атомный вес кислорода (условно)=16. Поэтому для искомого газа плотность по водороду равна x/2, если чрез x означать его атомный вес. Чтобы наш газ мог быть всюду в мире распространённым, он должен иметь столь малую плотность в отношении водорода (то есть наше x/2), чтобы его собственное поступательное частичное движение позволяло ему вырываться из сферы притяжения не только земли, не только солнца, но и всяких солнц, то есть звёзд, иначе этот газ скопился бы около наибольших масс и не мог бы наполнить всего пространства 19. Скорость же того собственного, быстрого частичного движении, которым определяется газовое давление сообразно числу ударяющих частиц и их живой силе, определяется по кинетической теории газов выражением, содержащим постоянную величину (зависящую от избранных единиц для измерений давления, температур, плотностей и скорости), делённую на квадратный корень из плотности газа по водороду и умноженную на квадратный корень из двучлена (1+бt), выражающего расширения газов от температуры. Для водорода (плотность=1) при t=0° средняя скорость движения частиц высчитывается на основании того, что литр водорода при 0° и при давлении в 760 миллиметров весит почти ровно 0,09 грамма, равною 1843 метрам в секунду, для кислорода при 0° около 461 метр, (потому что плотность его в 16 раз более плотности водорода), то есть равна 1843, делённым на , или на 4, и т. д. Напомню читателям, что если не абсолютная величина этой скорости, то относительное её изменение и существование самобытного быстрого движения газовых частиц - прямо видны из опыта истечения газов из пористых сосудов 20 или из тонких отверстий, так что хотя тут основание гипотетическое 21, но реальная уверенность в существовании описываемого движения газовых частиц очевидна, даже она едва ли менее уверенности в том, что земля вращается, а не стоит на месте, хотя ни того, ни этого движения глаз прямо и не видит. Из понятия о рассматриваемых движениях газовых частиц следует, что скорость возрастает по мере понижения относительной (по водороду) плотности газа (природе его присущей) и по мере повышения температуры (по стоградусному термометру), но вовсе не зависит от количества частиц (чем определяется давление), содержащихся в данном объёме, и если искомый наш газ имеет атомный вес x и плотность по водороду равна x/2, то скорость движения его частиц:

(I)

В этом выражении x есть искомая величина веса атома, для определения которого надо знать, во-первых, t, а во-вторых, v, т. е. такую скорость, которая допустила бы возможность движущимся частицам вырываться из сферы притяжения земли, солнца и звёзд или приобресть скорость того порядка, с которою в рассказе Жюля Верна задумано было пустить с земли ядро на луну.

Что касается до температуры небесного пространства, то её считают мифическою только те, кто отрицает материальность эфира, потому что температура полной пустоты или пространства, лишённого вещества, не мыслима, и введённый в такое пространство тяжёлый предмет, например аэролит или термометр, должен изменять температуру не от прикосновения с окружающей средой, а лишь от лучеиспускания и поглощения лучистой теплоты. Но если небесное пространство наполнено веществом эфира, то ему не только можно, но и должно приписывать свою температуру, и она, очевидно, не может быть равною температуре абсолютного нуля 22, что давно стало ясным во всеобщем сознании, а потому разнообразнейшими путями наведения (индукции) со времен Пулье стремятся найти эту температуру, но я считаю неуместным вдаваться в подробности этого предмета. Скажу только, что никто не находил эту температуру ниже -150° и не считал выше -40°, обыкновенно же пределы признают от -100° до -60°; точности же или полной определённости данных здесь и ждать нельзя, да и вероятно, что уже от одной разности лучеиспускания разные области неба не будут иметь вполне тождественной температуры. Притом, для приближённого расчёта искомого x все значения величины t от -100° до -60° почти не имеют никакого значения, так как можно (по I) искать только высший предел возможных x и о точности числа здесь не может быть и речи; требуется только получить понятие о порядке, к которому относится x. Поэтому примем среднюю температуру t=-80°. (Тогда при б= 0,00367 23) I формула даст

Или

x=4800000/v2, (II)

где x есть атомный вес искомого газообразного элемента - по водороду - (плотность по водороду же=x/2), a v скорость собственного поступательного движения его частиц при -80°, выраженная в метрах в секунду. Вот эта-то скорость v и должна быть большею, чем у частиц газов, могущих вырываться из сферы притяжения земли, солнца и всяких иных светил. К расчёту этой скорости теперь и обратимся.

Известно, что тело, брошенное вверх, падает обратно, описывая траекторию, форма которой определяется основною параболою, и взлетает тем выше, при том же направлении бросания, чем больше сообщённая ему начальная скорость, и понятно, что (помимо сопротивления воздуха, которого нет на границе атмосферы, где и ведётся дальнейший расчёт) скорость может быть доведена до такой, что брошенное тело перелетит сферу земного притяжения и падёт на другое светило или станет обращаться, как спутник около земли по закону всеобщего тяготения. Механика (кинематика) решает задачу о нахождении такой скорости, и я, для ясности, сошлюсь на решение в курсе профессора Д. К. Бобылёва («Курс аналитической механики», II часть, изд. 1883 г., стр. 118-123), где показано, что искомая скорость, не принимая во внимание центробежной силы и сопротивления среды, определяется тем, что она должна быть больше квадратного корня из удвоенной массы притягивающего тела, делённой на расстояние от центра притяжения до той точки, в которой отыскивается скорость. Масса земли найдётся в особых (абсолютных) единицах, исходящих из метра, если знаем, что средний радиус земли=6373000 метрам, и среднее напряжение тяжести на поверхности земли=9,807 метров, потому что напряжение тяжести равно массе, делённой на квадрат расстояния (в нашем случае на квадрат земного радиуса), откуда масса земли=398·1012 24. Отсюда искомая скорость бросания с поверхности земли должна быть более 11190 метров в секунду. Если дело идёт об удалении частиц с грани атмосферы, то должно взять расстояние от центра земли около 6400000 метров, и тогда получится предельная скорость, немного меньшая, но подобные разности не стоят внимания при таком вопросе, как разбираемый нами. Отсюда по формуле II вес атома x газа должен быть менее 0,038, чтобы газ этот мог свободно вырываться из земной атмосферы в пространство. Газы с большим атомным весом, следовательно, не только водород и гелий, но и газ y (короний?), могут оставаться в земной атмосфере 25.

Масса солнца близка к 325000, если за единицу масс принять землю, следовательно, абсолютная величина солнечной массы близка в тех абсолютных единицах, в которых масса земли=398·1012 к 129·1018. Радиус солнца в 109,5 раз больше земного, то есть близок к 698·106 метрам. Отсюда находим, что с солнечной поверхности могут удаляться в пространство тела или частицы, обладающие скоростью не менее , то есть около 608000 метров в секунду. По формуле (II) для такой скорости находим вес атома x газа, подобного гелию, не более, как 0,000013, а плотность в два раза меньшую, чем это число. Следовательно, у искомого газа, могущего представлять эфир, наполняющий вселенную, вес атома и плотность должны быть, во всяком случае, менее указанных. Это потому особенно, что есть звёзды, обладающие массами большими, чем наша звезда, то есть солнце, как убеждают исследования двойных звёзд, составляющие один из блистательных успехов новейшей астрономии. В этом отношении известный наш астроном А. А. Иванов, теперь инспектор Главной Палаты мер и весов, обязательно снабдил меня следующими результатами новейших исследований, в том числе и г. Белопольского:

«Вполне определённые сведения имеются относительно Сириуса, для которого общая масса (его самого и его спутника) оказалась в 3,24 раза больше массы солнца. Такое определение требовало не только исследования относительного движения обеих звёзд, но и сведений о параллаксе этой системы. Но для Сириуса, вследствие неравномерности его собственного движения, оказалось возможным определить также и взаимное отношение между массами обеих звёзд, которое оказалось=2,05, а потому масса одной звезды в 2,20, а другой в 1,04 раза больше массы солнца. Сам Сириус в 9 раз ярче нормальной звезды 1-й величины, а яркость его спутника в 13,900 раз слабее, чем у самого Сириуса».

«Точно также для переменной звезды в Persei или Альголя, спутник которой - тело тёмное, сумма масс равна 0,67 сравнительно с массою солнца, а масса самой звезды в два раза превосходит массу спутника, яркость же звезды изменяется от 2,3 до 3,5». «Для следующих двойных звёзд определена лишь общая масса обеих звёзд - в отношении к массе солнца, причем указывается „величина“ (по яркости) каждой звезды».

«Далее для тройной звезды 40 Eridani (величины компонентов: 4,0, 8,1 и 10,8) найдено, что общая их масса равна 1,1 массы солнца. Наконец, для тройной звезды ж Cancri (величины: 5,0-5,7-6,5) Зелигер на основании взаимных возмущений, нашёл, что масса наиболее яркой из трёх звёзд превосходит в 2,37 раз сумму масс двух остальных».

В общих чертах отсюда видно, что наше солнце составляет по массе своей, звезду, так сказать, близкую к норме, и хотя есть звёзды с массою более солнечной, но есть и много меньшие. Для нашей цели, то есть для отыскания низшего предела той скорости, которую должны иметь частицы газа, могущего свободно вырываться в пространство из сферы притяжения светила, имеют значение только звёзды с массою много большею, чем у солнца. У двойной звезды - г Virginis, по наблюдениям и расчётам г. Белопольского (1898 г.), общая масса почти в 33 раза превосходит массу солнца. Нет оснований думать, что это составляет случай наибольшей массы, а потому будет осторожнее допустить, что существуют, быть может, звёзды, превосходящие солнце раз в 50, но увеличивать много это число было бы, мне кажется, лишённым всякой реальности. Для выполнения всего расчёта должно знать ещё и радиус звезды, о чём до сих пор нет никаких прямых сведений. Однако здесь может служить наведением соображение о составе и температуре звёзд. Не подлежит сомнению, на основании спектральных исследований, что в отдалённейших мирах повторяются наши земные химические элементы, а на основании аналогий едва ли можно сомневаться в том, что общий, массовый состав миров представляет много сходственного, например, в том, что ядро плотнее оболочки, а она окружена постепенно разрежающеюся атмосферою. Поэтому состав звёзд, вероятно, лишь немногим отличается от состава массы солнца. Плотность же определяется составом, температурой и давлением. Давление же, вследствие зависимости от общей массы светила, возрастая с поверхности к центру, может много различаться от солнечного только для ядра, но оно - будь это жидкость или пар в сильно сжатом виде -- не должно сильно изменять плотностей, так как и на солнце ядро находится под громадным давлением сверху лежащих слоёв, а потому его накалённый материал находится в состоянии, близком к пределу сжимаемости 26.

Для температур звёзд, более массивных, чем солнце, также нельзя ждать крупных различий от солнца, сильно влияющих на плотность, и если такие различия возможны для внутренних областей звёзд, то для звёзд большой массы скорее в сторону повышения, чем понижения температуры, ибо при понижении температуры светимость должна падать, а при большой массе охлаждение замедляться. Повышение же температуры больших звёзд должно увеличивать диаметр светила, а это должно понижать скорость, достаточную для вырывания газовых частиц из сферы притяжения. На основании сказанного для наших расчётов достаточно признать, что средняя плотность больших звёзд близка к средней плотности солнца. Эта же последняя, конечно, преимущественно вследствие высокой температуры солнца, как известно, почти в 4 раза менее средней плотности земли, которая недалека от 5,6 - по отношению к воде, а потому для звёзд нельзя ждать средней плотности, сильно отличающейся от солнечной (около 1,4 - по сравнению с водою), и следовательно для звезды, масса которой в n раз более массы солнца, радиус будет в раз более солнечного.

Теперь есть все элементы для расчёта в отношении к звезде, которая в 50 раз превосходит солнце. Её масса = 50·129·1018, или близка к 65·1020, её радиус близок к 698·106·, или к 26·108. Отсюда следует, что с поверхности такой звезды могут удаляться в пространство тела, обладающие скоростью, близкою к: , или к 2240000 метрам в секунду (=2240 километров).

Значительность величины, полученной таким образом для скорости v, и приближение её к той, с которою (300000000 метров в секунду) распространяется свет, заставляют обратиться немного в сторону, к вопросу о том: во сколько бы раз n должно было превосходить массу солнца светило, которое удерживало бы на своей поверхности частицы, обладающие скоростью 3·108 метров в секунду, если бы средняя плотность массы этого светила была равна солнечной? Ответ получится на основании того, что, при одной и той же средней плотности двух светил, скорости тел, могущих с их поверхности вылететь в пространство (из сферы притяжения), должны относиться как кубические корни из масс 27, а потому светило, с поверхности которого могут улететь частицы, обладающие скоростью 300000000 метров в секунду, должно по массе своей превосходить солнце в 120000000 раз, так как от солнца могут отлетать только частицы, обладающие скоростью 608000 м в секунду, а она относится к заданной (300000000), как 1 к 493, куб же от 493 близок к 120 миллионам. Но, при современном состоянии наших сведений о массах звёзд, нет достаточного 28 основания допустить существование подобного громадного светила (в 120 миллионов раз большего, чем солнце), хотя масса луны менее солнца в 25 миллионов раз. Поэтому, мне кажется, возможно считать, что скорость движения частиц искомого нами газа должна быть, чтобы наполнять небесное пространство, более 2240000 метров в секунду, но она, вероятно, менее, чем 300000000 метров в секунду.

Отсюда находим, что вес атома x искомого, легчайшего элементарного газа, могущего наполнять вселенную и играть роль мирового эфира, должно принять в пределе (по формуле II):

от 0,000 000 96 до 0,000 000 000 053,

если атомный вес Н = 1. Лично мне кажется невозможным, при современном запасе сведений, допустить последнее из приведённых чисел, потому что оно в некоторой мере отвечало бы стремлению возвратиться к теории истечения света, и я полагаю, что для понимания множества явлений совершенно достаточно признать пока, что частицы и атомы легчайшего элемента x, могущего свободно двигаться всюду, имеют вес, близкий к одной миллионной доле веса водородного атома, и движутся со средней скоростью, недалекою от 2250 километров в секунду.

В то время, когда я сделал вышеизложенные расчёты, мой учёный друг профессор Дьюар прислал мне свою президентскую речь, сказанную им в Бельфасте при открытии собрания Британской ассоциации естествоиспытателей (1902). В ней он проводит мысль о том, что в высочайших областях атмосферы, где горят свет и цвета северных сияний, должно признавать область водорода и аргоновых аналогов 29. Отсюда уж лишь немного шагов до областей неба, ещё более далёких, и до необходимости признания наиболее лёгкого газа, могущего всюду проникать и заполнять мировые пространства, придавая осязаемую реальность представлению об эфире. Представляя эфир газом, обладающим указанными признаками и относящимся к нулевой группе, я стремлюсь прежде всего извлечь из периодического закона то, что он может дать, реально объяснить вещественность и всеобщее распространение эфирного вещества повсюду в природе и его способность проникать все вещества не только газо- или парообразные, но и твёрдые и жидкие, так как атомы наиболее лёгких элементов, из которых состоят наши обычные вещества, всё же в миллионы раз тяжелее эфирных и, как надо думать, не изменят сильно своих отношений от присутствия столь лёгких атомов, каковы атомы x или эфирные. Понятно само собой, что вопросов является затем и у меня самого целое множество, что на большую часть из них мне кажется невозможным отвечать, и что в изложении своей попытки я не думал ни поднимать их, ни пытаться отвечать на те из них, которые мне кажутся разрешимыми. Писал не для этого свою «попытку», а только для того, чтобы высказаться в таком вопросе, о котором многие, знаю, думают, и о котором надо же начать говорить.

Не вдаваясь в развитие изложенной попытки понять эфир, я, однако, желал бы, чтобы читатели не упустили из вида некоторых, на первый взгляд побочных, обстоятельств, которые руководили ходом моих соображений и заставили выступить с предлагаемою статьёю. Эти обстоятельства состоят в ряде сравнительно недавно открытых физико-химических явлений, которые не поддаются обычным учениям и многих уже заставляют отчасти возвращаться к представлению об истечении света, отчасти придумывать мне мало понятную гипотезу электронов, не стараясь выяснить до конца представление об эфире, как среде, передающей световые колебания. Сюда относятся особенно радиоактивные явления.

Считая невозможным описывать 30 эти примечательнейшие явления и предполагая, что они уже более или менее известны читателям, прежде всего я должен сказать, что как чтение исследований и описаний, касающихся до них, так и всё то, что мне было показано (весной 1902 г.) в этом отношении в лаборатории г. Беккереля им самим (он и открыл этот класс явлений) и первыми исследователями радиоактивных веществ: г-жою и г-ном Кюри, производило на меня впечатление особых состояний, свойственных лишь преимущественно (но не исключительно, как магнетизм свойствен преимущественно, но не исключительно, железу и кобальту) урановым и ториевым соединениям.

Так как уран и торий, а вместе с ними и радий, судя по определениям г-жи Кюри (1902), обладают между всеми известными элементами высшими атомными весами (U=239, Th=232 и Rd=225), то на них должно смотреть, как на солнца, обладающие высшим развитием той индивидуализированной притягательной способности, средней между прямым тяготением и химическим сродством, которою определяется поглощение газов, растворение и т. п. Представив вещество мирового эфира легчайшим газом x, лишённым, как гелий и аргон, способности образовать стойкие и определённые соединения, нельзя вообразить, что этот газ будет лишён способности, так сказать, растворяться или скопляться около больших центров притяжения, подобных в мире светил - солнцу, а в мире атомов - урану и торию. Действительно, в гелии и аргоне прямой опыт показывает способность прямо растворяться в жидкостях и притом способность индивидуализированную, то есть зависящую от природы газа и жидкости и постепенно изменяющуюся от температуры. Если эфир есть газ x, то он, конечно, в среде или массе самого солнца должен скопляться со всего мира, как в капле воды скопятся газы атмосферного воздуха. Около тяжелейших атомов урана и тория легчайший газ x будет также скопляться и, быть может, изменять своё движение, как в массе жидкости растворяющийся газ. Это не будет определённое соединение, которое обусловливается согласным общим движением, подобным системе планеты и её спутников, а это будет зачаток такого соединения, подобный кометам - в мире небесных индивидуальностей, и его можно ждать около самых тяжёлых атомов урана и тория - скорее, чем для соединений других более лёгких - по весу атома - элементов, как кометы из небесного пространства попадают в солнечную систему, обходят солнце и вырываются затем снова в небесное пространство. Если же допустить такое особое скопление эфирных атомов около частиц урановых и ториевых соединений, то для них можно ждать особых явлений, определяемых истечением части этого эфира, приобретением его частицами нормальной средней скорости и вхождением в сферу притяжения новых эфирных атомов. Не говоря о потерях электрических зарядов, производимых радиоактивными веществами, я полагаю, что световые или фотолучевые явления, свойственные радиоактивным веществам, показывают как бы материальное истечение чего-то невзвешенного, и их, мне кажется, можно разуметь этим способом, так как особые виды входа и выхода эфирных атомов должны сопровождаться такими возмущениями эфирной среды, которые составляют лучи света. Г-жа и г-н Кюри показали мне, например, следующий опыт, которого описание я считаю полезным. Две небольшие колбы соединены между собою боковою впаянною в горлышки трубкою со стеклянным краном в средине. В одну колбу - при запертом кране - влит раствор радиоактивного вещества, а в другую вложен студенистый белый осадок сернистого цинка, взболтанный в воде. Когда кран, соединяющий обе колбы, заперт, тогда и в темноте ничего не замечается. Но когда кран открыть, то в темноте видна очень яркая фосфоресценция сернистого цинка, и это длится всё время, пока кран отперт. Если же его закрыть, то постепенно фосфоресценция ослабевает, возобновляясь при новом открытии крана. Получается впечатление истечения из радиоактивного вещества чего-то материального, быстрое - при свободном проходе чрез воздух, и медленное при отсутствии такого прямого и лёгкого пути. Если предположить, что в радиоактивное вещество входит и из него выходит особый тонкий, эфирный газ (как комета входит в солнечную систему и из неё вырывается), способный возбуждать световые колебания, то опыт как будто и становится в некотором смысле понятным. Как всякого рода движение любого газа можно производить не только твёрдым поршнем, но и движением другой части того же газа, так световые явления, то есть определённые поперечные колебания эфира, можно производить не только молекулярным движением частиц других веществ (накаливанием или как иначе), выводящим эфир из его подвижного равновесия, но и известным изменением движения самих эфирных атомов, то есть нарушением самого их подвижного равновесия, причиною чего в случае радиоактивных тел служит прежде всего массивность атомов урана и тория, как причину свечения солнца, по моему мнению, можно видеть прежде всего в его громадной массе, могущей скоплять эфир в гораздо большем количестве, чем это доступно планетам, их спутникам и всюду носящимся частицам космической пыли. Мне думается, что лучисто-световые явления, то есть поперечные к лучу колебания эфирной среды, состоящей из быстро движущихся мельчайших атомов, в действительности сложнее, чем то представляется до сих пор, и эта сложность определяется по преимуществу тем, что скорость собственного движения эфирных атомов не очень многим (по нашему расчету всего в 130 раз) меньше скорости распространения поперечных колебаний эфирных атомов. Таково, по крайней мере, моё личное впечатление от узнанных мною радиоактивных явлений, и я об нём не умалчиваю, хотя и считаю очень трудным сколько-либо разобраться в этой ещё тёмной области световых явлений.

Вкратце укажу ещё на другое из числа виденных мною явлений, наводившее меня на изложенную попытку, относящуюся к пониманию эфира. Дьюар около 1894 г., изучая явления, происходящие при низких температурах, достигаемых в жидком воздухе, заметил, что фосфорическое свечение (наступающее, как известно, после действия света) многих веществ, особенно же парафина, сильно возрастает при холоде жидкого воздуха (от -181° до -193°). Теперь мне представляется, что это зависит от того, что парафин и подобные ему вещества усиленно сгущают при сильном холоде атомы эфира, или, проще, его растворимость (поглощение) возрастает в некоторых телах, и они от этого сильнее фосфоресцируют, так как световые колебания возбуждаются тогда в фосфоресцирующих веществах не только телесными атомами, имеющими свойство от освещения их поверхности приходить в состояние особого напряжения, заставляющего - по прекращении освещения - колебаться эфир, но и атомами эфира, сгущающимися в подобных телах и быстро обменивающимися с окружающею средою. Мне кажется, что, представляя эфир, как особый, всё проницающий газ, можно хотя и не анализировать подобные явления, но в некоторой мере ждать их возможности. Я и смотрю на свою, далёкую от полноты, попытку понять природу мирового эфира с реально-химической стороны не более, как на выражение суммы накопившихся у меня впечатлений, вырывающихся исключительно лишь по той причине, что мне не хочется, чтобы мысли, навеваемые действительностью, пропадали. Вероятно, что подобные же мысли приходили многим, но, пока они не изложены, они легко и часто исчезают и не развиваются, не влекут за собой постепенного накопления достоверного, которое одно сохраняется. Если в них есть хоть часть природной правды, которую мы все ищем, попытка моя не напрасна, её разработают, дополнят и поправят, а если моя мысль неверна в основаниях, её изложение, после того или иного вида опровержения, предохранит других от повторения. Другого пути для медленного, но прочного движения вперёд, я не знаю. Но пусть окажется невозможным признать за эфиром свойств легчайшего, быстро движущегося, недеятельнейшего в химическом смысле газа, всё же, оставаясь верным реализму, нельзя отрицать за эфиром его вещественности, а при ней рождается вопрос о его химической природе. Моя попытка есть не более, как посильный и первичный ответ на этот ближайший вопрос, а в сущности своей она сводится к тому, что ставит этот вопрос на очередь.

(опубл.: Отдельное изд.: «Попытка химического понимания мирового эфира», СПб., 1905, типолитография М.П. Фроловой, стр. 5-40)

Примечания

химический газ эфир

1 По Демокриту, писавшему лет за 400 до Р. X.: «дух, как и огонь, состоит из мелких, круглых, гладких наиболее удобоподвижных, легко и всюду проникающих атомов, движение которых составляет явление жизни». Думаю, что ничего сколько-либо подобного этому не снилось даже в бреду ни одному современному естествоиспытателю и даже отъявленному материалисту новых времён. У классиков древности куча таких резких и лишних крайностей, которыми попутно (конечно, против воли разумных педагогов) и невольно заражается молодёжь, когда в основу начального общего образования кладут обладание классическою подготовкою. Классическая мудрость вошла во всё реальное, но с классическими глупостями пора бы покончить, как кончили со многим и многим, неизбежным в первые периоды появления строгого мышления. Лучше уже сочинять новый вздор, чем повторять старый, приведший классиков к непрочности как в мышлении, так и в общественных отношениях.

2 Но между истинными естествоиспытателями несомненно существуют, во-первых, невдумчивые эмпирики, во-вторых, материалисты и, в-третьих, свои спиритуалисты, но полагаю, что число невдумчивых быстро уменьшается, материалистов осталось очень уже немного, спиритуалистов же и подавно.

3 Другие, например, между русскими И. О. Ярковский, в брошюре: «Плотность светового эфира» (Брянск, 1901 г. Эта брошюра стала мне известною только после окончания этой статьи), признают иную плотность эфира, чем В. Томсон, исходя из иных соображений. Для нашей цели важна не численная величина, а стремление найти её, показывающее, что по общему сознанию эфир есть вещество весомое.

4 Уже с 70-х годов у меня назойливо засел вопрос: да что же такое эфир в химическом смысле? Он тесно связан с периодическою системою элементов, ею и возбудился во мне, но только ныне я решаюсь говорить об этом. Сперва и я полагал, что эфир есть сумма разреженнейших газов в предельном состоянии. Опыты велись мною при малых давлениях - для получения намёков на ответ. Но я молчал, потому что не удовлетворялся тем, что предоставлялось при первых опытах. Теперешний мой ответ иной, он тоже не вполне удовлетворяет меня. И я бы охотно ещё помолчал, но у меня уже нет впереди годов для размышления и нет возможностей для продолжения опытных попыток, а потому решаюсь изложить предмет в его незрелом виде, полагая, что замалчивать - тоже неладно.

5 Об этом, ещё и доныне нередко выплывающем из безбрежного океана мысли, предубеждении я, с своей стороны, высказался со всею возможною для меня ясностью в одном из фарадеевских чтений в лондонском химическом обществе 24 мая-4 июня 1889 г. (см. Менделеев: «Два лондонских чтения») и в особой статье «Золото из серебра», помещённой в «Журнале журналов» 1897 г. (редактировавшемся проф. Тархановым), а потому не считаю надобным возвращаться к этому, мне кажется, скучному предмету.

6 Ныне (с 1904 г.) доказана проницаемость газов при повышенной температуре не только для стекла, фарфора и т. п., но и для кварца.

7 Газы аргоновой группы описаны подробнее в последних изданиях моего сочинения «Основы химии».

8 Мне кажется мыслимым, что мировой эфир не есть совершенно однородный газ, а смесь нескольких, близких к предельному, то есть составлен подобно нашей земной атмосфере из смеси нескольких газов. Но, допустив это, мы бы усложнили ещё более рассмотрение предмета, а потому, ради упрощения, я говорю далее лишь об однородном предельном газе, могущем представлять собою свойства, принадлежащие эфиру.

9 Зависимость между атомным весом и плотностью газов определяется, как известно, законом Авогадро-Жерара при помощи веса частицы, а так как частичный вес для простых тел равен некоторому целому числу n, умноженному на атомный вес, то надо лишь знать это n, чтобы судить по атомному весу о плотности. Если и атомный вес и плотность выразить по водороду, то плотность=nA/2, где A есть атомный вес. Для водорода, кислорода, азота и т. п. простых газов n (число атомов в частице)=2, а потому плотность=A. Но для ртути, цинка и т. п., равно как для гелия, аргона и т. п., n=1 (то есть в их частице 1 атом), а потому для них плотность (по водороду) равна половине атомного веса (по водороду). О том, что частицы аргона и его аналогов содержат по одному атому, суждение получено на основании сравнительного изучения физических свойств этих газов.

10 Укоренившееся за последнее время обыкновение принимать атомный вес кислорода ровно за 16, причём для водорода получается не 1, а 1,008, - основывается на том, что с водородом соединяются лишь немногие элементы, а с кислородом огромное большинство. Со своей стороны, я принял охотно такое предложение ещё по той причине, что оно уже отчасти клонится к тому, чтобы лишить водород того исходного положения, которое он давно занимает, и заставить ждать элементов ещё с меньшим, чем у водорода, весом атома, во что я всегда верил и что положено в основу этой статьи.

11 Надо полагать, что наблюдаемая плотность аргона (19,95) немного выше действительной и что это относится и к весу атома аргона, как принято было мною в седьмом издании «Основы химии», 1902 г., стр. 181.

12 Примечательно притом, что у аргона Аr и фтора F2 частичный вес почти одинаков и оба кипят при -187° (примерно как N2 и СО, которые кипят около -193°), но закон изменения температур кипения в обеих группах явно различный.

13 Сколько мне известно, в литературе предмета первое упоминание нулевой группы сделано было г. Еррера в заседании 5 марта 1900 года в Бельгийской Академии (Academie royale de Belgique, Bulletin de la classe des sciences, 1900, page 160). Это положение аргоновых аналогов в нулевой группе составляет строго логическое следствие понимания периодического закона, а потому (помещение в группе VIII явно неверно) принято не только мною, но и Браунером, Пиччини и др.

14 Сопоставление ат. весов аргоновых элементов с ат. весом галоидов и щелочных металлов словесно сообщил мне 19 марта 1900 года проф. Рамзай в Берлине, а потом напечатал об этом в «Phylosophical Transactions». Для него это было весьма важно, как утверждение положения вновь открытых элементов среди других известных, а для меня, как новое блистательное утверждение общности периодического закона. С своей стороны я молчал, когда мне не раз выставляли аргоновые элементы, как укор периодической системе, потому что я поджидал, что скоро обратное всем будет видимо.

15 Хотя из данных Стаса и новых (1902 г.) определений Ладенбурга и др. следует, что атомный вес йода немного менее 127 (126,96-126,88), но я полагаю, что он не менее, а пожалуй более 127, потому что, очистив от хлора, Ладенбург сушил свой йод над хлористым кальцием, а это должно вновь вводить в йод хлор, понижающий атомный вес йода, как можно судить по прекрасным наблюдениям А. Л. Потылицына над мерою вытеснения одних галоидов другими. Атомные веса даны с таким числом знаков, что в последней цифре можно признавать ещё некоторую погрешность.

16 Быть может, возможны также элементы с атомными весами большими, чем у H=1,008, но меньшими, чем у He=4, из II--VII групп, но, во-первых, мне кажется, что ныне вероятнее всего ждать галоида, но не элементов всех групп, так как в начальных рядах нельзя ждать представителей всех химических функций или групп, как их нет в последних рядах, а галоидов известно лишь 4, щелочных же металлов (и многих др.) 5, и, во-вторых, рассмотрение иных возможных элементов из числа более лёгких, чем гелий, но тяжелейших, чем водород, вовсе не касается предмета этой статьи. Быть может, галоид с атомным весом около 3 найдётся в природе.

17 Не лишено назидательности то обстоятельство, что весьма скоро после того, как Стоней и Роговский писали об отсутствии водорода и гелия в атмосфере земли, оба эти газа несомненно доказаны в воздухе, хотя содержание обоих, особенно гелия, очень мало. Их нашёл Дьюар и др. в сжиженном воздухе, водород подозревал ещё Бусенго, а несомненно доказал в 1900 г. Ар. Готье, хотя объёмное содержание его несомненно не более, чем углекислого газа. Стоней и Роговский имели, очевидно, под руками все элементы для сделанного далее расчёта, показывающего, что земля может удерживать все газы, скорость частиц которых менее 11 километров в секунду, но они считали, что гелия нет в воздухе, и этой предвзятою мыслью соблазнились, что и приводит к необходимости дополнить их содержательнейшие и интереснейшие соображения.

18 Мне бы хотелось предварительно назвать его «ньютонием» - в честь бессмертного Ньютона.

19 Но как бы ни был он лёгок, как бы ни была высока скорость его частиц, всё же около громадных масс солнца и звёзд его частиц из мирового запаса должно скопиться больше, чем около меньших масс планет и спутников. Не искать ли в этом исходных точек для понимания избытка энергии, доставляемой солнцем, причины разностей между ним и планетами, масса которых мала? Если бы это было хоть приближённо так, то и тут, как во всей механике и химии, главная сущность вещества состояла бы или сосредоточивалась в его массе. Правильное и простое понимание, например, химических явлений началось с изучения веса (массы) действующих веществ, веса частиц и законностей, существующих между весами атомов. Без понятий о массах, действующих друг на друга - химия была бы лишь описательным (историческим) знанием. Но что такое есть масса или количество вещества - по самому своему существу - того, сколько я понимаю, не знают ещё вовсе. Смутное понятие о первичной материи, опытом столь много раз отвергнутое, имеет целью только заменить понятие о массе понятием о количестве первичной материи, но проку от такой замены не видно, ясности ни в чём не прибывает. Не думаю, что тут лежит грань познания на веки вечные, но полагаю, что ранее понимания массы должно вырабатывать реально-ясное понимание эфира. Если бы моя «попытка» повела к такой выработке, хотя бы совсем с иной стороны, моя решимость выступить с желанием реально понять эфир была бы оправдана законами истории поступательного движения знаний, то есть искания истины.

20 Легко производимый и поучительнейший опыт, показывающий относительную - сравнительно с воздухом - быстроту движения частиц водорода, описан, например, в моём сочинении «Основы химии», изд. 8-ое, 1906 г., на стр. 433, а на стр. 432 дан способ расчёта скоростей.

21 Гипотеза состоит в том, что упругость газов или производимое газом давление (на окружающие предметы) объясняется движением частиц и ударами их о преграды.

22 В признании температуры абсолютного нуля (-273°) должно, по моему мнению, видеть одну из слабых сторон современных физических концепций, а потому предполагаю, если найду на то возможность, решимость и время, говорить об этом предмете в особой статье, хотя не считаю предмет этот особенно существенным.

23 По исследованиям Менделеева и Каяндера, водород при малых и увеличенных давлениях (до 8 атм.) сохраняет коэффициент расширения около 0,00367, но газы с большим весом частицы дают большие числа. Для легчайших газов, каковы x никакого иного числа взять нельзя, как найденное для водорода.

24 При тех расчётах, которые далее производятся, то есть при отыскании скорости v и веса x, можно обойтись без выражения массы, довольствуясь напряжением тяжести (ускорением при падении), но я предпочёл ввести массу потому, что, по моему мнению, тогда расчёт становится более наглядным.

25 Дело идёт о средней скорости собственного движения газовых частиц. Если будут, как признаёт Максвель, частицы, движущиеся быстрее, то будут и медленнее движущиеся, а потому для нашего рассуждения должно было взять лишь средние скорости.

26 Так как пары и газы в сильно сжатом состоянии сжимаются только до плотностей, в жидком и твёрдом виде телам свойственных, а эти явно зависят от состава, то в газо- и паро-образных массах при каких угодно давлениях нельзя ждать плотностей больших, чем у охлаждённого тела того же состава в твёрдом и жидком виде. Сущность дела (многим, думаю, ещё неясного) здесь в следующем. Никакой газ или пар при сколько-либо значительных давлениях не следует закону Бойль-Мариотта, а сжимается гораздо того меньше, как можно заключить из прямых опытов и из соображений химического свойства. Прямые опыты, ещё Наттерера (1851-1854), равно как и позднейшие, показывают, что при больших (в 100-3000 атмосфер) давлениях, в n атмосфер, объёмы всех газов, при всяких температурах, сжимаются не в n раз (против объёма измеренного при давлении в одну атмосферу), а в гораздо меньшее число раз; так, например, для водорода при давлениях до 3000 атмосфер - в 3 раза менее, и если куб. метр водорода при давлении атмосферы весит около 90 граммов, то при давлении в 3000 атмосфер - не сжижаясь - весит не 3000Ч90, или не 270 килограммов, как было бы при следовании Бойль-Мариоттову закону, а только около 90 килограммов. То же получено и для всех иных газов и паров при всех температурах. Следовательно, судя по опыту, сильное давление или превращает пары и газы в жидкости, или сжимает их гораздо менее, чем по Бойль-Мариоттову закону, и предел сжимаемости виден явно при переходе в жидкости, которые, как всем известно, мало сжимаемы и представляют свой предел сжимаемости. Того же вывода о пределе сжимаемости (то есть об отступлении от Бойль-Мариоттова закона) газов достигаем из соображения о том, что частичные и атомные силы, проявляющиеся при химических превращениях газов, часто сильно превосходят физико-механические силы, нам доступные, как видно, например, из лёгкости сжижения всяких газов при образовании ими множества соединений. Химическое же соединение влечёт за собой сжатие до предела, сообразного с составом, как видно из того, что удельно-тяжёлые вещества происходят только при содержании в составе тяжёлых металлов, а между всеми и всякими соединениями лёгких простых тел нет и немыслимо ни одно тяжёлое соединение. Так, например, все соединения углерода с водородом или легче воды, или представляют плотность, меньшую, чем уголь и графит. Сжатие при этом происходит, но оно ограничено явным пределом. То же относится до сжатия при сжижении. Так, Дьюар для сжиженных водорода, кислорода и азота признаёт предел, а именно даже при абсолютном нуле (=-273°) объём их атома не менее 10-12, то есть предел плотности кислорода около 1,3, а для водорода около 0,1, относительно воды=1. Неясность понятия о пределе сжимаемости газов (как и др. веществ) многих вводит в явные заблуждения. Так, не раз высказывалось мнение о том, что в ядре солнца и планет можно предполагать газы сжатыми до плотностей тяжелейших металлов, потому что там давления громадны. Если бы закон Мариотта был строг, то куб. дециметр воздуха (вес при одной атмосфере около 1,2 грам.) при давлении в 10 000 атмосфер (а давление в ядре светил много этого больше) весил бы около 12,0 килограммов, то есть воздух был бы тяжелее меди (8,8 килогр.) и серебра (10,5 килогр.). Этого нет и быть не может, что мне и хотелось, попутно, сделать совершенно ясным.

27 Это легко доказать, потому что квадраты скоростей, судя по сказанному выше, относятся как m/r к m1/r1, а r1 к r, как кубические корни из отношения масс, если средние плотности одинаковы.

28 Разве для объяснения собственного движения солнца и других звёзд около неизвестной центральной массы.

29 Примерно ту же мысль я вкратце высказал в выноске [68 bis] на стр. 183 вышедшего в сентябре 1902 г. первого выпуска 7-го издания своего сочинения «Основы химии».

30 Об радиоактивных веществах говорится, между прочим, в моём сочинении «Основы химии», 8-е изд., 1906 г. дополнение 565, где я старался совокупить все важнейшие на мой взгляд химические об них сведения до средины 1905 г.

Размещено на Allbest.ru