Вклад М.В. Ломоносова в развитие физики

Тройка "Эврика-2011"+"Искатели"+"Юные ломоносовцы"

 
В многосторонней научной деятельности Ломоносова физика занимает особое место. Она была первой областью его научных интересов, способствовала формированию материалистического мировоззрения и выработке своей собственной, строго научной методологии. Его "корпускулярная философия"  стала логическим центром всех естественнонаучных исследований ученого.
Ломоносову удалось преодолеть идеалистические взгляды и встать на очень последовательные материалистические позиции. Создаваемая им картина Мира была материалистическо-механической.


Ломоносов внёс значительный вклад в развитие физической науки. Его активная творческая деятельность была посвящена самым актуальным в то время направлениям физики и, говоря современным научным языком, смежным с физикой областям: физической химии, геофизике, физике атмосферы, астрономии, физической минералогии, математической физике, биофизике, метрологии, гляциологии, физике северных сияний, физике «хвостов» комет.



 
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЕ ВЕДОМОСТИ 
1746. № 50. 24 июня
*****

«Для известия. Охотникам до физики Экспериментальной чрез сие объявляется, что Академии наук Профессор, господин Ломоносов, с предбудущей пятницы по-прежнему в положенные часы, а именно от трех до пяти часов, начнет продолжать публичные свои лекции».

1746. № 62. 5 августа.



"При сем случае я должен отдать справедливость Ломоносову, что он одарован самым счастливым остроумием для объяснения явлений физических и химических. Желать надобно, чтобы все прочие Академии были в состоянии показать такие изобретения, которые показал г. Ломоносов."

"(…) я никого не знаю, кто был бы в состоянии лучше разъяснить этот трудный предмет, чем этот гениальный человек, который своими познаниями делает честь не только Императорской Академии, но и всему народу." Л. Эйлер


"Соединяя необыкновенную силу воли с необыкновенною силою понятия, Ломоносов обнял все отрасли просвещения. Жажда науки была сильнейшею страстию сей души, исполненной страстей. Историк, ритор, механик, химик, минералог, художник и стихотворец – он все испытал и все проник."

"Ломоносов был великий человек. Между Петром I и Екатериною II он один является самобытным сподвижником просвещения. Он создал первый университет. Он, лучше сказать, сам был первым нашим университетом." А.С. Пушкин


"Говорить о Ломоносове приятно, как приятно общение с одним из самобытных гениев в истории человеческой культуры. В жизни гения есть что-то вечное, что не теряет никогда интереса, и это заставляет людей интересоваться жизнью великих людей любой эпохи."
  П.Л. Капица


Молекулярно-кинетическая теория

 Одним из наилучших естественнонаучных достижений М.В. Ломоносова, является его молекулярно-кинетическая теория тепла.

 В середине XVIII века в современной науке господствовала «теория теплорода», впервые выдвинутая Робертом Бойлем. В основе этой теории лежало представление о некой «огненной материи», посредством которой распространяется и передается тепло, а также огонь. Ломоносов обращает внимание научного сообщества на то, что ни расширение тел по мере нагревания, ни увеличение веса при обжиге, ни фокусировка солнечных лучей линзой, не могут быть качественно объяснены «теорией теплорода». Связь тепловых явлений с изменением массы, отчасти, и породили представление о том, что масса увеличивается вследствие проникновения теплорода в поры тел. Но Михаил Ломоносов спрашивает: почему же при охлаждении тела теплород остаётся, а сила тепла теряется? Опровергнув «теорию теплорода», Ломоносов предлагает свою теорию, в которой он убирает лишнее понятие теплорода.

«Достаточное основание теплоты», по мнению М.В. Ломоносова заключается:

  1. «в движении какой-то материи» — так как «при прекращении движения уменьшается и теплота«, а «движение не может произойти без материи»;
  2. «во внутреннем движении материи», так как недоступно чувствам;
  3. «во внутреннем движении собственной материи» тел, то есть «не посторонней»;
  4. «во вращательном движении частиц собственной материи тел», так как «существуют весьма горячие тела без» двух других видов движения «внутреннего поступательного и колебательного».

Итак, Ломоносов доказал, что причиной теплоты является внутреннее вращательное движение связанной материи.

Эти рассуждения имели огромный резонанс в современной европейской науке.

Теория, как и подобает, более критиковалась, чем принималась учеными. В большей степени критика была направлена на следующие стороны теории:

  1. частицы Ломоносова обязательно шарообразны, (что не доказано);
  2. утверждение, что колебательное движение влечет за собой распад тела, и поэтому, не может служить источником тепла, но, напротив, общеизвестно, что частицы колоколов колеблются веками и колокола не      рассыпаются;

М. В. Ломоносов считает, что все тела состоят из корпускул — молекул, которые являются «собраниями» элементов — атомов. В своей диссертации «Элементы математической химии» (1741 год; диссертация не завершена) учёный дает такое определения: «Элемент есть часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличающихся от него тел… Корпускула есть собрание элементов, образующее одну малую массу».

В более поздней работе (1748 год) он вместо «элемента» употребляет слово «атом», а вместо «корпускула» — партикула — «частица» или «молекула». «Элементу» Ломоносов даёт современное значение — в смысле предела делимости тел — последней составной их части. Древние говорили: «Как слова состоят из букв, так и тела — из элементов». Атомы и молекулы у М.В. Ломоносова — «физические нечувствительные частицы», чем подчёркивается, что эти частицы чувственно неощутимы. Ломоносов показывает различие «однородных» корпускул, то есть состоящих из «одинакового числа одних и тех же элементов, соединенных одинаковым образом», и «разнородных» — состоящих из различных элементов.

Своей корпускулярно-кинетической теорией тепла М.В. Ломоносов предвидел многие гипотезы, сопутствовавшие дальнейшему развитию атомистики и теорий строения материи.

http://www.alroslav.ru/lomonosov/otkrytiya-lomonosova.php




Тепловые явления



   Среди наиболее значимых научных достижений Ломоносова в области физики является его атомно-корпускулярная теория строения вещества и материи В рамках этих представлений он объяснил причины агрегатных состояний веществ (твёрдое, жидкое и газообразное состояния) и разработал теорию теплоты. 

     Следует отметить, что в это время господствовал иной взгляд на природу теплоты, в основе которого лежало представление о «теплороде» – некой огненной материи, посредством которой распространяется и передаётся тепло. Ломоносов показал физическую несостоятельность теории теплорода и дал по сути современную молекулярно-кинетическую трактовку теории теплоты. В работе «О причине теплоты и стужи» он писал, что «теплота состоит в движении материи, которое движение хотя и не всегда чувствительно, однако подлинно в теплых телах есть (…). Сие движение есть внутреннее, то есть в теплых и горячих телах движутся нечувствительные частицы, из которых состоят самые тела». В этой же работе Ломоносов указал на возможность существования абсолютного нуля температуры, отмечая, что «должна существовать наибольшая и последняя степень холода, которая должна существовать в полном прекращении вращательного движения частиц».






О причине теплоты и стужи   рассуждение Михаила Ломоносова» и «Теория о упругости воздуха, которую для опыту предложил Михайло Ломоносов».

Черновой автограф. 1749.

СПФ АРАН. Ф.20. Оп.3. Д.58. Л.37-38.




***


Но где ж, натура, твой закон?
С полночных стран встаёт заря!
Не солнце ль ставит там свой трон?
Не льдисты ль мешут огнь моря?
Се хладный пламень нас покрыл!
Се в ночь на землю день вступил!
О, вы, которых быстрый взрак
Пронзает в книгу вечных прав,
Которым малый вещи знак
Являет естества устав!
Вам путь известен всех планет;
Скажите, что нас так мятёт?
Что зыблет ясный ночью луч?
Что тонкий пламень в твердь разит?
Как молния без грозных туч
Стремится от земли в зенит?
Как может быть, чтоб мёрзлый пар
Среди зимы рождал пожар?



Вдохновенные строки Михаила Васильевича Ломоносова о загадке величественного знакомого зрелища-северного сияния.


Электричество

     
 Атмосферное электричество приписывалось  Божьему промыслу и на экспериментальное его изучение налагалось церковное табу.   Но  Ломоносов совместно с профессором физики Рихманом  уделял большое внимание изучению электрических явлений.  
    В ходе этих исследований была создана экспериментальная установка («громовая машина»),  Эти установки размещались в домашних лабораториях Ломоносова и Рихмана; учёные понимали, конечно, сколь опасны такие опыты для их жизни (Рихман был убит ударом молнии во время опытов в сильную грозу 26 июля 1753 г.). Гибель Рихмана была воспринята не только церковью и околонаучным обществом, но и многими членами Петербургской академии как Божья кара. Финансирование этих работ было прекращено, и на дальнейшие исследования в этом направлении фактически был наложен официальный запрет.
    Не смотря на это, Ломоносов создал строго научную теорию атмосферного электричества, которая в полной мере соответствует современным взглядам. Во-первых, он отрицал существование какой-либо "электрической жидкости", подобной "теплороду", которой физики пытались объяснить электрические явления; во-вторых, экспериментально установил идентичность атмосферного и искусственного электричества: "Произведённые через искусство электрические искры, которые к приближающемуся персту с треском выскакивают, суть одного свойства с громовыми ударами"; В своей теории Ломоносов исходил из принципа генерации электрических зарядов в результате
Образование электрических зарядов в атмосфере (по рисунку М.В. Ломоносова)
относительного движения и трения атмосферных частиц: «теплота и электрическая сила происходят от трения; теплота требует сильного к движению грубых частиц, электрическая сила – нежного к побуждению тончайших частиц» (прозрение об электроне почти за двести лет до его открытия).
    Ломоносов явился изобретателем и ряда электроизмерительных приборов. Его "электрический указатель" позволял определять степень наэлектризованности тел. Другие измерительные приборы предназначались для безопасного измерения, "электрической силы" в воздухе во время грозы.  Он впервые высказал мысль о связи электрических и световых явлений, об электрической природе северного сияния и кометных хвостов, о вертикальных течениях, как источнике атмосферного электричества, открыл три вида электрических разрядов.
    В истории мировой науки пионером исследований атмосферного электричества часто считают Франклина. Однако работы Ломоносова в этом направлении были начаты раньше и привели его к более глубоким и во многом более правильным выводам. Многое из того, что у Франклина было только смутными догадками, у Ломоносова обосновывается многочисленными наблюдениями природных явлений и математическими расчетами.
  Результаты многолетних (1744-1753) работ Ломоносова в этом
"Слово о явлениях воздушных..."
направлении были обобщены и представлены на специальном заседании Петербургской академии 26 ноября 1753 года в большом докладе «Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих, предложенное от Михайла Ломоносова». Доклад Ломоносова проходил при большом стечении народа, помимо самих академиков, и сопровождался опытами с «громовой машиной». Он был опубликован в академических изданиях и реферировался в зарубежной научной литературе.

    М.В. Ломоносов был уверен, что использование электричества откроет перед наукой "великую надежду к благополучию человеческому". Жизнь полностью подтвердила это предвидение великого учёного.





Полезные ссылки:  

1) М.В. Ломоносов – зачинатель Российской науки
2) Ломоносов, Михаил Васильевич (материал из Википедии — свободной энциклопедии
3) Вклад М.В. Ломоносова в науку
4) Итоги научной деятельности М. В. Ломоносова
5) М.В. Ломоносов и атмосферное электричество
6) Михаил Васильевич Ломоносов
7) Труды Ломоносова (электронные книги в форматах pdf и djv)

Comments