Итак, открыв примерно за одиннадцать лет до Кулона закон взаимодействия, Кавендиш, однако, его не опубликовал. Известный электротехник Хевисайд сказал, что это грех — и грех непростительный. Это стоило Кавендишу славы первооткрывателя.
На этом наш рассказ об истории закона Кулона можно было бы закончить, если бы… Если бы не было еще одного исследователя — Дж. Робайсона (1739–1805), который экспериментально доказал, что «действие между сферами в точности пропорционально обратному квадрату расстояния между их центрами». Метод, использованный Робайсоном, основывался на идее о том, что взаимодействующие заряды можно считать точечными, когда размеры сфер, на которых они локализованы, много меньше расстояния между центрами сфер. Установка, с помощью которой англичанин проводил измерения, описана в его фундаментальном труде «Система механической философии»
[67]. Сочинение это было издано уже после его смерти, в 1822 году. Но основной закон электростатики не носит имя Робайсона, как вполне могло бы быть, поскольку в это время уже получили повсеместное распространение труды Кулона.
Великий закон природы и его авторы
В 1838 году Роберт Майер
[68] получил степень доктора медицины. В этом же году он отплыл в качестве судового врача на торговом корабле, направлявшемся в Батавию, что на острове Ява. Во время этого путешествия Майер сделал открытие, перевернувшее всю его жизнь. Оказавшись в тропиках, часть команды серьезно заболела, и Майер одним из методов лечения избрал популярное в то время кровопускание. Производя многочисленные кровопускания на рейде в Батавии, Майер заметил, что «кровь, выпускаемая из ручной вены, отличалась такой необыкновенной краснотой, что, судя по цвету, я мог бы думать, что попал на артерию». Он сделал отсюда вывод, что «температурная разница между собственным теплом организма и теплом окружающей среды должна находиться в количественном отношении с разницей в цвете обоих видов крови, то есть артериальной и венозной… Эта разница в цвете является выражением размера потребления кислорода или силы процесса сгорания, происходящего в организме… Это было невероятно, но так было не у одного, а у всех пациентов»
[69].
Майер делает вывод, что в тропиках, где жарко и нужно меньше энергии для поддержания температуры тела, не весь кислород отдается тканям, тут окислительные процессы идут при значительно меньшем потреблении кислорода. Было о чем размышлять. Он задумался над вопросом — не изменится ли количество теплоты, выделяемое организмом при переработке пищи, если он при этом будет совершать работу. Если количество теплоты не изменилось бы, то из того же количества пищи можно было бы получать больше тепла путем перевода работы в тепло (например, через трение). Если же количество теплоты изменится, то, следовательно, работа и тепло должны быть как-то связаны между собой и с процессом переработки пищи. Подобные рассуждения привели Майера к формулированию закона сохранения энергии в качественной форме: «Движение, теплота, и, как мы намерены показать в дальнейшем, электричество представляют собой явления, которые могут быть сведены к единой силе, которые изменяются друг другом и переходят друг в друга по определенным законам». А это уже фактически формулировка закона сохранения энергии. Ему же принадлежит обобщение закона сохранения энергии на астрономические тела. Майер утверждает, что тепло, которое поступает на Землю от Солнца, должно сопровождаться химическими превращениями или механической работой на Солнце: «Всеобщий закон природы, не допускающий никаких исключений, гласит, что для образования тепла необходима известная затрата. Эту затрату, как бы разнообразна она ни была, всегда можно свести к двум главным категориям, а именно: она сводится либо к химическому материалу, либо к механической работе». Майеру в то время не было и тридцати лет. В письме к своему другу врачу В. Гризингеру он отмечал, что для своего закона у него есть доказательство от противного — факта невозможности существования вечного двигателя, перепетуум мобиле…
Несмотря на то что Майер сформулировал свои выводы во вполне конструктивной для физиков того времени форме (в частности, он первым определил из измерений теплоемкости газов механический эквивалент теплоты), ему так и не удалось опубликовать их в физических журналах. В ведущем на тот момент журнале «Annalen der Physik und Chemie» его статья была отклонена главным редактором журнала Иоганном Поггендорфом. Тот имел определенные основания отнестись сурово к работе Майера, так как высказанные в ней идеи были изложены еще довольно туманно. Позже эта работа была обнародована в немецком фармакологическом журнале («Annalen der Chemie und Pharmacie») и в брошюре, изданной Майером за свой счет. Но на статью Майера в журнале не обратили внимания вплоть до 1862 года, когда ее обнаружил Клаузиус, то есть через двадцать лет!
В работе 1851 года «Замечания о механическом эквиваленте теплоты» Майер впервые защищает свой приоритет. Он признает, что открытие сделано им случайно (наблюдение на Яве), но «оно все же моя собственность, и я не колеблюсь защищать свое право приоритета»
[70]. Он ссылается на свою статью 1842 года, цитирует ее, приводит значение механического эквивалента теплоты, разъясняет свои взгляды на силу, которую он рассматривает как то, что позднее назвали энергией.
То, что возможно получить тепло за счет выполнения механической работы, с несомненностью было установлено еще опытами Румфорда и Г. Дэви, произведенными в конце XVIII века. Эти опыты говорили о том, что тепловая и механическая энергия — одно и то же и что, вероятно, можно найти экспериментально механический эквивалент теплоты, то есть определить количество работы в механических единицах, эквивалентное данному количеству теплоты в тепловых единицах. Эксперименты, в которых за счет механической энергии создавалась теплота, следовали один за другим. Среди ученых, которые успешно занимались этой проблемой, следует в первую очередь назвать Джоуля
[71]. Он целью своей жизни поставил доказать, что теплота — это форма энергии. Джоуль обладал выдающимися способностями физика-экспериментатора. Его страсть к науке была беспредельной. Даже во время медового месяца он находил время для измерения температуры воды у вершины и подножия живописного водопада, около которого они с молодой женой жили, чтобы убедиться, что разность значений температуры воды соответствует закону сохранения энергии!
