Антуан Лоран Лавуазье. Его жизнь и научная деятельность

Лавуазье – и только Лавуазье – понимал значение установленного им факта. Обобщая свои наблюдения, он высказал мысль, что вообще все явления горения и окисления происходят вследствие соединения тел с частью воздуха. Около 60 мемуаров было им посвящено уяснению различных вопросов, связанных с этим исходным пунктом. В них новая наука развивается как клубок. Явления горения естественно приводят Лавуазье, с одной стороны, к исследованию состава воздуха, с другой – к изучению остальных форм окисления; к образованию различных окисей и кислот и уяснению их состава; к процессу дыхания, а отсюда – к исследованию органических тел и открытию органического анализа, и т. д.

В нижеследующем кратком очерке его открытий мы не будем придерживаться строго хронологического порядка, но перечислим сначала чисто химические работы; затем упомянем отдельно о работах, относящихся к физиологии и физике.

Ближайшей задачей Лавуазье являлась теория горения и связанный с ней вопрос о составе воздуха.

В 1774 году он представил академии мемуар о прокаливании олова, в котором сформулировал и доказал свои взгляды на горение. Олово прокаливалось в замкнутой реторте и превратилось в «землю» (окись). Общий вес остался неизменным – следовательно, увеличение веса олова не могло происходить за счет присоединения «огненной материи», проникающей, как полагал Бойль, сквозь стенки сосуда. Вес металла увеличился; это увеличение равно весу той части воздуха, которая исчезла при прокаливании; следовательно, металл, превращаясь в землю, соединяется с воздухом. Этим и исчерпывается процесс окисления: никакие флогистоны, «огненные материи» тут не участвуют. В данном объеме воздуха может сгореть только определенное количество металла, причем исчезает определенное количество воздуха; отсюда мысль о его сложности: «Как видно, часть воздуха способна, соединяясь с металлами, образовывать земли, другая же – нет; это обстоятельство заставляет меня предполагать, что воздух – не простое вещество, как думали раньше, а состоит из весьма различных веществ».

В следующем, 1775 году он представил академии мемуар, в котором состав воздуха был впервые точно выяснен. Воздух состоит из двух газов: «чистого воздуха», способного усиливать горение и дыхание, окислять металлы, и «мефитического воздуха», не обладающего этими свойствами. Названия кислород и азот были даны позднее.

Заметим, что кислород был открыт и описан Пристли раньше Лавуазье. Но что за объяснение дал он своему открытию! По его мнению, окись ртути, превращаясь в металл, отнимает у воздуха флогистон, остается «дефлогистированный воздух» (кислород). При окислении же ртути она выделяет флогистон: получается «флогистированный воздух» (азот). С этой точки зрения воздух является однородной материей, которая, однако, может превращаться в кислород – выделяя флогистон, или азот, насыщаясь флогистоном.

Подобные теории могли возникать только потому, что не обращалось внимания на изменения веса тел при химических реакциях. Вникнем в ход рассуждений Лавуазье. Металл увеличивается в весе, – значит, к нему присоединилось какое-нибудь вещество. Откуда оно взялось? Определяем вес других тел, входивших в реакцию, и видим, что воздух уменьшился в весе на столько же, на сколько увеличился вес металла; стало быть, искомое вещество выделилось из воздуха. Это – метод весового определения; но чтобы понять его значение, нужно признать, что все химические тела имеют вес, что весомое тело не может превратиться в невесомое, что, наконец, ни единая частица материи не может исчезнуть или возникнуть из ничего. Вышеприведенные рассуждения Пристли показывают нам, насколько эти истины, азбучные с нашей точки зрения, были новы и неожиданны для современников Лавуазье. Подавленные старой теорией, они так свыклись с фантасмагориями, что считали бредом его воззрения именно за их ясность и простоту: слишком яркий свет болезненно действовал на глаза, привыкшие к темноте.

В том же мемуаре Лавуазье выяснил строение «постоянного воздуха», как называли тогда углекислоту. Если нагревать окись ртути в присутствии угля, то выделяющийся кислород соединяется с углем, образуя «постоянный воздух».

В трактате «О горении вообще» (1777 г.) он подробно развивает свою теорию. Всякое горение есть соединение тела с кислородом; результат его – сложное тело, а именно «металлическая земля» (окисел) или кислота (ангидрид по современной терминологии).

Теория горения повела к объяснению состава различных химических соединений. Уже давно различались окислы, кислоты и соли, но строение их оставалось загадочным. Не станем перечислять здесь многочисленных мемуаров Лавуазье, посвященных этому предмету: об образовании различных кислот – азотной, фосфорной и пр.; о природе кислот вообще, где он рассматривает их все как соединения неметаллических тел с кислородом: так, с серой он дает серную, с углем – угольную, с фосфором – фосфорную кислоту; о вытеснении водорода металлами при обливании их кислотою и т. д.

Общий результат их можно сформулировать так: Лавуазье дал первую научную систему химических соединений, установив три главные группы – окислы (соединения металлов с кислородом), кислоты (соединения неметаллических тел с кислородом) и соли (соединения окислов и кислот).

Десять лет прошло со времени первой работы Лавуазье, а он почти вовсе не касался теории флогистона. Он просто обходился без нее. Процессы горения, дыхания, окисления, состав воздуха, углекислоты, множество других соединений объяснились без всяких таинственных принципов совершенно просто и ясно – соединением и разделением реальных весовых тел. Но старая теория еще существовала и влияла на ученых. Как мало понимали Лавуазье его коллеги, видно из письма Макера, одного из известнейших химиков своего времени, – письма, относящегося к 1778 году:

«Г-н Лавуазье давно уже стращал меня каким-то великим открытием, которое он держит in petto[1]и которое должно – шутка сказать! – уничтожить вконец теорию флогистона; я просто умирал от страха, видя его уверенность. Подумайте только, куда же мы денемся с нашей старой химией, если придется перестроить все здание заново? Признаюсь, я был бы совершенно обескуражен! Г-н Лавуазье обнародовал свое открытие – и уверяю вас: у меня гора с плеч свалилась».

Нужно было поставить точку над i, вымести старый мусор из нового здания. В 1783 году Лавуазье напечатал «Размышления о флогистоне». Опираясь на свои открытия, он доказывает полнейшую ненужность теории флогистона. Без нее факты объясняются ясно и просто; с нею начинается бесконечная путаница. «Химики сделали из флогистона туманный принцип, который вовсе не определен точно и, следовательно, пригоден для всевозможных объяснений. Иногда это – весомый принцип, иногда – невесомый, иногда – свободный огонь, иногда – огонь, соединенный с землею; иногда он проходит сквозь поры сосудов, иногда они непроницаемы для него; он объясняет разом и щелочность и нещелочность, и прозрачность и тусклость, и цвет и отсутствие цветов. Это настоящий Протей, который ежеминутно меняет форму».

«Размышления о флогистоне» были своего рода похоронным маршем по старой теории, так как она давно уже могла считаться погребенной.

Однако и новая теория еще натыкалась на многие затруднения. Объяснение процессов дыхания, горения органических тел, образования солей не могло быть полным, пока не объяснилась роль водорода в этих процессах. Лавуазье давно уже занимался этим телом – «горючим газом», как его тогда называли. Но опыты его были неудачны. Он придавал слишком абсолютное значение одному из принципов своей системы. Считая кислород «началом кислотности», он думал получить кислоту и от сожжения водорода. «Я убедился, что при всяком горении образуется кислота: серная – если сгорает сера, фосфорная – если сгорает фосфор, угольная – если сгорает уголь; и я заключил по аналогии, что при сжигании горючего воздуха тоже должна получиться кислота».

С этой целью он произвел ряд опытов, приведших, разумеется, к отрицательному результату. Кислота не получалась, а действительный продукт горения – вода – ускользал от его внимания. Такова сила предвзятых мнений. Если теория, в сущности истинная, но слишком абсолютно понятая, могла затемнить такой исключительно ясный ум, то можно себе представить, к каким результатам должны были приводить теории сплошь ошибочные. После этого мы не станем удивляться приведенным выше мнениям Пристли и Шееле.

Только в 1783 году, после того как Кавендиш показал, что при сжигании водорода образуется вода (но еще не обнародовал своего открытия), Лавуазье представил академии «мемуар, имеющий целью доказать, что вода не есть простое тело». В этом и последующих мемуарах (1784 и 1785 гг.) он разработал предмет со свойственной ему полнотой и точностью. Знал ли он об открытии Кавендиша или нет, это не уменьшает ценности его работ, потому что первый анализ и синтез воды был произведен им при помощи опытов и приборов, которые и ныне описываются в учебниках химии. Далее, важно было не только открыть состав воды, но и вывести последствия этого открытия; а это целиком принадлежит Лавуазье. Он показал, что вода образуется при дыхании вследствие окисления водорода органических тканей; уяснил образование соли при растворении металла в кислоте, показав, что водород, выделяющийся при этом, происходит от разложения воды, кислород которой соединяется с металлом.

Наконец, знание водорода и продукта его окисления дало ему возможность положить основание органической химии. Он определил состав органических тел и создал органический анализ путем сжигания углерода и водорода в определенном количестве кислорода. «Таким образом, историю органической химии, как и неорганической, приходится начинать с Лавуазье» (Н. Меншуткин).

Накопление фактов, открытие новых соединений, уяснение их состава, наконец, новые понятия, внесенные в химию, требовали и соответственной номенклатуры. До сих пор она находилась в хаотическом состоянии: названия давались случайно; часто были описательного характера, например, «самая чистая часть воздуха», «масло антимония»; одно и то же тело имело по нескольку названий – словом, чувствовалась настоятельная необходимость в общей методической, по возможности простой, номенклатуре. Эта задача была исполнена Лавуазье в сотрудничестве с Гитоном де Морво, Фуркруа и Бертолле в сочинении «Methode de nomenclature chimique» (1787 г.). Мы не будем излагать ее в подробностях; напомним только, что принципы ее лежат в основе современной химической номенклатуры.

Когда, таким образом, основы современной химии были созданы, Лавуазье решил соединить данные своих многочисленных мемуаров в виде сжатого очерка. В 1789 году появился его «Traité de chimie», первый учебник современной химии – явление в своем роде единственное в истории наук: весь учебник составлен по работам самого автора. Разумеется, факты он заимствовал у многих исследователей, – но только факты. Ряд истин, развиваемых в новом учебнике, принадлежит ему. Состав атмосферы, теория горения, образование окислов, кислот и солей, анализ и синтез воды, строение органических тел, органический анализ – все это представляет краткий свод мемуаров Лавуазье. Точное представление о простых телах, основной закон химии, превративший всякую химическую проблему в алгебраическое уравнение, метод количественного исследования установлены им же.

В выработке номенклатуры он принимал существенное участие; термины кислород, водород, азот, углекислота, окисление, окись и другие созданы им же; наконец, большая часть приборов, описанных в новом учебнике, изобретена им самим. Из них достаточно назвать газометр и калориметр, чтобы показать, какое огромное значение имел он и в этой, технической части химических исследований.

С тех пор химия сделала колоссальные успехи, превратилась в науку почти столь же точную, как астрономия или оптика. Она обязана этим Лавуазье, и тот, кто пожелал бы ознакомиться с элементами химии, может и теперь взяться за его «Traité».

Работы Лавуазье захватили не одну только область химии; они знаменуют собою начало новой эры и в физиологии. До него было сделано много великих анатомических открытий, уяснена топография органов, исследовано обращение крови, млечного сока и так далее – словом, устройство органической машины выяснилось в существенных чертах. Это был период анатомического метода в физиологии. Но действия организма, жизненные явления оставались загадочными. Все объяснялось действием «жизненной силы», фигурировавшей под разными названиями – архея, ψυχη, anima θ так далее.

Лавуазье первым свел явления жизни к действиям химических и физических сил и тем самым нанес сокрушительный удар по теориям витализма и анимизма. Правда, он не успел развить свои принципы с такою несокрушимой силой, как в химии. Там он объяснил все известные в его время факты. В физиологии он проложил новый путь, но успел сделать по нему лишь несколько шагов. Он установил учение о дыхании как медленном окислении, происходящем внутри организма, причем кислород, соединяясь с элементами тканей, дает воду и углекислоту. Обмен газов при дыхании исследован им с такою полнотою, что дальнейшие исследования не прибавили к его данным почти ничего существенного. Не меньшую важность имело его учение о животной теплоте. Она развивается вследствие сгорания тканей за счет кислорода, поглощаемого при дыхании. Количество поглощаемого кислорода увеличивается на холоде, при пищеварении, а особенно при мускульной работе, то есть во всех этих случаях происходит усиленное горение. Пища играет роль топлива: «если бы животное не возобновляло того, что теряет при дыхании, оно скоро погибло бы, как гаснет лампа, когда в ней истощится запас масла».

В этих исследованиях Лавуазье обходился без помощи жизненной силы. Она оказывалась излишней: жизненные явления – по крайней мере те, которых он коснулся, – сводились к химическим реакциям; силы, развиваемые организмом, так же реальны, так же измеримы, как всякие физические и химические силы. «Мы видим соотношения между силами, которые на первый взгляд не имеют ничего общего между собою. Можно вычислить, например, скольким единицам веса соответствуют усилия оратора, который произносит речь, музыканта, который играет на каком-нибудь инструменте. Можно бы было даже свести к механическому выражению труд философа, когда он размышляет, ученого, когда он пишет, композитора, когда он сочиняет музыку».

Много лет прошло, пока в науке установилось рациональное воззрение на жизнь. Лавуазье опередил своих современников по крайней мере на полстолетия. Тем более для него чести.

Занимаясь изучением теплоты, Лавуазье и Лаплас создали важную главу физики – калориметрию, найдя способ измерять относительные количества тепла, выделяющегося при различных реакциях, сравнением количества льда, растворяющегося при этих реакциях. «Калориметр Лавуазье и Лапласа» и поныне описывается в учебниках физики.

До сих пор мы ничего не говорили о распространении новой химии. Нужно ли говорить, что воззрения Лавуазье были встречены нападками, бранью, враждой?.. Какие-то умники в Германии торжественно сожгли «еретика науки» «in effigie» («в изображении», то есть сожгли его портрет).

Однако ему посчастливилось видеть торжество своих идей еще при жизни. Замечательно, что первыми сторонниками его воззрений явились не химики, а математики – Лаплас, Менье, Монж.

В 1785 году Бертолле первым из химиков объявил себя сторонником новых воззрений. В следующем году к нему присоединились Фуркруа и Гитон де Морво. В 1788 году Лавуазье и его последователи предприняли коллективное опровержение старого учения, издав во французском переводе книгу Кирвана «Опыт о флогистоне» и снабдив ее подробными примечаниями; наконец, в следующем году начали издавать журнал «Annales de chimie», проводивший новые химические воззрения. Еще два-три года – и победа могла считаться полной, лишь немногие голоса раздавались в защиту флогистона: Пристли и Ламетри до конца были верны старому учению, но их уже никто не слушал.

Напротив, теперь затянули другую песню. Теория Лавуазье в изложении Фуркруа и других превратилась в теорию французских химиков. Люди, когда-то нападавшие на «научную ересь», разом переменили фронт: ересь оказалась банальной истиной, давно им известной и чуть ли не ими открытой. Словом, повторилось обычное в таких случаях «мы пахали».

Лавуазье был возмущен такими притязаниями. В сборнике своих работ, изданном только после его смерти г-жой Лавуазье, он в резких выражениях требовал восстановления своих прав: «Это не теория французских химиков, как ее называют, это моя теория, моя собственность, и я заявляю свое право на нее перед современниками и потомством».

Замечательно, что и до сих пор находятся люди, посягающие на это право.

Они указывают на факты, открытые Пристли, Шееле, Бергманом и пр. и послужившие материалом для здания, воздвигнутого Лавуазье; откапывают в забытых трактатах старых химиков Рея, Яна Майова и других отдельные замечания, намеки, смутные указания, в которых можно видеть смутное, почти бессознательное предчувствие новых воззрений. И на основании всего этого доказывают, что не «дилетант Лавуазье» открыл законы, метод, основные истины новой химии, а… неизвестно кто, сами отрылись…

Эта печальная история повторяется по поводу каждого великого открытия, но человечество в конце концов умеет воздать каждому и по делам его! Нападки и враждебная критика только резче оттеняют разницу между фактом и объяснением факта, случайным намеком на теорию и самой теорией. Так и здесь: чем глубже мы проникаем во мрак, расстилающийся перед Лавуазье, тем более восхищаемся светом, озарившим область науки после его трудов.

В заключение этой главы нам остается сказать несколько слов о литературных достоинствах Лавуазье. Слог его ясен и прост в высшей степени, форма вполне гармонирует с содержанием; в соединении с могучей силой ума, необыкновенно ясного, логического, систематичного, с величием истин, открываемых им, это производит положительно чарующее впечатление. В учебниках вам преподносят великие истины в готовой, более или менее догматической форме; вы соглашаетесь с ними – потому что нельзя не согласиться – совершенно спокойно и равнодушно. Но, читая мемуары Лавуазье, вы видите их зарождение. Перед вами хаос, «тьма над бездною»… И вот начинается творческая работа; тьма рассеивается, суша выступает из воды, – на ваших глазах возникает новый мир. Что может быть восхитительнее этого зрелища!

Глава IV. Общественная деятельность Лавуазье

Общий характер деятельности Лавуазье. – Академия. – Исследование тюрем. – Мнение о месмеризме. – Агрономические опыты Лавуазье. – Участие в комитете земледелия. – Инструкция провинциальным собраниям. – Управление пороховыми заводами. – Взрыв в Эссонне. – Провинциальное собрание в Орлеане. – Споры о податях. – Откупная деятельность Лавуазье. – Стена вокруг Парижа. – Заключение.

Общественная деятельность Лавуазье поражает своим разнообразием и характерна для людей его эпохи. Он принадлежал к партии прогрессистов, мечтавших обновить старый порядок без крови и потрясений. Ее деятельность оставила мало следов: это был в полном смысле слова глас вопиющего в пустыне. Она стремилась к коренным реформам и кончала на практике ничтожными мелочами, бесполезными заплатами, которые не могли держаться на расползавшемся платье. Во главе ее стоял Людовик XVI; но и его усилия разбивались о сопротивление защитников старого порядка, косневших в своем непонимании и упорстве. Одно время, с назначением Тюрго министром, казалось, что Франция вступает на новый путь, – но Тюрго пал, и с ним пали его реформаторские попытки. Старая система почти вплоть до революции сохранилась во всех своих существенных чертах: с привилегиями знати и духовенства, с грудой податей, не дававших вздохнуть народу, с убийственной системой внутренних таможен, с местным управлением сатрапов-интендантов… Наконец, разразилась революция и разметала ветхое здание со всеми подпорками, починками и заплатами. Наступил новый порядок вещей, и деятельность упомянутой партии была забыта, только новейшие историки откопали следы ее в архивах. Лавуазье был одним из самых рьяных приверженцев ее. В нижеследующих строках мы дадим краткий очерк его деятельности в различных сферах общественной жизни, начиная с академии.

Избранный в 1768 году адъюнктом, в 1772-м он стал действительным членом, в 1778-м – пенсионером, в 1785-м – директором академии. Вопреки опасениям товарищей, занятия откупом не помешали ему проявить удивительную энергию в академических делах. Число его докладов (не считая собственно ученых мемуаров) – более двухсот. Тут есть отчеты о новых изобретениях, открытиях, книгах по разнообразнейшим вопросам науки и техники, например, об анализе цеолита, о новом механическом кресле для больных, о метеорологических наблюдениях Мори, о китайских чернилах, о фальсификации сидра (целое исследование, вызванное несколькими случаями отравления сидром вследствие вредных примесей) и прочее.

Нередко академия поручала ему отвечать на запросы различных лиц и учреждений, например, о безопасности новых пиротехнических изобретений, о способах очистки соли (на запрос министра финансов), о стоимости колониальных продуктов (на запрос морского министра). В должности директора академии ему приходилось хлопотать о назначении премий, о порядке чтений на заседаниях, об инструкциях для путешественников и т. п. Наконец, он участвовал во многих комиссиях, например, по вопросу об улучшении тюрем (1780 г.), о месмеризме (1783 г.), об улучшении аэростатов (1784 г.) —тогдашней новинки, возбудившей преувеличенные надежды. Мы не будем, конечно, излагать подробно всю эту массу дел, более или менее частных и специальных, но остановимся вкратце на исследовании тюрем и опытах с месмеризмом, так как в этих двух случаях довольно ярко обнаруживаются: в первом – гуманные принципы общественной деятельности Лавуазье, во втором – замечательная сила его ума.

В 1780 году Неккер предложил академии предпринять исследование тюрем и указать реформы, которые она сочтет необходимыми. В комиссии, назначенной академией, главную роль играл Лавуазье. В докладе о результатах исследования он горячо ратует за реформы, указывая на ужасное состояние тюрем: «Воздух и свет с трудом проникают в эти зараженные, вонючие камеры; крошечные окна размещены совершенно неправильно; на нарах арестантам негде повернуться от тесноты; вместо матрацев гнилая солома; трубы отхожих мест проходят через камеры, и вредные миазмы отравляют воздух. В темницах вода просачивается сквозь стены, и платье гниет на теле узников, которые тут же отправляют все свои нужды. Везде на полах лужи гниющей воды… всюду грязь, гниль и мерзость!»

Далее он перечисляет улучшения, которые нужно произвести в отношении помещения, света, воздуха, дезинфекции, и заканчивает настойчивым требованием изменить эту «картину, возмутительную для человеческого чувства».

В 1783 году он участвовал в комиссии по исследованию месмеризма. В то время существовало два мнения об этом предмете: одни отрицали сами факты, подавшие повод к учению о животном магнетизме, приписывая всё шарлатанству и фокусам; другие не только признавали факты, но и объясняли их таинственными силами, действующими вопреки естественным законам. Лавуазье, опираясь на опыты, произведенные комиссией, объясняет явления так называемого животного магнетизма внушением. «Не прибегая к средствам, предписываемым практикой месмеризма, можно достигнуть совершенно тех же результатов, овладев воображением пациента». Это облегчается «склонностью к машинальному подражанию, которое, по-видимому, представляет общий закон организмов». «Магнетизм или, вернее, подражание мы встречаем в театрах, армиях, во время восстаний, в собраниях – всюду с удивлением наблюдаешь результаты этой страшной и могущественной силы».

Современному читателю знакомы эти взгляды; они лежат в основе обширных трактатов о внушении, о роли подражания в общественной жизни и так далее. Но для этого потребовалось целое столетие!

В домашней академической жизни Лавуазье старался, сколько мог, отстаивать независимость этой ученой корпорации. Так, он хлопотал, хотя и безуспешно, о предоставлении академикам права самим выбирать директора; воевал с президентами, которые назначались королем из почетных членов и не зависели от остальных академиков: в 1772-м он энергично восстал против герцога Лаврильера, президента, который покровительствовал своим протеже в ущерб остальным членам. Впрочем, ему не удалось добиться существенных улучшений.

В 1778 году Лавуазье купил имение Фрешин между Блуа и Вандомом за 229 тысяч ливров; затем приобрел и некоторые другие имения (всего на 600 тысяч ливров) и принялся за агрономические опыты, думая, что «можно оказать большую услугу местным земледельцам, давая им пример культуры, основанной на лучших принципах». Он не был безусловным сторонником физиократов, видевших в земледелии единственный источник национального благосостояния, но жалкое состояние культуры и нищета населения глубоко возмущали его. В сущности, для того времени мнения физиократов могли быть приняты без оговорок, потому что земледелие во Франции было доведено до полного упадка. Аристократия пренебрегала хозяйством, сохраняя, однако, все свои привилегии; крестьянин был слишком придавлен налогами, чтобы вести сколько-нибудь правильную культуру; а система поощрения обрабатывающей промышленности в ущерб земледелию, дурное управление, безжалостное выбивание податей окончательно добивали его. Страна разорялась и не могла оправиться без коренных реформ в государственном хозяйстве; Лавуазье убедился в этом во время своих многочисленных поездок по Франции. «Поверят ли, – говорит он, – что такая плодородная, такая существенно земледельческая страна, как Франция, вместо того, чтобы вывозить всевозможные продукты, находится в зависимости от иностранцев относительно большей части предметов культуры, для которых ее почва как нельзя более приспособлена?» Вообще, его взгляды на земледелие отличаются наивностью: неисправимый идеалист проглядывает под оболочкой благоразумного и практичного буржуа. «Забывают, что истинная цель всякого правительства – увеличивать сумму благосостояния и счастья всех граждан. До сих пор более покровительствовали торговле, потому что негоцианты принадлежат к высшему сословию, чем земледельцы, умеют говорить и писать, живут в городах и составляют корпорацию, которая может постоять за себя. Несчастный земледелец стонет в своей хижине; у него нет ни представителя, ни защитника; его интересы не ставят ни во что».