Текст книги "Статьи и речи"

Автор книги: Джеймс Максвелл

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 32 страниц)

Но, в силу той же самой упругости, которая делает эту среду способной передавать световые колебания, она способна также действовать наподобие пружины. Надлежащим образом вращающаяся, она испытывает натяжение, отличное от магнитного,– натяжение, благодаря которому она толкает противоположно наэлектризованные тела навстречу одно другому, производит действия на другом конце телеграфных проволок и, если напряжение её достаточно велико, ведёт к разрыву и к взрыву, называемому молнией.

Таковы некоторые из уже открытых свойств того, что часто называли пустотой, или ничем. Они вынуждают нас смотреть на разного рода действия на расстоянии как на действия между смежными частями непрерывного вещества. Будет ли эта новая точка зрения по своему существу объяснением или же она будет усложнением,– решение этого вопроса я оставляю на усмотрение философов.

Фарадей

(Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 г., умер 25 августа 1867 г.)

В этом номере «Nature» мы предлагаем подписчикам первую статью из задуманной нами серии «Портретов выдающихся учёных».

Первым портретом является портрет Фарадея, гравированный на стали Джинсом по фотографии Воткинса. Имевшие счастье знать Фарадея лучше всего оценят искусство художника – он поистине превзошёл самого себя, так как гравюра более жизненна, чем фотография. Мы не могли не поместить здесь портрета, в котором так ярко выражена прекрасная простота, свойственная Фарадею. Здесь нет никакого позирования!

Нет необходимости сопровождать этот портрет воспоминаниями о Фарадее. Бене Джонс, Тиндаль и Гладстон любовно рассказывали уже историю его полной величия и простоты жизни, которая озаряла и ещё долго будет озарять своим блеском английскую науку. Их книги донесли историю его жизни до миллионов людей. Нет также никакой необходимости в объяснении причин того, что мы начали нашу серию с портрета Фарадея. Всякий признает справедливость нашего выбора.

Но в высшей степень необходимо, как раз в настоящее время, обратить особое внимание на те уроки, которые можно извлечь из жизни Фарадея. И мы счастливы, что можем это сделать в то время, как заседает наш научный конгресс и ещё не умолкли отклики на вступительную речь председателя Британской ассоциации содействия прогрессу науки.

Мы прежде всего рассматриваем Фарадея как наиболее полезный и одновременно наиболее благородный тип учёного. Тот факт, что Фарадей существовал, делает более великой и сильной всю нацию, и нация была бы ещё более великой и сильной, если бы среди нас было бы больше Фарадеев. Профессор Вильямсон в своей замечательной речи называет наше время «многозначительным».

И действительно, вопрос о современном состоянии науки и о путях её усовершенствования больше чем когда бы то ни было занимает сейчас умы людей; в настоящее время все соглашаются с тем, что это – дело всей нации, и более того, дело, имеющее фундаментальное значение. Каково же современное состояние английской науки? Состояние это таково, что в то время как растёт число профессоров, растёт число студентов, вводится практическое обучение и увеличивается количество учебников, растёт количество и повышается квалификация лекторов-популяризаторов и авторов популярных научных книг,– творческая исследовательская работа, источник благосостояния нации, падает.

Польза, которую учёный как таковой приносит нации, измеряется количеством новых знаний, которыми он её обогащает. С этой точки зрения вся нация как целое и оценивает достижения науки, и на этом покоится национальная репутация Фарадея. Пусть нация знает, в чем мы сейчас действительно нуждаемся: нам нужны ещё Фарадеи, другими словами, нужны люди, работающие над созданием новых знаний.

Приятно слышать это пожелание выраженным столь ясно в президентской речи:

«Для дела продвижения науки, во-первых, необходимо достаточное число высококвалифицированных работников. Во-вторых, нужно поместить их в условия, наиболее благоприятные для их плодотворной деятельности. Необходимо отыскать наиболее подходящих для этого молодых людей и подготовить их к этой работе. Я знаю один действительно эффективный путь для отыскания наиболее одарённых природой юношей. Этот способ заключается в систематизации и развитии врождённых данных, случайно одновременно встречающихся у отдельных людей, и в предоставлении этим юношам возможности выдвинуться из массы.

Майкл Фарадей

«Когда исследователи найдены, необходимо поместить их в наиболее благоприятные для их успешной деятельности условия.

«Первым и основным условием для этого является поддерживание и поощрение их жажды к приобретению знаний. Они не должны ограничиваться общими познаниями, приобретёнными в своей науке, а должны углублять и расширять их, получая более полные и точные знания её учений и методов. Одним словом, они должны теперь учиться больше, чем во время своего первоначального обучения.

«Они должны жить своей работой и не отвлекать своей энергии для других целей; они должны чувствовать себя обеспеченными от нужды на случай болезни или в старости. Им нужно дать способных и хорошо обученных ассистентов для помощи при исследовательских работах и предоставить им здания, аппаратуру и материалы, которые могут им понадобиться для успешного ведения этих исследований.

«Поэтому в той системе, которую мы бы считали желательной, должна быть создана обстановка, благоприятствующая поддержанию и развитию в исследователях истинной жажды знания; им следует предоставить постоянные средства к существованию, достаточные для того, чтобы чувствовать себя обеспеченными и заниматься только научной работой, но недостаточные для нейтрализации стимула к дальнейшим усилиям. В то же время эти средства должны позволить им воспользоваться всем необходимым содействием соответственно их потребностям и соответственно умению использовать это содействие».

Будет ли предложенный доктором Вильямсоном план иметь тот успех, на который он надеется,– является вопросом второстепенным; важно то, что сейчас полностью признается необходимость такого плана.

Все сделанные нами до сих пор замечания были подсказаны той пользой, которую принёс Фарадей. Нужно надеяться, что его благородная, простая и лишённая драматизма жизнь будет так же долго жить в памяти людей, как и обессмертившие его имя открытия. В нём не было жажды одобрения толпы, не было зависти к работе других учёных, не было отклонений от любимой, поставленной перед собой цели – «работать, заканчивать, опубликовывать».

«Его сердечная простота, его искренность, его горячая любовь к истине, его товарищеский интерес ко всем успехам и его искреннее восхищение всеми открытиями других учёных, его природная скромность в отношении собственных открытий, благородство его души, независимой и смелой,– все это вместе придавало образу знаменитого физика несравненное очарование».

Таков его портрет, набросанный Дюма, который является сам человеком такого же рода. Все признают справедливость этого портрета. Могут ли учёные найти более благородный образец, чтобы строить по нему свою собственную жизнь! Более того, если бы его примеру успевало больше людей, то разве мы не слышали бы реже о людях, не оправдавших «блестящих обещаний» своей юности, успокоившихся благодаря «жалованью», или благодаря «приложениям науки», или благодаря преимуществам, связанным с популяризацией чужих работ? Разве мы не слышали бы реже, что исследовательская работа – это один обман и что все попытки помочь ей приводят к использованию общественных средств в личных целях?

В заключение мы должны определить место, которое Фарадей занимает в общей истории науки; это совсем не легко. Ещё слишком жива в памяти внешняя форма, в которую выливалась его научная деятельность, чтобы можно было правильно сравнивать Фарадея с другими великими людьми, к которым мы должны его причислить.

Всякий великий человек является единственным в своём роде. В историческом шествии учёных у каждого из них своя определённая задача и своё определённое место. Некоторые могут выдвинуться, приспособляя изложение науки к изменяющемуся восприятию каждого поколения учёных, но прямая их задача не столько дидактика или педагогика (т. е. не обучение фразам, с помощью которых мы убеждаем сами себя, что понимаем ту или иную науку), сколько задача, сводящаяся к созданию живого контакта с двумя главными источниками умственного роста: с творцами пауки, личное влияние которых на расширение умственного горизонта ничем не заменимо, и с теми материальными предметами, которые впервые были осмыслены благодаря их трудам.

Фарадей является и навсегда останется творцом того общего учения об электромагнетизме, которое рассматривает с единой точки зрения все явления, изучавшиеся прежде в отдельности, не говоря уже о тех явлениях, которые открыл сам Фарадей, следуя своему убеждению о единстве всей науки.

Основные явления, т. е. электрические и магнитные притяжения и отталкивания, электрический ток и его действие, были открыты до Фарадея. Затем пришли Кавендиш, Кулон и Пуассон; они следовали по пути, намеченному Ньютоном, и, сосредоточив свои исследования главным образом на силах, действующих между телами, обосновали математические теории электрических и магнитных сил. Затем Эрстед открыл основной факт существования электромагнитной силы, а Ампер исследовал математические законы механического взаимодействия между электрическими токами.

Таким образом, область науки об электромагнетизме была уже очень велика, когда Фарадей начал свою научную деятельность. Эта область была настолько обширна, что охватить одним взглядом все её отдельные части можно было только при таком размахе мысли, для которого требовалась специальная подготовка. И вот мы видим Фарадея, стремящегося в первую очередь извлечь из каждого из известных источников электрического действия все те явления, которые этот источник может дать. Установив таким образом единство природы всех электрических явлений, он поставил себе вторую задачу – создать такую концепцию процесса электризации, электрического действия, которая охватывала бы все эти явления. Для этой цели необходимо было прежде всего отделаться от всех тех паразитарных представлений, которые так легко связываются с каждым научным термином и придают ему ряд самых разнообразных истолкований за счёт того прямого содержания, которое данным словом обозначается. Поэтому Фарадей постарался отнять у таких терминов, как «электрический флюид», «ток» и «притяжение», всякое другое значение, кроме того, которое подтверждается самим явлением; вместе с тем он изобрёл новые термины, как, например, «электролиз», «электрод», «диэлектрический» и т. д., которые не вызывают у нас никаких понятий, кроме тех, которые вытекают из самого определения.

Он поставил себе задачей исследовать факты, идеи и научную терминологию электромагнетизма и в результате перестроил эту отрасль науки по совершенно новому методу.

Старый и популярный термин «электрический флюид», который, как мы надеемся, навсегда изгнан в область газетных фельетонов, в своё время фиксировал внимание людей на тех специальных частях тел, в которых предполагалось наличие этого флюида.

Фарадей же, создав термин «диэлектрический», заставил нас обратить внимание на процессы, совершающиеся в воздухе или в другой среде между наэлектризованными телами.

Нет надобности умножать число примеров этого рода. Термины «силовое поле», «силовые линии», «индукция» и т. д.– достаточно характерные примеры. Все они иллюстрируют общие принципы роста науки в той её особой форме, представителем которой является Фарадей. Мы находим у него сначала тщательное наблюдение избранных явлений, затем исследование получившихся в результате его представлений и образование, в случае необходимости, новых понятий и затем, наконец, изобретение научных терминов, приспособленных для обсуждения явлений в свете новых идей.

То высокое место, которое мы отводим Фарадею в истории развития науки об электромагнетизме, может быть сочтут неоправданным ввиду того, что электромагнетизм есть точная наука, во многих своих отраслях вылившаяся в математическую форму ещё до Фарадея, тогда, когда Фарадей по профессии не был математиком. В его описаниях мы не находим тех дифференциальных и интегральных уравнений, которые многим кажутся подлинной сущностью точной науки. Откройте труды Пуассона или Ампера, вышедшие до Фарадея, или Вебера и Неймана, которые работали после него, и вы увидите, что каждая страница пестрит формулами, ни одну из которых Фарадей не понял бы. Все допускают, что Фарадей сделал несколько крупных открытий, но если оставить в стороне эти открытия, то можно ли ставить его научный метод на такую высоту, не роняя математического авторитета вышеназванных выдающихся учёных?

Верно, конечно, что нельзя углублённо заниматься какой-либо точной наукой, не зная её математики. Однако мы не думаем, что выкладки и формулы, которые математики считают столь полезными, представляют собой всю математику в целом; дифференциальное и интегральное исчисления – точно часть математики.

Геометрия положения представляет собой пример математической науки, созданной без помощи дифференциального и интегрального исчислений. Фарадеевы линии сил занимают в науке об электромагнетизме такое же положение, как пучки линий в геометрии положения. Они позволяют нам воспроизвести точный образ предмета, о котором мы рассуждаем. Способ, которым Фарадей использовал свою идею силовых линий, чтобы координировать явления электромагнитной индукции^7*, доказывает, что он был математиком высокого порядка – одним из тех, у кого математики будущего могут черпать ценные и благотворные методы.

Прогресс точных наук зависит от открытия и развития соответствующих точных идей, с помощью которых мы можем мысленно воспроизводить факты, с одной стороны, достаточно общие, чтобы охватывать все частные случаи, а с другой стороны, достаточно точные, чтобы гарантировать правильность тех дедукций, которые можно вывести из этих идей математическим путём.

Начиная от прямой линии Эвклида и кончая силовыми линиями Фарадея – таков был всегда характер идей, которые двигали науку, а свободно оперируя идеями динамики и геометрии, мы сможем продвинуть науку ещё дальше. Математические расчёты нужны нам для сличения результатов применения идей с измерениями тех величин, с которыми мы оперируем в наших опытах. Наука об электричестве в настоящее время находится в той стадии, в которой такие измерения и расчёты имеют наиважнейшее значение. Вероятно, мы не знаем даже названия той науки, которая вырастет из ныне собираемых нами материалов к тому времени, когда появится следующий за Фарадеем великий ум.

Молекулы

(Речь, произнесённая на съезде Британской ассоциации в Бредфорде)

Атом есть тело, которое нельзя рассечь пополам. Молекула есть мельчайшая возможная часть какого-либо определённого вещества. Никто никогда не видал и не держал в руках отдельной молекулы. Следовательно, наука о молекулах есть одна из тех областей знания, которые имеют дело с вещами, невидимыми и невоспринимаемыми нашими чувствами, и которые недоступны прямому опыту.

Человеческий ум в недоумении останавливался перед многими трудными вопросами. Бесконечно ли пространство, и если да, то в каком смысле? Бесконечен ли по своему протяжению материальный мир и все ли места внутри того, что протяжённо, также наполнены материей? Существуют ли атомы или материя делима до бесконечности?

Исследование этого рода вопросов продолжается с тех пор, как человек начал мыслить, и пред каждым из нас, как только мы вступаем в обладание нашими способностями, те же самые старые вопросы встают во всей своей свежести и новизне. Они являются существенной частью науки XIX столетия нашей эры, как были существенной частью науки за пять столетий до неё.

Мы мало знаем о том, какова была организация науки во Фракии двадцать два столетия тому назад, а также мало знаем и о способах, какие были тогда в ходу для поддержания интереса к исследованиям в области физики. Однако в те дни был человек, посвятивший свою жизнь научным исследованиям с жаром, достойным самых знаменитейших членов Британской ассоциации; а уроки, в которых Демокрит развивает атомистическую теорию своим соотечественникам из Абдеры, реализовали не только в форме золотых мыслей, но и в форме золотых талантов сумму, едва ли возможную даже в Америке.

Другому выдающемуся философу, Анаксагору, который более известен миру как учитель Сократа, мы обязаны самыми важными услугами, какие только были оказаны атомистической теории,– услугами, которые, после создания её Демокритом, оставалось ещё сделать. В самом деле, Анаксагор предложил теорию, в такой мере противоречащую атомистической теории Демокрита, что истинность или ложность одной теории вела за собой ложность или истинность другой. Вопрос о существовании или несуществовании атомов нельзя представить вам сегодня с большей ясностью, чем он дан в теориях этих двух философов.

Возьмём некоторую часть вещества, каплю воды например, и будем наблюдать её свойства. Подобно всякой другой части вещества, когда-либо нами виденной, она делима. Разделим её пополам, и каждая часть удержит все свойства первоначальной капли, между прочим и свойство делиться на части. Части будут подобны целому во всех отношениях, кроме абсолютных размеров.

Будем повторять процесс деления до тех пор, пока отдельные части воды не сделаются настолько малы, что мы уже не в состоянии будем различать их или оперировать с ними. Пока мы не сомневаемся в том, что этот процесс деления можно было бы вести и дальше, если бы наши чувства были острее и наши инструменты тоньше. До сих пор все было определённо, но теперь возникает вопрос: можно ли продолжать процесс деления как угодно далеко?

Согласно Демокриту и атомистической школе, мы должны ответить отрицательно. После некоторого числа делений капля разделится на части, из которых каждая уже неспособна к дальнейшему делению. Следовательно, мы должны, в воображении, дойти до атома, который, как буквально значит это слово, не может быть разделён пополам. Такова атомистическая доктрина Демокрита, Эпикура, Лукреция и, я могу прибавить,– вашего лектора.

Согласно Анаксагору, с другой стороны, части, на которые мы делим каплю, во всех отношениях подобны целой капле, так как природа вещества остаётся та же, каковы бы ни были размеры тела. Следовательно, если делима целая капля, то и её части делимы, как бы малы они ни были, и так без конца.

Сущность учения Анаксагора – в том, что части тела во всех отношениях подобны целому. Поэтому его называли учением о гомеомерии. Анаксагор, без сомнения, не утверждает этого о частях органических тел, каковы человек и животные, но он утверждает, что неорганические вещества, которые кажутся нам однородными, действительно таковы и что универсальный опыт человечества свидетельствует, что всякое материальное тело, без исключения, делимо.

Таким образом, учение об атомах и учение об однородности противоречат одно другому.

Перейдём теперь к молекулам. Молекула – слово новое. Мы не встречаем его в «Словаре» Джонсона. Идеи, им воплощаемые, принадлежат современной химии.

Водяная капля – возвращаемся к нашему первому примеру – может быть разделена на определённое число, и не более, частей, подобных друг другу. Каждую из них современный химик называет молекулой воды. Это – никоим образом не атом, ибо она содержит два различных вещества, кислород и водород, и известным процессом молекулу можно действительно разделить на две части – одну, состоящую из кислорода, другую – из водорода. Согласно принятому учению, в каждой молекуле воды находятся две молекулы водорода и одна молекула кислорода. Будут ли это последние атомы или нет, решить я не берусь.

Теперь мы видим, что такое молекула, в отличие от атома.

Молекула вещества есть небольшое тело, такое, что если, с одной стороны, несколько подобных молекул соединить вместе, то они образуют некоторую массу этого самого вещества, а, с другой стороны, если некоторую часть этой молекулы удалить, то она уже неспособна будет вместе с другими молекулами, с которыми сделано то же самое, составить массу первоначального вещества.

Всякое вещество, простое или сложное, имеет свою молекулу. Если её разделить, то её части будут молекулами вещества или веществ, отличных от того вещества, частью которого была целая молекула. Атом, если такая вещь существует, должен быть молекулой элементарного вещества. Так как, следовательно, не всякая молекула есть атом, но всякий атом есть молекула, я буду пользоваться словом «молекула» как более общим термином.

Я не имею намерения утомлять вас изложением учений современной химии относительно молекул различных веществ. Меня заставляет обращаться к вам не специальный, а общий интерес молекулярной науки.

Мы находим, что теперь, как и в дни самых ранних умозрений о природе, все физические исследования сходятся к одному и тому же пункту и каждый исследователь, когда взор его направляется в туманную область, куда влечёт его путь открытий, сообразно остроте своего зрения, видит перед собой призрак того же самого вопроса.

Для одного атом есть материальная точка, одарённая и окружённая потенциальными силами. Другой этого одеяния сил не усматривает, а видит только крепчайшую броню простой непроницаемости.

Но хотя иные мыслители, видя, что призрак уходит от них в сокровеннейшее святилище непостижимо малого, признавались, что вопрос им не по силам, и хотя философы всегда увещевали друг друга направлять свой ум к более полезной и достижимой цели, но каждое поколение, от самого раннего рассвета науки до наших дней, всегда посвящало должную долю своих интеллектуальных сил на разрешение вопроса о последнем атоме.

Сегодня мы задались целью описать некоторые исследования по молекулярной физике и, в частности, сообщить вам кое-какие определённые сведения о самих молекулах. Старая атомистическая теория как в изложении Лукреция, так и в форме, приданной ей в новое время, утверждает, что молекулы всех тел находятся в движении, даже тогда, когда само тело, по-видимому, находится в покое. Эти движения молекул в случае твёрдых тел заключены в столь тесные пределы, что даже нашими лучшими микроскопами мы не можем открыть, что они изменяют своё положение. В жидкостях же и газах молекулы не заключены ни в какие определённые пределы и могут совершать свои движения по всей массе, даже когда эта масса и не возмущена никаким видимым движением.

Этот процесс так называемой диффузии, происходящий в газах и в жидкостях и даже в некоторых твёрдых телах, может быть подвергнут опытному исследованию и даёт одно из самых убедительных доказательств движения молекул.

Новые успехи молекулярной физики начались с изучения механического эффекта столкновений этих движущихся молекул, когда они ударяются о твёрдое тело. Само собой разумеется, эти летящие молекулы должны ударяться о всякое тело, находящееся среди них, и эти постоянно повторяющиеся удары составляют, согласно нашей теории, единственную причину того, что называется давлением воздуха и других газов.

По-видимому, впервые начал догадываться об этом Даниил Бернулли, но для проверки теории у него не было тех средств, какие имеем теперь мы. Ту же теорию позднее и независимо выставил Лесаж из Женевы; однако он занялся главным образом объяснением тяготения посредством ударов атомов. Затем Герапат в своей «Математической физике», появившейся в 1847 г., сделал уже более обширное приложение теории к газам, а д-р Джоуль, об отсутствии которого на нашем собрании все мы сожалеем, вычислил действительную скорость молекул водорода.

Дальнейшее развитие теории, как вообще полагают, началось с мемуара Крёнига, в котором, насколько я могу судить, нет никаких улучшений того, что было сделано раньше. Однако, как кажется, он обратил на этот предмет внимание профессора Клаузиуса, и вот ему-то мы и обязаны большей частью того, что с тех пор было сделано.

Все мы знаем, что воздух или какой-нибудь другой газ, заключённый в сосуде, давит на стенки сосуда и на поверхность всякого тела, находящегося внутри сосуда. По кинетической теории, это давление своим происхождением всецело обязано молекулам, ударяющимся о поверхность и таким путём сообщающим ей ряд импульсов, которые следуют один за другим с такой быстротой, что производимый ими эффект нельзя отличить от эффекта непрерывного давления.

Если дана скорость молекул и число их изменяется, то, так как каждая молекула в среднем ударяет в стенки сосуда одинаковое число раз, сообщая импульсы одинаковой величины, каждая будет вносить одинаковую долю общего давления. Следовательно, давление в сосуде данных размеров пропорционально числу молекул в нём, т.е. количеству содержащегося в нём газа.

Это – полное динамическое объяснение того факта, открытого Робертом Бойлем, что давление воздуха пропорционально его плотности. Оно показывает также, что из различных частей газа, нагнетаемого в сосуд, каждая производит свою долю давления независимо от остальных, причём все равно, будут ли это части одного и того же газа или нет.

Допустим теперь, что скорость молекул увеличивается. Каждая молекула будет теперь ударять в стенки сосуда большее число раз в секунду, и, кроме того, импульс каждого удара будет также возрастать в той же самой пропорции, так что доля давления, вносимая каждой молекулой, будет изменяться как квадрат скорости. Но увеличение скорости соответствует, по нашей теории, возрастанию температуры, и таким путём мы можем объяснить действие нагревания газа, а также закон, открытый Шарлем, что пропорциональное расширение всех газов для данных пределов изменения температуры одинаково.

Динамическая теория говорит нам также и о том, что происходит, когда молекулы различных масс сталкиваются друг с другом. Большие массы будут двигаться медленнее меньших, так что, в среднем, каждая молекула, большая или малая, будет иметь ту же энергию движения.

Доказательство этой динамической теоремы – ив этом я заявляю свои права на приоритет – в последнее время получило широкое развитие и усовершенствование благодаря трудам д-ра Людвига Больцмана. Самое важное следствие, из неё вытекающее, состоит в том, что кубический сантиметр любого газа при постоянных температуре и давлении содержит одинаковое число молекул. Таково динамическое истолкование закона Гей-Люссака об эквивалентных объёмах газа. Но теперь мы должны обратиться к частностям и вычислить действительную скорость молекулы водорода.

Кубический сантиметр водорода, при температуре таяния льда и под давлением одной атмосферы, весит 0,00008954 грамма. Мы должны найти, с какой скоростью эта малая масса должна двигаться (вся ли вместе или её отдельные молекулы – все равно) так, чтобы произвести наблюдаемое давление на стенки кубического сантиметра. Это вычисление в первый раз сделано было д-ром Джоулем и дало 1859 метров в секунду. Такое значение мы привыкли считать большой скоростью. Оно больше любой скорости, получаемой в артиллерийской практике. Скорость других газов меньше, как видно из табл. на стр. 81, но во всех случаях она очень велика по сравнению со скоростью пули.

Обратимся теперь к молекулам воздуха, которые летают в этом зале по всем направлениям со скоростью почти семнадцати миль в минуту.

Если бы все эти молекулы летели в одном и том же направлении, они образовали бы ветер, дующий со скоростью семнадцати миль в минуту; приблизительно с такой скоростью дует ветер, вылетающий из жерла пушки. Как же, следовательно, вы и я можем стоять здесь? Единственно потому, что молекулы летят по различным направлениям, так что те, которые ударяют нас сзади, позволяют нам выдерживать бурю, которая бьёт в нас спереди. В самом деле, если бы эта молекулярная бомбардировка приостановилась хотя бы на мгновение, наши бы вены вздулись, дыхание прекратилось и мы буквально погибли бы. Но молекулы ударяют не только о нас или о стены комнаты. Воспомним, что число их громадно и что они летят по всевозможным направлениям, и мы поймём, что они не могут избежать соударений. Как только две молекулы столкнулись, их пути изменяются и обе они летят в новых направлениях. Таким образом каждая молекула постоянно изменяет свой путь, так что, несмотря на большую скорость, пройдёт ещё много времени, пока они очутятся далеко от той точки, из которой начали двигаться.

У меня здесь сосуд, содержащий аммиак. Аммиак – это газ, который легко узнается по своему запаху. Его молекулы движутся со скоростью 600 метров в секунду, так что если бы их полет не прерывался столкновениями с молекулами воздуха этого зала, всякий, даже в самой дальней галерее, почувствовал бы запах аммиака прежде, чем я успел бы произнести название этого газа. Но вместо этого каждая молекула аммиака, сталкиваясь то и дело с молекулами воздуха, идёт то одним, то другим путём, и, подобно зайцу, который всегда делает петли, хотя и проходит большой путь, но мало подвигается вперёд. Как бы то ни было, но запах аммиака уже начинает чувствоваться в некотором отдалении от склянки. Газ будет распространяться в воздухе, хотя и медленно, и если бы могли закупорить все отверстия этого зала, чтобы сделать его непроницаемым для воздуха, и оставить так на несколько недель, то аммиак равномерно смешался бы с воздухом во всех частях зала.

Это свойство газов, в силу которого один газ может диффундировать в другой, было впервые замечено Пристли. Дальтон показал, что оно совершенно независимо от какого-либо химического действия диффундирующих газов. Грэхем, специально занимавшийся исследованиями этих явлений, которые, по-видимому, проливают свет на молекулярные движения, тщательно изучил диффузию и впервые получил результаты, на основании которых может быть вычислена скорость диффузии.

Позднее скорость диффузии одного газа в другой была в высшей степени тщательно измерена профессором Лошмидтом в Вене.

Он помещал оба газа в две одинаковые вертикальные трубки так, чтобы более лёгкий газ находился выше тяжёлого, чтобы избежать и образования потоков. Затем он открывал выдвижной клапан, чтобы сделать из двух трубок одну; приблизительно через час он закрывал клапан и определял, сколько одного газа перешло в другой.

Так как большинство газов невидимы, то, чтобы показать вам диффузию газов, я должен взять для этого два газа, аммиак и хлористоводородную кислоту, которые при смешивании дают твёрдый продукт. Аммиак, как более лёгкий, помещён над хлористоводородной кислотой, с слоем воздуха между ними; вы скоро увидите, что газы диффундируют один в другой сквозь этот воздушный слой и при смешивании образуют облачко белого дыма. Но во все время, пока длится процесс, нельзя открыть ни потоков, ни какого-либо видимого движения. Каждая часть сосуда кажется такой же спокойной, как банка с неподвижным в ней воздухом.