Вещество и огонь
Ртутный термометр дал возможность измерять, насколько горячим является тело. Однако оставался вопрос, что же такое тепло. Даже в самый светлый период эпохи Просвещения в поисках ответов на вопросы наука все еще была подвержена влиянию древнегреческого наследия.
Исследования Джозефа Блэка основывались на теории, что тепло — это некоторая субстанция — густая жидкость, получившая название «caloricum», которая может, хотя иногда и с трудом, перетекать из одного вещества в другое. Эти рассуждения были результатом многовековых убеждений, что огонь — это вещество, субстанция. В Средние века ученые думали, что сера представляет собой огонь в твердом виде, а к XVIII веку доминировала теория, что вещество горит потому, что содержит «огненную субстанцию» флогистон. Соответственно, тепло и свет от пламени считали результатом высвобождения флогистона из вещества. Однако экспериментальные факты указывали на другое. По теории флогистонов, горячий металл светится потому, что высвобождаются флогистоны. Но, нагревая некоторые металлы, люди замечали, что они становятся тяжелее. Это означало появление чего-то нового (в данном случае слой окислов).
На русский язык латинское слово caloricum перевели как «теплород», а от его звучания появилось слово «калория».
Открытие горения
Флогистон в историю отправил Антуан Лавуазье из Франции. В 1770-х годах он показал, что горение связано с кислородом — тогда недавно открытым газом. Лавуазье ввёл названия «кислород» и «водород», однако водород как «горючий воздух» ранее выделил Генри Кавендиш. В 1780-х годах Лавуазье повторил опыты с образованием воды и правильно объяснил её как соединение водорода и кислорода. Эксперименты Лавуазье также подтвердили то, о чем за 20 лет до него говорил русский ученый-энциклопедист Михаил Ломоносов. Вес водорода и кислорода до соединения, по его мнению, должен быть таким же, что и вес воды после. Это доказывало, что материя не создается и не уничтожается, она только преобразуется. Так что для флогистона не осталось места.
Измерение теплоты
Лавуазье предположил, что свет и тепло — это два вида одного и того же явления. Со времен Ньютона, утверждавшего, что свет состоит из крошечных частиц без веса, или «корпускул», прошло не так много времени, и Лавуазье решил, что с теплом ситуация та же. Француз перевел на «низкую латынь» галльское слово и назвал новую гипотетическую субстанцию «теплородом».
В 1780-х годах Антуан Лавуазье много общался с Пьером-Симоном Лапласом — еще одним французским ученым, по интеллекту не уступавшим самому Лавуазье. Они вместе решили построить машину для измерения количества тепла, другим словом, калориметр. В конце концов таким прибором оказалась камера сгорания, защищенная от влияния внешней среды слоями теплоизолятора. Центральная камера помещалась в точно отмеренный объем, плотно упакованный колотым льдом. «Калории» должны были идти от центральной камеры и плавить кристаллики льда вокруг. Рассчитав точную пропорцию льда и расплавленной воды, ученые могли измерить количество испущенных калорий. Как вы догадались, калории в пище также измеряются с использованием современных вариантов таких устройств.
Тепло как движение
Русский ученый-энциклопедист Михаил Ломоносов объял многие науки, однако за пределами России остался практически неизвестным. До него уже предполагали, что при нагревании газа его молекулы просто быстрее движутся, а Ломоносов обратил эту идею на другие состояния вещества. По его рассуждениям, все тепло, где бы оно ни было, является результатом движения в ткани бытия. Наше современное понимание тепла основывается на той же идее.
