Газета "Физика" Издательского дома "Первое сентября", № 10/2006. Все права принадлежат автору и издателю и охраняются. В.С.ЧИКИН, г. Нижний Новгород Ошибка Галилея (Спектакль можно поставить при изучении истории физики. К постановке следует сделать плакаты с крупными формулами и рисунками. Неплохо подобрать и музыкальное сопровождение.) Действующие лица: Галилей Герцог Фердинанд, изобретатель спиртового термометра Джозеф Блэк Джеймс Уатт Йозеф Стефан Людвиг Больцман I акт 1597 г. За столом Галилей и его ученик – герцог Фердинанд. Галилей. Вот два кувшина, Фердинанд, В одном вода горячая из чана, В другом холодная, из нашего фонтана. Я знаю твой мыслительный талант И потому советуюсь с тобой По нерешённой мной пока задаче: Что происходит с этою водой, Когда сольём холодную с горячей? Чем отличается холодная вода От тёплой, – мысль меня терзает. Чем отличается вода от льда? От пара, наконец, что над водой витает? Фердинанд. Учитель, говорил уже не раз Ты мне о невидимке-теплороде. В телах любых имеется запас Особых тепловых веществ. В природе Затем и существует теплород, Чтобы от тёплых тел передаваться К холодным, и лишь этот переход Телам теплом поможет уравняться. В слиянии воды горячей и холодной Докажет теплород существованье. Считаю эту мысль я превосходной, Она имеет право на признанье. Галилей. Да, но в теории есть и изъян: Никак тот теплород нельзя измерить. Он невесом, не виден, может, дан Любому телу он природой, но проверить, Как переходит теплород от тела к телу Не удаётся мне, мой друг, никак. Быть может, устремлюсь я к пределу, Которого и нет. Скрывает мрак Разгадку этой тайны теплорода, И не пойму я, шутит здесь природа Или зовёт идти вперёд смелей. Но если так, вперёд же, Галилей! Вчера закончил я работу над прибором, Который так назвал я – термоскоп. Вот он, перед твоим пытливым взором, Плод размышлений и научных проб. Здесь небольшой стеклянный шар, К нему припаяна стеклянная мной трубка, Конец от трубки я в резервуар С водой намерен опускать, и чутко Мой будет термоскоп за тем следить, Как воздух в шаре, чем-нибудь согретый (Ладонью, например), так может изменить Давление своё, что первою приметой Того быть должен уровень воды, Который будет в трубке понижаться. При охлаждении увидим мы следы События иного: воздух будет Стремиться сжаться. Это ясно всем, А значит, уровень воды поднимется затем. Но сколько теплорода отдаваться будет, Когда под шаром воздух нам остудит Приложенное к шару тело, пусть хоть лёд, – Прибор мне этих данных не даёт. Показывает чертежи термоскопов. Фердинанд. Я думаю, учитель, вот о чём: Когда мы охладим шар этот льдом, То уровень воды, поднявшейся по трубке, Принять за ноль. Есть смысл в таком поступке? От этой линии нам и вести отсчёт, Как в теле будет изменяться теплород. Галилей (задумчиво). Мысль замечательная, это нам подходит, Я думал так же, как и ты, мой друг! Нас к истине сомнение приводит. А мне никак не разорвать сомнений круг. Подозреваю я – в природе есть закон, Который выполняется железно: Пусть телом теплород приобретён Каким-то образом, таких примеров бездна, Но если рядом с ним поставить тело, В котором теплорода часть мала, То через некоторое время можно смело Нам утверждать: в них поровну тепла. И тепловое равновесие наступит Всегда (со временем) для тел любых, Но вот прибор для опытов таких Ещё не сделан. Термоскоп уступит Тому прибору даже уже тем, Что в термоскопе нет шкалы отсчёта. Она должна быть, и для всех систем Одна и та же, – вот где нам работа. И от одной ещё покоя нет Мне мысли (может, она ложна): Есть у природы, видимо, запрет На то, что теплород заметить можно. Вдруг теплород тут вовсе не замешан! Не виден он и на весах не взвешен. Ведь можно рассуждать иначе В решении поставленной задачи: Быть может, от холодных тел к горячим Имеется какой-то переход, И можно называть нам хладород То, что даёт тепла выравниванье всюду. Неважно, как всё это называть я буду, Здесь важен принцип. В теле есть И вещество, и теплород, а смесь В латыни словом названа температура. Чтоб как-то меру теплоты учесть, Мне разрешит церковная цензура Ввести такое слово в мой трактат. А за тебя, мой Фердинанд, я рад. Ведь если ты создашь шкалу И будешь измерять прибором Количество тепла, тогда теплу Помощником стать людям спорым Наверное, быть скоро суждено, И нам то время приближать дано! Фердинанд. Я думаю, учитель, на воде Прибор не надо делать, хоть он чудный. Вода в морозы замерзает, и везде Таскать с собой резервуары трудно. Пусть спирт заменит в трубке воду, Не замерзает он, горяч у спирта нрав. Температуру нам в морозную погоду Легко измерить, трубку запаяв. Используем мы здесь у спирта свойство: Нагревшись, будет расширяться он. В основу положу я нового устройства Как раз вот этот физики закон. В запаянной с концов обоих трубке Спирт будет расширяться до зарубки, Мной сделанной на планке деревянной И прикреплённой к трубочке стеклянной. Температура – мера, как мы установили, Ну, как бы концентрации тепла, Точнее, теплорода. Значит, в силе Останется и старая шкала Для водных и других растворов, В которых концентрацию веществ Все измеряли в градусах без споров О том, годится ли всё это вообще... Конечно, будет здесь не градус концентраций, А новый градус – градус теплоты. Хоть по названию не будут отличаться Они, но смысл, сам видишь ты, Мной вложен в слово здесь иной. Зачем менять нам то, что всем привычно? Качаешь ты в сомненьи головой... Да, теплота как жидкость нетипична, Но я не вижу здесь особой драмы. Упрямы факты, но и мы упрямы! Прибор же назову я новый свой Термометр, – и греческий виной Язык тому названью. Латынь нас призывает к покаянью, Латинским языком общаться с Богом| Нам можно, это знают все. А греческий, с его напевным слогом, Способен передать во всей красе И трудности, и радости науки, А впрочем, дело в истине, не в звуке! II акт 1760 г. Великобритания. Джозеф Блэк, физик, и Джеймс Уатт, изобретатель паровой машины. Блэк. Судить о теплороде опыт нам поможет. На опыте я вот что доказать сумел: Количество тепла одно и то же Подвёл я к равным массам разных тел, Вот тут и начались мои терзанья, Мне даже трудно это объяснить. Термометры нам дали показанья Различные, но так не может быть! Температура тела, как известно нам, Есть концентрация тепла в нём, Но равное я сообщил тепло телам! И можно утверждать мне смело, Что изменение температур везде Должно быть одинаково в среде! В различных веществах, в частицах где-то Есть теплоёмкость разная для всех. Но с теплородом всё несовместимо это, Неправ был Галилей. Но, что за грех Ошибку сделать?! Их полно в науке... Находка – радость, а сам поиск – муки. Был сделан опыт мной со льдом, Лёд теплоты так много при плавленьи Смог поглотить, что теплорода в нём Должно быть столько, что пришло сомненье: Да может ли лёд столько поглотить? Ну а температура неизменной быть В сосуде продолжала до тех пор, Пока кристаллы льда водой не стали. Чего же мера тогда температура? Это вздор, Что концентрацию тепла по ней узнали. Уатт. Постойте, мистер Блэк, не горячитесь так! Загадки есть в описанной картине. Я знаю: опыт – в неизвестность шаг, Шаг, кстати, gradus будет по-латыни. Какой термометр используете вы В своих исканьях? Приборы виноваты Бывают часто в измерениях, увы, Я убедился сам, здесь не нужны дебаты. Во всех термометрах что взяли за основу? Да то, что будто жидкости объём Зависит пропорционально, верьте слову, От той температуры, что идёт с теплом. А если мысль такая не верна? Проверить пропорциональность эту Нельзя. Замкнулся круг, нужна Идея новая, прислушайтесь к совету. Что сделал Цельсий, шведский астроном? Взяв трубку с ртутью, он отметил точки На трубке: поместив её сперва в сосуд со льдом, Потом – в воду, кипящую в бочке. И между точками он промежуток сей Удачно разделил на сто частей. Забавно, что сначала взял за ноль Он верхний уровень – в воде кипящей, А чтоб ему производить контроль За измерением, внизу лежащий Ртути уровень пришлось принять за сто. Зачем рассказываю вам про то? Да потому, что много произвола Мы сами делаем на опытах своих, А для науки произвол – крамола! Вон Фаренгейт немалого достиг, Создав термометр ещё сложней, признаться. Ведёт по-своему на нём он весь отсчёт. Взял тридцать два – число, где тает лёд. Вода кипит – число двести двенадцать. Сто восемьдесят – столько меток будет На промежутке между числами двумя. Какой термометр получше – Бог рассудит, Но только, видимо, ни вы, ни я... А Реомюр на восемьдесят ровно Частей разбил шкалу... Всё так условно... (Показывает плакат со шкалами.) Температура пропорциональна Давлению, для газов есть закон, И газовый термометр идеально Послужит нам, я в этом убеждён. Для жидкостей всё это под вопросом. Спирт, масло, ртуть – всего не перебрать. Что будет скоро пользоваться спросом? Машины тепловые. И понять, Как можно превращать тепло в работу, Мне, кажется, недавно удалось. Про теплоту узнать ещё хоть что-то Мне хочется, поэтому пришлось К вам, мистер Блэк, мне обратиться срочно, Знаком я с вами был, увы, заочно. Температура, знаю я теперь, И теплота – понятия два разных. Вы к истине мне приоткрыли дверь, Избавив от пустых идей разнообразных. Я с паровой машиной много лет Веду детальные и сложные расчёты. Открою вам сейчас один секрет – Она уже готова для работы! Блэк. Я поздравляю, Джеймс, вас с этим достиженьем! Машина нам людской заменит труд, И даже лошадей с их медленным движеньем... Шучу, конечно, но, быть может, ждут Открытия нас в будущем такие, Которые весь мир перевернут, Приблизив звёзды и миры морские! III акт Глубокая ночь. За столом сидят профессора Венского университета Людвиг Больцман и его друг Йозеф Стефан. Больцман (рассматривая листок). Нет, я глазам своим не верю. Температуру я с энергией связал Одной молекулы и возместил потерю Труда и времени тем, что сейчас узнал. Да, при движении молекул хаотичном Энергия дана молекуле одной (Газ идеальным я считаю, необычным). На каждый градус Кельвина, друг мой, Ничтожная, я вычислил, какая, Десятку в степень минус двадцать три Я должен возвести и, на два умножая, Число получим в джоулях, смотри: 1 К = 1,38 • 10–23 Дж/град. Так будут связаны навек между собой Температура в градус лишь величиной С энергией молекулы классической, Речь об энергии идёт здесь кинетической. Нельзя сказать теперь о теплоте: «Она содержится в каком-то теле». Правы при рассуждениях лишь те, Кто скажет: «Теплота на деле Является энергией движения частиц, От одного из тел переходя к другому». Для теплопередачи нет границ, А вот с температурой – по-иному Всё обстоит. Определяется она Энергией молекул при движеньи. Температура есть величина, Которая имеет, без сомненья, Связь с кинетической энергией. (Смотрит на часы, потягивается.) Рассвет пришёл, петух прокукарекал... Но – шутки в сторону, а как же измерять Теперь температуру надо людям? На джоуль надо градус поменять? Или мы делать этого не будем? Стефан. Я представляю, Людвиг, у больного вид, Когда приходит врач к больному, И у него температуру смерив, говорит: «Температуру меряем мы нынче по-иному. Энергию молекулы у вас (Речь об энергии идёт, конечно, средней) Термометр даёт на этот раз Два джоуля». Ведь это просто бредни! «Так я болею или я здоров?» – Наверно, спросит так больной у эскулапа. Ответ врача загадочно суров: «Сейчас я подсчитаю в два этапа, Здоровы вы или весьма больны. Считайте сами, я считаю скверно. Энергию из джоулей, здесь числа вам даны, Переводите в градус Кельвина, примерно. Перевести всё, с Цельсием связав, Потом температуру в кельвинах вам надо». Я вижу ваши грустные глаза, Замене градусов, как видите, преграда Видна в огромном неудобстве всем. Повременим мы с градуса заменой, От старых отказаться градусных систем Нам смысла нет, мой друг, почтенный. Да, ошибался мудрый Галилей, Особой сутью теплоту считая. Ему бы не хватило жизни всей Проделать опыты, в расчётах обретая Уверенность, что найден им ответ На то, что спрятала природа! Учёные почти что двести лет Искали смысл до вашего прихода У слова скромного такого «теплота», У слова странного для всех «температура». Ответы найдены, шкатулка отперта, Неведомого нет, есть лишь «натура»*. ______________________________ * Натура (nature) – природа (лат.).

.  .