Научные результаты Ломоносова и его физические воззрения

Приступая к оценке научных результатов Ломоносова и характеристике его физических воззрений, необходимо обратить внимание на исключительный диапазон деятельности Ломоносова. Механика, физика, химия, метеорология,'география, металлургия, геология, технология, философия, экономика, история,филология,литература - во всех этих областях знания Ломоносов сказал своё слово. Это обстоятельство делает исключительно трудной задачу характеристики Ломоносова, пожалуй даже невозможной. Те или иные стороны деятельности Ломоносова выступают на первый план, заставляя забывать о других. Так, например, случилось, что на протяжении полутораста лет научная деятельность Ломоносова оставалась в тени. Ломоносов оценивался как поэт, литератор, филолог, историк. Только Пушкину впервые удалось дать точную характеристику "первого русского Университета" и обратить внимание на напряжённую, многогранную научную работу Ломоносова. Но, несмотря на это указание Пушкина, специалисты, вплоть до известных исследований Меншуткина, "открывшего" Ломоносова, всё ещё продолжали недооценивать научное наследство Ломоносова и его роль в истории науки. Эта недооценка имеет место и в настоящее время. Она выражается в том, что Ломоносова считают одиночкой, стоящим особняком в общем ходе развития современной ему науки, которого мало кто знал и понимал и которого поэтому так легко забыли.

Ломоносова считают самородком, почти что самоучкой, который из всей западной науки знал чуть ли не одного только Вольфа. Это - глубокое заблуждение. Ломоносов был связан тысячью нитей с современной ему наукой, а научная эрудиция его была огромна. Он изучил не только Вольфа. Он знал Декарта, Гюйгенса, Ньютона, Папина, Мальпигия, Амонтона и других. Он был в курсе современных ему научных новинок: Эйлер, Бернулли, Франклин и даже Вольтер изучались им. В его библиотеке был и труд Босковича, вышедший незадолго до его смерти.

Законченные и опубликованные исследования Ломоносова были известны на Западе и привлекали большое внимание. Другое дело, что новые и смелые идеи Ломоносова не всегда усваивались современниками, что Ломоносов шёл "против течения", но никто из современников не сомневался в осведомлённости его в общепринятых воззрениях и в возникавших проблемах. Из современников Ломоносова его высоко ценил Эйлер, во многом разделявший его воззрения и на которого Ломоносов несомненно оказал сильное влияние, о чём свидетельствуют эйлеровские "Письма к немецкой принцессе". Его научные заслуги получили и официальное признание в избрании его почётным членом Болонской и Шведской академий.

Конечно, по условиям своей работы Ломоносов не смог завершить многих своих научных планов. Но и то, что им было закончено, представляло вклад в науку исключительного значения.

Перечислим ещё раз вкратце эти основные научные достижения Ломоносова. Ломоносов - автор кинетической теории тепла, основоположник кинетической теории газов, автор закона сохранения движения и материи. Им было предсказано существование абсолютного нуля, объяснён из кинетических соображений закон Бойля и указано на отступления от этого закона при больших давлениях, связанных с введением поправок на объём молекул.

Ломоносов является предшественником Дальтона в молекулярно-атомном обосновании химии. Прежде Лавуазье, Ломоносов вводит в химию весы и доказывает неправильность мнения об увеличении веса металлов при обжигании: "Между разными химическими опытами, которых журнал на 13 листах, деланы опыты, в заплавленных накрепко стеклянных сосудах, чтобы исследовать, прибывает ли вес металлов от чистого жару. Оными опытами нашлось, что славного Роберта Бойля мнение ложно, ибо без пропускания внешнего воздуха вес сожжённого металла остаётся в одной мере", пишет Ломоносов в отчёте за 1756 г. В другом отчёте (1753) мы читаем:

"С покойным проф. Рихманом делал химико-физические опыты в лаборатории для исследования градуса теплоты, который на себя вода принимает от погашенных в ней минералов, прежде раскалённых". Таким образом, Ломоносов, вместе с Рихманом, является одним из основоположников калориметрии. Ломоносов занимался также измерением коэффициента объёмного расширения газов (воздуха).

Если принять, по Меншуткину, шкалу ломоносовского термометра за 150, то его определения дают α = ¹/₅₅₀ или, в пересчёте на 100-градусную шкалу, ¹/₃₆₇, т. е. около 0,003^*. Это хороший результат по сравнению с результатами знаменитостей того времени: у Ла-Гира 0,04, Мушенбрека 0,005, Пристли 0,01. Трудность определения коэффициента обусловливала такое значительное расхождение, и только в начале XIX в. Дальтону и Гей-Люссаку удалось добиться согласующихся результатов.

^* (В "Слове о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих", читаем: "Опыты для определения разной густоты воздуха в разных градусах теплоты, при всех прочих обстоятельствах равных, учинены мною, не упоминая других сосудах, в манометрических трубках, равной ширины, без шариков. Хотя разное количество газов распространения пропорцию переменяло; однако посредственная нашлась нарочито правильна, т. е. воздух, 50 градусов ниже предела замерзания, к воздуху, что имеет теплоту при оном пределе, есть в рассуждении пространства как 10 к 11; но к тому, который состоит в 50 градусах выше предела замерзания, есть 10 к 12 или 5 к 6. Для сего четвёртому градусу теплоты выше предела замерзания ответствует пространство воздуха 554; градусу под пределом замерзания 131 ответствует пространство воздуха 419. Того ради пространство оного к пространству сего будет как 554 к 419 или почти как 4 к 3".

Следовательно, по Ломоносову,

Так как

то

В диссертации о тепле и холоде Ломоносов приводит другое, более точное значение коэффициента расширения - ¹/₃₀₀.)

В области электрических явлений мы знаем попытку Ломоносова дать эфирную теорию электричества, знаем, что он высказал мысль о связи электричества и света, мысль об электрической природе северных сияний, мысль о вертикальных воздушных течениях как источнике атмосферного электричества и, наконец, знаем его наблюдение о наличии электричества в атмосфере "без грому и треску".

В оптике Ломоносовым проделана большая работа по конструированию оптических приборов, в частности проект ночезрительной трубы, произведены многочисленные изыскания по цветам и красителям, исследовалось преломление света в растворах. Ему же принадлежит критика теории истечения и пропаганда гюйгенсовской волновой теории света.

В области метеорологии Ломоносову принадлежит идея о зондировании верхних слоев атмосферы самопишущими приборами, идея об организации разветвлённой метеосети. Им было произведено большое количество наблюдений воздушного давления, температуры атмосферы, атмосферного электричества и оптики.

В астрономии Ломоносов сделал важное открытие атмосферы Венеры. В географии Ломоносов является пропагандистом Северного морского пути и предсказывает наличие Северо-восточного пути в Индию. В геологии Ломоносов развивает идеи об историческом процессе образования "слоев земных".

Ломоносов оставил большое количество идей, реализация которых осуществлена была наукой только спустя 100-150 лет после его смерти. Отметим, например, два частных, но очень существенных факта, ярко иллюстрирующих изумительную проницательность Ломоносова. Записывая наблюдение, что наэлектризованная чашка весов притягивается к железной плите, Ломоносов делает вывод: "Весами можно весить электрическую силу, однако сие ещё в действие не приведено". "Сие" было "приведено в действие" только В. Томсоном, построившим абсолютный электрометр.

Разрабатывая программу теории электричества, Ломоносов записывает: "Надо сделать опыт, будет ли луч света иначе преломляться в наэлектризованном свекле и воде".

Такой опыт был осуществлён в 1875 г. Керром, открывшим электрическое двойное лучепреломление. Значение эффекта Керра в современной технике общеизвестно.

Все эти и подобные им научные предвидения не были у Ломоносова случайными догадками. Как это было впоследствии у Фарадея, у Ломоносова его идеи являлись результатом стройного научного материалистического мировоззрения. Известно, что Фарадей называл себя философом. Таким же разносторонним и глубоким философом был Ломоносов, который мечтал написать грандиозную корпускулярную философию природы, объясняющую все явления живой и неорганической природы с единой точки зрения. Замысел Ломоносова не был осуществлён, но по сохранившимся работам и заметкам мы можем восстановить мировоззрение Ломоносова.

"Сами свой разум употребляйте. Меня за Аристотеля, Картезия, Невтона не почитайте. Если вы мне их имя дадите, то знайте, что вы холопы", гласит одна из заметок Ломоносова.

И действительно, Ломоносов в своём ярком и самобытном мышлении не был ни чистым картезианцем, ни ньютонианцем. Он был прежде всего более последовательным материалистом, чем названные учёные. В основе всего лежит материя. "Материя - то, из чего состоит тело и от чего зависит его сущность". Основными свойствами материи являются её протяжённость, инерция, способность к изменению. "Всё, что есть или совершается в телах, происходит от их протяжения, силы инерции и движения". При этом Ломоносов со всей определённостью утверждал, что "движение не может происходить без материи".

Итак, по Ломоносову сущность вещей заключается в материи и движении, в движущейся материи. Абсолютный покой, по воззрениям Ломоносова, - это величайший холод в мире. Хотя высшая степень холода возможна, но её "на нашей планете не может быть", так как даже в самых холодных телах имеется внутреннее движение. Следует, однако, помнить, что Ломоносов под движением понимал только механическое движение, и его материализм был, конечно, механистическим материализмом. Ломоносов считает, что движение в теле не может возникнуть самопроизвольно, "если это тело не будет побуждено к движению другим телом". Таким образом, здесь Ломоносов - ньютонианец. Однако он сейчас же указывает, что тела могут взаимодействовать друг с другом только при получении импульса, т. е. движения. "Без импульса тела не могут ни действовать, ни противодействовать. И от чистого притяжения в телах не может происходить ни какого-либо действия, ни противодействия". Следовательно, Ломоносов расходится с ньютонианцами в вопросе о тяготении.

Сообщая о попытках Бернулли объяснять многие притяжения импульсом, Ломоносов замечает: "вообще всякое притяжение становится подозрительным". Сторонникам тяготения, принимающим это явление за объяснение других явлений, можно уступить по тем же причинам, по каким астрономы предполагают суточное движение звёзд вокруг земли для определения их кульминаций, восхождений и т. д.

Ломоносов прямо ссылается на пример самого Ньютона, объявляющего силы тяготения формальными причинами, необходимыми для описания явлений. Впоследствии Ломоносов указывал, что Ньютон не признавал при жизни сил тяготения и только по смерти стараниями ньютонианцев "сделался их невольным рачителем". Так Ломоносов отделил Ньютона от ньютонианцев. Понятно, что Ломоносова чрезвычайно интересовал вопрос об отношении тяготения и материи, материи и веса. По своим философским воззрениям он не мог считать приемлемым факт пропорциональности веса и материи. 30 января 1758 г. он прочитал свою диссертацию об отношении материи и веса. Менаду прочим, с исторической точки зрения очень интересно замечание Ломоносова о положении с основами механики, приведённое им в начале диссертации. "... Самые первые начала механики, даже физики, ещё находятся в периоде обсуждений и что наиболее выдающиеся учёные этого столетия не могут придти к соглашению о них. Самым блестящим примером этого есть величина сил движения, которая согласно одним увеличивается в простом, по другим - в двойном отношении скорости". Это замечание - лишнее свидетельство того, насколько Ломоносов был в курсе актуальных проблем того времени. В этой диссертации Ломоносов указывает, по каким соображениям нельзя принять пропорциональность массы и веса и признать тяготение существенным свойством тел.

Если массу поднять на высоту, равную радиусу земли, то вес станет равным ^р/₄, а значит и масса должна уменьшиться в 4 раза. Если покоящееся тело А притягивает тело В, приведя его в движение, то мы получим движение из ничего, а это противоречит закону сохранения (Ломоносов приводит здесь формулировку своего знаменитого закона). Вывод Ломоносова таков: "чистого притяжения быть не может, поэтому тяжесть должна производиться толчком, и должна существовать материя, которая побуждает тяжёлые тела к центру земли". Плотность материи во всех телах одинакова, но площадь атомов различных тел различна, и поэтому действие материи тяжести (существование которой допускает Ломоносов) различно для различных тел. Так, например, поверхность корпускул золота в 20 раз больше поверхности корпускул воды, и материя тяжести будет действовать на золото в 20 раз сильнее воды, чем и обусловлено их различие в удельном весе. .

Мы видим, что в вопросе о тяготении Ломоносов ближе стоит к Декарту и Гюйгенсу, чем Ньютону. Воззрения Ломоносова на взаимодействие тел носит ярко выраженный кинетический характер, хотя в физике XVIII в. наблюдается все больший и больший отход в сторону динамизма. Кинетическую концепцию разделял и Эйлер, который, как мы видели, считал существенными свойствами тел протяжённость, непроницаемость и инерцию.

Существеннейшей чертой физических воззрений Ломоносова является атомистика. В основе всех физических явлений лежат "нечувствительные частицы", корпускулы. Эти частицы характеризуются протяжённостью, а следовательно, и фигурой, инерцией и движением.

Так называемые "частичные качества" тел, т. е. их видовые свойства, цвет, вкус, крепость, состав, должны находить свое объяснение в нечувствительных частичках, их величине, форме, инерции, расположении и движении. Отсюда Ломоносов делает вывод, что частичное, т. е. индивидуальное, различие тел может быть объяснено законами механики. Ломоносов выдвигал задачу механико-математического обоснования химии. В своих "Размышлениях о причине теплоты и холода" и "Опыте теории упругой силы воздуха" Ломоносов приступает к выполнению программы создания корпускулярной механико-математической натурфилософии, обосновывая механическую теорию тепла и кинетическую теорию газов. Остановимся подробнее на содержании этих произведений.

Ломоносов, ссылаясь на обычные способы получения теплоты, на влияние теплоты в химических и биологических процессах, приходит к выводу: "необходимо, чтобы достаточное основание теплоты заключалось в движении какой-то материи". Он различает два вида материи - материю, связанную с телом, т. е. собственно материю тела, и материю, проникающую в поры первой. Ломоносов считает, что "достаточная причина теплоты заключается во внутреннем движении связанной материи".

Рис. 166. Взаимодействие молекул (по Ломоносову)

В связи с этим нелишне отметить один из многих моментов, характеризующих преодоление Ломоносовым воззрений своего учителя Вольфа. Как известно, Вольф был, вслед за Гассенди, творцом учения о теплотворной материи. В своей первой студенческой работе "О превращении твёрдого тела в жидкое, зависящем от движения имеющейся налицо жидкости" Ломоносов частично разделяет точку зрения учителя, считая, что процесс плавления обусловлен наличием в порах тела движущейся огненной жидкости. Теперь Ломоносов утверждает со всей определённостью, "что элементарной огонь Аристотельской, или по новых учёных штилю, теплотворная особливая материя... есть только один вымысел...".

Теплота - это движение нечувствительных частиц. Движение это должно быть таким, что оно не нарушает сцепления частиц тел, а по Ломоносову частицы могут сцепляться друг с другом только при контакте. Поэтому Ломоносов и считает, что "причина теплоты состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи". Частички горячих тел должны вращаться скорее, более холодных - медленнее. Теплопроводность тел объясняется ускорением или замедлением частичек соприкасающихся тел, имеющих разную температуру.

Это вращательное движение частиц и является причиной отталкивательной силы тепла, ибо каждая вращающаяся частица "отталкивает другую тем сильнее, чем энергичнее вращательное движение". Поэтому жидкое и газообразное состояние тел объясняется именно наличием такого вращательного движения, и любая жидкость или газ, сколь бы холодными они ни казались, всегда имеют некоторую степень тепла. Теперь уже изменение агрегатного состояния тел не нуждается в особой материи: "Из системы коловратного теплотворного движения явствует, что тёплых тел частицы скорее вертятся и большею силою одна другую от себя отбивают... для того союзу оных частиц тем больше должно умалиться, чем больше в себе тело теплоты или жару имеет, и так до того разожжено быть может, что не токмо в жидкое претворяется, но и... в пар распущается". Вполне естественными являются два вывода Ломоносова: первый это тот, что "должна существовать наибольшая степень холода, состоящая в полном покое частичек, в полном отсутствии вращательного движения их". Другой вывод тот, что тело не может передать соприкасающемуся с ним телу температуру выше той, которую само имеет. Здесь мы опять-таки имеем дело с применением Ломоносовым закона сохранения энергии: частички не могут сообщить кинетической энергии больше, чем сами обладают. При абсолютном нуле тела не могут находиться в жидком или газообразном состоянии; поэтому земные тела, окружённые со всех сторон атмосферой, не могут иметь температуры абсолютного нуля. Лучистая теплота, по Ломоносову, заключается во вращательном движении частиц эфира.

Как это ни странным кажется на первый взгляд, труднее всего для Ломоносова сказалось объяснение расширения твердых тел. Очевидно, сильная способность сцепления частиц твёрдого тела остановила его в применении к этим телам теории отталкивания вращающихся частиц, столь успешно им развитой в истолковании упругой силы воздуха. Тепловое расширение тел он и объяснил повышением упругости воздуха, заключённого в их порах. Этой упругостью он объяснил и расширение воды при замерзании: воздух, освобождающийся при замерзании частичек воды, производит всестороннее давление.

Несмотря на несостоятельность такой концепции, самая теория упругости воздуха принадлежит к числу наиболее блестящих достижений Ломоносова.

Ломоносов решительно отвергает гипотезу, что упругость является индивидуальным свойством воздушных частичек. Частички воздуха просты, не имеют сложного строения, которое позволило бы им приписать упругость. Они являются атомами. Эти атомы имеют круглую шероховатую форму. Ломоносов отвергает далее мысль, что упругость воздуха обусловлена наличием в его порах тонкой упругой материи, эта гипотеза только отодвигает решение вопроса. Упругость воздуха "происходит от какого-то непосредственного взаимодействия атомов". Но это взаимодействие атомов требует их соприкосновения. С другой стороны, большая сжимаемость воздуха, который может быть сжат более чем до ¹/₃₀ своего первоначального объёма, требует наличия больших промежутков между частицами. Эти противоречия Ломоносов устранил, введя представления о временном контакте частиц. Частица, находившаяся в данный момент времени в контакте с другой частицей, в следующий момент оттолкнётся от неё и соприкасается с новой частицей: "Очевидно, что отдельные атомы воздуха, взаимно приблизившись, сталкиваются с ближайшими в нечувствительные моменты времени, и когда одни находятся в соприкосновении, вторые атомы друг от друга отпрыгнули, ударились в более близкие к ним и снова отскочили; таким образом, непрерывно отталкиваемые друг от друга частыми взаимными толчками, они стремятся рассеяться друг от друга".

Идея Ломоносова о мгновенном взаимодействии соприкасающихся атомов составляет основную идею современной кинетической теории газов. Без этой идеи немыслимо было бы вывести уравнение состояния идеального газа. Когда, говоря о модели идеального газа, подчёркивают, что это совокупность невзаимодействующих материальных точек, то, конечно, поступают неправильно. Модель идеального газа - это совокупность бесструктурных объектов, взаимодействующих в момент контакта по законам упругого удара. А именно так и мыслил Ломоносов. Единственное отличие его воззрений от современных - это механизм взаимодействия. Далее Ломоносов, исходя из эмпирически установленной связи между упругостью и теплотой, приходит к выводу, что "взаимодействие атомов обусловлено только теплотою". Эти представления позволяют ему обосновать и изменение плотности воздуха с высотой и конечную скорость распространения звуковых колебаний в воздухе.

В "Прибавлениях" к своей теории Ломоносов останавливается на вопросе, почему он не дал объяснения закона Бойля. Дело в том, что у него имелись сомнения в полной применимости этого закона. "Плотности воздуха при очень больших сжатиях не пропорциональны упругости его". Надо заметить, что в то время не имелось эмпирических данных об отступлениях от закона Бойля, они появились позже. Ломоносов исходил из фактов совершенно другого характера: большая упругость пороховых газов, расширение замёрзшей воды. Эти факты послужили ему поводом для теоретического истолкования отступлений от закона Бойля. Закон Бойля, по Ломоносову, получается следующим образом. Если A и В - две равные массы воздуха и пространства колебаний между частицами масс А и В относятся, как а : (а-b), то объёмы А и В относятся, как а³ : (а-b)³. Частота столкновений атомов будет обратно пропорциональна этим объёмам, т. е. частоты столкновений относятся, как (а-b)³ : а³. Но эти частоты определяют упругость воздуха, поэтому упругости будут относиться, как (а-b)³ : а³, т. е. обратно пропорциональны объёмам или пропорциональны плотностям. Однако при больших сдавливаниях отношение диаметров корпускул к пространствам колебаний играет всё большую роль. Это приведёт к тому, что "отношение упругостей воздуха должно отличаться от отношений плотностей при наибольшем его сжатии".

В этом "Прибавлении" Ломоносов ссылается на Бернулли и, вероятно, считал излишним вывод закона Бойля не только потому, что сомневался в его универсальной применимости, но и потому, что такой расчёт был уже произведен Бернулли. Познакомимся с выводом Бернулли. Пусть груз Р уравновешивает упругость воздуха, заключённого в цилиндре ECDF (рис. 167); требуется найти груз π, необходимый для сжатия воздуха до объёма eCDf. Пусть ЕС = 1, eC = s. Увеличение упругости вследствие сжатия происходит от двух причин: от увеличения плотности частиц и от увеличения частоты ударов.

Рис. 167. К выводу Бернулли

Если считать объём кубом, то в первом положении упругость равна Р, объём равен 1, число частиц, приходящееся на единицу поверхности, n, среднее расстояние между центрами частиц D, между их поверхностями D-d, где d - диаметр частиц. В положение eCDf упругость равна π, объём s, число частиц на единицу поверхности n : s^2/₃, среднее расстояние между центрами частиц и расстояние между поверхностями

Поэтому

С другой стороны, если положение mС является положением, при котором частицы сдвинуты до взаимного касания и объём их равен m, то

Поэтому

Если собственный объём частиц m = 0, то т. е. получаем закон Бойля. Вопрос об отступлениях от закона Бойля решается измерением числа m. Далее Бернулли устанавливает, что упругость воздуха увеличивается с теплотой. Это происходит потому, что с увеличением теплоты повышается внутреннее движение частиц. При скорости частиц v сила груза, уравновешивающая упругость воздуха в положении EF, равна v²P, а в положении или приближённо

Таковы замечательные результаты Д. Бернулли, изложенные в его "Гидродинамике". Если вспомним, что Ньютон обосновывал закон Бойля, исходя из гипотезы междумолекулярных отталкивательных сил, действующих обратно пропорционально расстоянию, то ясно, что у Ломоносова были предшественники. Но Ньютон не вводил представления о движениях частичек, его вывод был статическим. Бернулли же исходил из кинетики частиц, совершенно не касаясь вопроса о её обосновании и, в частности, совершенно игнорируя отталкивание частиц.

Механизм молекулярного взаимодействия и детальное физическое обоснование кинетики газов принадлежит Ломоносову, и только Ломоносову. В этом отношении он дальше и глубже развивает идеи Ньютона и Бернулли, синтезирует их и даёт им физическое обоснование. Поэтому Ломоносов по праву считается основоположником кинетической теории газов.

Рис. 168. К теории эфира Ломоносова

Мы не будем останавливаться на дальнейшей разработке атомистики Ломоносова, в частности применении её в химии, и переходим к воззрениям Ломоносова на природу электрических и оптических явлений. Ломоносов исходит из следующего основного свойства электрических сил: притягивательное и отталкивательное действие, а также свет и огонь наблюдаются за пределами наэлектризованных тел. "Электрические явления: притяжение, отталкивание, свет и огонь состоят в движении. Движение не может быть возбуждено без другого двигающегося тела. Тела, значительно удалённые от наэлектризованных тел, не подвержены их действию. Поэтому должна существовать нечувствительная жидкая материя, разливающаяся вне электризованного тела и производящая такого рода действие, изменяющаяся под влиянием электричества".

"Так как эти явления имеют место в пространстве, лишённом воздуха, а свет и огонь происходят в пустоте и зависят от эфира, то кажется правдоподобным, что эта электрическая материя тождественна с эфиром".

"Чтобы это выяснить, необходимо изучить природу эфира; если она вполне пригодна для объяснения электрических явлений, то будет достаточно большая вероятность, что они происходят от движения эфира. Наконец, если не найдётся никакой другой материи, то достовернейшая причина электричества будет движущийся эфир".

Таким образом, в противоположность современной ему тенденции дробить физическую картину мира, вводя огромное количество "нечувствительных материй", Ломоносов стремится к созданию единой картины и наряду с обычной атомической материей тел вводит движущийся эфир. Вполне понятно, что Ломоносов, изгоняя теплотворную материю, а затем и электрическую, не делает исключения для светоносной материи. В "Слове о происхождении света" он подвергает обстоятельной критике теорию истечения света. Эту теорию Ломоносов считает несовместимой с фактами преломления света и его конечной скорости. Теория истечения не совместима с принципом суперпозиции световых потоков. Перекрещивающиеся световые лучи должны отклонять друг друга, что не совместимо с законами оптики.

"Сквозь все алмаза скважины, поставленного между многими тысячами свеч горящих, сколь многим должно быть встречным и поперечным течениям материи света, по неисчётным углов наклонениям; но при том нет препятствия и ниже малейшего в лучах замешательства; где справедливые логические заключения? Где ненарушимые движения законы?"

Рис. 169. Прибор Ломоносова для испытания твердости

Теория истечения приводит к трудности согласования необычайной твёрдости алмаза с его прозрачностью. Далее, если вообразить песчинку, освещаемую лучами солнца, то в неё вливается количество световой материи, заключающееся в объёме конуса с основанием, равным окружности солнца, и вершиной в песчинке. "В двенадцать часов перейдёт от него (солнца) к оной песчинке ефирной материи осмь тысяч шестьсот сорок миллионов кубичных земных полудиаметров. Взяв с солнечного сияния песчинку, положим в малую, тёмную и холодную камеру: тотчас приобретенная от солнца теплота исчезнет: света ни малейшего не окажется. Сей опыт хотя бы кто повторял целый год, или век свой в том упражнялся, всегда чёрная его песчинка останется чёрной, и в темноте не подает ни малого света. Чёрные материи приходящих к себе лучей ни назад не отвращают, ни сквозь себя не пропускают. Скажите мне любители и защитники мнения о текущем движении материи, свет производящий, куда оная в сем случае скрывается?"

И Ломоносов останавливается на волновой теории света. Свет - это движение в эфире. Однако это уже не вращательное движение частиц, ибо последнее производит теплоту, а колебательное. Следовательно, Ломоносов не просто разделяет точку зрения Гюйгенса, а развивает её дальше, у Гюйгенса свет - распространение апериодического импульса в эфире, у Ломоносова - распространение колебательного движения.

Ломоносов приложил чрезвычайно много усилий для истолкования цветов тел. Он не мог согласиться с мнением, что цвет тела есть некая модификация светового потока на поверхности тел. Цвет - это частичное качество тела и как таковое должно находить своё объяснение в его корпускулярной структуре. Развивая идеи Декарта и Мариотта, Ломоносов считает эфир состоящим из трёх видов частиц (три элемента материи Декарта) - более грубых, средних и наиболее тонких. Далее он вводит принцип "согласования" или совмещения частиц, основываясь на механической аналогии зубчатых передач: одинаковые шестерни вращаются с одинаковой скоростью: "называю сцепляющиеся согласно друг с другом частицы совместными, не сцепляющиеся и не движущиеся согласно - несовместными". Три ряда эфирных частиц - три класса совместных частиц. Частицы одного рода совместны, разнородные несовместны. Частицы первого рода производят красный цвет, второго-жёлтый, третьего - голубой. Далее Ломоносов опирается на современные ему химические воззрения о составлении всех веществ из первичных материй: соля-ной, ртутной, серной, а также чистых воды и земли.

Рис. 170. Прибор Ломоносова для испытания вязкости

Частицы соляной материи совместны с частицами эфира первого рода, ртутной - с частицами второго рода, серной - третьего рода. Чистая вода и земля несовместны ни с одной эфирной частицей. Поэтому, когда колебательное движение в эфире распространится до частиц, прилегающих к поверхности тела, то совместные частицы эфира будут тормозиться совместными частицами материи тела, приводя их в "коловратное" движение. Если на поверхности тела расположены частицы всех сортов, тогда все эфирные частицы через совмещение теряют свое движение и не имеют возможности возбуждать коловратное движение в частицах, лежащих на дне глаза. Поэтому такое тело кажется чёрным. Напротив, если поверхность тела состоит из частиц чистой воды или земли (металлическая), то эфирные частицы не теряют своего движения. В таком случае эфир "трясущимся движением на дно ока действует, производит всех цветов в зрении чувство; и такого рода смешанные тела имеют цвет белой". Если же на поверхности расположены, например, частицы соляной или кислой материи, то они поглотят движение частиц, вызывающих ощущение красного цвета, и глаз будет видеть поверхность тела зелёной.

Теория цветов Ломоносова подвергалась осуждению как у современников, так и в последующие годы. После победы волновой теории света удивлялись проницательности Ломоносова, взявшего её под защиту в эпоху торжества корпускулярной теории света, но одновременно с сожалением отмечали фантастический характер его теории цветов. Между тем нельзя не признать, что Ломоносов с величайшим искусством использовал арсенал картезианской физики для своей теории, а вся его богатая химическая практика несомненно утвердила его в мнении сложения всех цветов из трёх основных.

Рис. 171. Папинов котел конструкции Ломоносова

Современная цветная фотография, техника цветного кино, как известно, используют тот же принцип смешения трёх основных цветов. Что же касается основной идеи Ломоносова о сведении электрических, световых, тепловых явлений и, возможно, тяготения к движению в эфире, то в этом отношении он опередил свой век и является прямым предшественником Фарадея.