Каньяр-Латур сделал в 1822 г. интересное наблюдение, что эфир, алкоголь и вода в герметически закрытых трубках при сильном нагревании, по-видимому, полностью превращаются в пар, несмотря на то, что эти жидкости могли при этом увеличить свой объем только вдвое и самое большее вчетверо, по сравнению с первоначальным объемом. Вследствие сильного разъедания стенок стеклянных трубок горячими жидкостями и большой опасности взрыва Каньяр-Латур не мог довести до конца своих опытов, которые долгое время считались неточными. Впервые важное значение этих опытов показал Т. Эндрюс, который в шестидесятых годах обратил эту проблему и поставил перед собою вопрос, каким образом газ, сведенный до самого незначительного объема, может все-таки сохранить свое газообразное состояние. При этом он пришел к выводам, которые соответствовали упомянутым выше опытам Каньяр-Латура, но при этом оказались более плодотворными и поучительными. «При частичном сжижении углекислоты, — так описывает он свои тогдашние опыты, — при помощи одного давления и при одновременном постепенном повышении температуры до 88° F, поверхность раздела между жидкостью и газом становилась все слабее, теряла свою кривизну и, наконец, совсем исчезла. В это время все пространство было занято однородною жидкостью, в которой при внезапном уменьшении давления, или при некотором понижении температуры, появлялись своеобразного вида полосы, движущиеся и струящиеся по всей массе вещества. При температурах выше 88° нельзя было достигнуть видимого сжижения углекислоты, в жидкость, или разделения ее на два агрегатно различных состояния, даже когда давление достигало от 300 до 400 ат. Азотистая кислота дала аналогичные результаты».
Шесть лет спустя, в 1869 г., Эндрюс представил более точные наблюдения и дальнейшие объяснения этого своеобразного свойства газа. Взятые для исследования газы он помещал в очень крепкие запаянные сверху стеклянные капиллярные трубки и определенный объем газа запирал каплей ртути. Эти трубки затем помещались открытым концом в наполненный доверху водой и герметически закрытый сосуд, в котором можно было повышать давление до 400 ат путем ввинчивания длинного точно пригнанного стального винта. Капиллярные трубки с подлежащим сгущению газом поддерживались при постоянной температуре при помощи струи воды, а объемы газов, соответствовавшие этим температурам и постепенно возраставшему давлению, точно измерялись. Температуры отдельных рядов опытов лежали в пределах от 13,1 и 48°,1 С; полученные при этом результаты он для лучшего обозрения сопоставил в таблицах и иллюстрировал кривыми, абсциссы которых были пропорциональны давлениям, а ординаты — соответствующим объемам. Рассмотрение этих таблиц или кривых показывает, что при низком давлении даже поддающийся сгущению газ, как углекислота, следует, подобно идеальному газу, закону Мариотта; но что, начиная с известного давления, газ может очень значительно уменьшаться в объеме без соответствующего заметного увеличения давления. Наступление такого явления указывает, что в этом состоянии газообразная углекислота уже сгущается и существует частью как газ, частью как жидкость. С окончанием сгущения давление начинает необычайно сильно возрастать даже при небольшом изменении объема. Если, далее, сравнить между собою несколько кривых одного и того же газа для различных температур, можно легко убедиться, что то состояние, при котором жидкость и газ существуют совместно, т. е. при котором кривая почти параллельна оси ординат, — с повышением температуры наступает при более высоком давлении и прекращается при большем объеме, чем прежде, т. е. что это состояние теперь продолжается меньше времени, чем прежде. Начиная с некоторой определенной температуры, особой для каждого газа, например для углекислоты начиная с 31°,1, такое состояние совершенно исчезает. Повышение давления продолжается тогда непрерывно с уменьшением объема, газ от начала до конца следует приблизительно закону Мариотта и в капиллярной трубке незаметно и следов жидкости. «Каково же состояние углекислоты, — спрашивает Эндрюс, — когда она при температурах выше 31°,1 переходит из газообразного состояния в объем жидкости, не проявляя во время этого процесса никакого признака наступившего сжижения? Остается ли она в газообразном состоянии или же она становится жидкой?.. Согласно правильному, по моему мнению, толкованию описанных опытов ответ на этот вопрос дается внутренними соотношениями, существующими между газообразным и жидким агрегатными состояниями. Обычное жидкое и обычное газообразное состояния являются, выражаясь кратко, только далеко отстоящими друг от друга видами одного и того же агрегатного состояния; они могут быть переведены одно в другое путем ряда столь постепенных переходов, что при этом нигде не наблюдается разрыва или нарушения непрерывности... При известных условиях температуры и давления углекислота находится в состоянии некоторого неустойчивого равновесия и внезапно, с развитием тепла, но без дополнительного изменения давления или температуры, переходит в объем, который при непрерывном процессе она может занять только в результате длинного окольного пути. При наступающем здесь внезапном изменении выявляется заметное различие в оптических и прочих физических свойствах углекислоты, сжатой до меньшего объема, и той, которая его (т. е. объема) еще не изменила; поэтому совсем нетрудно отличить жидкость от газа. Однако в других случаях такое различение невозможно... При 35°,5 и 108 ат давления углекислота занимает среднее положение между газом и жидкостью, и у нас нет никаких веских оснований для того, чтобы приписать ей одно агрегатное состояние предпочтительно перед другим...
Описанные в настоящем сообщении свойства углекислоты принадлежат не только ей одной, они присущи всем вообще телам, которые могут быть получены в виде газа и жидкости. Окись азота, аммиак, серный эфир и сероуглерод, все они при известных давлениях и температурах дают критические точки и быстрые изменения объема со струистыми движениями, когда температура и давление изменяются вблизи этих точек...
Различие между газом и паром было до сих пор основано на совершенно произвольных принципах... Это различие обусловливалось тем несущественным обстоятельством, что точка кипения жидкости под обычным атмосферным давлением лежит выше или ниже обычной температуры окружающего воздуха... Мы можем теперь оказать: пар есть газ при любой температуре ниже его критической точки. Согласно этому определению пар может быть превращен в жидкость одним лишь давлением и может, следовательно, существовать в присутствии собственной жидкости, тогда как газ не может быть сжижен одним давлением, т. е. не может быть изменен давлением таким образом, чтобы жидкость можно было наблюдать отделенной от газа видимой поверхностью. Согласно этому определению углекислота ниже 31° будет паром, а выше 31° — газом». Эндрюс заканчивает свою статью следующими словами: «Остается разрешить еще гораздо более трудную проблему о возможной непрерывности жидкого и твердого агрегатных состояний; прекрасное открытие, сделанное несколько лет тому назад Джэмсом Томсоном о влиянии давления на температуру, при которой происходит плавление (отвердевание), подтвержденное экспериментально Уильямом Томсоном, указывает, мне кажется, то направление, в котором должно быть предпринято это исследование».
В позднейшем продолжении своих работ Эндрюс занялся преимущественной проверкой закона Дальтона. Подвергнув сильному сжатию смесь углекислоты и азота, он нашел, что мысль Дальтона, будто частицы различных газов друг с другом не взаимодействуют, неверна и что, например, критическая точка углекислоты, в случае прибавления к последней хотя бы только одной десятой доли объема воздуха или азота, понижается на несколько градусов. Таким образом закон Дальтона, равно как и законы Бойля-Мариотта и Дальтона-Гэ-Люссака, действителен только для несмешанных газов, когда последние находятся под слабым давлением и при температуре значительно выше критической точки. Что касается газов, которые до сих пор назывались постоянными, то о них Эндрюс в заключение утверждает, что критическая точка последних «вероятно, лежит гораздо ниже самых низких из полученных до сих пор температур» и что только поэтому их до сих пор не удалось превратить в жидкое состояние.
Следуя этому указанию, два физика, Калльете и Пикте, в конце 1877 г. одновременно добились сжижения постоянных газов. Калльете уже в 1870 г. подвергал атмосферный воздух и водород давлению до 700 ат и во всех случаях констатировал уменьшение отношения vp/v1p1 (соответствующего объемам и давлениям в начале и конце опытов). Для воздуха, при увеличении давления от 60 до 705 ат, это отношение уменьшалось от 1,0131 до 0,6660; а для водорода, с повышением давления от 60 до 605 ат, оно снижалось — от 0,9810 до 0,7580. В первой половине 1877 г. Калльете занялся устройством манометра для очень высокого давления, а также сжижением ацетилена и азотноватого ангидрида. 16 декабря 1877 г. в химической лаборатории École normale supérieure, в присутствии значительного числа ученых, он показал, что хотя кислород и окись углерода оставались еще газообразными при температуре — 29° и давлении в 300 ат, однако при быстром расширении газа в приборе вследствие понижения температуры (до — 200°) появлялся туман, который можно было объяснить только переходом газа в твердое или жидкое состояние. Несколько позднее, 31 декабря того же года, Калльете удалось воспроизвести то же явление на азоте и водороде. Пикте первому удалось получить из постоянных газов некоторые устойчивые количества жидкости. Он охлаждал компрессор своего прибора путем испарения углекислоты до —140°. С помощью паровой машины в 15 л. с. он подвергал кислород давлению в 320 ат. Тогда при открытии крана прибора для сгущения газа кислород из него вырывался с такою стремительностью, что часть его, охлаждаясь вследствие испарения, обращалась в жидкость и при наклонении прибора выбрасывалась сильной струей. При одном опыте, произведенном 22 декабря 1877 г., было таким путем получено несколько кубических сантиметров жидкого кислорода. Подобным же образом Пикте получил и водород в жидком состоянии. В более значительных количествах так называемые постоянные газы были впервые сгущены в 1882 г. С. Вроблевским и К. Ольшевским. При кипении чистого кислорода Вроблевский получил температуру —184°, при кипении воздуха —192,2°, азота —193,1°, окиси углерода —193°; путем испарения тех же газов в пустоте он достиг температур на несколько градусов ниже —200° С. Аналогичные, лишь мало отличающиеся результаты получил и Ольшевский; поэтому оба эти ученые рекомендовали кислород в качестве действительного средства для охлаждения. Наиболее пригодными для определения столь низких температур оказались водородные термометры, критическая точка которых лежит, по-видимому, ниже всего; Ольшевский нашел, что даже при температуре в —220° С ошибка таких термометров не может превысить 1° С. Этот же ученый успешно занялся определением физических констант новых жидкостей. Плотность жидкого кислорода, критическая точка которого лежит при —118°,8 оказалась равной 1,124 (при —181°,4), а плотность жидкого азота (критическая температура —146°) — равной 0,885 (при —194°,4).
Эндрюс назвал критической точкой газа ту температуру, при которой жидкость уже не может больше существовать совместно с собственным паром. Другие физики попытались найти физические обоснования для этого явления. Ганней высказал мысль, что единственно надежным отличительным признаком жидкости от газа является перевес силы сцепления над живою силою молекул или наличие у жидкости поверхностного натяжения. Следовательно, критическая точка жидкости — это та температура, при которой исчезает сцепление, или поверхностное натяжение, или капиллярность. Тот факт, что критическая точка зависит не от давления, а только от температуры, показывает, что газообразное состояние материи зависит от средней скорости молекул, а не от длины свободного их пути, и что определенная живая сила молекул способна независимо от давления помешать всякому устойчивому, твердому группообразованию. В соответствии с этим Ганней различает четыре различных агрегатных состояния: 1) газообразное, простирающееся от наивысшей температуры до некоторой изотермы, проходящей через критическую точку, при котором значительная живая сила молекул препятствует действию сцепления; 2) парообразное и 3) жидкое; оба они простираются от упомянутой выше изотермы до некоторой определенной температуры, или же до абсолютного нуля; между собою они различаются отношением длины молекулярного пути к сцеплению, и, наконец, 4) твердое состояние".
Ван-дер-Ваальс, успешно занявшийся в ряде статей математической теорией газов, дал объяснение критической температуры, мало отличающееся от предыдущего. Предполагая существование в молекулах, при определенной их величине, одних только притягательных сил и объясняя отталкивание движением молекул, он пришел к уравнениям состояния для упругих и капельножидких веществ, из которых вытекало существование еще промежуточного состояния с неустойчивым равновесием. Критической температурой является та температура, выше которой подобное состояние неустойчивого равновесия становится уже более невозможным.
С совершенно иной точки зрения, значительно ослаблявшей исключительное значение критической точки, объяснил открытие Эндрюса Жамен. Если нагревать жидкость в совершенно замкнутом пространстве, то количество лежащего над жидкостью пара быстро увеличивается и его плотность возрастает в таком же отношении, как и его вес. С другой стороны, часть вещества, оставшаяся в жидком состоянии, испытывает все возрастающее расширение, которое, наконец, превосходит расширение газа (Тилорье); следовательно, в конце концов, существует некоторая предельная температура, при которой жидкость и газ имеют одинаковый вес при одном и том же объеме. С этого момента они уже не остаются больше раздельными, и вся масса приходит в некоторое однородное состояние, которое считают газообразным. В этот момент вещество, по Жамену, достигает критической точки, которую, стало быть, можно определить как температуру, при которой жидкость и ее насыщенный пар имеют одинаковую плотность. В подтверждение своей теории Жамен приводит опыт Калльете, произведенный им в 1880 г. А именно, когда последний подверг в своем приборе сжатию смесь 1 части воздуха и 5 частей углекислоты, он заметил, что при некотором среднем давлении углекислота перешла в жидкое состояние. Когда же он, не изменяя температуры, увеличил давление до 150 или 200 ат, то увидел, что образовавшаяся жидкость вновь вся исчезла. Если правильно предположение Жамена, что исчезновение жидкой углекислоты происходит исключительно вследствие выравнивания плотностей, то это исчезновение должно замедляться, если воздух в смеси заменить каким-либо менее плотным газом, например водородом. И действительно, когда Калльете по предложению Жамена однажды смешал 5 объемов углекислоты с одним объемом воздуха, а другой раз с одним объемом водорода, то для последней смеси всегда требовалось значительно большее давление, чтобы воспроизвести упомянутое выше явление. Впрочем, Рамсей, в письме в Парижскую академию наук, заявил притязание на свой приоритет по отношению к этой теории критической точки и справедливо сослался на опубликованную им еще за три года до того работу, где было сказано: «Критическая точка это та, при которой жидкость вследствие своего расширения, а газ вследствие своего сжатия достигают равного удельного веса и вследствие этого смешиваются. Так как при охлаждении жидкость сильнее сжимается, чем газ, то она во всей трубке выделяется из равномерной смеси в виде облака и затем, будучи более тяжелой, падает на дно». По этому поводу нельзя, однако, не отметить, что идея Рамсея-Жамена, несмотря на всю ее кажущуюся простоту, все-таки заключает в себе значительные трудности, так как она требует, чтобы одно и то же вещество, при одном и том же (внешнем) давлении и одной и той же температуре, мы представляли себе как жидким, так и газообразным, а также одновременно в обоих этих состояниях.
Как уже было упомянуто, Эндрюс в своей работе 1869 г. высказал надежду, что, подобно непрерывности перехода от газообразного состояния к жидкому, будет установлена и непрерывность перехода от жидкого состояния к твердому. При этом он указал на опыты Томсона по понижению точки плавления льда под влиянием давления. Интересно, что сначала была выявлена как будто большая близость твердого состояния к газообразному, чем к жидкому. Согласно Дальтону каждая жидкость кипит, когда упругость ее пара становится равной окружающему давлению; под меньшим давлением жидкость не может существовать как таковая. Следовательно, твердое тело, будучи доведено до столь высокой температуры, что упругость пара его жидкости превышает окружающее давление, должно прямо испариться без предварительного плавления. Но так как согласно дальтоновскому закону диффузии каждый газ распространяется независимо от присутствия другого газа, то можно думать, что твердое тело испаряется уже и при обыкновенном атмосферном давлении, хотя упругость его пара еще значительно ниже атмосферного давления. В соответствии с этим взглядом, который в новой теории теплоты находит для себя определенное подкрепление, Клаузиус, в известном своем сочинении 1857 г., в котором он развивает свою теорию испарения, говорит: «Аналогично жидким телам испарение можно наблюдать и у твердых тел; но отсюда, — ограничивает он далее свою мысль, — не следует, что испарение должно происходить с поверхности любого твердого тела». Целльнер отбросил последнее ограничение и в своей работе «Über die Natur der Kometen» («О природе комет») исходит прямо из допущения, что испарение не зависит от агрегатного состояния, что каждое вещество испаряется при любой температуре, поскольку только давление собственного его пара не становится слишком большим, и что вообще все вещества различаются между собою только величиной упругости пара, которая при одних и тех же температурах у жидкостей, конечно, гораздо больше, чем у твердых тел. Затем Лотар Мейер в 1875 г. экспериментально, по крайней мере, на одном примере показал, что переход твердого тела при его нагревании непосредственно в газ или же предварительно в жидкое состояние зависит только от давления. Эти процессы, однако, обратили на себя всеобщее внимание только тогда, когда Томас Карнелли 4 противопоставил эндрюсовскому положению о критической температуре, положение о критическом давлении, гласящее следующее: для того чтобы твердое тело обратилось в капельную жидкость, давление должно быть выше некоторой точки, которую можно назвать критическим давлением; при давлениях ниже этой точки никакая степень тепла, как бы она ни была велика, не в состоянии расплавить вещество. Для сулемы Карнелли осенью 1879 г. определил это критическое давление в 420 мм. В августе 1880 г. ему удалось определить эту же величину для льда в 4,6 мм; при давлении, большем 4,6 мм, лед при нагревании плавится; при меньшем давлении он испаряется. При этом Карнелли сделал еще поразительное замечание, что если давление поддерживать достаточно низким, а нагревание производить достаточно быстро, то температуру льда можно поднять гораздо выше точки кипения воды и даже довести ее до 180°. Данные Карнелли были впервые проверены Вюлльнером, который полностью подтвердил их в той части, которая относилась к испарению льда, но не заметил при своих опытах нагревания льда выше нуля градусов. То же самое имело место и у Лотара Мейера, и, хотя Карнелли доказал факт нагревания льда не только термометрически, но и калориметрически, тем не менее многочисленные работы других физиков до настоящего времени не дали этих результатов. Карнелли сделал оговорку в своих сообщениях, указав, что нагревание не должно производиться на слишком большой поверхности льда, в противном случае слишком большое количество пара дало бы и слишком большую упругость; с другой стороны, необходимо, чтобы нагревание происходило достаточно быстро, так как в противном случае вся теплота пойдет на испарение льда и ничего не пойдет на повышение его температуры. Поэтому все же возможно, что отрицательные результаты других физиков, повторявших опыты Карнелли в более или менее измененной форме, получились не в силу невозможности указанного Карнелли нагревания льда, а вследствие нецелесообразной постановки их опытов.
Многообразные переходы, которые в действительности существуют между твердым и жидким состояниями, мягкие и полужидкие формы, которые встречаются у химически простых или, по крайней мере, однородных веществ, как фосфор, натрий, свинец и т. д., и которые, во всяком случае, нельзя объяснить растворением твердого вещества в жидком, впервые в 1867 г. исследовал Пфаундлер и не без успеха попытался объяснить на основе новой теории теплоты. Согласно Пфаундлеру, следует считать, что у таких всегда аморфных тел положения отдельных молекул, направления их колебаний, взаимные расстояния и т. д. очень беспорядочны и различны. Когда такому веществу сообщается теплота, то средняя температура всех его молекул повышается и, наконец, наступает момент, когда вновь притекающая теплота дает возможность молекулам, обладающим в это мгновение максимумом живой силы, оставить свое прочное положение равновесия и в качестве свободных жидких молекул получить поступательное движение. Если в это время прекратить дальнейший приток теплоты, то среди множества твердых молекул будет существовать некоторое количество жидких. Однако в поступательном движении не находятся все время одни и те же молекулы. Благодаря взаимным столкновениям они имеют возможность передать свой излишек другим молекулам; постоянным остается лишь среднее число жидких молекул. Дальнейший приток тепла повышает число жидких молекул и уменьшает число твердых. Если приток тепла происходит быстро, то все подпавшие под его действие молекулы становятся жидкими. Если же всей системе предоставляется некоторое время для выравнивания, то жидкие молекулы постепенно распределяются равномерно по всей системе, — конечно, если теплоты было недостаточно для того, чтобы расплавить все молекулы. При продолжающемся притоке теплоты жидких молекул становится все больше, группы твердо сплоченных частиц становятся все реже, и, наконец, последние совершенно исчезают. Тела, плавление которых протекает указанным образом, называются в начале процесса мягкими, а потом полужидкими; следовательно, тела в мягком состоянии — это смеси твердых групп молекул с жидкими, или с поступательно движущимися молекулами, которые беспрерывно обмениваются своими местами с твердыми частицами. Согласно такому определению можно объяснить много свойств мягких тел. Если мягкое тело быстро согнуть, то оно ломается, при медленном же сгибании оно сохраняет новое положение. В самом деле, при сгибании твердые молекулы тела приходят в напряженное неустойчивое положение, а жидкие сохраняют свою подвижность. При постепенной замене твердых молекул жидкими и обратно твердые молекулы располагаются устойчивым образом, и потому напряжение должно постепенно исчезнуть. В результате сгиб остается постоянным. Ясно, что этим путем изменение формы может быть постепенно проведено сколь угодно далеко, если только молекулам предоставляется достаточно времени для того, чтобы напряженные положения заменить свободными. Но для этого необходимо посредничество свободных поступательно движущихся молекул. Когда сгибание производится очень быстро, то перемещение твердых молекул в свободные положения не может происходить с такою же быстротою, тело ломается или же после прекращения давления упруго выпрямляется. Точно так же и свойство мягких тел соединяться в одно целое, когда их прижимают друг к другу, объясняется на основании тех же принципов. Находящиеся в этот момент на поверхности обоих тел жидкие молекулы образуют при замене их твердыми прочные связи. Так как невероятно, чтобы впоследствии все находящиеся на пограничных поверхностях твердые частицы одновременно вновь стали жидкими, то однажды установленная связь сохраняется, и тем в большей мере, чем дольше длился контакт, так как тем больше времени молекулы имеют для замены их твердыми.
Аналогичные представления относительно жидкостей и газов были развиты Чинтолези и Кантони. Чинтолези путем многообразных — и иногда поразительных — микроскопических наблюдений пришел к выводу, что расширение жидкостей в тонкие пленки всегда сопровождается выделением в них газообразных масс и что подобное явление кипения происходит во всякой пленке. Распространение одной жидкости по какой-либо другой, равно как разрыв жидкой пленки, обусловливается, по его мнению, парами собственного вещества, молекулы которых, вследствие их всесторонних движений, разъединяют жидкие молекулы. Кантони на основании опытов Амага, согласно которым для многих жидкостей коэффициенты сжимаемости значительно возрастают с повышением температуры, пришел к выводу, что все жидкости представляют собою смеси жидких и газообразных молекул; что между жидкими молекулами, которые лишь в очень ограниченной степени расширяются от теплоты и сжимаются от механической силы, всегда находятся пары этой самой жидкости (интермолекулярные пары), упругость которых имеет максимальную величину для существующей температуры. Гипотезы Пфаундлера, Чинтолези и Кантони опираются на принцип Максвелла, согласно которому молекулярные движения даже в однородных веществах и при вполне однородной температуре никогда не происходят равномерно, но обладают всевозможными величинами, колеблющимися около некоторого среднего значения. Максвелл, правда, применил эту гипотезу только к газам: но в принципе, по-видимому, ничто не препятствует тому, чтобы распространить ее и на другие агрегатные состояния.
В известной связи с этими работами находятся также исследования нар, процессом изменения агрегатного состояния. Гэ-Люссак сделал наблюдение, что вода в металлических сосудах легче закипает, чем в хорошо вычищенных стеклянных сосудах; позднее более легкое образование паров стали объяснять, главным образом, присутствием в жидкостях газов. Эту точку зрения отстаивал Дюфур в ряде работ, начиная с 1861 г. Он составлял такую смесь льняного масла (удельный вес 0,93) с гвоздичным (удельный вес 1,05), что ее удельный вес был в точности равен удельному весу воды, и, нагрев ее до 120°, вводил в нее пипеткой большую каплю воды. Последняя распадалась на маленькие капельки, которые сохранялись, не испаряясь. Вода могла быть таким путем нагрета до 170°, хлороформ до 100° С. Только тогда, когда к этим капелькам прикасались металлическим или деревянным острием, они мгновенно обращались в пар. Острия теряли свое действие, когда, не вынося на воздух, их несколько раз подряд применяли для выпаривания капель. При других опытах Дюфур помещал подкисленную воду, освобожденную от воздуха при помощи кипения, в стеклянную реторту и откачивал воздух до тех пор, пока его давление не соответствовало точке кипения в 60°. Тогда он мог доводить нагревание воды до 75°, и кипение не наступало. Однако последнее начиналось тотчас же, как только он пропусканием электрического тока вызывал в жидкости появление пузырьков газа. Дюфур считал на основании своих опытов доказанным, что кипение тождественно с испарением и что первое может наступить только тогда, когда в жидкости находятся свободные поверхности, пузыри газа и т. п. или когда последние образуются от сотрясений и пр. По отношению к переходу в твердое состояние жидкости тоже сохраняют известную устойчивость. Так, Дюфур охлаждал водяные капли в условиях равновесия опыта Плато до — 20°, и затвердевание не наступало. Он пришел к выводу, что молекулярное равновесие не может зависеть только от сцепления и тепловых движений, — при переходе из одного агрегатного состояния в другое должны действовать еще и другие причины. «Процесс кипения, — говорит он в 1865 г., — очевидно, охватывает два явления: во-первых, образование пара во всей массе жидкости, которое возможно не раньше, чем когда упругость этого пара станет равной окружающему давлению, и, во-вторых, своеобразное, неясное по своей природе молекулярное явление, превращение жидкого состояния в газообразное. Благодаря первому из этих явлений кипение зависит от давления, благодаря второму — от причин, которые способны нарушить молекулярное равновесие жидкости. Причины эти, вероятно, различной природы, и весьма возможно, что соприкосновение некоторых посторонних тел, особенно газов, принадлежит к числу таких влияний, нарушающих равновесие жидкости... Между замедлением кипения и затвердевания существуют несомненные аналогии... они, очевидно, представляют собою факты одного и того же порядка, зависящие от аналогичных причин... Когда сера остается еще жидкою при 30 или 40°, то не сцепление мешает ее отвердеванию и продолжает удерживать ее в положении неустойчивого равновесия, так как в момент отвердевания молекулы ее сближаются друг с другом и образуют гораздо более вязкое тело, чем в жидком состоянии». Специально вопросом о затвердевании жидкостей Дюфур занялся также в работе 1861 г. Здесь он пришел к выводу, что замерзание воды могут вызвать различные случайные обстоятельства, но что вполне надежно его можно вызвать только прикосновением кусочка льда. Но Франкенгейм годом ранее высказался еще определеннее: «Как это доказал уже Ловитц в прекрасной статье 1794 г. («Nov. comm. Petrop.», XI, стр. 271), существует, собственно говоря, только одно условие, которое совершенно препятствует существованию жидкости ниже ее точки замерзания, а именно, прикосновение к ней однородным кристаллом. При отсутствии такой поверхности соприкосновения, с каким бы телом жидкость ни соприкасалась и как бы ее ни приводить в движение, ее всегда можно охладить в большей или меньшей степени ниже ее точки замерзания без того, чтобы она затвердела. Но как только в каком-либо месте образуется кристалл, кристаллизация тотчас же распространяется от частицы к частице, пока в жидком состоянии не останется ни одной части, температура которой лежит ниже точки замерзания». Но в 1858 г. Муссон указал на то обстоятельство, что затвердевание воды затрудняется всеми теми условиями, которые уменьшают подвижность ее частиц, и соответственно этому установил, что в капиллярных трубках вода замерзает позднее, чем в открытых сосудах.
Подобно связи между изменениями агрегатного состояния тел и тепловыми движениями столь же усердно и тщательно изучалась в этот период и связь между последними и внутренней механической работой тел. Вольпичелли в 1871 г. с успехом работал над старой проблемой о температурных изменениях, которые вызываются воздушными струями, падающими на твердые тела. Для того чтобы исключить помехи, могущие произойти вследствие расширения сосудов, содержавших в себе термометрические жидкости, он направлял струю воздуха из приемника, в котором газ был сжат до 4 ат, на термоэлектрический столбик. При этом, к своему удивлению, он констатировал повышение температуры, когда столбик был поставлен очень близко к вытечному отверстию, и, напротив, понижение температуры при некотором среднем расстоянии. Аналогичные, но только менее ясные результаты он получил при употреблении воздушных мехов. Вольпичелли объяснял это явление троякого рода причинами, влияющими на тепловое состояние текущего газа, из которых в указанном случае могла получить перевес то одна, то другая. А именно, попадающая на твердую стенку первоначально сжатая струя воздуха совершает вследствие столкновения ее молекул с поверхностью твердого тела внешнюю работу; а вследствие проникновения молекул воздуха в глубь твердого тела и происходящего при этом уплотнения — внутреннюю работу; и, наконец, она совершает еще внутреннюю работу вследствие собственного расширения на своем пути до твердого тела. Первые две причины вызывают повышение температуры, а третья приводит к ее понижению.
Изменения температуры заметил в 1872 г. Дюфур и при диффузии газов через пористые перегородки. Наблюдая диффузию водорода в воздух и воздуха в углекислоту, он установил, что всегда имеет место повышение температуры на той стороне, где происходит диффузия, и понижение на той стороне, где газ выходит ив стенки. По его мнению, эти изменения происходят вследствие сгущения газа на поверхности, через которую газ выходит. Из такого представления о диффузии вытекала и обратная задача, которой Б. Феддерсен и занялся уже в следующем году. Он показал, что явления диффузии происходят и в однородном газе, если только температура на обеих сторонах пористой перегородки поддерживается на различных уровнях. В этом случае газы всегда переходили с холодной стороны на теплую. Феддерсен назвал это явление термодиффузией. Он сам, однако, указал, что его работа вызвана статьей К. Неймана, в которой было показано, что если в бесконечно длинной или в замкнутой в самой себе трубке, наполненной каким-нибудь газом, одна часть последнего обладает плотностью, отличной от остального газа, и если оба конца трубки искусственно поддерживать при различной температуре, то происходит непрерывное движение газа от холодного места к теплому. Данные Феддерсена были позднее подтверждены Осборном Рейнольдсом. Последний установил, что при просачивании водорода через пористую пластинку, когда начальное давление было равно атмосферному, а с обеих сторон пластинки поддерживалась постоянная разность температур в 160° F (52 и 212°), — получалась постоянная разность давлений на обеих сторонах пластинки — в 1 дюйм ртути, при этом более высокое давление оказывалось на более теплой стороне. Он сравнил затем соответствующие разности давлений и температур для различных газов и различных пластинок и пришел, таким образом, к общему закону, что разности давлений не зависят от толщины пластинок, а зависят только от размера их пор и от плотности газа или от расстояния между его молекулами. Но в этом он нашел надежное доказательство молекулярного строения газов. Шарль Соре особым образом применил понятие о тепловой диффузии и к жидкости. Концы вертикальной цилиндрической трубки, наполненной однородным соляным раствором (калийной селитры или поваренной соли), он поддерживал при различных температурах (верхний конец при 78°, а нижний при 15—18°) и наблюдал, что в холодной части трубки раствор стремился концентрироваться за счет теплой части и что это действие быстро возрастало с увеличением первоначальной концентрации раствора. И в данном случае диффузию следует рассматривать как особое действие тепловых молекулярных движений, ибо, если бы мы пожелали объяснить ее только известным возрастанием растворимости солей с повышением температуры, пришлось бы ожидать перемещения соли в направлении, прямо противоположном тому, какое наблюдается в действительности.
Своеобразную аномалию превращения внешней и внутренней работы открыл в 1857 г. Джоуль в каучуке. В то время как металлические провода при растягивании охлаждаются, а при сжатии нагреваются, шнуры из вулканизированного каучука дают как раз обратное явление. Гови и Пьер полностью подтвердили данные Джоуля, а Виллари попытался объяснить это странное явление. Он подвесил термоэлектрический столбик на шелковой нити таким образом, чтобы его можно было легко опускать на каучуковую полосу, которая попеременно то растягивалась, то сжималась. Таким путем он установил, что повышение температуры при растяжении каучука абсолютно больше, чем понижение ее при сжатии, так что после многочисленных деформаций в ту и другую сторону всегда получается большой избыток теплоты. Этот избыток указывает на то, что часть внешней работы обращается во внутреннюю. Таким образом, температурные изменения при расширении газов и при расширении каучука имеют различные источники; у первых происходит охлаждение вследствие того, что они производят внешнюю работу; у каучука же происходит нагревание вследствие того, что он поглощает внутреннюю работу. Это объяснение образования тепла находит, по мнению Виллари, блестящее подтверждение в опытах Варбурга. «Последний доказывает, что твердые тела нагреваются, когда они издают или проводят звук, так как в них живая сила превращается во внутреннюю работу и теплоту; поэтому в телах развивается тем больше тепла, чем быстрее в них прекращается звучание или передаваемое ими звуковое колебание. Из всех исследованных тел каучук потому нагревается сильнее других, что он быстрее всего гасит звуковые колебания. Аналогия между наблюдениями Варбурга и моими является полной и его объяснения согласуются с приведенными мною раньше данными. Отсюда мы можем также вывести заключение, что и те тела, которые охлаждаются при растяжении и нагреваются при сжатии, должны при ряде повторных быстрых растяжений нагреваться, так как и в таких телах часть затраченной силы должна обращаться во внутреннюю работу, а затем в теплоту».
В 1865 г. Тэту и Б. Стюарту показалось, будто им удалось установить прямое превращение материального движения в эфирное. Приводя при помощи зубчатых колес во вращение легкие алюминиевые кружки в сильно откачанном сосуде, они наблюдали выделение теплоты, которая как будто совершенно не зависела от степени разрежения воздуха и которую, казалось, нельзя было объяснить какой-либо иной причиной, кроме упомянутой выше. В следующем году эти физики показали, что указанное нагревание не может быть объяснено ни индуцирующим влиянием земного магнетизма, ни трением подшипников. Но, с другой стороны, они не считали совершенно исключенным, хотя при их опытах это и представлялось маловероятным, что вследствие несовершенства аппарата, при помощи которого приводились в движение кружки, эти последние могли приходить в колебание, которое постепенно поглощалось вязкостью металла и превращалось, таким образом, в теплоту. О. Мейер тоже указывал на неравномерность движения, и из отклонений кружка, которые Тэт и Стюарт приписывали только его несколько косому положению по отношению к оси, он заключил о качании кружка и вызванном этим переходе механического движения в теплоте. Несколько лет спустя Тэт и Стюарт вновь повторили эти опыты с усовершенствованными приборами и, перебрав различные возможные причины образования теплоты, вновь пришли к выводу, что все-таки часть ее может быть объяснена только так, как они это предложили раньше.
Проблемой, которая непосредственно зависела от представления об агрегатных состояниях тел и которая при новой теории тепла должна была получить совсем иной вид, был вопрос о теплопроводности тел. Пока на агрегатные состояния смотрели как та более или менее неизменные формы существования отдельных веществ и пока теплоту считали элементарной материей, независимой от других веществ, — до тех пор можно было допускать, что эта материя может свободно распространяться только в твердых телах, а не в жидких и газообразных. Но когда теплоту признали некоторым родом движения, свойственным и мельчайшим частицам весомой материи, возникла необходимость выяснить возможность передачи этого движения от частицы к частице при всех вообще агрегатных состояниях вещества. Для твердых веществ теплопроводность была уже наперед обеспечена; для газообразных тел, согласно новой теории газов, необходимость выравнивания теплового движения внутри газа не могла не быть признана; следовательно, теперь в первую очередь представлялось необходимым экспериментально исследовать теплопроводность жидкостей, строение которых и по новой теории никоим образом еще нельзя было признать ясным.
Последние по времени опыты над теплопроводностью жидкостей во время господства старой теории теплоты были опубликованы в 1839 г. Депре; они относились, впрочем, только к воде. В наполненный водою деревянный цилиндр Депре сбоку вставил герметически плотно семь термометров таким образом, что их шарики были расположены на оси цилиндра, а трубки выступали наружу. Нагревание производилось с помощью помещенного на поверхности воды медного ящика, через который протекала горячая вода определенной температуры. Когда наступило стационарное состояние, которое установилось лишь спустя 36 час, термометры показали ту же кривую распределения температур, какая наблюдалась на твердых телах, но только здесь падение температуры было гораздо более быстрым. Депре сделал отсюда вывод, что жидкости проводят теплоту совершенно таким же образом, как и твердые тела, но только в гораздо меньшей степени. И только 30 лет спустя — через много лет после победы новой теории теплоты, а именно, в 1868 г. — Паальцов предпринял новые измерения проводимости различных жидкостей, которые он провел по тому же методу, что и Депре. При этом он, однако, больше руководился мыслью о сопоставлении электропроводности и теплопроводности, чем чисто термическими соображениями. С точки зрения этой цели ему представилось достаточным получить два следующих параллельных ряда:
Однако с этого времени начали более усердно заниматься вопросами теплопроводности. Гютри около того же времени, как и Паальцов, измерил относительные сопротивления, которые оказывают тонкие слои различных жидкостей проведению теплоты, и отсюда сделал выводы о теплопроводности жидкостей. Однако полученные им результаты значительно разошлись с результатами Паальцова, и только одно казалось твердо установленным как по тем, так и по другим данным, — что проводимость с температурой повышается. Абсолютные числа для проводимости опубликовал впервые Лундквист в 1869 г., пользуясь методом, который уже в 1861 г. Ангстрем применил для твердых тел; он нагревал и охлаждал жидкость через равные промежутки времени и наблюдал температуры в двух точках на оси цилиндра, в котором содержалась эта жидкость, и затем вычислял ее абсолютную теплопроводность. Таким путем он, между прочим, нашел (если l обозначает проводимость, s — удельный вес и t — температуру):
Иные результаты получил спустя пять лет Винкельман, пользуясь методом, который Стефан раньше применил для измерения теплопроводности газов и который мы опишем ниже; вот данные Винкельмана:
И, наконец, опять-таки иные данные для теплопроводности жидкостей опубликовал в 1879 г. Г. Вебер, который производил эти измерения по другому методу. Слой исследуемой жидкости, толщиной всего в несколько миллиметров, заключенный между двумя горизонтальными медными пластинками и находившийся при средней комнатной температуре, он охлаждал с нижней поверхности до 0° и наблюдал ход температуры на верхней поверхности.
Из многочисленных наблюдений он затем вычислил приведенную ниже таблицу, в которой g обозначает удельную теплоемкость единицы объема, а е — величину, которую он назвал температуропроводностью соответствующих веществ:
Вебер пришел на основании этих данных к заключению, что температуропроводность е можно рассматривать как приблизительно постоянную величину, так как даже для таких необыкновенно вязких жидкостей, как глицерин, она сравнительно немного отклоняется от среднего значения. Следовательно, теплопроводность можно было бы представить формулой l=е•g или l=е•s•с, и тогда она лишь незначительно зависела бы от внутреннего трения, но зато она была бы прямо пропорциональна удельной теплоемкости единицы объема, а вместе с тем и запасу теплоты в ней. Что касается зависимости от температуры, то дальнейшие опыты показали, что теплопроводность, во всяком случае, с повышением температуры возрастает, причем, вероятно, по линейному закону.
Впрочем, с точки зрения теплопроводности ртуть, по-видимому, занимает особое место в ряду прочих жидкостей, так как при измерении ее теми же самыми методами, какие применялись для прозрачных неметаллических жидкостей, получилась температуропроводность е=2,00, т. е. почти в 30 раз большая, чем у тех жидкостей. «Этот результат, — говорит Вебер, — заставляет думать, что процесс теплопроводности в металлических жидкостях зависит от совершенно иных моментов, чем в неметаллических. В то время как в последних теплопроводность, по-видимому, заключается в простой передаче живой силы движущихся весомых молекул от слоя к слою, найденный для ртути результат позволяет предполагать, что в распространении теплоты внутри металлических веществ существенным элементом является внутреннее лучеиспускание, происходящее от слоя к слою, и что происходящая между каждыми двумя соседними слоями передача живой силы движущихся весомых молекул имеет лишь второстепенное значение. Этот факт бросает совершенно новый свет на установленную, но до сих пор оставшуюся не объясненной аналогию между теплопроводностью и электропроводностью металлов. Теперь возникает надежда, что параллельный ход обеих этих проводимостей может быть объяснен». При этом Вебер определенно отмечает, что произведенные раньше исследования проводимости жидкостей всегда давали разноречивые результаты, что его собственные результаты в свою очередь отличаются от всех прежних, но пытается доказать, что при введении надлежащих поправок последние можно привести в согласие с полученными им числами. Тем не менее, и Веберу не удалось окончательно разрешить этого вопроса. Винкельман в целом ряде статей особенно настойчиво отстаивает свои выводы против Вебера.
Благоприятнее, чем с жидкостями, по крайней мере, в теоретическом отношении, обстояло дело с газами, так как здесь действие неуловимых молекулярных сил было исключено и новейшая теория газов создала простые и ясные соотношения. После того как Клаузиус сумел выразить формулой скорость поступательного движения молекул газа, а Максвелл дал формулу для числа соударений между этими молекулами за определенное время, было уже нетрудно вычислить и скорость выравнивания различных движений в системах молекул, т. е. теплопроводность газов. Максвелл в своих известных статьях 1860 г. и Клаузиус в работе 1862 г., где он отстаивал механическую теорию газов против Иохмана, прямо вывели для теплопроводности l газов формулы, которые можно представить в следующем виде: l=а•h•с и которые отличались друг от друга только постоянным множителем а. Так как коэффициент внутреннего трения h и удельную теплоемкость с при постоянном объеме можно было определить отдельно, то отсюда можно было просто вычислить теплопроводность газов. Действительно, Максвелл имел возможность прямо показать, что теплопроводность атмосферного воздуха должна быть в 3500 раз меньше теплопроводности железа, а Клаузиус, — что она должна быть в 1400 раз меньше теплопроводности свинца. Если допустить, а это, строго говоря, не вполне верно, что удельная теплоемкость для каждого газа есть величина постоянная, то теплопроводность будет изменяться только в зависимости от коэффициента внутреннего трения и вместе с ним будет независима от давления, но в то же время она будет прямо пропорциональна квадратному корню из температуры. Клаузиус тоже признал правильность этих положений и еще отметил, что наиболее легкие газы должны давать одновременно наибольшие коэффициенты трения и наибольшие теплопроводности. Но Максвелл, как уже было упомянуто, считавший необходимым допустить пропорциональность внутреннего трения не квадратному корню, а просто температуре, счел необходимым принять то же и для теплопроводности; соответственно этому он вновь переработал всю свою теорию газов, а также и теорию теплопроводности с новой точки зрения, допустив, что между молекулами действует отталкивательная сила, обратно пропорциональная пятой степени расстояния. Однако выведенные отсюда числа оказались столь же мало согласными с экспериментальными данными, как и числа, полученные с помощью формул Клаузиуса. Правда, относительные величины теплопроводности газов, исчисленные по формулам Клаузиуса и Максвелла, оказались в достаточном; согласии с относительными величинами, полученными из непосредственных измерений, по крайней мере, для простых газов, и это совпадение правильно рассматривалось как триумф кинетической теории газов; но по сравнению с абсолютными величинами, полученными из опытов, числа Максвелла оказались как раз настолько преувеличенными, насколько числа Клаузиуса преуменьшенными.
Опытным путем теплопроводность газов была впервые установлена Магнусом в 1860 г., но вполне определенно он доказал ее существование только для водорода. Если герметически закрытый полый сосуд извне нагревать равномерно со всех сторон, то находящийся посредине его термометр будет нагреваться как под влиянием излучения, так и под влиянием теплопроводности заключенного в сосуде газа; воздушных же токов при равномерности нагревания не будет. Так как нет газа совершенно теплопрозрачного, то нагревание термометра в сосуде под влиянием лучеиспускания будет слабее, чем в вакууме, и это ослабление может быть в большей или меньшей степени нейтрализовано или даже превращено в более сильное нагревание лишь теплопроводностью заключенного в сосуде газа. В последнем случае теплопроводность газа выявляется с полной несомненностью. Наполняя сосуд различными газами и нагревая его извне все время совершенно одинаковым образом, Магнус получил для термометра, помещенного посредине сосуда, следующие относительные повышения температуры:
Этими опытами теплопроводность водорода была бесспорно доказана; у других же газов Магнус предполагал преобладание тепловой непрозрачности над существующею, быть может, теплопроводностью, что согласовалось также с тем фактом, что при разрежении газов в сосуде указанные температуры повышались. В 1871 г. Нарр вернулся к методу охлаждения Дюлонга и Пти и на основании наблюдений над временем охлаждения сосуда, наполненного нагретым льняным маслом, в пустоте, водороде, атмосферном воздухе, азоте и угольной кислоте определил относительную теплопроводность этих газов. Стефан усовершенствовал этот способ, и ему удалось получить абсолютные величины постоянных теплопроводности. После многократных попыток он остановился на металлическом сосуде с двойными стенками, внутренняя полость которого служила воздушным термометром; пространство между стенками заполнялось исследуемым газом. Перед каждым опытом этот прибор во всех своих частях приводился к одинаковой (комнатной) температуре, после чего его погружали в сосуд со снегом и льдом и затем наблюдали ход термометра. Так как влияние лучеиспускания при этом, по Стефану, ничтожно, то количество тепла, исходящего от внутренней стенки, зависит только от разности температуры, расстояния и величины стенок, равно как от теплопроводности газа, заполняющего пространство между стенками. Таким образом, из этого опыта можно путем исчисления получить величину теплопроводности газа. Указанным методом Стефан получил для абсолютной проводимости воздуха число 0,0000558, а для относительных величин проводимости других газов — следующие числа:
Все дальнейшие измерения производились с помощью подобных же приборов и по тому же методу. Винкельман получил этим путем числа, достаточно согласные с стефановскими; а Кундт и Варбург лишь незначительно отклоняющиеся от них. О. Е. Мейер сопоставил наблюденные величины с теми, которые он вычислил по своей формуле l=1,53•h•с, и получил следующую таблицу:
Таблица показывает, что для всех газов с двухатомной частицей вычисленные и наблюденные величины достаточно хорошо совпадают, тогда как для всех газов с более высокой атомностью молекул исчисленные величины больше наблюденных.
По этому поводу Больцман высказал чрезвычайно важную идею, приняв в расчет возможность и влияние интрамолекулярных движений, выполняемых атомами внутри молекул независимо от движения последних. Тотчас же после появления работы Стефана в 1872 г. он обратил внимание на то обстоятельство, что теплопроводность газов вообще не может быть точно исчислена теоретическим путем, так как без знания внутренней структуры молекул нельзя на основе теории газов определить, каким образом интрамолекулярное движение передается от частицы к частице. По его словам Максвелл, который при своем исчислении теплопроводности не принял в расчет интрамолекулярных движений, тем самым молча допустил, что часть теплового движения, переходящая на составные части молекул, на атомы, распространяется с такою же скоростью, как молекулярное движение; это предположение просто, но, тем не менее, оно мало вероятно; преувеличенные числа, полученные Максвеллом, говорят, по мнению Больцмана, за то, что интрамолекулярное движение участвует в проведении теплоты в меньшей степени, чем это должно было бы быть согласно сделанному допущению. Поэтому спустя несколько лет Больцман снова вернулся к этому вопросу и на основании опубликованных уже тогда измерений теплопроводности газов он решил обратную задачу, а именно он определил, какие относительные доли в процессе проведения тепла приходятся на поступательное движение молекул и на интрамолекулярное движение. Если допустить, что последнее имеет такую же скорость, как и поступательное движение молекул, можно путем исправления формулы Максвелла получить для теплопроводности газов выражение 
если же допустить, что теплопроводность осуществляется исключительно поступательным движением молекул, получается:
где g обозначает отношение удельных теплоемкостей при постоянном давлении и при постоянном объеме. Из сравнения полученных таким путем величин с числами, определившимися в результате опытных измерений, он получил формулу:
которая дает для всех газов постоянные теплопроводности, достаточно хорошо согласующиеся с данными измерений. Позднее О. Е. Мейер получил аналогичную формулу, приняв для распространения кинетической энергии молекул упомянутое выше уравнение l=1,53hc, а для проведения атомной энергии выведенное им из диффузии уравнение l=hc Правильность построенной таким образом формулы он показал на следующей таблице:
В 1881 г. Л. Гретц снова пришел к иным результатам, оспаривая главным образом винкельмановское определение температурного коэффициента теплопроводности. Согласно его измерениям процесс проведения тепла воздухом, водородом, а при низких температурах и угольной кислотой заключается только в передаче энергии поступательного движения, доля же интрамолекулярной энергии в этом процессе неизмеримо мала; формула Клаузиуса с постоянной О. Е. Мейера, т. е. l=1,530hc, вполне пригодна для названных газов. И для зависимости теплопроводности от температуры закон Клаузиуса верен; если и бывают отклонения, то они заключаются лишь в том, что проводимость изменяется медленнее, чем в отношении корней квадратных из температуры. Хотя Винкельман сначала отстаивал правильность своих выводов, но в позднейших своих работах он тоже считает этот вопрос еще не созревшим для окончательного разрешения.
Согласно вышесказанному теплопроводность газов двояким образом связана с их удельными теплоемкостями, поэтому она разделяет все трудности, связанные с определением последних. С одной стороны, согласно формуле l=hc, теплопроводность прямо пропорциональна удельной теплоемкости при постоянном объеме; с другой стороны — отношение между кинетической энергией молекул и интрамолекулярной энергией атомов, принимающими в теплопроводности, по-видимому, неодинаковое участие, может быть выведено лишь из отношения между обеими удельными теплоемкостями. Клаузиус уже в 1859 г., в своем основном сочинении по механической теории газов, выразил отношение между всей энергией молекул Н и энергией K чисто поступательного движения молекул при помощи формулы:
где С обозначает удельную теплоемкость при постоянном давлении, а с — при постоянном объеме. Если принять, что у одноатомных молекул вся энергия сводится к энергии поступательного движения, то для таких газов должно быть K/H=1 и, следовательно, (C—c)c=2/3 или C/c=5/3. И, действительно, Кундт и Варбург путем измерений над ртутными парами (молекула которых одноатомна) подтвердили правильность этого отношения, а вместе с тем и формулу Клаузиуса. Для многоатомных частиц определение отношения K/H связано с большими трудностями, так как удельная теплоемкость при постоянном объеме с не определена и необходимая для ее вычисления величина отношения C/c=k точно определена лишь для немногих газов. На основании новейших измерений представляется весьма вероятным, что для всех многоатомных молекул k меньше 5/3 и что с возрастанием числа атомов оно убывает. Некоторое время думали, что отношение K/H, а, следовательно, и величина k одинаковы, по крайней мере, для всех молекул с равным числом атомов, однако опыты Штрекера, проведенные им по указанию Кундта над хлором и парами брома и йода, сделали мало вероятным и это предположение. Штрекер нашел:
между тем как вообще у двухатомных молекул для k не находили числа ниже 1,400 и для K/H ниже 0,60. Такая изменчивость отношения K/H вероятно, объясняется соображением, приведенным О. Е. Мейером уже в 1877 г. в его «Кинетической теории газов» (стр. 97), что энергия атомов зависит, быть может, от химического сродства соответствующих веществ.
О зависимости удельных теплоемкостей и их отношения от температуры можно сказать, конечно, еще и того меньше. Большею частью принимали, что такой зависимости не существует; однако. Видеман в 1876 г. показал на различных многоатомных молекулах, как, например, угольной кислоте, этилене, закиси азота и аммиаке, явное повышение удельной теплоемкости с температурой. В таком случае, прежде всего в газах с многоатомными молекулами теплопроводность должна была бы изменяться с температурой не только вследствие изменения коэффициентов внутреннего трения, но также и вследствие изменения удельной теплоемкости, в силу чего зависимость теплопроводности от температуры не могла бы быть точно представлена ни законом Клаузиуса, ни законом Максвелла, как это и было отмечено выше.
Любопытный случай перехода света в механическую силу или, по крайней мере, непосредственного превращения лучистой теплоты в движение материальной массы был открыт в 1873 г. Круксом. Впрочем, непосредственное действие тепловых лучей на легко подвешенные тела было уже, по-видимому, замечено давно. В конце сороковых годов Депре 3 занялся этим вопросом, желая разобраться в том, насколько могут влиять на стрелку гальванометра термические, не электрические причины. Он заметил, что отклонение получается уже при наложении руки на колпак гальванометра или даже при приближении ее к последнему; более сильные отклонения получались от приближения горящей свечи или раскаленного угля; менее сильные, но все-таки заметные отклонения он получал даже ото льда. Получив такие же явления на иглах из бумаги, соломы и пр., Депре высказал предположение, что эти отклонения вызываются непосредственно лучистой теплотой. Однако Пуллье по этому поводу тотчас же отметил, что подобные явления уже давно известны и что их объяснение не требует допущения какого-либо нового вида действия теплоты. По его словам уже в 1751 г. Ж. Э. Бертье показал в присутствии Реомюра, ле-Руа, Нолле, Бугэ и других, что длинные соломенные иглы, подвешенные в ящике на шелковой нити, отклоняются при приближении к ящику пламени. Далее, в 1825 г. Френель 6 заметил, что две пластинки, подвешенные под колоколом воздушного насоса на коконных нитях, взаимно отталкиваются, если вблизи их сконцентрировать солнечные лучи с помощью выпуклой чечевицы. Подобные же случаи притяжения и отталкивания наблюдал в 1826 г. Лебайи, а в следующие годы Ж. Фр. Сэжэ. Наконец, сам Пуллье еще в 1829 г. опубликовал ряд аналогичных опытов и дал для них удовлетворительное объяснение. А именно, если в закрытом ящике со стеклянным окошком подвесить друг над другом на волосках три соломенные иглы и поставить свечу перед окошком, то верхняя и нижняя иглы отклоняются в противоположные стороны, а средняя беспорядочно отклоняется то в одну сторону, то в другую. Отсюда, очевидно, следует, что эти отклонения и движения вызываются токами воздуха, возникающими вследствие нагревания. Депре в свое оправдание ответил на это, что он и не думал приписывать этого явления какому-либо неизвестному действию теплоты; он лишь хотел сказать, что теплота является здесь, в конечном счете, причиной данного явления, так как это явление можно объяснить не только воздушными токами, но также изменениями в гигроскопическом или же магнитном состоянии под влиянием теплоты.
В таком положении находился этот вопрос до тех пор, пока Крукс в 1873 г. не опубликовал своих наблюдений, которые создали большие трудности для теории воздушных потоков. Подвешивая в бутыли легкую соломинку, с шариками из бузинной сердцевины, стекла, платины, дерева и пр. на конце, он наблюдал, что пока бутыль оставалась наполненной воздухом маленький маятник притягивался нагретыми телами; при выкачивании же воздуха притяжение мало-помалу ослабевало и затем заменялось отталкиванием. От холодных тел получался противоположный эффект; так, в пустоте шарики притягивались льдом. Крукс перебирает все возможные объяснения этих притяжений и отталкиваний, — воздушные токи, электрические силы и, наконец, испарение и сгущение воды, — совершенно так, как это сделал раньше Депре. Но он отметает все эти гипотезы и со своей стороны дает следующее объяснение: «У меня создается впечатление, что отталкивание, сопровождающее лучеиспускание, вызывается непосредственно ударами волн по поверхности движущейся массы...
Толкают ли эфирные волны непосредственно движущееся вещество, или же на той загадочной пограничной поверхности, которая отделяет газовую массу от твердой, лежат слои сгущенного газа, которые и воспринимают эти толчки и затем передают их лежащим позади них слоям, — это вопросы, решение которых должно послужить предметом будущих исследований». Одновременно с Круксом вопросом о термических притяжениях и отталкиваниях занимался А. Бергнер, который тоже выводил движение весомых масс непосредственно из движений эфира. По его мнению, и то тело, которое отдает тепло, и то, которое его получает, притягиваются в направлении поглощенных или излученных лучей; отталкивание же происходит вследствие столкновения противоположных эфирных волн. Но интерес к этому явлению стал всеобщим, когда Крукс устроил свою световую мельницу или, как он сам назвал этот прибор, радиометр. Это изобретение тотчас же вызвало такое множество подражаний, видоизменений, усовершенствований, столько научных исследований и пояснительных гипотез, как едва ли какое-либо другое открытие первостепенной важности. Тем не менее, надежды, которые были возложены на этот прибор, не вполне оправдались. Движение крыльев в радиометре Крукс теперь приписал уже не прямому действию эфирных волн, а в соответствии с новой теорией газов — удару прямолинейно движущихся молекул оставшегося еще в радиометре воздуха, как это уже раньше предполагали Тэт и Дюар. Согласно этому новому объяснению' Крукса, частицы воздуха, попадающие на закопченные поверхности крыльев и отражающиеся от них, частично отталкивают вновь притекающие частицы газа, так как, будучи более нагретыми, они обладают большею живою силою. Таким образом, на нагретые стороны крыльев попадает молекул меньше обычного, но зато отдача при их отскакивании больше, так как они более нагреты; поэтому равновесие может все-таки сохраняться. Но это продолжается лишь до тех пор, пока плотность газа еще настолько велика, что средняя длина пути молекул исчезающе мала по сравнению с размерами сосуда. Когда же этого условия больше нет налицо, когда вследствие разрежения воздуха свободные пути молекул удлинились и достигли известной величины, тогда, наоборот, свободные пути оказываются значительно больше размеров сосуда и сила отскакивающих молекул частью или даже полностью уничтожается на поверхности стенок сосуда, и поток молекул, несущихся по направлению к нагретой поверхности крыльев, не будучи более ослаблен встречным потоком, заставляет крылья вертеться в направлении движения потока. Большое количество физиков присоединилось к этому объяснению, причем многие из них усмотрели в радиометрических явлениях «неожиданное и замечательное подтверждение новейшей теории газов».
Однако другие физики, работавшие с видоизмененными приборами и наблюдающие это явление в несколько ином виде, признали объяснение Крукса неправильным или, во всяком случае, недостаточным и выдвинули другие теории, которые, по их мнению, лучше объясняют это явление. Так, Неезен снова выступил с защитой более старой точки зрения, согласно которой воздушные потоки, поднимающиеся с поверхности нагретых крыльев, вызывают попятное движение этих крыльев. В подтверждение своего объяснения он, прежде всего, пользуется радиометром, в котором крест помещен не симметрично (эксцентрично). «Если, — говорит он, — вращение мельницы происходит вследствие того, что воздух, нагреваясь на поверхностях, поднимается с них и увлекает за собою новые количества воздуха, то с течением времени на эти явления должны оказывать влияние и стенки сосуда радиометра, так как и они нагреваются, значит и на них должен происходить тот же процесс, что и на крыльях. Если же, наоборот, вращение представляет собою только явление реакции, то нет никакой причины для подобного влияния неподвижных стенок. После этого нетрудно понять, что возможное влияние стенок легко будет обнаружить, если радиометр подвесить асимметрично внутри сосуда». И Иеезен установил; что на таком радиометре поначалу, вследствие более сильного нагревания закопченных поверхностей, вращение происходит в обычном направлении; но когда стенки прибора постепенно нагреваются, оно может замениться противоположным. Даже при не зачерненных и совершенно равных крыльях, когда нельзя предполагать неравномерности их нагревания, эксцентрические радиометры приходят во вращение от нагревания стенок — даже при том условии, когда крылья защищены от прямого действия лучей света и тепла и нагревается лишь оболочка прибора. На этом основании Иеезен был склонен приписать потокам воздуха в радиометре решающую активную роль в данном явлении. Однако никто из физиков не присоединился к этому мнению, а Целльнер, в своей выдающейся работе о радиометре, находит, что это объяснение так же неудовлетворительно, как и приведенные выше.
Световые лучи, — говорит Целльнер в указанной работе, — падая на какую-либо поверхность, действительно производят на нее отталкивательное действие, но давление света, по исчислениям Максвелла, составляет всего 0,0000000882 фунта на квадратный фут, между тем как Крукс установил, что на его радиометр действует сила, в 100 000 раз большая. Электрическими силами радиометрические явления, по мнению Целльнера, тоже не могут быть объяснены, так как эти движения происходят и при замене крыльев радиометра стеклянными полушариями, да и нельзя себе представить такого распределения электричества в приборе, которое давало бы непрерывное движение. Воздушные токи тоже не могут быть причиною движения радиометра, так как при замене крыльев незаконченными полушариями последние при вращении движутся вогнутыми сторонами чашек вперед, тогда как в анемометрах подобного же устройства движение под действием воздушных токов всегда происходит в обратном направлении.
Против теории Крукса Целльнер, прежде всего, выдвигает то соображение, что основная предпосылка этой теории о значительном перевесе длины свободных путей газовых молекул над размерами сосуда ни в коем случае не соответствует действительности. Тэт и Дюар принимали, что плотность газа в радиометре составляет 1/400 000 нормальной, т. е. что давление составляет только 0,00019 мм ртути, в соответствии с чем средняя длина пути молекул должна была равняться 400 мм. Но Р. Финкенер в своих опытах определяет наиболее низкое давление в 0,025 мм, а такому давлению соответствует длина свободного пути всего в 3 мм. Да и сам Крукс определяет давление в обыкновенных радиометрах в 0,19 мм, которому соответствует длина пути всего только в 0,37 мм. Эти длины путей далеко не достигают размеров сосудов, доходящих до 100 мм; а между тем, согласно теории Крукса, они должны были бы быть значительно больше последних, если верно допущение Крукса, что живая сила отраженных молекул передается не другим молекулам, а стенкам сосуда. Кроме того, в полости радиометра помимо разреженного газа имеются еще пары ртути, величины молекул которой гораздо больше, а длины путей короче, чем у газов; это опять-таки должно препятствовать возникновению тех условий, которых требует кинетическая теория газов. По всем этим основаниям Целльнер считает единственно возможной эмиссионную теорию, или теорию испарения, впервые высказанную О. Рейнольдсом, а затем аналогичным образом разработанную Гови. Согласно этой теории движение крыльев радиометра вызывается разрежением и сгущением приставшего к их поверхности газа. А именно, когда зачерненные поверхности крыльев нагреваются поглощенными ими тепловыми лучами, с них поднимаются, по крайней мере, частично, сгущенные на них газы, и крылья благодаря отдаче начинают вращаться. Целльнер развивает дальше эту теорию; он возвращается к своей идее об испарении твердых тел при обыкновенной температуре и объясняет вращение радиометра не только истечением сгущенных на поверхности крыльев газов, но также и прямым испарением твердого вещества крыльев. «Вызванное эфирными колебаниями, — говорит он, — прямое или косвенное излучение с поверхности тел всегда сопровождается истечением материальных частичек в направлении лучей. Число, масса и скорость частиц, вылетающих в единицу времени, зависят от физических и химических свойств поверхности, от энергии и свойств истекающих лучей». Эмиссионную теорию он считает исчерпывающей, а следовательно, и правильной до тех пор, пока не будет доказано отсутствие в радиометре не только каких-либо паров, но и испаряющихся твердых тел. Однако и эта теория не могла одержать полной победы; наряду с ней продолжает существовать кинетическая теория, насчитывающая во всяком случае не меньшее число сторонников; возможно, что в каждой из этих теорий есть своя доля правды и что на движения радиометра влияет много различных обстоятельств. Для разрешения этого вопроса следует произвести еще много таких опытов, которые имели бы своей целью не столько видоизменение приборов и вызываемых при их помощи явлений, сколько точное определение общей зависимости этих движений от действующих причин, от проникающих в прибор эфирных волн, от свойства и формы крыльев и стенок сосуда, от рода находящегося в приборе газа и т. д. И действительно, в новейшее время работы с радиометром, правда, уменьшившиеся в числе, приняли именно такое направление.
После рассмотрения действия теплоты в области молекулярной физики нам следует еще упомянуть о применении теории теплоты к космическим проблемам, которое в это время сыграло не малую роль, и которое тоже очень характерно для новейшего развития физики. Дискуссии по поводу второго начала теории теплоты показали, что при относительно высоком уровне преобладающих средних температур над абсолютным нулем не вся, во всяком случае, теплота тел может быть превращена в другие формы энергии, и что в результате естественно протекающего процесса выравнивания разности температур запас способной к превращению теплоты должен постепенно все уменьшаться.
Обобщение второго начала теории теплоты до степени общего принципа для всех форм энергии заставило распространить и эти выводы на все формы энергии, вследствие чего постепенное уменьшение всякой вообще способной к превращению энергии до нуля, т. е. конец всего существующего, представлялось с физической стороны совершенно неизбежным. Правда, против этой цепи умозаключений было сделано вполне обоснованное возражение, что в данном случае она применена к бесконечно большому числу членов и поэтому она заходит за пределы нашего познания. Однако ввиду того, что наша солнечная система представляет собою во вселенной до известной степени замкнутую систему с точки зрения превращения энергии, то выводы новой теории теплоты пытались применить к ней — с тем, чтобы определить скорость выравнивания в ней энергии или, к чему в большинстве случаев эта проблема сводилась, чтобы показать, что эта скорость не столь велика. Так как, несомненно, все процессы в солнечной системе имеют своим источником разности теплоты между солнцем и планетами и, конечно, должны иссякнуть после уничтожения этих разностей, то вся проблема сводилась к вопросу, каким образом сохраняется деятельная энергия солнца, несмотря на постоянную потерю им теплоты.
По Гершелю солнце излучает ежечасно 18 000 000 тепловых единиц на каждый квадратный фут своей поверхности, и, тем не менее, никогда еще не удавалось подметить ослабления солнечной теплоты. Для возмещения такой потери тепла следовало бы каждые 36 час. сжигать на солнце массу угля величиною в нашу землю. Если бы само солнце состояло из угля, то сгорание его могло бы покрыть тепловые потери вследствие изучения только в течение примерно 5000 лет. Отсюда следует, что солнце нельзя себе представлять в виде сгорающего тела. Мысль Роберта Майера, высказанная им в 1848 г. в его «Динамике неба», что потери солнечной энергии восполняются ударами падающих на солнце метеорных масс, была уже изложена раньше. Вскоре затем Уотерсон и Томсон более подробно развили эту теорию. Согласно Уотерсоиу железный аэролит, упавший на солнце с очень большого расстояния, должен был бы при падении нагреться на 1 800 000 000° F. По У. Томсону падение на солнце Меркурия покрыло бы его тепловые потери за 6 лет 214 дней; падение Венеры — за 83 года 227 дней; нашей земли — за 94 года 303 дня; падение же Юпитера покрыло бы расход солнца за 32 240 лет. Эти числа говорят в пользу данной теории, но против нее возражают, что она для объяснения возмещения всей тепловой потери солнца предполагает наличие повсюду во вселенной такой массы метеоритов, которая не могла бы не повлиять на движения планет и остаться до сих пор незамеченной. Поэтому У. Томсон сделал дополнительное предположение, что метеориты не рассеяны в пространстве равномерно, а находятся лишь вблизи плоскости солнечного экватора, где они и вызывают явления зодиакального света. Но и этого оказалось недостаточно для устранения всех возражений, тем более что согласно теории Майера и Томсона масса солнца вследствие падения метеоритов должна была бы увеличиваться, а между тем этого никто не замечал. Новая гипотеза, удачно дополняющая предшествующую, была предложена около этого же времени в популярной лекции Гельмгольцем. Если согласно гипотезе Лапласа солнце, как и вся его система, образовалась в результате сжатия туманного пятна и если это сжатие продолжается до сих пор, то все частицы солнца продолжают падать к центру, живая сила их движения превращается в теплоту и, таким образом, возмещает потери, которые солнце несет вследствие излучения. Приняв удельную теплоту туманной материи равной удельной теплоте воды, Гельмгольц вычислил повышение температуры этого светила, соответствующее уплотнению первичной туманной массы до объема нынешнего солнца, и нашел, что это повышение составляет 28 611 000°; кроме того, он показал, что сжатия солнца на 1/10 000 его нынешнего диаметра было бы достаточно для покрытия его тепловых потерь более чем за 2000 лет.
В новейшее время К. В. Сименс выступил со следующим возражением против этой теории. Если даже допустить, что при сжатии всей массы солнца действительно развивается такое количество тепла, то едва ли можно допустить, чтобы все оно могло достигнуть поверхности солнца с такою скоростью, которая была бы достаточна для полного покрытия его тепловых потерь. На этом основании он придумал собственную теорию, основанную, главным образом, на возможности обратного получения солнцем из мирового пространства излученной им теплоты. Из всего количества излучаемой солнцем теплоты наша земля получает лишь одну 2250-миллионную долю, соответственно части небесной сферы, занимаемой землей, если на нее смотреть с солнца. Если, далее, принять (и это будет скорее много, чем мало), что количество тепла, падающего на другие планеты и планетоиды системы, увеличивает эту долю в 10 раз, то все-таки 224 999 999/225 000 000 долей всей солнечной теплоты теряются в мировом пространстве бесполезно; другими словами, из энергии, излучаемой солнцем, примерно 200 млн. частей тратится зря и только одна часть применяется с пользой. Следует признать, что такая расточительность природы представляется просто неправдоподобной, поэтому всякая попытка снять с нее этот упрек не может не встретить нашего сочувствия. Для этого Сименс допускает, что мировое пространство не пусто, а сплошь заполнено газами, в пользу чего говорит и динамическая теория газов. Каждое небесное светило путем притяжения создает вокруг себя из этого вещества атмосферу, которая в нижних слоях, как и у нас на земле, состоит из более тяжелых газов, азота, кислорода и угольной кислоты, а в самых верхних слоях — преимущественно из наилегчайшего газа, горючего водорода. В пользу этого определенно говорит состав газа в падающих на землю метеоритах. Так, например, согласно работе, представленной Фляйтом Лондонскому королевскому обществу, содержание газа в метеорных камнях оказалось по своему объему в 6 раз больше объема самих камней, причем газ заключал в себе 17,66% азота, 31,88% окиси углерода, 0,12% угольной кислоты, 4,55% углеводорода и 45,79% водорода. Если представить себе огромный шар солнца вращающимся в пространстве, наполненном такими веществами, то с его экваториальных областей вследствие центробежной силы будут выбрасываться в пространство громадные массы газов, а взамен их из того же пространства через полюсы будут притекать новые потоки газа. Последние, состоя преимущественно из горючих газов, будут сгорать на солнце, возмещать своею теплотою сгорания его тепловые потери и затем снова выбрасываться с экватора в пространство. При этом, конечно, все горючие газы небесного пространства должны были бы быть использованы и должны были бы уступить свое место продуктам сгорания, в результате чего источники солнечной теплоты должны были бы иссякнуть. Однако можно показать, что само солнце может снова восстановить эти продукты сгорания. Согласно Бунзену и Сен-Клер-Девилю разложение химических соединений зависит не только от температуры (при высоких температурах соединения разлагаются), но также и от давления. По мнению Сименса ему удалось доказать на опыте, что в круксовских трубках (при разрежении газа до 1/1800 ат) водяной пар разлагается под действием солнечных лучей на свои составные части, водород и кислород. Следовательно, выброшенные солнцем продукты горения, попадая в области небесного пространства с чрезвычайно низким давлением, здесь разлагаются солнечными лучами на горючие вещества и затем, возвращаясь к солнцу, полностью возмещают излученную им энергию. Таким образом, в конечном счете, солнце безвозвратно теряет лишь ту часть излучаемой им энергии, которая поглощается планетами; но эта часть крайне ничтожна, она составляет лишь одну 200-миллионную долю всей той энергии, которую солнце излучает каждое мгновение и которую мы до сих пор считали целиком потерянной.
Приведенные выше теории сохранения солнечной энергии не противоречат друг другу, не заключают в себе ничего невероятного и могут существовать рядом. В настоящий момент наиболее действительной из них является, пожалуй, теория Сименса, но наиболее широкой по своему охвату является, без сомнения, теория Майера, так как она соединяет нашу систему с остальными частями вселенной и обещает сохранение солнечной системы вплоть до всеобщего конца, т. е. до выравнивания всех видов энергии во всей вселенной.
С гипотезой Гельмгольца совпали применения механической теории тепла к космическим проблемам, сделанные А. Риттером в начале восьмидесятых годов, и наметившие возможную связь между теориями Гельмгольца и Майера, Риттер, во-первых, показал, что, согласно новой теории теплоты, и газовый шар может существовать как нечто обособленное, как небесное тело, если только его состояние является адиабатическим, или, по крайней мере, приближается к последнему, т. е. если температура и плотность этого газового шара с удалением от центра изменяются по тому же закону, по которому они изменяются в восходящей и нисходящей массе газа, не получающей при своем движении теплоты извне и не отдающей ее наружу. Для такого шара охлаждение при всяком излучении теплоты не является обязательным, так как теплота, образующаяся при сокращении этого шара, могла бы не только покрыть его потери при излучении, но еще и повысить его температуру. Тогда в течение подобного процесса охлаждение вообще никогда бы не наступило; наоборот, сокращение газового шара до объема точки сопровождалось бы непрерывным повышением его температуры до бесконечности. Для того чтобы приблизиться к возможному процессу образования мировых систем, представим себе, что внутренняя теплота подобного газового шара, находящегося в таком равновесном состоянии, внезапно увеличивается, например, вследствие столкновения с другими массами; тогда в шаре должен начаться процесс расширения. Этот процесс должен будет постепенно замедляться, но в силу инерции объем все-таки зайдет за те пределы, при которых силы тяготения и расширения взаимно друг друга уравновешивают. Когда процесс расширения окончательно прекратится, силы тяготения получат перевес и тогда в шаре начнется процесс сокращения. В течение последнего, вследствие выделения теплоты, расширительные силы снова начнут увеличиваться и постепенно прекратят процесс сокращения. Но и последнее наступит только тогда, когда шар в своем сжатии перейдет нижний объемный предел своего равновесия, следовательно, после этого шар снова должен будет начать расширяться. Таким образом, рассматриваемый газовый шар будет непрерывно испытывать колебания своего объема и температуры около некоторого положения равновесия, хотя извне на него не будет действовать никаких сил и, несмотря на то, что шар будет постоянно излучать теплоту. Такими периодическими изменениями температуры, вызываемыми изменениями объема, Риттер очень удачно объясняет существование переменных звезд. Больше того, по мнению Риттера, все небесные тела, за немногими исключениями, принадлежат к классу таких звезд, но только у большинства из них колебания температуры либо очень незначительны, либо протекают очень медленно. Исключение составляют, быть может, лишь некоторые туманные пятна, у которых первичная расширяющая сила теплоты настолько велика, что она уже не может быть уравновешена тяготением, и вещество, постоянно расширяясь, все больше рассеивается в пространстве. Смелость, с которой Риттер применяет математический анализ к физическим проблемам мира, не могла не произвести импонирующего впечатления; правда, по поводу этих работ было не без основания указано, что подобное применение математического анализа скорее интересно, чем надежно. Предположение, что физические законы, например законы Мариотта и Гэ-Люссака, сохраняют свою силу при условиях температуры и давления, далеко выходящих за пределы наших наблюдений, во всяком случае, столь же ненадежно, как применение наших опытов к пространствам и временам, лежащим далеко за пределами наших представлений. То же самое, в большей или меньшей степени, можно сказать и о приведенных выше гипотезах по вопросу о будущности вселенной. Но возможно, что эти работы представляют собой зачатки будущей физической науки, которая выйдет за пределы земли и действительно охватит всю вселенную. Как раз описываемое ниже физическое открытие сделало превзошедший все ожидания важный шаг именно в этом направлении.