Жизнь замечательных устройств

Большая часть работ Лапласа посвящена законам Ньютона, движению и тяготению. В одной из самых важных своих научных работ, выполненных в этой области, Лаплас расписал поведение частицы, испытывающей притяжение к сферическому объекту. Для решения этой задачи он использовал систему дифференциальных уравнений в частных производных, в настоящее время носящих его имя. Несмотря на признание заслуг в области математики, Лапласу не удалось убедить в правильности своего подхода к механике небесных тел Адриена Мари Лежандра и Жозефа Луи Лагранжа. Это был не единственный случай недопонимания и непонимания идей Лапласа коллегами: современники чаще видели в молодом гении эгоиста с чрезвычайно раздутым самомнением. Следует признать, что Лаплас действительно опередил своих современников во взглядах на строение Вселенной: в его труде по особенностям небесной механики отстаивается идея о том, что сила тяготения, гравитация представляет собой универсальное взаимодействие, которому подвержена любая частица Вселенной. В трудах Лапласа также впервые появляется мысль о том, что туманности в глубинах космоса — не что иное, как области формирования новых звёзд.

Помимо механики небесных сфер Лаплас занимался и проблемами земными — изучением тепловых эффектов реакций и разработкой методов измерения теплоты. Теплота, энергия была самой неуловимой для измерения величиной, и во времена Лапласа изучение процессов, протекающих с поглощением или выделением тепла, считалось областью исследования химии, так как наибольшее количество тепла зримо и наглядно выделялось в процессах горения. В те времена считалось, что выделение тепла при горении является следствием выделения флогистона, который в различных количествах содержится в разных материалах. Очевидно, что изменения массы, которыми сопровождались процессы горения, плохо укладывались в флогистонную теорию. Так, например, увеличение массы продукта горения металла по сравнению с чистым металлом можно было объяснить только отрицательной массой флогистона, эксперименты современника Лапласа, Лавуазье, говорили, что никакого изменения массы в процессах горения вообще не протекает — материя не появляется и не исчезает. Возникал резонный вопрос о природе теплоты и возможности её измерения.

В Шотландии Джозеф Блек и его коллега Уильям Ирвин уже начали измерять определенные типы тепла — количество теплоты, необходимое для изменения температур материалов, не вступающих в химические реакции. В процессе этих экспериментов Блек обнаружил интересный и парадоксальный по тем временам феномен: хотя в процессе плавления вещества температура не менялась, для плавления требовалось нагревать соответствующий материал. Природу этого феномена ещё предстояло постичь, но экспериментаторы решили использовать непонятный феномен: Блек предположил, что количество расплавленного льда можно использовать, как орудие для измерения теплоты.

Лавуазье не был осведомлён об этих экспериментах — в тот момент его интересовали процессы горения, а не физические явления, в которых состав веществ и материалов не меняется. Лаплас и Лавуазье познакомились после публичной демонстрации Джозефом Пристли экспериментов с «дефлогистированным воздухом», который Лавуазье впоследствии назвал кислородом. Ученые быстро подружились и вскоре начали совместно работать в лаборатории Лавуазье. Когда в 1780 году результаты работы Блека дошли до Франции, Лаплас решил использовать предложенную идею измерения тепла.

Лаплас быстро разработал прибор, в котором камера с образцом была окружена льдом. Тепло от камеры, в которой протекала реакция, плавило лёд, и вода стекала через воронку в стаканчик для взвешивания. Вторая ледяная рубашка устройства обеспечивала теплоизоляцию плавящегося льда от внешних факторов. С помощью этого устройства (взвешивая расплавленную теплотой химического процесса воду) Лаплас и Лавуазье смогли оценить теплоту сгорания сахара, серы и фосфора.

Затем настала пора опытов на живых организмах: в машину на несколько часов помещали подопытных животных и сравнивали количество расплавленной ими воды с объёмом выделившегося углекислого газа — это позволило установить соотношение между «животной теплотой» и химическими процессами, позволив предположить, что живые процессы являются какой-то особой формой горения. Разработанный и опробованный прибор Лаплас несколько позже назвал «калориметром», извиняясь перед научной общественностью за смешение латинских (calor — тепло, лат.) и греческих (meter — измерение, гр.) корней.