В результате появилась также возможность предвидеть свойства ряда новых, еще не открытых элементов, для которых Д. И. Менделеев оставил в таблице пустые места. Первым элементом из предсказанных Менделеевым был элемент галлий, открытый в 1875 г. За этим последовали открытия и других элементов. В 1954г. был открыт «элемент 101», названный «менделеевиумом» в честь великого русского химика.
Из всего вышесказанного следует, что основополагающие принципы диалектики—принцип развития и принцип всеобщей взаимосвязи — получили во второй половине XVIII и особенно в XIX вв. мощное естественнонаучное обоснование.
Это означало крушение прежних метафизических представлений о мире и возвращение к диалектическому его пониманию, основы которого были заложены еще в античной натурфилософии. Вместе с тем, как подчеркивал Ф.Энгельс, отказ от метафизики и возврат к диалектическому мышлению в естествознании «может совершиться различным образом. Он может проложить себе путь стихийно, просто благодаря напору самих естественнонаучных открытий, не умещающихся больше в старом метафизическом прокрустовом ложе. Но это – длительный и трудный процесс, при котором приходится преодолевать бесконечное множество излишних трений… Он может быть сильно сокращен, если представители теоретического естествознания захотят поближе познакомиться с диалектической философией в ее исторически данных формах».[141]
Третья научная революция, наряду с диалектизацией естествознания, явившейся ее сутью, включала и начавшийся в конце XVIIIв. процесс очищения науки от натурфилософских понятий и представлений.
Первым из таких представлений, подвергшихся пересмотру в свете новых научных данных, явилась теория флогистона. Ученые второй половины XVII—XVIII вв. для объяснения процесса горения привлекали некоторую субстанцию, своеобразное «начало горючести» - флогистон (от греческого «флогистос» - воспламеняемый, горючий). Считалось, что хорошо горят те тела, которые содержат много флогистона, и наоборот, тела, содержащие мало флогистона, должны гореть плохо. Натурфилософское учение о флогистоне занимало господствующее положение в химии более ста лет.
Наиболее полно это учение изложил в своей книге «Химические и физические опыты, наблюдения и размышления» немецкий химик Георг Эрнст Шталь (1660-1734). С его точки зрения флогистон – это легчайшая материальная субстанция земного происхождения, с помощью которой можно объяснить процессы горения, прокаливания, обжига и т.п. Развитие горного дела и металлургии, необходимость выплавки металлов и термической обработки изделий побуждало ученых и практиков уделять все больше внимания этим процессам. Считалось, что флогистон как особо легкая субстанция обладает способностью «отнять у вещества часть его веса» путем передачи своей летучести частицам этого вещества, которые затем осаждаются. Это типично натурфилософское, умозрительное представление подтверждало, как казалось, целый ряд общеизвестных фактов: осаждение сажи в дымовых трубах, серы в верхних частях реторты и т.п. Шталь полагал, что при медленном прокаливании металлов их плотность постепенно нарушается, и флогистон получает возможность свободно улетучиваться. Если этот процесс происходит быстро, то флогистон захватывает с собой отдельные мельчайшие частички вещества, в результате чего наблюдается их последующее осаждение.
Флогистонная теория находилась в согласии со многими укоренившимися старыми воззрениями и, прежде всего, с пониманием горения как процесса распада вещества, что характерно было еще для взглядов Аристотеля. Опровергнуть эту теорию удалось лишь к концу XVIII века благодаря исследованиям, которые провел выдающийся французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794). Его внимание привлекла одна из самых актуальных проблем химии того времени—проблема горения, восстановления и окисления металлов.
В 1774 г. в своей книге «Небольшие работы по физике и химии» Лавуазье впервые выдвинул идею об участии атмосферного воздуха в процессах горения (кислород был тогда еще неизвестен). А три года спустя, в 1777 г., он развил эту идею в работе «0бщее рассмотрение природы кислот и принципов их соединения». Лавуазье указал на то, что хотя теория флогистона и объясняет кое-что в явлениях горения и кальцинации, но ее нельзя признать удовлетворительной и принять как научную; новая теория горения, выдвинутая Лавуазье, сводилась к следующим положениям:
1. Тела горят только в «чистом воздухе».
2. «Чистый воздух» поглощается при горении, и увеличение массы сгоревшего тела равно уменьшению массы воздуха.
3. Металлы при прокаливании превращаются в «земли», горящие сера или фосфор, соединяясь с «чистым воздухом» и водой, превращаются в кислоты.
Так было установлено очень важное положение: увеличение массы обжигаемого металла происходит вследствие присоединения к нему определенной составной части воздуха. Лавуазье сделал также обобщающий вывод о том, что все кислоты состоят из радикала и окисляющего кислотообразующего начала—«оксигена», т.е. кислорода.
Несколько лет спустя Лавуазье окончательно выяснил главенствующую роль кислорода в своей теории. В трактате «Размышления о флогистоне», опубликованном в 1786 г., он решительно опроверг натурфилософскую флогистонную теорию. «Химики сделали из флогистона смутное начало,—писал он,—которое не определено в точной мере и которое поэтому пригодно для любых объяснений, в какие его хотят ввести... Моя задача была развить в этом мемуаре теорию горения, опубликованную мной в 1777 г., показать, что флогистон Шталя—воображаемое вещество, присутствие которого он без всяких к тому оснований допустил в металле, в сере, в фосфоре, во всех горючих телах. Все явления горения и обжига объясняются гораздо проще и легче без флогистона, чем с его помощью. Я не жду, что мои взгляды будут сразу приняты. Человеческий ум привлекает видеть вещи определенным образом, и те, кто в течение части своего жизненного пути рассматривал природу с известной точки зрения, обращаются лишь с трудом к новым представлениям».[142]
Значительно позднее флогистона было изгнано из науки другое натурфилософское понятие —теплород; последнее долгое время играло важную роль в теории теплоты. Теплород мыслился в виде особой, фантастической «тепловой жидкости», которая, перетекая от одного тела к другому, обеспечивает процесс теплопередачи. Понимание теплоты, как особой субстанциии длительное время считалось общепризнанным в науке, и надо было иметь большое научное мужество, которое проявил наш соотечественник, выдающийся ученый Михаил Васильевич Ломоносов, чтобы противопоставить концепции теплорода совершенно иное понимание тепловых явлений.
В своей работе «Размышления о причине теплоты и холода», опубликованной в 1750г., Ломоносов подверг критике концепцию теплорода и обосновал кинетическую гипотезу теплоты. По его мнению, «теплотворная особливая материя, которая из тела в тело переходя и странствуя, скитается без всякой малейшей вероятной причины, есть один только вымысел».. .[143] Гипотеза Ломоносова состояла в том, что теплота — это форма движения мельчайших материальных частиц (корпускул, или молекул). Их вращательное движение является причиной тепла. Основные положения развитой Ломоносовым кинетической гипотезы теплоты сводились к следующему: 1) молекулы (корпускулы) имеют шарообразную форму; 2) при более быстром вращении частиц теплота должна увеличиваться, а при более медленном — уменьшаться; 3) частицы горячих тел вращаются быстрее, более холодных — медленнее; 4) горячие тела должны охлаждаться при соприкосновении с холодным, так как это замедляет теплотворное движение частиц: 5) холодные же тела должны нагреваться при соприкосновении с горячим вследствие ускорения движения частиц.[144]
Однако кинетическая гипотеза Ломоносова, созданная в середине XVIII в., не смогла в то время переломить сложившийся стереотип научного мышления. Натурфилософское учение о теплороде просуществовало еще почти целое столетие.
Некоторые экспериментальные работы конца ХYIIIв.— первой половины ХIХв.(опыты Б.Томпсона—графа Румфорда, демонстрировавшие выделение тепла при высверливании канала в пушечном стволе, опыты по получению теплоты трением английского исследователя Дэви и др.) свидетельствовали о связи теплоты с механическим движением. Однако большинство ученых, работавших в области физики тепла, упорно усматривали в этом нечто совсем иное: проводя аналогию с электризацией тел трением, они утверждали, что трение способствует выжиманию теплорода из тела. Только в середине ХIХв., когда был открыт закон сохранения и превращения энергии, физики окончательно отказались от теплорода и вернулись к кинетической концепции теплоты, успешно разрабатывавшейся Ломоносовым еще за сто лет до открытия этого закона.
Появление закона сохранения и превращения энергии помогло опровергнуть еще одно натурфилософское представление о так называемой «жизненной силе» организма. Учение, основывавшееся на этом натурфилософском представлении, получило наименование витализма. Его сторонники полагали, что живой организм функционирует благодаря наличию в нем особой «жизненной силы». Тем самым физиологические процессы исключались из сферы физических и химических законов и обусловливались этой мифической, таинственной «силой». Такое положение в биологии продолжалось до тех пор, пока Роберт Майер, который, как было сказано ранее, являлся врачом, своими наблюдениями показал, что живой организм управляется естественными физико-химическими законами и прежде всего законом сохранения и превращения энергии.