Вскрывая истинное, философское значение закона сохранения и превращения энергии, Энгельс показывает, что его основу составляют общие законы диалектики, в частности закон перехода количества в качество и обратно. В соответствии с этим история подготовки и открытия основного физического закона выступила у Энгельса как история последовательного формирования в физике представлений о качественной, затем количественной стороне различных форм движения материи и, наконец, установления единства обеих сторон в виде меры движения. Качественная сторона главных форм движения устанавливается уже в результате непосредственного ощущения теплоты, света, тяжести и т. д. «Я употребляю,— говорит Энгельс,— слово «электричество» в смысле электрического движения с тем самым правом, с каким употребляется слово «теплота» при обозначении той формы движения, которая обнаруживается для наших чувств в качестве теплоты».

Качество неизбежно дается в каждом нашем ощущении. С него начинается познание отдельных вещей и явлений.

Но раскрытием одного качества данной формы движения не исчерпывается ее полное познание, так как не исследована ее количественная сторона. Чтобы всесторонне познать форму движения, физики должны отвлечься от всех ранее установленных качественных особенностей изучаемого движения и исследовать его с количественной стороны, измерить и выразить результат его измерения в виде числа.

Точно так же и в физике для количественного исследования форм движения следовало отвлечься от их качественных различий и сравнивать их лишь по общему, сходному для всех случаев результату, который каждая из них способна вызвать. Основой для такого количественного сравнения различных форм энергии могло служить понятие работы.

В XVIII в. физическое количественное исследование применялось только в рамках отдельных областей физики. Количественные определения проводились, например, по отношению к тепловому состоянию тел с помощью термометра и калориметра. Но все же делались попытки найти общую меру всякого движения.

Основу для таких попыток давало в XVII и XVIII вв. механистическое мировоззрение; согласно последнему любой вид движения в конце концов сводится к механическому перемещению; поэтому между различными формами движения не проводилось никакой качественной разницы; все формы движения являлись лишь вариантами, чисто количественными видоизменениями одного и того же механического движения. Отсюда следовало, что мера механического движения mv, называемая в механике количеством движения, и есть мера всякого движения. На этой точке зрения стоял Декарт, который «признал вообще произведение массы движущегося тела на скорость мерой его движения» 27.

Исходя из такого взгляда на движение, Декарт и пришел к своей знаменитой теореме о постоянстве количества движения во всем мире.

Однако декартова мера движения оказывалась правильной лишь в тех случаях, где происходила передача механического движения как такового без изменения его качественной формы. Во всех остальных случаях, когда механическое движение превращалось в потенциальную энергию или в иные формы движения вообще, например в тепловую, декартова мера оказывалась несостоятельной. Лейбниц первый заметил, что она противоречит закону падения, и доказал, что если бы мера движения mv «действительно имела место, то сила28 (т. е. общее количество движения) постоянно увеличивалась бы или уменьшалась бы в природе» 29.

Поэтому со своей стороны Лейбниц выдвинул в качестве меры движения mv2, назвав ее «живой силой».

Так возник спор между математиками о том, что считать мерой механического движения. Этот спор велся только в рамках чистой механики, т. е. чисто количественного рассмотрения движения; но без учета качественной стороны движения нельзя было прийти к определенному результату. Историку математики Зутеру, не понявшему существа дела, кажется, что спор между Лейбницем и картезианцами вообще свелся к «бесполезному спору о словах»*0.

Энгельс же не только доказал глубокое значение этого спора, но и впервые в истории физики дал его решение на основе учения о превращении энергии, как это увидим дальше.

Итак, в XVIII в. не было установлено общей основы для количественного сравнения различных форм движения материи. Попытка же Декарта оказалась односторонней, основанной на сведении всей физики к механике.

Открытию закона сохранения и превращения энергии непосредственно предшествовали попытки найти основу для количественного сравнения тепловой и механической, а также электрической форм движения. Мысль о возможности такого сравнения различных сил отчетливо выражена Майером: «Силы30 31 суть причины, следовательно к ним имеет полное применение аксиома: causa aequat effectum (причина равна действию)» 32. Отсюда вытекало представление о механическом эквиваленте тепла.

Когда Джоуль нашел, что 425 кем равноценны 1 калории, то он установил меру двух форм движения — механической и тепловой. Число 425 не было какой-то абстрактной, бескачественной величиной; оно имело значение только как именованное число, только в единстве с представлением о той качественно-определенной форме движения, к которой оно имело отношение. То же касается и единицы тепловой энергии. Каждый эквивалент есть «качественное количество», т. е. мера соответствующей формы движения.

В представлении об эквивалентах содержалась уже мысль о сохранении энергии, то, что Гров называл отсутствием потерь при переходе физических сил друг в друга.

Это положение явилось, однако, лишь конкретизацией ранее установленного Декартом в общефилософской форме положения о неуничтожимости движения, о его количественном постоянстве во Вселенной.

Ряд позднейших физиков во главе с Гельмгольцем остановились на такой односторонне-количественной трактовке вновь открытого закона. Напротив, Майер с самого начала пошел несравненно дальше. Он учел также и качественную сторону движения, рассматривая ее в единстве с количественной стороной. Говоря о силах природы (в смысле форм энергии) и называя их «причинами», Майер писал, что «первое свойство всех причин мы называем их неразрушимостью», причем нужно «рассматривать эти величины как различные формы проявления одного и того же объекта. Способность принимать различные формы есть второе существенное свойство всех причин. Принимая во внимание оба свойдтва вместе, мы говорим: причины суть (количественно) неразрушимые и (качественно) способные к превращениям объекты» 33.

В этой формулировке качественная п количественная стороны движения взяты в их внутреннем единстве. Такое рассмотрение движения явилось высшей ступенью в развитии физики по сравнению с прежними односторонними подходами, которые подчеркивали либо преимущественно качественную сторону у изолированных форм движения («сил», «веществ»), либо количественную сторону, поскольку всякое движение в принципе мыслилось механическим.

Отмечая, что открытие закона сохранения энергии подтверждает теорему Декарта, Энгельс тут же указывает: «Естествоиспытатели, говоря о «неуничтожимости силы» 34, выражают эту мысль несовершенным образом. Чисто количественное выражение Декарта тоже недостаточно: движение как таковое, как существенное проявление, как форма существования материи, неуничтожимо, как и сама материя,— эта формулировка включает в себя количественную сторону дела» 35.

Энгельс прежде всего вскрывает то действительно новое, что внес в физику Майер.

Этим новым было учение о качественном превращении движения. «Количественное постоянство движения было высказано уже Декартом и почти в тех же выражениях, что и теперь...— пишет Энгельс.— Зато превращение формы движения открыто только в 1842 г., и это, а не закон количественного постоянства, есть новое».

Новым, следовательно, при рассмотрении движения было установление взаимности между качеством и количеством. В соответствии с этим Энгельс писал, что сначала основной закон движения понимали как простой закон сохранения энергии, как простое выражение того, что движение нельзя ни создать, ни разрушить, а это означало, что данный закон понимался лишь с его количественной стороны; позднее (речь шла о 80-х годах прошлого века) это узкое, отрицательное выражение все более стало вытесняться положительным выражением, а именно теорией превращения энергии, где впервые было ясно выражено качественное содержание процесса.

Существо основного закона физики XIX в. Энгельс рассматривает в разрезе перехода количественных изменений в качественные и обратно; на примере этих переходов Энгельс показывает, как в физике проявляется один из важнейших законов материалистической диалектики. Открытие превращения энергии показало, что все так называемые силы, от механической энергии до химической, представляют собой качественно различные формы проявлений всемирного движения; эти формы «переходят одна в другую в определенных количественных отношениях, так что, когда исчезает некоторое количество одной, на ее место появляется определенное количество другой, и все движение в природе сводится к этому непрерывному процессу превращения из одной формы в другую» 37.

При рассмотрении процесса превращения энергии с точки зрения закона перехода количественных изменений в качественные возникает неясность: превращая, например, теплоту в механическое движение, мы изменяем как будто только качество; количество же остается неизменным. Как же здесь можно говорить, что последнее переходит в первое? Энгельс разъясняет это затруднение: «Изменение формы движения является всегда процессом, про-иходящим по меньшей мере между двумя телами, из которых одно теряет определенное количество движения такого-то качества (например теплоту), а другое получает соответствующее количество движения такого-то другого качества... Следовательно, количество и качество соответствуют здесь друг другу взаимно и обоюдосторонне».

Взаимность и единство качественной и количественной сторон движения образуют его меру. Понятие эквивалента явилось выражением меры отдельной формы движения. Необходимо было выяснить взаимосвязь и взаимообусловленность всех этих отдельных мер. Исходя из того, что превращение различных форм энергии происходит согласно вполне определенным отношениям меры, Энгельс отмечает, что поэтому «мы можем выразить данное количество каждой из этих форм движения в любой другой форме — в килограммометрах, в единицах теплоты, в вольтах (правильнее сказать: в ваттах.— Б. /Г.) — и можем переводить каждую меру в любую другую» 39.

Соединяя все эти отдельные меры в один ряд, соответственно реально происходящим взаимным превращениям одних форм движения в другие, мы получаем то, что Энгельс называет узловой линией отношений меры: постепенное количественное изменение влечет за собой качественные изменения, так что от самой простой, низшей формы мы последовательно переходим к высшим, все более сложным. Следовательно, узловая линия отношений меры выражает собой объективный процесс развития, идущий от простого к сложному, от низшего к высшему.

«Первая, наипростейшая форма движения — это механическая, простое перемещение» 40,— говорит Энгельс. Дальше он отмечает, что механические процессы (трение и удар) при определенных условиях порождают более сложные физические явления, или силы41 — теплоту, свет, электричество и другие: «...на известной ступени количественного нарастания каждой из этих сил, различной для каждого тела, в подвергающихся их действию телах — будут ли это химически сложные тела или несколько химически простых тел — появляются химические изменения».

Глубокий смысл закона сохранения и превращения энергии состоит в том, что именно им устанавливается общая физическая мера движения в природе.

Такую общую физическую меру движения выражает само понятие энергии, в котором количественная сторона движения (неуничтожаемость) слита с его качественной стороной (превращаемостью форм).

В разрезе такого понимания энергии Энгельс дает разъяснение существа спора между картезианцами и Лейбницем и причин, почему этот спор не мог быть разрешен, пока он велся в рамках одной только механики. Суть вопроса состояла как раз в том, чтобы установить, сохраняется ли кинетическая форма механического движения или же она меняется. Если она сохраняется, то мерой служит лги, если меняется, то — лги2; последняя есть выражение кинетической энергии; она обладает размерностью энергии, так же как калория или джоуль. Следовательно, в случае изменения формы движения мерой последнего может служить только энергия, которая как раз и выражает собой количественное постоянство движения при всех его качественных превращениях.

Точно так же и понятие работы выражает собой изменение формы движения, но не во всей его конкретности как понятие энергии, а лишь с его количественной стороны. При изучении различных процессов превращения энергии понятие работы может служить основой для количественного сравнения получаемых результатов, поскольку оно позволяет физикам отвлечься от всех качественных различий между отдельными формами движения и подчеркивает лишь общую им всем количественную равноценность.

На раскрытии меры движения история основного закона физики XIX в. не остановилась. В дальнейшем физики, опираясь на познанную уже меру движения, перешли к систематическому раскрытию сущности превращения одной формы движения в другую.

В «Философских тетрадях» Ленин записал гегелевское выражение «мера переходит в сущность» и поставил перед ним знак вопроса. Этим вопросом Ленин, очевидно, отметил неясность приведенного выражения и необходимость его пояснения на конкретных фактах истории человеческой мысли. Вся длительная история основного закона физики XIX в. может служить блестящим ответом на поставленный Лениным вопрос. Положение «мера переходит в сущность» означает, если его истолковать материалистически, что познание вслед за открытием меры данной вещи или явления начинает проникать в их сущность; в физике такое проникновение началось немедленно после открытия превращения энергии. В середине XIX в. наиболее изученными были две формы движения — механическая и тепловая; раскрытие сущности данного круга явлений началось поэтому именно с раскрытия внутреннего процесса перехода механического движения в тепловое и обратно, с раскрытия сущности теплоты. Изучение именно этой области физики стимулировалось практическими потребностями, поскольку ведущую роль в промышленности играл паровой двигатель.

Открытие, что сущность теплоты состоит в молекулярном движении, Энгельс расценивает как величайшее достижение физики. После такого открытия можно и нужно было говорить о теплоте не как о какой-то особой «силе», но только как о движении. Этот переход к познанию сущности прекрасно выразил Энгельс: «Если нам известно, в какое количество механического движения превращается определенное количество теплового движения, то мы еще совершенно ничего не знаем о природе теплоты, как бы ни было необходимо изучение этих превращений для исследования этой природы теплоты. Взгляд на теплоту как на некоторую форму движения, это —- последний успех физики, и тем самым в ней снята категория силы» 43.

Одно установление механического эквивалента тепла не дало еще возможности судить о внутренней природе тепла; для этого необходимо было проникнуть в сущность тепловых явлений, что и сделала молекулярно-кинетическая теория. «Когда кинетической теорией газов,— говорит Энгельс в «Анти-Дюринге»,— было установлено, что в совершенных газах квадраты скоростей, с которыми движутся отдельные газовые молекулы, обратно пропорциональны, при одинаковой температуре, молекулярному весу,— теплота тоже перешла прямо в разряд таких форм движения, которые поддаются измерению непосредственно как формы движения» 44.

С помощью такого представления о сущности теплоты Энгельс разъясняет Дюрингу явление скрытой теплоты, которое кажется Дюрингу «камнем преткновения» для теории превращения энергии. Энгельс показывает, что здесь речь идет вовсе не о какой-то «скрытой» или «связанной» теплоте, но о превращении формы движения из молекулярно-кииетической в молекулярно-потенциальную или обратно.

Начавшееся в связи с открытием превращения энергии проникновение в сущность физических явлений дает Энгельсу право считать, что если в химии новая эпоха началась с атомистики, позволившей проникнуть в сущность химического превращения вещества, то «новая эпоха начинается... в физике, соответственно этому,— с молекулярной теории. (В другой форме, которая, однако, по существу выражает лишь другую сторону этого процесса,— с открытия взаимного превращения форм движения.)»45.

Закон сохранения и превращения энергии в современной физике является отправным пунктом и фундаментом для исследования более глубокой сущности физических явлений.

Энгельс говорит, что мысль о сохранении движения (в смысле энергии) «служит добытой раз навсегда основой гораздо более содержательного отныне исследования самого процесса превращения, того великого основного процесса, в познании которого находит свое обобщение все познание природы» 46.

В то время как учение об электричестве топталось на месте и буквально тонуло в необъятном количестве фактического материала, Энгельс указывал, что выход из тупика надо искать по линии раскрытия сущности взаимного превращения химической и электрической форм энергии 47.

Предсказания Энгельса блестяще подтвердились. Всего через несколько лет на стыке физики и химии создалась новая наука — физическая химия; первоначально ее стержнем явилась теория электролитической диссоциации, которая раскрывала сущность, или внутренний «механизм», электролитических процессов; именно эта теория явилась одной из первых ласточек величайшей революции в физике, которая началась уже после смерти Энгельса и анализ которой был дан Лениным в книге «Материализм и эмпириокритицизм».

Итак, общий путь подготовки, открытия и дальнейшей разработки основного закона физики XIX в. можно охарактеризовать как переход от изучения качественной стороны различных форм движения и затем их количественной стороны, через установление единства обеих сторон, т. е. меры движения и его превращений, к проникновению в сущность (в «механизм») самого процесса превращения движения.