В 1757 г. шотландский ученый Дж. Блэк (см. т. 1, глава 6, п. 6.6.1) установил, что при конденсации газов и затвердевании жидкостей выделяется некая теплота, названная им «скрытой». И наоборот, чтобы испарить жидкость или расплавить твердое тело, то же количество теплоты необходимо затратить. И хотя сам Блэк не придерживался какой-то определенной концепции о природе теплоты, он рассуждал так: если теплота связана с движением частиц, то вещества с большей удельной плотностью должны иметь большую величину скрытой теплоты плавления или парообразования. Однако эти ожидания не удалось подтвердить экспериментально. Помимо того, шотландский ученый ясно ощутил различие между теплотой и температурой. Поэтому он предложил различать количество теплоты, содержащейся в теле, и температуру — интенсивность нагрева, измеряемую термометром. Чтобы связать две эти характеристики, Дж. Блэк ввел понятие теплоемкости — количества теплоты, которое нужно сообщить данному телу, чтобы поднять его температуру на один градус:
Q = CΔT, (3.5)
где Q — количество теплоты, ΔT — разность температур.
Многочисленные опыты показали, что теплоемкость у различных тел неодинакова! Она оказалась характеристикой вещества, а не теплоты.
Открытия Блэка буквально взбудоражили научную общественность Европы. На авансцену выступила материальная сущность теплоты. Именно в это время, а точнее, в 1787 г. французские химики К.Л. Бертолле, А.Л. Лавуазье, Л. Гитон де Морво и А. Фуркруа (см. т. 1, глава 6, п. 6.7.3) выступили с предложением считать теплоту материальной субстанцией и даже придумали для нее специальное название — теплород. В своей знаменитой книге «Элементарный курс химии» («Traite etementaire de chimie») А.Л. Лавуазье посвятил теории теплорода целую главу (см. т. 1, глава 6, п. 6.7.2). Он относил теплород к безусловным элементам, принадлежащим всем трем царствам природы. Согласно его теории, частицы теплорода отталкиваются друг от друга, но притягивают к себе частицы других элементов или веществ. В конце XVIII — начале XIX веков идея теплорода оказалась весьма популярной среди ученых Западной Европы. Наличием теплорода объясняли многие явления: и тепловое расширение газов, и скрытую теплоту плавления и парообразования, и даже тепловой эффект химический реакций. Дж. Дальтон при создании своего атомистического учения опирался на гипотезу о теплороде, полагая, что одноименные атомы отталкиваются друг от друга вследствие того, что они окружены оболочкой из теплорода.
Вместе с тем, уже в самом конце XVIII в. среди английских ученых возникли серьезные сомнения в справедливости теории теплорода. Граф Румфорд и Гемфри Дэви (см. т. 1, глава 8, п. 8.8) осуществили ряд экспериментов, подтверждающих кинетическую теорию теплоты. Например, Румфорд высверливал пушечные стволы и доводил охлаждающую сверло воду до кипения, а Дэви плавил лед с помощью трения.
Однако этих аргументов было недостаточно, чтобы объяснить распространение теплового излучения в пустоте. И тогда кинетическая теория теплоты получила неожиданную поддержку со стороны оптики.
Первым шагом в этом направлении явилась смена корпускулярной концепции света на волновую теорию Юнга-Френеля. Решающим поворотным моментом послужила тождественность тепловых и световых лучей, доказанная в 1841 г. итальянским физиком Мачедонио Меллони. Сторонники волновой теории света считали, что его распространение осуществляется за счет колебания эфира. Принятие такой гипотезы давало явные преимущества ученым, отстаивающим кинетическую природу теплоты, поскольку объясняло распространение теплоты в вакууме и тем самым полностью устраняло концепцию теплорода. На первых порах волновая теория теплоты некоторое время господствовала в умах ученых, однако продержалась она сравнительно недолго. К середине XIX в. о ней уже практически не вспоминали. Волновая теория теплоты сыграла в истории естествознания свою положительную роль: на ее основе переход от концепции теплорода к кинетической теории теплоты произошел вполне естественно.
