Одно дело — огонь, сверкающий в бесконечной тьме непознанного («Как мала искра в вечном льде»). Это мысль, способная озарить бесконечность и не способная постичь ее, могучая и слабая одновременно. И совсем другое дело — свет, пронизывающий тьму, которая вследствие этого перестает быть бессмысленной. Это уже — область духа. Говоря математическим языком, Свет по отношению к Огню является его пределом, стремящимся к бесконечности, точно так же как и Дух — это предел Мысли, который стремится к той же бесконечности.
Впрочем, Ломоносов не любил отвлеченностей. Как естествоиспытатель проблему света он попытается решить вполне реалистически. 5–10 лет спустя в своих теоретических работах по оптике и «борьбу со тьмой» также поведет предельно конкретно, изобретя знаменитую «ночезрительную трубу». Но как поэт и оратор он постоянно прибегал к метафорам и сравнениям (что, думается, отчасти оправдывает некоторую риторичность всего только что сказанного).
Так или иначе, во второй половине 1740-х годов Ломоносов создает работы, в которых впервые отчетливо, последовательно и широко выявляется, выступает на поверхность единый принцип, по которому его гений творил и раньше, но который не обнаруживал себя явно. Причем они со всей очевидностью показывают, что принцип этот носит универсальный характер и распространяется как на духовную сферу, так и на природу, что на его основе можно и объяснить «видимый сей мир», и постичь умственный и чувственный механизм человеческого познания, и сотворить эстетический образ всего этого материально-духовного мира, по отношению к которому человек выступает и частью его и вместилищем его (иными словами, перетворить творение).
Это работы по общим вопросам естествознания, по теории красноречия, а также поэтические произведения, объединенные в первом собрании сочинений Ломоносова.
В естественнонаучных открытиях Ломоносова конца 1740-х годов, помимо их совершенно выдающегося собственного и очевидного научно-исторического значения, обращает на себя внимание их неизбежно последовательная связь с его ранними работами. Ломоносовская мысль развивается органично, как могучее древо из малого семени, — вглубь, вширь и ввысь, жадно вбирая в себя все, что могут представить три среды — земля, влага, воздух. Казалось бы: чем больше сфера соприкосновения этого древа познания с непознанным, тем больше возникает вопросов, на которые нельзя дать незамедлительные ответы, и тем, следовательно, бесполезнее — продолжая сравнение — его рост. Но ломоносовская мысль именно органична, она не подвержена философскому скептицизму: чем больше непознанного, тем естественнее и свободнее она растет. Вопросы без ответов, несмотря на их все увеличивающееся число, не иссушают, не подтачивают, но питают ее, и она уже не может остановиться в своем росте, делаясь со временем все мощнее, глубже, шире и выше. Однако и это было бы невозможно, если бы в том малом семечке, из которого развилось все древо, не содержалось четкой и ясной «генетической» программы будущего роста. Таким семечком, уже содержащим в себе могучее древо, стала программа научной атомистики, заложенная в ранних работах. Теперь же настало время сбора первых плодов.
Развивая свою раннюю теорию о нечувствительных частичках, Ломоносов в 1748–1749 годы пишет два исследования «Опыт теории упругости воздуха» и «Прибавление к размышлениям об упругости воздуха», в которых придает законченный вид одному своему учению, упредившему развитие науки почти на столетие.
Упругость воздуха, по Ломоносову, — это способность сжиматься при увеличении давления и расширяться при уменьшении его, ибо нечувствительные частички воздуха при этом соответственно сближаются либо удаляются друг от друга. Частички воздуха находятся далеко друг от друга (из опытов следует, что воздух можно сжать до одной тридцатой начального объема), но для того, чтобы она могла действовать одна на другую (без чего воздух не обладал бы упругостью), надо, чтобы они взаимно соприкасались. Ломоносов объясняет этот парадокс тем, что в каждую данную единицу времени все частички данного объема не могут находиться в одном и том же состоянии: одни из них сейчас сталкиваются с другими, стремительно сближаются до мгновенного соприкосновения, а некоторые в это же время так же стремительно отталкиваются и, разлетаясь в разные стороны, вновь отталкиваются от них. Равнодействующая этих частых, хаотических взаимных столкновений всегда направлена вовне.
Нечувствительные частички воздуха все же имеют массу, поэтому их столкновения происходят так, что верхние падают на нижние. Поскольку невозможно, чтобы первые всегда попадали точно в верхнюю часть расположенных ниже частичек, то отталкивание верхних от нижних должно происходить вскользь, по наклонным линиям (вот почему упругость воздуха уменьшается с высотою, а точка, в которой сила тяжести верхних частичек выше силы отталкивания нижних, будет означать верхнюю границу земной атмосферы). Упругость воздуха, кроме того, зависит от температуры. Чем он теплее, тем больше «коловратное» движение частичек, тем больше сила их взаимного отталкивания, тем выше упругость воздуха. Так как абсолютный холод на земле невозможен, воздушные частички всегда находятся в движении, следовательно, воздух всегда обладает упругостью.
Когда «Опыт теории упругости воздуха» обсуждался в Академическом собрании (30 сентября 1748 года), Ломоносов «не дал объяснения того, почему упругость воздуха пропорциональна его плотности». В мае 1749 года Ломоносов представил упоминавшиеся уже «Прибавления к размышлениям об упругости воздуха», где он проанализировал опыты Д. Бернулли с определением высоты поднятия ядра из вертикально стоящих пушек. На основании своих опытов Д. Бернулли пришел к выводу, что при очень большом давлении воздух сжимается не пропорционально давлению. Ломоносов, исходя из своей теории упругости воздуха, объяснил, почему это происходит. Поскольку частицы воздуха материальны, они имеют не только массу, по также протяженность и объем. При больших давлениях их столкновения настолько чаще и хаотичнее, что простой пропорциональностью между давлением и объемом здесь ничего объяснить нельзя и что для этого надо вычесть объем, занимаемый частицами, из объема свободного пространства, в котором они движутся.
Учение о природе упругости воздуха стало совершенно новым словом в естествознании. Один из известнейших биографов Ломоносова, Б. Н. Меншуткин, сам к тому же крупный ученый-химик, пишет: «Так подробно, до мельчайших деталей разработанная Ломоносовым картина состояния частичек в воздухе — не что иное, как современная «кинетическая теория» газового состояния, излагаемая в каждом руководстве физики. В этой теории у Ломоносова были предшественники, высказавшие (но не развившие) основные мысли, положенные в основание разработки Ломоносова, который, наоборот, дал вполне законченную и совершенно аналогичную нынешней теорию».
