Наряду с исследованиями явлений теплоты и света, Ломоносов уделял большое внимание изучению электрических явлений. В XVII-XVIII-го веков вопросы статического электричества были практически не изучены. Современники Ломоносова, изучавшие явления электричества, пользовались теми же методами, что и при исследовании тепловых процессов. Они и электричество считали “невесомым флюидом”, разновидностью какой-то мифической жидкости, переливающейся в электризуемое тело. Материалисту Ломоносову было чуждо представление о “невесомых жидкостях”. Русский учёный объяснял электричество так же, как явления теплоты и света, движением мельчайших частичек эфира.
Ломоносову принадлежат несколько работ, посвящённых исследованию атмосферного и статического электричества. Ломоносов писал: “Без всякого чувствительного грому и молнии происходили от громовой машины сильные удары с ясными искрами и с треском, издалека слышным, что ещё нигде не примечено и с моею давнею теориею о теплоте и с нынешнею об электрической силе весьма согласно...”.
Об американском учёном Бенджамене Франклине шла громкая слава, что он “отнял молнию у небес”. Он доказал, что маленькая искорка в опытах по электричеству и грозовая молния в тучах – одно и то же.
Русские учёные – Рихман (выходец из Прибалтики) и Ломоносов спешат повторить его опыты, но не просто повторить, а при помощи электрометра измерить силу небесного огня. Рихман, а потом и Ломоносов в своих домах сооружают машины для улавливания “громовой силы”.
Через черепичную крышу был выдвинут наружу железный прут метра полтора длиной. От него вниз шла проволока, другой конец которой соединялся с “указателем электричества”. На проволоке висела металлическая линейка с шёлковой ниткой. Внизу укреплялась шкала, разделённая на градусы, иными словами – это был громоотвод, но не заземлённый, а потому очень опасный.
В июле 1753-го года разразилась сильная гроза, Рихман находился от громоотвода на расстоянии полуметра, и в это время появилась шаровая молния, подлетела к голове учёного и взорвалась.
Ломоносов писал по этому случаю: “Умер Рихман прекрасною смертию, исполняя по своей профессии должность, Память его никогда не умолкнет”.
После смерти Г. Рихмана М.В. Ломоносов один продолжал исследования электричества. Осенью 1753-го года ломоносов на публичном собрании Академии наук произносит речь: “Слово о явлениях воздушных, от электрической силы происходящих”. Впервые “Слово” было напечатано на русском языке в книге “Торжество академии наук... празднованное публичным собранием... ноября 26 дня 1753 года” и в отдельной книге, изданной в том же году на латинском языке.
В “Слове” учёный изложил свою теорию образования электричества в атмосфере, заключающуюся в следующем:
Существуют восходящие и нисходящие воздушные течения, ранее никем не замеченные. В то время как горизонтальные движения воздуха, то есть ветры, не производят электричества, восходящие и нисходящие потоки, вследствие трения частиц паров друг о друга, могут дать электричество. Грозы бывают чаще в 3-4 часа дня, так как именно в это время приземная часть атмосферы сильнее всего нагрета и легче и быстрее поднимается вверх. Если электрическая сила простирается до самой земли, то даже при наличии грозовой тучи молнии и грома нет; если же электричество до земли не доходит, то облако передает его земле круто – молнией и громом. Для предохранения домов от ударов молний нужно ставить в местах, удаленных от жилья, металлические стрелы, отводящие молнии в землю.
Чтобы доказать гипотезу о восходящем и нисходящем потоках воздуха в атмосфере, М.В. Ломоносов ещё в 1751-1752 годах выполнил многочисленные измерения плотности воздуха при различных температурах, вёл наблюдения и запись гроз и северных сияний.
В 1756-м году он начал писать диссертацию “Теория электричества, разработанная математическим путем”, которая, однако, осталась незаконченной.
Созданная учёным теория электричества – это логическое продолжение его теории теплоты. “Электрические явления – притяжение, отталкивание, свет и огонь, – писал М.В. Ломоносов, – состоят в движении. Движение не может быть возбуждено без другого двигающегося тела... Поэтому должна существовать нечувствительная жидкая материя, которая распространяется вне электрического тела и, изменяемая его силой, производит такого рода действия... Так как электрические явления происходят в пространстве, лишённом воздуха, то зависят от эфира, а потому, вероятно, нечувствительная материя и есть эфир”.
Эфир, по его мнению, это среда, заполняющая всё пространство между телами и их мельчайшими частицами; сам он тоже состоит из движущихся частиц и служит для передачи теплоты и света. М.В. Ломоносов считал, что электричество и свет являются различными формами движения частиц эфира и потому связаны между собой. Свои гениальные мысли о единой природе электричества и света учёный высказал в одном из наиболее значительных трудов – “Слове о происхождении света”, опубликованном в 1756-м году.
В нём он подвел итог своим теоретическим и экспериментальным изысканиям, начатым ещё в 1749-м году при получении окрашенных стекол и исследовании природы цвета.
Из других работ М.В. Ломоносова по электричеству отметим его оставшуюся незаконченной статью “Испытание причин северных сияний”. К ней учёный подготовил несколько десятков рисунков полярных сияний, с которых были сделаны гравюры на меди, сохранившиеся до нашего времени.
А.А. Морозов (“Комментарии: Ломоносов”) пишет: “В 1753 г. Ломоносов в “Изъяснениях”, приложенных к “Слову о явлениях, от электрической силы происходящих”, сообщал: “Ода моя о северном сиянии, которая сочинена 1743 года, а в 1747 году напечатана, содержит мое давнишнее мнение, что северное сияние движением эфира произведено быть может””
В те времена Христиан Вольф полагал, что причину северных сияний надо искать в образующихся в недрах земли “тонких испарениях”, возгорающихся в небе. Эта теория и вызвала вопрос Ломоносова:
Как может быть, чтоб мерзлый пар
Среди зимы рождал пожар?
После необычайного по распространению северного сияния 17-го марта 1716-го года группа учёных-натуралистов из Бреславля выступила с гипотезой, что северные сияния есть не что иное, как отражение огней исландского вулкана Геклы в морских северных льдах при их передвижении. Ломоносов же говорил об электрическом происхождении северных сияний.
Учёные, продолжившие изучение этого феномена, на основе опытов подтвердили правильность его гипотезы.
Эфирная теория электричества, разработанная Ломоносовым, сыграла прогрессивную роль в развитии науки об электричестве. Труды Ломоносова в области физики явились крупным вкладом в эту важнейшую науку о природе. Они развивались и дополнялись учёными последующих лет и способствовали тому, что физика стала общепризнанным лидером естествознания
Физика комет также заинтересовала Ломоносова, а его первым подходом к их изучению стал сделанный им перевод работы “Описания кометы, которая видима была 1744 года”, составленной на немецком языке профессором астрономии Петербургской Академии наук Готтфридом Гейнзиусом (1709-1769). В этом “Описании” были изложены результаты авторских наблюдений за кометой необычной яркости, появившейся над Петербургом в начале января 1744-го года и взбудоражившей население столицы суеверными предчувствиями будущих бед. С этого момента Ломоносов (и как учёный и как просветитель) уже не выпускал из виду проблему комет, их физической природы в течение десяти лет и изложил свои взгляды в “Слове о явлениях воздушных от электрической силы происходящих”.
Здесь Ломоносов выступил против взглядов Ньютона на физику комет, заявив: “…бледного сияния и хвостов причина недовольно ещё изведана, которую я без сомнения в электрической силе полагаю... Правда, что сему противно остроумного Невтона рассуждение, который хвосты комет почёл за пары, из них исходящие и солнечными лучами освещённые; однако ежели б в его время из открытия электрической силы воссиял такой, как ныне, свет в физике, то уповаю, что бы он прежде всего то же имел мнение, которое ныне я доказать стараюсь”.
Иными словами, Ломоносов считает себя продолжателем идей Ньютона (несмотря на опровержение его). Со взглядом Ломоносова на отрицание “паровой” природы хвоста комет был согласен и Эйлер, о чём он и сообщил Ломоносову в письме от 30-го марта 1754-го года: “Не знаю, видели ли Вы, что я писал интересного по поводу кометных хвостов, в которых я отрицаю всякое наличие пара”.
Выводы Ломоносова утверждали исключительно электрическую природу свечения хвоста кометы, Ломоносов говорил: “…хвосты комет здесь почитаются за одно с северным сиянием, которое при нашей земле бывает, и только одною величиною разнятся. Подлинно, что, кроме доказательств предложенной теории, сии два явления удивительные сходства в знатнейших обстоятельствах имеют, так что их согласие вместо сильного довода служить может. Ибо, что до положения надлежит, обое показывается на стороне, от солнца отвращённой. Распростёртые косы в хвосте кометы совершенно сходствуют со столпами и лучами, которыми блещет северное сияние. Наконец, обоих бледность, уступающая лучам, от звезд прохождение, одну обоих натуру изъявляет. В обоих случаях крепким звёзд блистанием слабое электрическое преодолевается.
Посему когда хвосты комет не суть пары, из них восстающие, но токмо движение эфира, от электрической силы происходящее, того ради неосновательны суть оные страхи, которые во время явления комет бывают, затем что многие верят, якобы великие потопы на земли от них происходят”.
Только во второй половине XX-го века стало ясно, как далеко смотрел Ломоносов. Исследования, проведённые искусственными спутниками Земли, показали, что земной хвост простирается на расстоянии более чем 100 тысяч километров и заполняет пространство внутри эллиптического параболоида с осью симметрии, расположенной в плоскости эклиптики. И хотя Ломоносов настаивал только на электрической природе и земного и кометных хвостов, само направление его мысли (которая основывалась на правильно поставленном методе) было безошибочным. Оно не противоречит тем научным данным, которые накоплены ныне специалистами.
Завершая свою речь “Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих”, Ломоносов вряд ли знал, что Шумахер ещё до публичного прочтения “Слова” взял из типографии несколько свежеотпечатанных экземпляров для рассылки за границу почётным членам Петербургской Академии, в том числе и Эйлеру, надеясь получить от них неблагоприятные для Ломоносова отзывы.
Его ждало разочарование: прочитав “Слово о явлениях воздушных от электрической силы происходящих”, Эйлер в письме от 29-го декабря 1753-го года писал: “Сочинения г.Ломоносова об этом предмете я прочёл с величайшим удовольствием. Объяснения, данные им, относительно внезапного возникновения стужи и происхождения последней от верхних слоев воздуха в атмосфере, я считаю совершенно основательными.
Недавно я сделал подобные же выводы из учения о равновесии атмосферы. Прочие догадки столько же остроумны, сколько и вероподобны, и выказывают в г. авторе счастливое дарование к распространению истинного познания естествознания, чему образцы, впрочем, и прежде он представил в своих сочинениях. Ныне таковые умы редки, так как большая часть остаются только при опытах, почему и не желают пускаться в рассуждения, другие же впадают в такие нелепые толки, что они в противоречии всем началам здравого естествознания. Поэтому догадки г. Ломоносова тем большую имеют цену, что они удачно задуманы и вероподобны”.
Получив этот ответ, Шумахер не успокоился и направил Эйлеру письмо, в котором указывал, что, по мнению петербургских академиков, идеи Ломоносова не новы, что “Слово о явлениях воздушных” пронизано “высокомерием и тщеславием”, что в объяснениях, данных оппонентам, автор вышел за рамки приличия: “В особенности не намерены они простить ему, что в своих примечаниях он дерзнул нападать на мужей, прославившихся в области наук”.
Очередная попытка опорочить Ломоносова не удалась. 23-го февраля 1754-го года Эйлер ответил Шумахеру: “После того, что вы сообщили мне о г. Ломоносове, я прочитал его сочинение и нигде не мог приметить, чтобы он презрительно писал о великих людях”.
Эйлер прекрасно понял, каково было Ломоносову выслушивать подобные упрёки от своих коллег, и 30-го марта того же года написал ему письмо, начало которого представляет собою образец профессиональной и человеческой солидарности одного гения с другим:
“Я всегда изумлялся Вашему счастливому дарованию, выдающемуся в различных научных областях. Вы объясняете явления природы с исключительным успехом при помощи теории, и я с великой радостью усмотрел из Ваших писем, доставивших мне большое удовольствие, что замечательные заслуги Ваши встречают всё большее признание и по достоинству награждены августейшей императрицей. От души поздравляю Вас с этой исключительной милостью, желаю Вам совершенного здоровья и сил достаточных, чтобы выносить такие труды и превзойти ожидания, которые Вы возбудили относительно себя”.
Высказавшись далее о некоторых физических, химических и философских вопросах, Эйлер завершает своё письмо словами: “Прощайте, муж славнейший, и не оставляйте меня и впредь Вашей дружбой, для меня всего драгоценнейшей”.
Во все процессы экспериментальных исследований Ломоносов стремился широко внедрить методы количественных определений: линейных измерений, веса, плотности, температуры, яркости и других характерных показателей.
Девизом учёного было: “По возможности пытаться исследовать всё, что может быть измерено, взвешено и определено при помощи практической математики”.
Ломоносов выработал свою научную методологию. Он считал, что, прежде чем создать на основе эксперимента научную теорию, следует разработать гипотезу, то есть научное предположение, предварительное логическое объяснение опытных данных, фактов и наблюдений: “Гипотезы дозволены в философских предметах и даже представляют единственный путь, которым величайшие люди дошли до открытия самых важных истин. Это нечто вроде прорыва, который делает их способными достигнуть знание, до каких никогда не доходят умы низменных и пресмыкающихся во прахе”
.От опыта через гипотезу к установлению строгой научной теории – таков был творческий метод Ломоносова. Он писал:
“Я не признаю никакого измышления и никакой гипотезы, какой бы вероятной она ни казалась, без точных доказательств”.