В прошедшие полвека развитие физических наук шло драматическим путем, когда была сделана попытка объединить на основе законов термодинамики столь разные явления, как теплота и энергия, а электричество, магнетизм и даже свет сводились к одной аналитической модели. За рассматриваемое время термодинамика мало продвинулась вперед, хотя Томпсон завершил процесс приведения новых доктрин тепла в соответствие со старыми законами механики (динамический эквивалент тепла). Замечательная математическая модель электромагнитной теории света, созданная одним из прародителей современной теоретической физики Джеймсом Максвеллом в 1862 г., была одновременно и основательной, и не оконченной. Неоконченной, возможно потому, что сам Максвелл так и не смог дать понятного объяснения своей, как он выразился, «неуклюжей теории» (это так и не было сделано до 1941 г.){210}. Его выводы не смогли убедить его выдающихся современников — Томпсона, Гельмгольца и даже блестящего австрийского учетного Людвига Больтцмана (1844–1906), который в своей статье в 1868 г. практически заложил основы статической механики. Возможно, физика середины XIX века не была столь захватывающей, яркой наукой, какой она была до этого времени и после него. Но ее теоретические завоевания в это время действительно грандиозны. Электромагнитная теория света и законы термодинамики «явились, — по словам Бернала, — определенным завершением»{211}. Действительно, британские физики, возглавляемые Томпсоном, занимавшиеся исследованиями в области термодинамики, высказывали мнение, что человек наконец достиг правильного понимания законов природы (правда, Гельмгольц и Больтцман не были в этом так уверены). Возможно, замечательная технологическая плодовитость физики, создавшей механические модели, укрепляла эту иллюзию окончательности познания.
Другая великая наука из числа естественных, достигшая, пожалуй, своего наибольшего расцвета в XIX веке — химия — была далека от подобных иллюзий. Освоение ее достижений приняло широкомасштабный характер, особенно в Германии совсем не потому, что эти достижения нашли разнообразное применение в промышленности — от отбеливателей, красителей и удобрений до фармацевтических товаров и взрывчатки. Химия стояла на пороге того, чтобы втянуть в ряды своих последователей более половины всех профессиональных ученых{212}. Основы химии как зрелой науки были заложены в последней трети XIX века. С тех пор она расцвела и продолжает развиваться, буквально фонтанируя новыми идеями и открытиями.
Основные элементарные химические процессы были окончательно исследованы, а способы анализа — доступны всем. Все сводилось к следующему: существует ограниченное количество химических элементов, состоящих из различного числа основных единиц строения — атомов и соединения элементов, состоящих из большого скопления атомов — молекул, и есть правила, по которым происходит соединение элементов. Эти правила уже исследованы химиками, положившими их в основу анализа и синтеза различных химических соединений. Расцвела специфическая отрасль химической науки — органическая химия, хотя пока она ограничивалась изучением свойств материалов, возникших из когда-то живой материи, таких, как уголь (причем изучались в основном те свойства, которые могли быть полезными в промышленности). До биохимии, иначе говоря — до понимания того, как все эти химические соединения функционируют внутри живых организмов, было еще далеко. И все же в рассматриваемый период химические модели были очень не совершенны, большой прогресс в их понимании будет сделан только в третьей четверти XIX века. В соответствии с этими моделями структура химических соединений рассматривалась только с точки зрения количества составляющих молекулы атомов.
В это время для установления точного числа разного вида атомов в молекуле пользовались законом Авогадро, открытым в 1811 г. Этот закон итальянский химик-патриот представил на рассмотрение международного симпозиума химиков в 1860 г. — год объединения Италии. Кроме того, еще одним существенным вкладом со стороны физиков были исследования Пастера, обнаружившего в 1848 г., что химически идентичные вещества могут иметь разные физические свойства, например, вращающаяся или невращающаяся плоскость поляризованного света. Из этого следовало, помимо прочего, что молекулы имеют трехмерную пространственную структуру, и блестящий немецкий химик Кекуль (1829–1896) в очень викторианском духе, разъезжая на втором этаже лондонского автобуса, в 1865 г. представил себе полную структурную модель молекулы, знаменитый бензольный круг из шести углеродных атомов, к каждому из которых примыкает атом водорода. Можно сказать, что архитектурная или инженерная модель пришла на смену существовавшей до сих пор модели, основанной на количественной концепции, — простом подсчете числа атомов, отраженном в химической формуле С₆Н₆.