Сын. Значит, кипение воды не есть скачок, если оно такой же переход между двумя качествами, как и медленное постепенное испарение воды?

Отец. Напротив, и то и другое есть скачок от одного качества (жидкости) к другому (пару), только протекающий различными способами, различными путями. Скажи, при какой температуре кипит вода?

Сын. При 100° по Цельсию.

Отец. Я не так поставил вопрос, как следовало бы это сделать, а ты неверно на него ответил. Я не указал на внешние условия, при которых вода доводится до кипения, а ты не поправил меня. Зачем ты закрываешь котелок, когда греешь в нем воду на огне?

Сын. Да ведь в открытом котелке она долго не закипит, а то и вовсе испарится.

Отец. А почему не закипит и испарится? Потому что для кипения нужно, чтобы давление собственного водяного пара над поверхностью нагреваемой жидкости стало равно внешнему атмосферному давлению. Если котелок не закрыть крышкой, пар все время будет уходить и его давление не достигнет атмосферного, так что жидкость не сможет закипеть, а будет только испаряться.

Сын. Но как же тогда мне ответить на твой вопрос: при какой температуре кипит вода?

Отец. Она кипит при 100° по Цельсию, когда внешнее воздушное давление равно 760 мм ртутного столба, то есть равно одной атмосфере. Если давление ниже, то вода закипит скорее и при более низкой температуре. Помнишь, я просил тебя не забыть, что на высокой горе вода закипела у тебя быстрее и кипяток был холоднее. Теперь ты знаешь, почему это было так.

Сын. А если внешнее давление будет понижаться все дальше и дальше, то и точка кипения будет все время снижаться? Что же получится, когда мы дойдем до полного отсутствия внешнего давления воздуха, то есть до вакуума?

Отец. Тут надо учесть, что ведь, кроме капельножидкого и парообразного (газообразного), существует и твердое состояние вещества: для воды это лед. При определенной температуре, близкой к 0° по Цельсию, и при определенном давлении (оно очень мало) лед, жидкая вода и водяной пар существуют в равновесии друг с другом. Это так называемая тройная точка. Если же давление станет еще меньше, то жидкая вода вообще существовать не сможет. Это значит, что если при таком низком давлении начать нагревать лед, то он не расплавится, а сразу начнет переходить в пар, испаряться (возгоняться), минуя жидкое состояние. Обратно при охлаждении пар не будет сжижаться, а сразу превратится (сгустится) в твердый лед. Может быть, ты когда-нибудь видел «сухой лед»? Это белая твердая углекислота (двуокись углерода). Ее тройная точка лежит выше нормального атмосферного давления, а потому при обычных условиях (то есть при давлении около одной атмосферы) этот лед не плавится, а дымит и сразу переходит в газообразное состояние (углекислый газ). Если ты возьмешь его кусочек в руки, он испарится, не смачивая твоей кожи. Поэтому его и зовут сухим льдом. Как видишь, пути и способы перехода от одного качества к другому многообразны и их практически существует бесчисленное множество. Стоит измениться условиям протекания данного процесса, как изменятся и форма осуществления данного скачка, способы и пути его реализации.

Сын. А если внешнее давление будет повышаться, что тогда произойдет? Точка кипения тоже повысится?

Отец. Да, повысится, так что скачок, то есть переход от одного качества к другому, будет протекать опять иначе, чем он протекал бы при более низком давлении. Ты теперь видишь, что скачок этот может протекать быстро, бурно и резко, как в случае кипения воды, и медленно, плавно и постепенно, как в случае ее испарения; самый же процесс кипения протекает по- разному, при различной температуре в зависимости от внешнего давления.

Сын. А если повышать давление еще больше, что тогда получится?

Отец. Допустим, что мы нагреваем воду в крепко закрытом сосуде, в котором сделано окошечко, и через это окошечко виден мениск жидкости, то есть ее поверхность, которая отделяет жидкость от пара, находящегося над нею. По мере нагревания вязкость и плотность у жидкости становятся все меньше, а у пара все больше. Наконец наступит момент (в так называемой критической точке), когда их значения, постепенно сближаясь, сравняются у жидкости и пара. Тогда мениск (разделяющая их полоска) внезапно исчезнет и образуется однородная система, не разделенная уже на жидкость и пар. При дальнейшем нагревании получаем газ, который уже невозможно посредством даже самого высокого давления превратить в жидкость, заставить сконденсироваться.

Сын. Почему? Разве не всякий газ можно сжижить, превратить в жидкость?

Отец. Всякий, но только при определенных условиях. Если газ взят при температуре выше своей критической точки, то в этих условиях он не сжижится. Чтобы превратить его в жидкость, недостаточно его сдавить, сблизив этим его молекулы. Нужно еще, чтобы они могли сцепиться между собой и образовали жидкость. Но этому мешает слишком высокая температура. Значит, ее надо снизить ниже определенной границы, а именно ниже критической (для данного вещества) точки. Тогда данное вещество способно будет образовать наряду с одним своим качественным состоянием (газообразным) другое — капельно-жидкое, и только в этом случае сможет осуществиться скачок от одного качества к другому. В противном случае такой скачок был бы невозможен.

Сын. Скажи, отец, а является ли кипение воды самым бурным протеканием скачка от жидкости к пару?

Отец. Нет, самым бурным скачком является взрыв, когда переход от старого качества к новому осуществляется как одноактное событие, как разовый удар. Если жидкость перегреть, то есть нагреть выше той температуры, при которой она может существовать (при данном давлении), то она вся сразу почти мгновенно способна превратиться в пар и тогда происходит взрыв.

Сын. Значит, внезапный взрыв перегретой жидкости и постепенное испарение воды — это две различные формы скачка от жидкости (одного качества) к пару (другому качеству)?

Отец. Да, но помни, что различных форм, то есть путей и способов протекания скачка бесчисленное множество, а взрыв и медленное испарение — это лишь наиболее резко выраженные, крайние из этих форм. Энгельс сравнивал в механике удар и трение: удар — это трение, которое сосредоточено в одном месте и в один момент времени, а трение — это множество маленьких ударов, растянутых в пространстве и во времени. Подобно этому, можно было бы сказать, что испарение есть длинный ряд следующих один за другим маленьких взрывов, когда каждый раз одна молекула воды отрывается от всей остальной массы жидкости и переходит в область пара, а взрыв и кипение суть концентрация всех этих маленьких взрывов в одном месте ив одно время. То же самое можно было бы сказать о том, как работает «урановый котел», где распад ядер урана совершается медленно и постепенно — ядро за ядром, и как происходит атомный взрыв, когда эти распады концентрируются в одном месте и в один момент времени.

Сын. Можно ли в таком случае сказать, что один такой громадный по масштабам скачок, как взрыв, или кипение воды, или же взрыв атомной бомбы, складывается из необъятного множества маленьких скачков, подобных отрыву одной молекулы воды от жидкости или распаду одного ядра тяжелого элемента?

Отец. Ты верно сказал, что скачки могут различаться по своему масштабу — есть крупные скачки и мелкие скачки, причем крупные образуются путем одновременного или последовательного во времени осуществления многочисленного ряда мелких скачков. Поэтому можно сказать так, что крупный скачок состоит из множества мелких скачков. Если эти мелкие скачки соберутся вместе и произойдут одновременно, то получится взрыв; но если они рассредоточатся во времени и пространстве и совершатся постепенно один за другим, то получится тоже скачок, но только протекающий как постепенный переход от одного качества к другому, подобный медленному и постепенному испарению воды.