Ошибка ученого с «теплородом» не помешала остальной работе: все его рассуждения и, главное, измерения оказались точными. Чтобы определить теплоту во время особой реакции — той, что поддерживала в живом организме горячую кровь постоянной температуры, — Лавуазье придумал и разработал ледяной калориметр. Для этого он использовал идею «скрытой теплоты», предложенную Джозефом Блэком в 1761 году. Давно было известно, что лед не тает сразу, когда нагревают емкость, содержащую его. Блэк заявил, что он обладает «скрытой теплотой», поскольку ее невозможно измерить с помощью термометра. Величина этой «скрытой теплоты» льда была определена, и Лаплас воспользовался для измерения теплоты, выделяемой морской свинкой, прибором, представленным на рисунке внизу, называемым ледяным калориметром. Он похож на тот, что используют и сегодня.

Ледяной калориметр Лавуазье состоит из трех концентрических отделений; в центральное помещается тело, теплоту которого нужно измерить. От этой теплоты тает лед, находящийся во втором отделении, а образовавшаяся в результате вода стекает в емкость, находящуюся внизу, для этого нужно открыть кран. Эта вода взвешивается с целью установления веса выделившейся теплоты. Во внешнее отделение кладется лед для теплоизоляции всей системы.

Речь шла о емкости, состоящей из трех концентрических отделений. В центральное отделение закладывался уголь для сжигания или животное, теплоту которого собирались измерить; среднее отделение содержало лед, таявший и стекавший в нижнее отделение, где измерялось количество воды; внешнее отделение заполнялось льдом, призванным изолировать атмосферу. Во время первого опыта ученые в течение десяти часов наблюдали за морской свинкой, находившейся во внутреннем отделении, после чего измерили растаявший лед. Также они измерили количество вдыхаемого кислорода и «фиксируемого воздуха», выделившегося за то же количество времени. Они определили количество теплоты, с одной стороны, по растаявшему льду, а с другой — по выделенному С02, предположив, что образовавшая его реакция аналогична горению угля, и значит, выделилось то же количество теплоты. Ученые получили очень близкие результаты в обоих случаях и таким образом подтвердили собственную гипотезу о том, что дыхание является определенного рода горением. Их выводы оказались точными:

«Таким образом, дыхание — это горение, очень медленное, но, впрочем, очень похожее на горение угля; оно происходит внутри легких, при этом не выделяется видимого света, поскольку вещество огня, высвободившись, сразу же абсорбируется влажностью органов. Теплота, образовавшаяся в процессе этого горения, попадает в кровь, идущую через легкие, и оттуда распространяется по всему организму. Так, вдыхаемый нами воздух служит для двух жизненно необходимых вещей: он убирает из крови основу «фиксируемого воздуха», избыток которого крайне вредит здоровью; а теплота, образующаяся в легких в результате этого процесса, восполняет постоянную потерю тепла, которую мы испытываем из-за атмосферы и окружающих нас тел».

Совместные опыты с Лапласом были закончены в 1784 году, однако Лавуазье продолжал интересоваться деталями горения, которое поддерживало постоянную температуру тела теплокровных животных. Его не устроило небольшое расхождение в расчетах количества теплоты, полученных в результате измерения растаявшего льда и выделенного морской свинкой С02. В 1789 году, после публикации «Элементарного курса химии», Лавуазье снова вернулся к этим исследованиям, однако его совсем не удовлетворяли опыты со свинками. Он хотел знать, как происходит этот процесс у человека. И тогда он провел новую серию опытов с Арманом Сегеном, которому тогда был 21 год. В этих опытах молодой человек был и помощником Лавуазье, и его подопытным кроликом.

Как и во время предыдущих опытов, Лавуазье наблюдал за количеством кислорода, потребляемым во время пищеварения и движения. Он решил провести систематическое исследование того, каким образом эти два фактора влияют на дыхание, а также исследовать и влияние их на температуру. Лавуазье измерил количество потребляемого кислорода, количество образовавшегося С02 и сердечный ритм. Из этих данных он заключил, что у человека в состоянии покоя натощак потребление кислорода возрастает примерно на 10%, если температура опускается на 15 °С. При пищеварении потребление кислорода возрастает на 50 %. В течение физических упражнений натощак потребление кислорода возрастает в три раза; если физические упражнения делаются во время пищеварения, потребление кислорода возрастает в четыре раза по сравнению с исходными данными. Во время этих опытов температура тела практически не менялась, но сердечный ритм возрастал пропорционально потреблению кислорода.

Это были первые исследования в области физиологии, и хотя они остались незаконченными, их результаты были невероятными, особенно учитывая обстоятельства. Больше всего поражает, что Лавуазье исключил любую идею о жизненном огне, зажженном высшим существом, и изучал человеческое тело так, как будто речь шла о большом реакторе, в котором происходили сложные химические реакции:

«Мы наблюдали два закона, имеющие огромное значение: сердечный ритм повышался прямо пропорционально поднимаемому на определенную высоту весу, а количество потребляемого жизненного воздуха прямо пропорционально продукту дыхания и сердечному ритму. [...] Цель дыхания — не охлаждение крови, как считалось долгое время; дыхание есть не что иное, как медленное горение углерода и кислорода, во всем похожее на то, что происходит во время горения лампы или свечи; с этой точки зрения дышащие животные являются самыми настоящими горючими телами, которые горят и сжигают себя. Во время дыхания, как и во время горения, кислород и теплород поставляет атмосферный воздух; кровь поставляет горючее, а его окисление в легких объясняет изменение цвета. Это горение, образующее углекислый газ и воду, является источником температуры тела. Итак, жизненный воздух не может превращаться в угольную кислоту кроме как посредством добавления углерода; он не может превращаться в воду кроме как посредством добавления водорода; и этот двойной процесс не способен происходить без того, чтобы жизненный воздух не терял часть своего особого теплорода. Отсюда следует, что суть дыхания есть извлечение из крови части углерода и водорода и — в возмещение — добавление в нее особого теплорода, который во время циркулирования крови распределяется во все части тела животного и поддерживает примерно постоянную температуру, наблюдаемую у всех дышащих животных».

Мы располагаем иллюстрацией опытов Лавуазье в области физиологии благодаря двум прекрасным рисункам Марии, выполненным во время этих опытов; один из них воспроизведен ниже. На нем можно видеть множество людей, работающих в лаборатории Арсенала. На подопытном — плотно облегающий комбинезон, герметично застегнутый для сбора теплоты и влаги, выделяющихся во время потоотделения. Изо рта выходит трубка со стеклянной емкостью для сбора выделяемых газов. Как и на рисунке, помещенном в прошлой главе, справа можно видеть женщину, одетую по моде того времени: это и есть автор рисунка.

Лавуазье был очень близок к получению правильного объяснения метаболизма; только навязчивая идея о «теплороде» помешала ему. Также он открыл отношение между питанием и метаболизмом:

«У этого горения есть энергетическая затрата, это вещество самого животного, это кровь, поставляющая горючее; если бы животные не восполняли питанием то, что они теряют во время своего дыхания, очень скоро лампе не хватило бы масла и животное погибло бы, как гаснет и лампа, когда ей не хватает горючего».