Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

История развития атомистики




Моему другу Варваре Джамбор-Каграмановой посвящается

Океан, состоящий из капель, велик,
Из пылинок слагается материк.
Омар Хайям

Природа рассыпчата.
В ней все молекулярно, даже то, что нам
кажется совершенно не имеющим частей и различия.
А.И.Герцен

…естествоиспытатель применяет атомное учение,
прежде всего как способ анализировать явления природы.
Д.И.Менделеев

Атомизм… соблазнителен
А.Пуанкаре

Без участия атомизма классическая структура невозможна.
И.А.Рапопорт

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АТОМИСТИКИ

Атомистика как естественно-научное и философское учение о дискретном, зернистом строении материи, ее ступенчатой организации, уходит глубокими корнями во времена Древнего Востока и Древней Греции. Именно здесь впервые складывались представления об атомном, прерывистом строении вещества, допускалась мысль о существовании мельчайших, неделимых частиц, столкновение которых в пустоте, порождают вихрь, дающий начало мирозданию. Атомистами были Фалес, Гераклит, Анаксагор, Эмпедокл, Левкипп и, наконец, выдающийся ученый-энциклопедист и философ-материалист, “размышлявший обо всем”, Демокрит. Представители древнегреческой философии, по образному выражению Герцена, не шутили с атомами; они видели бытие в каждой точке, атомы для них были мыслью, истиной. Все возникает из пустоты и атомов.

 

Глава атомистической школы Демокрит утверждал, что только атомизм окажется способным объяснить свойства материи. Он постулировал

· Из ничего ничто произойти не может, ничто существующее не может быть уничтожено и вечное изменение состоит лишь в соединении и разделении.

· Ничто не случайно, на все есть причина и необходимость.

· Кроме атомов и пустоты, все остальное лишь суждение, а не существование.

· Атомы бесконечные по числу и по форме, своими движениями, столкновениями и возникающими круговращениями образуют видимый мир.

· Различие предметов зависит только от различия числа, формы и порядка атомов, из которых они образованы, но не от качественного различия атомов, действующих друг на друга только давлением и ударами.

· Дух, как и огонь, состоит из мелких, круглых, гладких, наиболее легко подвижных и легко и всюду проникающих атомов, движение которых составляет жизнь.

· Все различие между жизнью и смертью сводится к различию в количестве присутствующих в теле круглых атомов.

Демокритовская идея “в начале была частица” решала задачу построения теоретического знания о структуре материи, ее составных элементов и всеобщих связей. Атомы Демокрита, как говорится, это первый исторический образ нечто постоянного, вечного, неизменного, неделимого, неразрушимого никакими воздействиями. Или, переходя на языке термодинамики, нечто с нулевым уровнем энтропии – уровнем, на котором ничего не происходит и нет никакого развития.

Потом Эпикур добавит, что атомы отличаются друг от друга тяжестью, и движутся в пространстве, чуть-чуть отклоняясь от прямой линии, что, по мнению Маркса, существенно изменило всю внутреннюю конструкцию мира атомов. В этой связи надо признать, что эпикуровское отклонение атома от своего прямолинейного пути без всякого побуждения внешней причиной чем-то напоминает современную теорию детерминированного (динамического) хаоса. Эпикур рисует более широкую картину мироздания: при начале образования мира (а таких миров бесчисленное множество – и сходных с нашими и несходных) в нем возникают круговороты, в основе которых лежат атомные вихри, образующиеся из движений и соединений атомов.

Другой древнегреческий философ, современник Демокрита – Платон (Аристокл), не был атомистом, однако вслед за Эмпедоклом признал возможность существования нескольких разновидностей мельчайших частиц, в частности, 4 основных элементов- “родоначальников” – земли, воды, воздуха и огня, отождествляя их с правильными геометрическими телами – кубом, октаэдром, икосаэдром, тетраэдром, а также пятого элемента, который бог использовал для создания Вселенной. Правда, Платон не считал все эти элементы-частицы чем-то данными раз и навсегда, неизменными и неделимыми.

Идеями атомистики пропитана и философская поэма жившего чуть более 2000 лет тому назад величайшего древнеримского поэта и философа, одного из создателей латинского литературного языка Лукреция Кара “О природе вещей” (“Dererum nature”). В этом поэтическом произведении обосновывалось существование атомов, выдвигались аргументы в пользу дискретности вещества и говорилось о том, что атомы имеют не только форму и положение, но и вес, что они несутся в бесконечной пустоте, перемещаются в мировом пространстве, встречаясь и летя вместе, и что их непрерывное движение на самом деле складывается из прерывистых (дискретных) возникновений и исчезновений; многообразие вещей зависит от характера сцепления атомов. С позиции лукрециевской эстетики, чем атомы-образы глаже и круглее, тем воздействие их на организм нежнее и прекраснее, а чем грубее и корявее, тем безобразнее и образы сознания. Лукреций, как и Эпикур, говорит, что атомы, падая по прямой линии, отклоняются, и в результате этих отклонений атомы сталкиваются и образуют вещи, в то время как другие теряются в неизмеримой пустоте. По Лукрецию и бог атомистичен, состоит из комбинации атомов и пустот.

Итак, античная мысль провозгласила: только атомы и пустота существуют в природе, составляя истинное бытие и абсолютную истину, и все в этом мире образуется из них. Атомистическое объяснение природы оказало большое влияние на развитие естествознания, обогатило его ценнейшей гипотезой, которая толкала опытное исследование вперед и позволяла объединить в цельную систему разнообразные наблюдения.

Однако в средние века античная атомистика находилась в полном забвении. О ней не хотели ни слушать, ни говорить, поскольку в это время в науке господствовало мировоззрение Аристотеля, не признававшего атомистику, доминировали теологические церковные догмы, схоластика и оппозиционная ей мистика. И только в медицине, благодаря Целию Аврелиану, атомистика пользовалась доверием и изучалась.

По прошествии двух тысячелетий, на излете средних веков, когда повеяло свежими ветрами и от Аристотеля стали отрекаться, античная атомистика возрождается и оказывает сильное влияние на развитие теоретического естествознания и философию. Так, в 1647 французский философ-материалист и теолог, академик флорентийской Academia della Crusca Пьер Гассенди издает книгу “Physica corpusculuaris”, в которой признает атомное учение Демокрита и Эпикура. А именно – атомы представляют собой бесконечно малые, незримые, неуловимые и неуничтожаемые частицы, число которых немного, из них состоят все тела, они сочетаются и соединяются в молекулы, отличаются друг от друга формой, величиной, весом, действуют друг на друга, двигаются и двигают, между ними находится пустое пространство. Они – первооснова всех существующих вещей, даже свет и теплота состоят из атомов. Гассенди считал, что атомы сотворены богом. Наверное, поэтому его корпускулярная философия находила поддержку у иезуитов, считавших ее вполне согласной с учением римской церкви о таинствах.

Большое влияние античные атомисты во главе с Демокритом оказали на Галилея, который воскрешает классическую атомистику и одним из первых в истории науки пытается установить действительную структуру материи.

Декарт не был сторонником атомизма. Но чтобы как-то объяснить химические и физические свойства веществ, принимал существование мельчайших частиц разнообразной формы – шарообразных, угловатых, крючковатых. Он говорил о бесконечной делимости материи, о том, что ему неизвестна иная материя телесных вещей, как только всячески делимая, могущая иметь фигуру и движения. Но в отличие от Демокрита, который предполагал существование пустого пространства, Декарт считал невозможным существование пустоты.

Ньютон не был противником атомистического учения. С одной стороны, он легко пришел к атомизму Лукреция и Гассенди, утверждающему, что атомы, составляющие материю и вещество обладают такими постоянными свойствами, как протяженность, твердость, непроницаемость, подвижность и инертность. С другой стороны, судя по мемуарам и письмам, – как пишет С.И.Вавилов (1946, 1947), – физические позиции Ньютона в применении атомистической гипотезы были не совсем ясными, формально нейтральными. В “Началах” атомы не упоминаются. Ньютон никогда не защищает корпускулярную теорию света. И тем не менее… В “Лекциях по оптике” автор “hypotheses non fingo” видит световые лучи как летящие частицы – “отскакивающие”, “текущие”, “последовательно падающие”. В так называемом 31-ом вопросе “Оптики” Ньютон говорит о иерархическом строении вещества, в основе которого – если говорить в следующих предложениях – находятся плотные, может быть абсолютно плотные и неизменяемые элементарные частицы; эти частицы связываются между собой особыми силами, образуя чрезвычайно прочные компактные системы очень малых размеров; эти системы в свою очередь связываются в новые, менее прочные и более объемистые образования и т.д., вплоть до привычных нам больших тел; теплота соответствует движению частиц разной степени сложности (см. Вавилов, 1946, 1947). Таким образом, заключает С.И.Вавилов, Ньютон предугадал все в области атомизма, что было возможно на основе имеющегося к тому времени экспериментального материала. Надо заметить, что в те времена многие физики еще сомневались в существовании атомов, тогда как математики говорили, что линия – это бесконечное количество точек, в известном порядке расположенных, говорили о возможности бесконечной делимости пространства.

Выдающийся французский ученый, биолог-микроскопист XVIII века Шарль Боннэ в своей классической работе “Соображения об органических телах” писал: “Нам нужно раскрыть глаза и пройтись взглядом вокруг нас, чтобы увидеть, что материя изумительно делима. Лестница существ есть лестница этой делимости. Во сколько раз плесень меньше кедра, моль – слона, водяная блошка – кита, песчинка – земного шара, световая частица – солнца? Доказано, что одна унция золота может быть искусством человека так подразделена, что образует нить от восьмидесяти до ста миль длиной. Нам показывают в микроскоп животных, несколько тысяч которых не превышают вместе величину пылинки”.

Идеи классической атомистики мы находим в трудах М.В.Ломоносова, писавшего о том, что газ – это совокупность отдельно движущихся частиц и что вещества состоят из мельчайших “нечувствительных”, имеющих свой собственный объем, корпускул, которые в свою очередь состоят из неделимых атомов.

В начале XIX века английский ученый-самоучка Джон Дальтон показал, что каждый химический элемент состоит из колоссального количества крайне ничтожных частиц, или атомов, связанных между собой более или менее значительной в зависимости от обстоятельств силой притяжения и неделимых никакими известными в то время способами. Атомы различных элементов имеют разные веса, а атомы одного и того же элемента тождественны, имеют один и тот же неизменный вес (заметим, однако, что уже Эпикур различал атомы не только по форме и величине, но и по весу). Атомы способны соединяться между собой в простых кратных отношениях, т.е. так, что один атом присоединяет только целое, но никак не дробное число других атомов. Дальтон, например, нашел, что в окислах углерода весовые части водорода, соединяющиеся с одинаковым количеством углерода, относятся между собой, как 1:2. Современник Дальтона англичанин Волластон почти в то же время также установил закон кратных отношений, доказав, что количества щавелевой кислоты, соединяющиеся с неизменным количеством едкого калия, относятся между собой, как 1:2:4. Открытие закона простых кратных (прерывистых) отношений как общего закона состава и строения химически сложных веществ превратило атомистическую идею древних греков в закон химической атомистики. В дальнейшем Берцелиус показал, что закон Дальтона можно приложить и к органическим веществам.

Д.И.Менделеев, не признававший абсолютной дискретности, тем не менее примкнул к атомистической теории, не сомневаясь в реальном существовании атомов, и даже считая, что атомы простых тел образованы сложением некоторых еще меньших частей (ультиматов) и неделимы только обычными химическими силами и что переход от одного элемента к другому в результате постепенного нарастания атомного веса происходит не плавно, а резким скачком, путем перерыва постепенности.

Людвиг Больцман – автор молекулярно-кинетической теории газов – первый, применив атомистические представления, показал, что тепловая энергия какого-нибудь тела есть не что иное как ансамбль незаметных, быстрых, беспорядочных, неправильных движений отдельных молекул, тем самым объяснив основную идею II начала термодинамики, сущность которого выражается “гипотезой элементарного беспорядка” – допущением, что отдельные элементы, которыми оперирует статистический метод, совершенно независимы друг от друга.

“Все наблюдения единогласно доказывают, что существуют тела таких ничтожных размеров, что только сцепляясь миллионами, они могут возбуждать наши органы чувств,- писал Больцман.- Мы называем их атомами и молекулами. Может быть, атомистическая гипотеза будет вытеснена какой-либо другой гипотезой. Может быть, но невероятно”. В этом контексте очень важно добавить, что именно Больцман (об этом пишет ни кто иной как сам Вильгельм Оствальд) впервые ввел положение о том, что атомистическую природу имеет не только вещество, но и энергия. Больцман последовательно отстаивал атомизм и считал, что атомистика неизбежна для всякого естественно-научного мировоззрения, она играет важную роль в развитии науки и лучше других теоретических концепций объединяет и объясняет экспериментальный материал. При этом атомистика не должна сохранять в себе раз навсегда определенные черты.

Однако представители школы энергетистов, “кумиры эпохи” Мах, Оствальд, Дюгем, противопоставлявшие энергию веществу и провозглашавшие первую единственной носительницей физической реальности, отрицали существование атомов, и материи в целом, пренебрежительно отзывались о работах Больцмана, в которых развивались материалистические атомистические воззрения, считая атомистику “фантазией, бредом и шабашем ведьм”. На рубеже XIX и XX веков В.Оствальд отрицал существование атомов, молекул и материи в целом, пытался освободить химию и все естествознание от атомистики, как от лишнего балласта, считая ее совершенно не необходимой. “Атом, – писал Оствальд, – издавна представлял собой лишь весьма несовершенное изображение действительности”. Далее Оствальд утверждал, что теория растворов и теория электролитической диссоциации могут развиваться без участия атомов и молекул и что ионы можно трактовать не как электрически заряженные атомы, а как порции энергии. И все это говорилось тогда, когда набирала силу атомно-молекулярное кинетическое учение, а основные результаты в физике и химии были получены с применением атомистики. Однако вскоре после трагической смерти Больцмана и начавшегося переворота в физике (экспериментальная работа Перрена по броуновскому движению, открытие Д.Томсоном электрона и открытие явления радиоактивности) Оствальд вынужден был признать, что “в настоящее время получены экспериментальные подтверждения в пользу прерывистого, зернистого строения веществ, которые отыскивала атомистическая гипотеза на протяжении столетий и тысячелетий”.

Итак, к середине и концу XIX века атомы прочно вошли во многие исследования, проводимые в области химии. Было установлено, что атом – это мельчайшая частица химического элемента, неизменный и неделимый, а молекула – мельчайшая частица вещества. Между тем оставалось совсем немного времени до того момента, когда станет ясно, что атомы – это сложные системы и что они могут быть разложенными.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...