Творцы новых теорий


Творцом идеи структурного строения материи, как отмечалось ранее, принято считать Демокрита, хотя его учитель Левкипп тоже интересовался строением и структурой предметов и ставил соответствующие задачи перед свим учеником.
Дата рождения Демокрита неизвестна, а похоронен он был в 370 г. до н.э. Демокрит прожил долгую жизнь, много путешествовал, учился у халдеев и персидских магов. Все сведения об этом удивительном греке к настоящему времени обросли многочисленными легендами и домыслами.
Благодаря тому, что многочисленные сочинения Демокрита сохранились, достаточно полно в цитатах его многочисленных учеников можно представить состояние атомистики того далёкого и славного времени, времени, когда просвещение было в очень большом почёте.
Мысли Демокрита о сути Мироздания на много опережали время и лишь через несколько веков его идеи находили своё отражение в трудах потомков. Так, например, Демокритом, по сути, был сформулирован закон сохранения энергии: «Ничто не возникает из ничего и ничего не переходит в ничто».
Демокрит учил, что во всей вселенной существует бесчисленное количество миров, одни из которых только формируются, другие достигли расцвета, третьи разрушаются и гибнут. Возникновение миров, по Демокриту, происходило от вихрей, возникающих при столкновении атомов, движущихся во всех направлениях в «великой пустоте».
Демокрит занимался не только философией и естествознанием, он проводил многочисленные наблюдения над животными, вскрывал их трупы, в частности, ему принадлежит сочинение по анатомии хамелеона.
Легенда рассказывает, что однажды Демокрит сидел перед учениками на камне у моря, держал в руке яблоко (опять яблоко!) и размышлял: «Если я сейчас это яблоко разрежу пополам - у меня останется половина яблока; если я дальше опять половину разрежу на две части, то у меня останется четверть яблока; но если я буду продолжать такое деление, всегда ли у меня в руке будет оставаться 1/8,16 и т.д. часть яблока? Или же в какой-то момент очередное деление приведёт к тому, что оставшаяся часть уже не будет обладать свойствами яблока?».
Рассуждая, таким образом, греческий мудрец, по сути, внедрил в сознание своих учеников два фундаментальных понятия мироздания, понятие молекул (когда остающееся в руке ещё является яблоком) и атомов (когда остаток уже не обладает свойством яблока).
Как в последствии оказалось, сомнение Демокрита, как и почти всякое бескорыстное сомнение, имело под собой самые серьёзные основания. По этому случаю и родился термин - ат0ц0^ - «не разрезаемый» и появилось сочинение « Малый диакосмос».
Более чем две тысячи лет назад Демокрит писал: « Начало Вселенной - атомы и пустота, всё же остальное существует лишь в мнении. Миров бесчисленное множество, и они имеют начало, и конец во времени. И ничто не возникает из небытия, не разрешается в небытие. И атомы бесчисленны по величине и множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается всё сложное: огонь, вода, воздух, земля. Дело в том, что последние суть соединения некоторых атомов. Атомы же не подчиняются никакому воздействию и неизменны вследствие твёрдости».
Когда умер Демокрит, Аристотелю, учителю и наставнику Александра Филипповича Македонского, было всего 14 лет. В отличие от Демокрита Аристотель учил обратному: процесс деления яблока можно продолжать бесконечно, по крайней мере, в принципе.
Учение Аристотеля, как более естественно выглядящее и понятное неискушённым умам, стало господствующим в мире. Демокрита забыли на долгие времена, а его сочинения начали уничтожаться с рвением достойным иного употребления. Интеллектуальный уровень человечества не соответствовал яркому проявлению необоснованного практикой гения древнегреческого учёного.


Рис. 2.1. Пьер Гассенди
После почти двадцати веков забвения идею об атомах возродил французский философ и просветитель Пьер Гассенди (1592 - 1655 гг.). Он написал специальную книгу об атомизме.
Учитывая специфику времени - это был довольно смелый поступок. Мрачные традиции средневековья могли обернуться трагедией для автора, если его идеи противоречили общепринятым догмам. Кстати, в 1626 г. в «просвещённом» Париже учение об атомах запретили под страхом смертной казни.
Однако, как шило в мешке, так и прогрессивную идею утаить довольно сложно. Даже великий Ньютон (1642 - 1727 гг.) с его девизом: «Hypothesis non fingo» проникся атомистическими настроениями и в конце третьего тома своей «Оптики» изложил эту идею в своей интерпретации: « Мне кажется вероятным, что Бог вначале создал материю в виде сплошных, массивных, твёрдых, непроницаемых, движущихся частиц таких размеров и форм и с такими другими свойствами и с такими пропорциями к пространству, которые наилучшим образом служат той цели, для которой Он их создал, и что эти простейшие частицы, будучи твёрдыми, несравненно прочнее, чем любые другие тела, составленные из них; даже настолько прочны, что никогда не изнашиваются и не разбиваются на куски: никакие обычные силы не в состоянии разделить то, что Бог создал сам в первый день творения».
Говоря о средневековье нельзя не упомянуть первого русского учёного Михайло Васильевича Ломоносова (1711 - 1765 гг.), который был последовательным сторонником атомистики и непримиримым противником теплорода (о нём речь впереди).
За 40 лет до Лавуазье Ломоносов систематически использовал весы в химических исследованиях. За 30 лет до Гершеля он открыл атмосферу на Венере. Причину тепла и холода Михайло Васильевич объяснял «взаимным движением нечувствительных физических частичек». Диссертационная работа Ломоносова называлась: «Размышления о причине тепла и холода».


|Гgt;


•і Мш
м . gt;


*
/ ^У' шШ ч

Рис. 2.2. Михайло Ломоносов
В протоколах Академии по этому поводу отмечено: «Адъюнкт Ломоносов слишком рано принялся за сочинение диссертаций». Наукой заправляла наёмная немчура.
Труды Ломоносова настолько были не востребованы, что даже в России его считали в большей степени придворным поэтом, а не великим учёным, создавшим отечественную научную школу и организовавшим первый университет, носящий ныне его имя.
Как замечает Я. К. Голованов, о Ломоносове писали знаменитые учёные Л. Эйлер, Д.
Менделеев, К. Тимирязев, С. Вавилов, П. Капица и известные литераторы Г. Державин, А.
Радищев, Н. Карамзин, В. Белинский, А. Герцен и А. Пушкин. Александр Сергеевич считал, что Ломоносов сам является первым русским университетом.
Жизнь Ломоноса не всегда была полна счастья и изобилия. Бывали времена, когда не хватало средств на пропитание. Будучи в Германии в одном из писем на Родину он жаловался: «Нахожусь болен, и при том не только лекарство, но и дневной пищи себе купить на что не имею, и денег достать взаймы не могу».
Михайло Васильевич Ломоносов ещё в середине XVII в. чётко сформулировал молекулярную гипотезу, основные элементы которой используются и в настоящее просвещенное время.
По Ломоносову частицы вещества, корпускулы - это сферические образования с шероховатой поверхностью. Ломоносов, совершенно справедливо, предполагал, что корпускулы находятся в состоянии непрерывного непредсказуемого наперёд движения.
Сталкиваясь друг с другом, корпускулы вследствие шероховатости получают вращательные составляющие движения. Идея вращательного движения оказалась весьма плодотворной при развитии энергетических подходов при анализе таких фундаментальных понятий как внутренняя энергия и температура. Эта идея является основополагающей в современной кинетической теории газов.
Во времена Михайло Васильевича при объяснении тепловых явлений активно использовали понятие теплорода, особого вещества, по сути, эфира, который якобы содержался в телах и определял их температуру.
Гипотеза теплорода эксплуатировалась ещё в Древней Греции, греки называли теплород флогистоном. Гипотеза была на удивление проста и использовала аналогию с сообщающимися сосудами. Пытаясь объяснить нагревание и охлаждение тел при их контакте, предположили, что процессы определяются количеством особой жидкости, содержащейся в телах.
При соприкосновении тел, эта мифическая жидкость подобно жидкости в сообщающихся сосудах перетекает из одного тела в другое, выравнивая их температуру. Несмотря на простоту и наивность, идея теплорода - флогистона позволила получить знаменитое уравнение теплового баланса, которое стало своеобразной ступенькой к вершинам современной термодинамики.
Ломоносов же объяснял тепловые явления вращением молекул и атомов, утверждая, что «должна существовать наибольшая степень холода, состоящая в полном покое частичек, в полном отсутствии вращательного движения их», т.е. в природе должен присутствовать абсолютный ноль температуры.
Бдения Ломоносова в области молекулярно-кинетической теории не были востребованы современниками. Только во второй половине XIX в. идеи Ломоносова нашли отражение в трудах Клаузиуса, Максвелла, и других классиков естествознания.
В июле 1749 г. Ломоносов сдал в набор свой главный термодинамический трактат «Размышления о причинах тепла и холода». Трактат составляли 34 параграфа текста, которые отчётливо раскрывали позиции автора на физические особенности термодинамических взаимодействий тел.
В первом параграфе Михайло Васильевич обосновывает развиваемые далее подходы. «Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются, дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается от проковываниия частыми и сильными ударами, а если их прекратить, то теплота уменьшается произведенный
огонь в конце концов гаснет  Из этого совершенно очевидно, что достаточное
основание теплоты заключается в движении. А так как движение не может происходить без материи, то необходимо, чтобы достаточное основание теплоты заключается в движении какой-то материи».
Из этого фрагмента работы, очевидно, что причиной «тепла» и «холода» Ломоносов считает преобразование механической работы в тепло. Все приведенные примеры указывают на это.
В третьем параграфе автор обращает внимание читателей на то, что теплота может возникать без видимых механических изменений состояния тела: «Так как тела могут двигаться двояким движением - общим, при котором все тело непрерывно меняет своё место при покоящихся друг относительно друга частях, и внутренним, которая есть перемена места нечувствительных частиц материи, так как при самом быстром общем движении часто не наблюдается теплоты, а при отсутствии такового движения наблюдается большая теплота, то очевидно, теплота состоит во внутреннем движении материи».
В шестом параграфе Ломоносов даёт исчерпывающие определения внутреннего движения: «Внутреннее движение мы представляем себе происходящим трояким образом:
  1. нечувствительные элементы непрерывно меняют место;
  2. вращаются, оставаясь на месте;
  3. непрерывно колеблются взад и вперёд на нечувствительные промежутки времени.

Теперь следует рассмотреть, которое же из этих движений производит теплоту. Чтобы это выяснить, мы примем за основу следующие положения:
  1. то внутреннее движение не есть причина теплоты, отсутствие которого будет доказано в горячих телах;
  2. не является причиной теплоты и то внутреннее движение, которое имеется у тела менее горячего, чем другое тело, лишенное этого движения».

Заключает свой трактат Ломоносов реквием теплороду и гимном эфиру, которые в те времена были популярны среди учёного люда, особенно немецкой национальности: «.... мы утверждаем, что нельзя приписывать теплоту тел сгущению какой-то тонкой, специально для этого предназначенной материи, но что теплота состоит во внутреннем вращательном движении связанной материи нагретого тела. При этом мы не только говорим, что такое движение и теплота свойственны и той тончайшей материи эфира, которой заполнены все пространства, не содержащие чувствительных тел, но и утверждаем, что материя эфира может сообщать полученное от Солнца тепловое движение нашей Земле и остальным телам мира и их нагревать, являясь той средой, при помощи которой тела, отдалённые друг от друга, сообщают теплоту без посредничества чего-либо ощутимого».


Рис. 2.3. Роберт Броун
Таким образом Ломоносов, допуская существование мирового эфира, как особой субстанции, посредством которой передаётся тепло без непосредственного контакта между источниками и потребителями, отвергает гипотезу теплорода (флогистона), как специфической жидкости, определяющей количество «тепла» или «холода», содержащихся в материи.
В полной мере справедливость учений Демокрита и Ломоносова прочувствовал шотландский ботаник Роберт Броун (1773 - 1858 гг.). В 1827 г.
Броун, проводя исследования под микроскопом семян хвощовых растений, обнаружил их удивительную непоседливость.
Споры сновали в капле воды, увлекаемые какими-то неизвестными силами. Статья Броуна имела типичное для того неторопливого времени заглавие: «Краткий отчёт о микроскопических наблюдениях, проведенных над частицами в июне, июле и августе 1827 г., содержащимися в пыльце растений; и о существовании активных молекул в органических и неорганических телах».
Как это принято в науке, сначала статья Бро- уна вызвала недоумение, чему способствовали разглагольствования самого ботаника на предмет «живой силы», присущей органическим молекулам. Тем не менее, сам факт заинтересовал учёных и голландец Карбонель (1880 г.) и француз Гуи (1888 г.) предприняли тщательные опыты и выяснили, что на степень суетливости частичек очень влияет температура и масса частичек, а проезжающие кэбы (повозки для перевозки пассажиров), положение Луны и Солнца решительно не оказывают никакого действия.
Как это ни странно, но за двадцать веков до того, такое же движения на уровне микромира представил себе и описал Лукреций Кар. А современники Броуна, специалисты в области физики целых 20 лет делали вид, что эти данные не имеют никакого отношения к их интересам. Но всё же о Броуне вспомнили.
До Броуна тоже были попытки возродить атомистические воззрения. Учитель из Манчестера Джон Дальтон (1766 - 1844 гг.) сформулировал понятие химического элемента, как вещества состоящего из атомов одного типа. Правда, при этом возникал вопрос: «Ввиду многообразия веществ, существует ли многообразие атомов?» Вскоре выяснилось, что элементов в природе всего 40 (к теперешнему времени уже более 100).
Большой вклад в развитие наук о строении вещества внёс наш соотечественник Дмитрий Иванович Менделеев (1834 - 1907), уроженец г. Тобольска. После более чем успешного окончания гимназии Дмитрием, семья Менделеевых отправилась в Петербург. К тому времени отец будущего физика и химика умер, и все заботы о будущем детей легли на мать.
В виде исключения Менделеева осенью 1850 г. приняли на физикоматематический факультет Петербургского Главного педагогического института.
По теперешним понятиям студенты находились на казарменном положении. Выход в город разрешался только на непродолжительное время и с разрешения смотрителей.


Рис. 2.4. Д.И. Менделеев
В Педагогическом институте Менделеев слушал лекции математика - Остроградского, физика - Ленца, химика - Воскресенского и других научных светил того времени.
Дмитрий Иванович закончил институт с золотой медалью в 1855 г. После успешной защиты через год магистерской диссертации Дмитрий Иванович аттестовался на звание приват-доцента.
Аттестационная работа «О строении кремнезёмных соединений», которая была высоко оценена учёным советом Петербургского университета, и послужила основанием для утверждения автора в звании доцента. Менделеев стал преподавать в университете органическую химию.
В 1859 г. Менделеев был командирован в Гейдельберг на стажировку, где, производя «домашние» опыты в области физической химии, открыл существование критической температуры, т.е. температуры при которой вещества могли существовать только в газообразном состоянии.
По возвращении из Германии Менделеев не смог в середине учебного года найти преподавательской работы.
Образовавшееся свободное время он потратил на написание учебника по органической химии, который опубликовал в 1861 г.
В 1864 г. Менделеев был избран профессором кафедры химии Петербургского технологического института. В январе 1865 г. Дмитрий Иванович защитил докторскую диссертацию. В своём квалификационном исследовании на основании анализа изменения удельного веса от процентного содержания спирта в воде, Д.И. Менделеев установил, что самую большую плотность имеет раствор, в котором соотношение между молекулами спирта и воды составляет один к трём, т.е. в объёмном соотношении это составляет 60 % воды и 40% спирта. Знакомое соотношение, не правда ли?
Работая в области химии, Дмитрий Иванович понял, что химические свойства веществ зависят от их физических характеристик. Он тщательно изучил имеющиеся описания свойств элементов и их соединений. Никакой упорядоченной системы химических элементов не существовало. Заготовив по количеству известных на то время элементов, Менделеев записал на каждую из них соответствующие названия, атомные веса, формулы основных соединений и свойства. Анализируя всю совокупность карточек, учёный пришёл к выводу, что свойства элементов меняются в соответствии с изменением их атомного веса. Расположив элементы по мере нарастания атомного веса, Менделеев получил свою знаменитую периодическую таблицу элементов (рис. 2.5), которая стала самой яркой страницей в творческой биографии исследователя.
Далее Дмитрий Иванович заинтересовался состояние газов при высоких давлениях. Председатель русского технического общества П.А. Кочубей изыскал средства на оборудование лаборатории и содержание сотрудников. Результат работы лаборатории под руководством профессора Д.И. Менделеева, наряду с прочим,
ознаменовался созданием знаменитого и в наши дни уравнения состояния идеального газа.

f '              »И»Ы1Ц»


- ПОЩЮІИ» MCMf*
trot/mi
¦- MLamp;SMHil w»amp;'*
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
ГРУППА ЭЛЕМЕНТОВ
А III В
a iv a
А I В
He
H
I.OQiVO
воасраз
Be -ш
amp;ШГАМ
N
в ....
бор
1'              І*«*И
фтор
Xe
С 17010»
f.-eoct
О
DCttpte
U -
vr»gt;-
Ar
Мв-“
А1
Ха
хлий
Cl -ж
лмзр
Si *
ЦХМ4Й
s
серо
Q 30 ЯП»
С* *
v Ґlt;\ t»n
:J Cr
bl«0 v-l
Se
L.JV ПП
Вг™“
tpCM
Kr
. С МП« '

V

6

RbA

ОГ Nta гтпда

зо V
It K6t X «прій

" 7 r
•ІЛ /ІІ
UTK-**-*v

‘U-Xb
•fcWbV

“«Mo

41 TV
«ш A v

» Ru
PW*.

l»Rh|“ ,^Pd
PQOM | XKVMU

7

*шию А?
.-рефо О

%.Cd
КОДОМ

111 іни
•кий

Ьп пи»
ON»

Sb ». “
Cyp*a

' I * u
LC t»«
«ллур

45
A
ЙСЦ

Xc»“
иЛСи

VI

8

(~Л №
V_ySlI2W
ЦЄ-3%1

Ba

J I 51*
Я9 lil
ЧИТО4

"«Hf
лзфчй

" Til
ІЯ.М79 Ad то-по*

w
сачфрам

1» Re
pa+Vi

Os
зам)

” Ir
mn Ai
іуудо)

" Pf
1033» J I глоттз

9

ІбЛШЬ Ді 1
ХлйЮ

“«.He
pr/тГо

ТІ
ГОГЛМ

Pb».“
ииод

Bi « “

Po~M
X'Oill

Лі H “
OCTTX

Rn«“
POfiO

VII

10

Fr рч 17
ссоші

Ra p*.
осам

!9 \ **
1271/\C

iw pr
i*“i xvl
С»ЗЗЙрфср4ЙЙ

lVDb

106 ^ l“*l off
occpr«t*~

*% Bh
берил

"« Hs
ia;cw‘i

”~Mt
иемтнарий

ш Ds
шришгадмії

И

%,Rg
рЄНП«ті

1U

113

їм




к
Sc
L Mn
Ті
Xi
As
Си
/лл
*•*]
Ge

/•» sa
VjC

Pr

Nd ¦
гбЕОДО.

Pm Sm
¦\ХМЄШ і С9ДХПІ

Eu

Ckl Tb
aica***» I «pert*

Dy •

Ho Er
СЛАОЙ ] :crxv

rp 6*
I 111

Yb
ИТКОМ

I JI

** АКТИН О И АЫ

Тії "
'R*1

Pa :¦

и r:

Np
.orftw

Pu
г,кий

Am
¦ ¦

Cm
¦

Bk

а»:

Es
. .

p .:c
rm
СЧС*Л*

Md Xo

T 103
1 X

Рис 2.5. Периодическая таблица элементов Д.И. Менделеева

Использующееся широко на практике уравнение Бенуа Поля Эмиля Клапейрона (рис. 2.6)
PV = BT ,
где Р - давление, V - объём, Т - абсолютная температура, В - постоянная Клапейрона было весьма неудобным.


Неудобство этого уравнение заключалось в том, что для каждого газа необходимо было экспериментально определять величину В.
Другими словами, в этой размерной постоянной величине были зашифрованы все индивидуальные физические свойства газа.
Менделеев на основании своих физикохимических представлений о свойствах веществ, записал в простой и логически обусловленной с позиций молекулярного строения вещества форме
PV = mRT,
р
где R - универсальная для всех газов постоянная величина, m - масса газа, р - молярная масса. О глубоком физическом смысле этого уравнения состояния идеального газа разговор впереди.

Несмотря на мировую известность в своём отечестве Д.И. Менделеев официально настоящим учёным не считался, ему несколько раз под разными предлогами было отказано в приёме в действительные члены российской академии наук, хотя он состоял в этом звании в более чем десять иностранных академий.
В 1890 г. министр просвещения граф Делянов настоял на увольнении профессора Менделеева Д.И. из университета. Причиной такой неслыханной несправедливости стали высказывания профессора об умственных способностях чиновников от просвещения, которым подчинялись институты и университеты.
Закончил свою научную карьеру Дмитрий Иванович хранителем палаты мер и весов, где он не преминул блеснуть своим универсальным талантом, создав точнейшие эталоны веса. Учреждённая после смерти Менделеева медаль его имени считается самой престижной наградой среди учёных, занимающихся физикой и химией.
Долгое время в молекулярной физике и термодинамике существовала путаница между двумя фундаментальными понятиями, количеством тепла и температурой. Произвольное манипулирование этими понятиями затрудняло оценку достоверности выдвигаемых теорий молекулярной физики и термодинамики.
Ясность была внесена английским исследователем Дж. Блэком (1728 - 1799 гг.), изложившим свои взгляды в курсе лекций по химии, где присутствовал раздел «Об особенностях тепловых явлений».
Исследуя линейные характеристики шкал термометров, учёный пришёл к идее физического различия двух характеристик термодинамических явлений: теплоты и температуры.
Для подтверждения своей идеи Блэк обнаружил вначале срытые теплоты и охарактеризовал вещества удельными теплоёмкостями. Блэк был последовательным сторонником теплорода, поскольку отказывался верить в подвижность структурных элементов в твёрдых телах.


Рис. 2.7. Дж. К. Максвелл
Во всей истории физики таких универсальных гениев было меньше, чем пальцев на одной руке. Имя Джеймса Клерка Максвелла (1831 - 1897 гг.) можно смело ставить в один ряд с Ньютоном, потому что широта его научных интересов, где обнаружились, оставленные им, гениальные результаты, трудно поддаётся воображению.
Он работал в области небесной механики, теории молекулярного строения вещества, теории газов, теории цветового зрения, электродинамики и ещё ряде других смежных областей физики.
Родился Максвелл в Эдинбурге в семье состоятельного юриста, имеющего в собственности поместье в Шотландии. Отец, будучи образованным и культурным человеком, старался всячески способствовать развитию творческого потенциала сына.
В пятнадцать лет юный Максвелл, увлечённый геометрией, выполнил первую в своей жизни научную работу. Он представил на суд общественности простой, но неизвестный ранее способ вычерчивания овальных фигур.
Затем было образование в Эдинбургском и Кембриджском университетах. После окончания Кембриджа Максвелл получил приглашение на должность профессора колледжа города Абердина, где научная работа продолжилась в области теоретической и прикладной механики.
В этот же период Максвеллом решена задача о происхождении колец Сатурна, в которой он теоретическими методами доказал, что кольца состоят из отдельных частиц.
Приобретя определённую известность в академических кругах, Максвелл возвращается в Лондон заведовать кафедрой физики Королевского колледжа. Именно в лондонский период Максвеллом выполнены фундаментальные работы по кинетической теории газов.
Кембриджский университет пригласил своего бывшего студента возглавить кафедру экспериментальной физики и организовать при ней исследовательскую лабораторию названную в честь Генри Кавендиша, учёного впервые «взвесившего» Землю, т.е. определившего экспериментально с помощью крутильных весов точное значение гравитационной постоянной.
Работа, которая принесла Максвеллу широкую известность, относилась к молекулярной физике. В 1859 г. он выступил на заседании Британской ассоциации содействия развитию наук с докладом, в котором дал теоретический вывод уравнения, характеризующего распределение молекул газа по скоростям.
Уравнение позволяло определить «среднее число частиц, скорости которых лежат между определёнными пределами, хотя скорость отдельной частицы изменяется при каждом столкновении».
По сути, Максвелл уточнил Роберта Клаузиуса, который при построении своей версии молекулярно-кинетической теории оперировал только среднеквадратичными величинами скоростей.
На основании теоретических исследований Максвелл заключил: «Скорости между частицами распределяются по тому же закону, по которому распределяются ошибки между наблюдениями в теории метода «наименьших квадратов» т.е. в соответствии со статистикой Гаусса».
Это было первое введение в методику исследования динамики молекул статистических методов, что стало прологом использования статистических и вероятностных методов при описании состояния сложных физических систем.
Максвелл пришёл к выводу, что единичные акты столкновения молекул подчиняются механике Ньютона, т.е. к ним применимы законы Ньютона и законы сохранения, потому что процессы строго детерминированы. Ввиду невообразимо огромного числа одновременно взаимодействующих частиц, необходимо привлекать для их интегрального описания вероятностные методы.
На основе развитых теоретических представлений Максвеллу удалось объяснить, полученный экспериментально, закон Авогадро, определить среднюю длину свободного пробега молекул и построить теорию явлений переноса (диффузии, внутреннего трения, теплопроводности).


Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850 гг.) всегда считал себя химиком, хотя открытый им закон простых объёмных соотношений сыграл значительную роль в формировании молекулярнокинетических представлений о строении вещества.
Получив строгое католическое образование в небольшом французском городке Сен-Леонар, Жозеф продолжил образование в Париже в пансионе Сан- сье, где раскрылись его незаурядные математические способности. Далее была Парижская Политехническая школа, где Гей-Люссак встретился с Клодом Луи Бертолле, который преподавал химию.
Эта встреча определила судьбу молодого человека, решившего посвятить себя науке. В 1802 г. Гей-Люссак получил должность ассистента в Политехнической школе. В этом же году, независимо от Джона Дальтона открыл закон теплового расширения газов, с изучения которого начинаются многие школьные и университетские икурсы молекулярной физики.


Чтобы установить распределение температуры по высоте земной атмосферы и её влажность Гей-Люссак вместе Жаном Батистом Био в 1804 г. поднялся на воздушном шаре и провёл оригинальные измерения (рис. 2.9).
В 1805 г. Гей-Люссак совместно с Александром фон Гумбольдтом, изучая отношения объёмов реагирующих газов, установили, что один объём кислорода соединялся с двумя объёмами водорода.
Результаты многочисленных экспериментов Гей-Люссак опубликовал в 1808 г. в работе «О соединении газообразных тел друг с другом», где на основе эксперимента доказал, что газы соединяются друг с другом в достаточно проРис. 2.9. Гей-Люссак и Био на              стых соотношениях, а уменьшение объёма после
воздушном шаре              соединения закономерно.
Используя сформулированный закон, представлялась возможность расчётным путём получать ещё неизвестные плотности газообразных веществ. Гей-Люссак по этому поводу писал: «Наблюдение, что разные виды горючих газов соединяются с кислородом в простых отношениях 1:1, 1:2, даёт нам в руки средство определять плотности паров горючих веществ или покрайней мере найти её приближённо. Если мысленно попытаться перевести все применяемые вещества в газообразное состояние, определённый объём каждого из них будет соединяться с равным или двойным объёмом кислорода.».
Обсуждаемая закономерность широко использовалась современниками Гей- Люссака. Так, например, Берцелиус определил физические характеристики многих неизвестных соединений.
В заключении отметим, что рассмотрение особенностей структурного строения материи с позиций классической механики не совсем корректны, потому что законы Ньютона и многочисленные следствия из них не в состоянии описать движение вещества на уровне атомов или молекул.
Для микромира справедливы квантовые законы, так по крайней мере принято считать. Вместе с тем рассмотрение молекулярных явлений на макроуровне классической механике вполне пол силу, хотя на определённой глубине рассмотрения, квантовые эффекты всё же проявляются, например, при исследовании теплоёмкости или при рассмотрении свойств веществ вблизи абсолютного нуля.
Накопленные знания в области механического устройства мира не безуспешно переносились исследователями на смежные области исследований, в частности, на электричество и магнетизм, молекулярную физику и термодинамику.
<< | >>
Источник: Исаков Александр Яковлевич. Основы              современного естествознания. Часть 2. Классический пе риод естествознания. Лекции для студентов экономических направлений: Петро- павловск-Камчатский: КамчатГТУ,2012. - 274 с.. 2012

Еще по теме Творцы новых теорий:

  1. Совершенная свобода Творца.
  2. 3. Апофеоз искусства и культ художника-творца
  3.   12. О впденлп невидимого, несотворенного творца  
  4. Отдел первый. О Боге, как Творце мира.
  5. Глава 2 Проблема теорий самоуправления
  6. § 2. Причины разнообразия теорий происхождениягосударства и права
  7. Дедуктивная проверка теорий
  8. 1. ПЛЮРАЛИЗМ ТЕОРИЙ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ГОСУДАРСТВА
  9. 2.5. Интерпретацияформальных теорий
  10. Проблема конкурирования и выбора гравитационных теорий в XX в.
  11. § 5. ПРИБЛИЖЕННЫЙ ХАРАКТЕРФИЗИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ
  12. ВВЕДЕНИЕ: НАУЧНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО И СРАВНЕНИЕ ТЕОРИЙ
  13. ТЕЭТЕТ КРИТИКА СЕНСУАЛИСТИЧЕСКИХ ТЕОРИЙ ПОЗНАНИЯ