Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки
Шрифт:
Примерно в это же время Галилей первым после многовекового умалчивания излагает атомистическое учение Демокрита. В сочинении «Пробирщик» он объяснял тепло движением частиц. Правда, это еще не атомы и не молекулы вещества, но частицы пламени, которые переходят в нагреваемые тела.
Ньютон заставил всех признать силы притяжения основополагающим свойством материи. Идеи атомизма проявляются во многих его воззрениях, в частности, в корпускулярной теории света.
Ближе всех к современной теории материи подошел Ломоносов, как к кинетической теории тепла, так и к кинетической теории газов. Он пишет: «Очевидно, что отдельные атомы воздуха,
Близок по своим воззрениям к Ломоносову Боскович, книгу которого Ломоносов приобрел в конце своей жизни. Рожер Иосиф Боскович работал главным образом в Италии и несколько лет в Париже, где он мог впитать самые новые воззрения своего времени. Размышляя об устройстве материи, он пришел к мысли, что вещество состоит из атомов — точек. Не имея протяженности, они обладают инерцией и являются источниками сил. На малых расстояниях действует сила притяжения, но точки не могут соприкоснуться, ибо сила притяжения стала бы при этом бесконечно большой. Значит, на самых малых расстояниях преобладает сила отталкивания. С увеличением расстояния сила отталкивания уменьшается до нуля и переходит в силу притяжения.
Если отбросить сравнение молекул с точками, это вполне современная позиция. «Подтвердилось предположение о том, что молекулы на больших (по атомным масштабам) расстояниях притягиваются друг к другу, тогда как при тесном сближении между ними появляется сильное отталкивание» (БСЭ).
Боскович считал, что на небольших расстояниях таких переходов отталкивания в притяжение может быть несколько, но затем преобладающим становится всеобщее тяготение Ньютона. На этой основе Боскович объяснял сцепление, упругость и существование твердых тел. Работа Босковича не встретила признания и была забыта. Впоследствии лишь один из известных физиков — Фарадей отозвался о ней с похвалой.
Попытку сочетать древнюю атомистику с новой физикой предпринял Лесаж, утверждавший, что эпикурейцы могли чисто геометрическим путем прийти к закону тяготения. На этом пути он к 1784 году построил стройную систему, которая, однако, оказалась в стороне от дальнейшего развития науки — объясняя известное при помощи сложных построений, она не могла указать пути дальнейшего развития и предсказывать новые, еще неизвестные закономерности.
Современный атомизм пришел в науку из химии. Бойль опирался на атомы, чтобы объяснить, как из химического соединения вновь образуются его составные части. Решительный шаг в обосновании атомизма сделал в 1808 году Дальтон, объяснив, как, признав существование атомов можно понять кратные отношения, в которых химические вещества объединяются между собой при образовании различных соединений.
Почти неизвестный физик, Уотерстон (он даже не упоминается в большинстве книг по истории науки) в 1845 году закончил исследование, содержащее многое из того, что составляет современную кинетическую теорию газов. Его работу не поняли. Королевское общество отказалось опубликовать этот труд. Он увидел свет лишь в 1892 году благодаря замечательному физику лорду Релею.
В 1855 году появился трактат под названием «Теория атомов», в котором его автор — физик, физиолог и философ — Густав Фехнер, изложил причудливую смесь взглядов, претендовавших на то, что свойства природы можно понять путем логических рассуждений и современной ему физики. Атомы нужны, писал он, для понимания свойств вещества и эфира, атомами являются и души — единицы психического мира. Но эпоха беспочвенных умозаключений закончилась. Идеи Фехнера вели не к столбовой дороге, а в тупик.
Нельзя, конечно, думать, что кинетическая теория возникла в результате внезапного озарения одного или двух людей. По существу, она явилась результатом попыток объяснить с атомистической точки зрения те фактические сведения, которые накапливались в течение веков из наблюдений природы и специально поставленных экспериментов и постепенно сложились в феноменологические (описательные) теории. Авторы таких теорий, следуя Ньютону, стремились установить зависимость между различными физическими величинами и свойствами, не ставя перед собой цели выяснения причин и «механизмов», их вызывающих, не пытаясь создать гипотезы.
Наибольших успехов достигли феноменологические теории, объясняющие свойства газов. Первые шаги Торричелли и Паскаля привели к пониманию роли атмосферного давления. Блестящий экспериментатор Бойль в 1672 году установил, что объем сжимаемого воздуха при постоянной температуре обратно пропорционален давлению. Через четыре года Мариотт в результате тонких измерений пришел к тому же результату и придал ему современную форму, известную каждому школьнику. Папен, построив паровой котел и снабдив его предохранительным клапаном, обнаружил, что температура кипения воды повышается с давлением, и правильно связал это с изменением давления насыщенного пара.
Дальтон и Гей-Люссак установили равенство теплового расширения различных газов. Гей-Люссак определил, что объем газов пропорционален их температуре, и измерил коэффициент пропорциональности, получив величину 1/267, достаточно близкую к современному значению 1/273. Комбинируя этот результат с законом Бойля— Мариотта, Клапейрон получил уравнение, связывающее давление, объем и температуру газа. Во всех случаях произведение давления на объем, деленное на температуру, оказывалось постоянной, величиной. Это была удивительная универсальная постоянная, единая для всех известных газов.
Среди хаоса наблюдений начал проявляться порядок — свидетельство единства законов природы…
Но каков этот порядок?
Постепенно, передавая друг другу эстафету все усложняющихся задач, ученые научились описывать свойства и поведение газов, познанные при наблюдении природы и, главным образом, в результате тщательно проведенных опытов. Математические формулы, коэффициенты которых получены из опыта, формулы, позволяющие предсказывать результаты новых опытов, — таков идеал феноменологических теорий.
Вслед за Ньютоном естествоиспытатели в течение долгого времени считали создание таких теорий единственной целью науки. Их девизом был вопрос «как?». Они не ставили перед собой задачи выяснить, почему получаются те или иные формулы, вследствие чего опыт дает те или иные значения коэффициентов. Никто не пытался найти более глубокие принципы, которые позволили бы предвычислить эти коэффициенты. Пример с газовой постоянной характерен для этого времени. Ее численное значение уже было известно из опыта. Но почему комбинация — произведение давления газа на его объем, деленное на температуру газа, — одинакова для всех газов? Это оставалось таинственным фактом.