 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
61
элементарных частиц, и в связи с которыми возникли новые отрасли современной физики:
квантовая электродинамика, квантовая теория твердого тела, квантовая оптика и многие другие.
3.2. Концепция атомизма и универсальность физических законов
В истории физики наиболее плодотворный и важный для понимания явлений природы была
концепция атомизма, согласно которой материя имеет прерывистое, дискретное строение, т. е.
состоит из мельчайших частиц – атомов. До конца XIX в. в соответствии с концепцией атомизма
считалось, что материя состоит из отдельных неделимых частиц – атомов. С точки зрения
современного атомизма, электроны – «атомы» электричества, фотоны – «атомы» света и т. д.
Концепция атомизма, впервые предложенная древнегреческим философом Левкиппом вV в. до
н. э., развитая его учеником Демокритом и затем древнегреческим философом-материалистом
Эпикуром (341– 270 до н. э.) и запечатленная в замечательной поэме «О природе вещей» римского
поэта и философа Лукреция Кара (I в. до н. э.), вплоть до нашего столетия оставалось
умозрительной гипотезой, хотя и подтверждаемой косвенно некоторыми экспериментальными
доказательствами (например, броуновским движением, законом Авогадро и др.).
Концепция атомизма – концепция дискретного, квантованного строения материи – пронизывает
естествознание на протяжении всей его истории – от античной натурфилософии Левкиппа и
Демокрита до современных учений физики, химии, биологии и других наук.
Многие ведущие физики и химики даже в конце XIX в. не верили в реальность существования
атомов. К тому же многие экспериментальные результаты химии и рассчитанные в соответствии с
кинетической теорией газов данные утверждали другое понятие для мельчайших частиц –
молекулы.
В каком соотношении находятся между собой атомы и молекулы? Насколько те и другие малы?
Действительно ли они существуют? Только в начале XX в. были получены ответы на
поставленные вопросы.
Реальное существование молекул было окончательно подтверждено в 1906 г. опытами
французского физика Жана Перрена (1870–1942) по изучению закономерностей броуновского
движения. В современном представлении молекула – наименьшая частица вещества, обладающая
его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой
химическими связями. Число атомов в молекуле составляет от двух (Н
2,
О
2,
HF, НCl) до сотен и
тысяч
(некоторые витамины, гормоны и белки). Атомы инертных газов часто называют
одноатомными молекулами. Если молекула состоит из тысяч и более повторяющихся единиц
(одинаковых или близких по строению групп атомов), ее называют макромолекулой.
Атом – составная часть молекулы, в переводе с греческого означает «неделимый».
Действительно, вплоть до конца XIX в. неделимость атома не вызывала серьезных возражений.
Однако физические опыты конца XIX и начала XX столетий не только подвергли сомнению
неделимость атома, но и доказали существование его структуры. В своих опытах в 1897 г.
английский физик Джозеф Джон Томсон
( 1856–1940) открыл электрон, названный позднее
атомом электричества. Электрон, как хорошо известно, входит в состав электронной оболочки
атомов. В 1898 г. Томсон определил заряд электрона, а в 1903 г. предложил одну из первых
моделей атома.
Так постепенно, шаг за шагом, современная физика открывала совершенно новый мир
физических объектов –
микромир или мир микроскопических частиц, для которых характерны
преимущественно квантовые свойства. Поведение и свойства физических тел, состоящих из
микрочастиц и составляющих макромир, описываются классической физикой.
К двум совершенно разным объектам – микромиру и макромиру можно добавить и мегамир –
мир звезд, галактик и Вселенной, расположенный за пределами Земли.
При оценке грандиозности масштабов Вселенной всегда возникает классический философский
вопрос:
конечна или бесконечна Вселенная? Понятием бесконечности оперируют в основном
математики и философы. Физики-экспериментаторы, владеющие экспериментальными методами
и техникой измерений, получают всегда конечные значения измеренных величин. Огромное
значение науки и в особенности современной физики заключается в том, что к настоящему
времени уже получены многие количественные характеристики объектов не только макро- и
микромира, но и мегамира.