Мы хорошо знаем, что все вещества состоят из молекул, и эта истина кажется нам очень давно и прочно установленной. Со школьных лет вспоминается опыт Бенджамина Франклина, который ещё в 18 веке проявил интерес к тонким плёнкам масла на поверхности воды. Считая, что плёнка имеет толщину в одну молекулу, он делил объём разлитого масла на площадь образовавшегося пятна и получал размер молекулы масла - порядка нанометра.

Поэтому нас может удивить оборот речи в формулировке нобелевского комитета, присудившего премию 1926 года французскому физику Перрену  "за работу по дискретной природе материи". Такая формулировка подразумевает, что до его опытов 1908-13 годов в существовании молекул были серьёзные сомнения. И это действительно так. Например, М.Бертло (1827-1907), с 1889 непременный секретарь Парижской Академии наук, побывавший и профессором в Коллеж де Франс, и министром просвещения, и министром иностранных дел, до самой смерти считал само представление о молекулах  "вздорной и мистической концепцией". Тут дело не только в Бертло: как это ни странно для людей 21 века, но только после опытов Перрена концепция атомов и молекул превратилась из гипотезы в теорию, их перестали считать фиктивными объектами, введёнными для удобства и полезными при изучении химических реакций.

Надо сказать, что идея об атомах как кирпичиках мироздания возникла довольно поздно и приживалась очень трудно. Впервые в печатной истории она встречается у французского врача и писателя Магнена, поселившегося в Италии. Он вложил её в уста философа Демокрита (для нас неважно, имел герой Магнена античный прототип или нет), героя своей книги, изданной в 1646 в Павии, а также оказал влияние на становление атомистических взглядов Гассенди. Важно, что атомизм Гассенди непохож на ранние учения о неделимых (Галилея и др.), рассматривавших проблему неделимого прежде всего логико-математически. Гассенди попросту считал атом физическим телом.

Конечно, к середине 20 века атомизм утвердился и его стали приписывать всем "прогрессивным людям". Англофил С.И.Вавилов нашёл его... даже у Ньютона (УФН, 1947, т.31)! Внимательным читателям НУП известно, что этот многострадальный доклад сыграл свою роль в карьере президента АН СССР; здесь мы приведём небольшой фрагмент, чтобы показать читателю наиболее сильные вавиловские аргументы в пользу ньютоновского атомизма:

«Сам Ньютон, правда, нигде в явной форме не защищает корпускулярной теории света. Однако, решительно отвергая взгляды Аристотеля, Декарта и Гука, Ньютон нигде в "Лекциях по оптике" не ставит под сомнение взглядов Демокрита и Эпикура. Кроме того, по отдельным выражениям и словам, срывающимся у Ньютона в тексте "Лекций", легко угадать, что, говоря о "световых лучах", Ньютон имел перед своим умственным взором образ летящих частиц. Он пишет о световых лучах, что они "resilicent" (отскакивают) или "flucissent" (текут), и упоминает о лучах "succesive incidentes" (последовательно падающих)...

Вместо разнообразных твёрдых, абсолютно неразрушимых первоначал древних атомистов Ньютон выдвигает гениальную концепцию  иерархии  систем последовательно  уменьшающейся  прочности.»

И так далее, и тому подобное. Англичане остались довольны. Отметим, что был у англичан "пунктик" - им хотелось видеть себя лидерами не только в исследовании структуры атома, но и в установлении  молекулярной структуры вещества. Но мы отвлеклись.

Следующим после Гассенди и Франклина существенным шагом вперёд в понимании молекулярного строения вещества был закон кратных отношений Дальтона (1803), закон Авогадро (1811) и его идея  измерять количество вещества числом молекул. Конечно, ни закон Дальтона, ни закон Авогадро ничего не доказывали; просто они с атомистической точки зрения выглядели  естественно.

Когда Авогадро ввёл число, задающее соотношение между масштабами микро- и макромиров, то даже попыток его определения не делалось. Как и в астрономии, измерить величину, связывающую существенно разные масштабы, оказалось непросто. Лишь в 1865 австрийский физик Лошмидт определил размеры молекул воздуха, это давало для числа Авогадро значение в 60 раз меньше современного. Для первого раза это не так плохо... только вот беда: нет никаких "молекул воздуха", а работы Лошмидта прекрасно иллюстрируют тогдашнюю путаницу в умах. Лишь к концу 19 века устоялось представление о молекулах как о скелетиках из атомов.

В течение 19 века идеи атомизма постепенно овладевали умами, но учёные не могли их безоговорочно принять; многие десятилетия ушли на выяснение различий между атомом и молекулой, механизма взаимодействия молекул и их строения - но наиболее важно было то, что атомов никто не видел, и было непонятно, как их вообще можно наблюдать. Более того, было понятно, что при помощи световых волн наблюдать их невозможно: размеры атома в тысячи раз меньше длины световой волны и поэтому мельчайшие детали картинки, которую могут нарисовать световые волны на сетчатке глаза или каком-нибудь другом экране, в тысячи раз превосходят размеры атомов. Лишь после открытия рентгеновских лучей (1895) и разработки рентгеноструктурного анализа (1912) появился хоть какой-то инструмент для непосредственного изучения атомной структуры.

Отметим, что Перрену удалось обойтись без этого инструмента: он привёл убедительные аргументы в пользу реального существования молекул, наблюдая за броуновским движением.

Сомнениям в атомизме способствовала и математика 19 века, которая развивала логически непротиворечивое учение о континууме, приглашала физиков к изучению сплошных сред и перекликалась с логико-математическими рассуждениями оппонентов Магнена и Гассенди: Галилея, Декарта, Кавальери. 

Можно вспомнить и о демоне Максвелла (придуман им в 1866) - устройстве, способном сортировать молекулы по скоростям и таким образом уменьшать энтропию газа. Физики сразу же поняли, что демон мог бы служить вечным двигателем второго рода: превращать энергию хаотического теплового движения в полезную работу.

Даже теоретическая возможность его создания указывала на противоречие между вторым началом термодинамики и молекулярной структурой вещества, причём до статьи Сциларда 1929 года общепринятых объяснений этого парадокса не было. Сцилард показал, что за информацию о молекулах, необходимую для их сортировки, демон будет вынужден платить повышением энтропии окружающей среды.

«В реале» максвелловские демоны появились лишь в последние 10 лет. В 2005 группа исследователей из Техаса научилась сортировать возбуждённые и невозбуждённые атомы, направляя их с помощью двух лазеров в разные половинки сосуда (излишки энтропии уносили с собой фотоны, обеспечивающие сортировку), а в 2010 группа исследователей из Токио продемонстрировала устройство, способное перерабатывать информацию в энтропию (а значит и в тепло); при комнатной температуре один бит информации создавал полезную энергию порядка 10^-21 Дж.