Четверг, 20 июня 2019 года

2011-12-08    ::   «Надо подумать»    ::   Pelikan
Мастерок для кирпичиков мироздания (начало)

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.

Order Viagra Professional Cialis Professional Ingestion Cialis Professional Side effects Cialis Professional Order Kamagra 100mg Oral Jelly UK Cheap Kamagra 100mg Oral Jelly Kamagra 100mg Oral Jelly How To Use Original Viagra Use Original Viagra Pills For Sale Generic Sildenafil 100mg Tablet Cheap Generic Viagra 100mg Cialis Original 5 Mg Original Cialis 20mg Buy Generic Cialis 20mg Generic Cialis Uk Suppliers
Viagra Bestellen Viagra kaufen viagra kaufen ohne rezept viagra frankreich Cialis 40mg Cialis bestellen Cialis 20mg Viagra Generika Kamagra 100mg Priligy Dapoxetin viagra apotheke Cialis ohne rezept viagra rezept cialis rezept Levitra kaufen Sildenafil kaufen Viagra preis Propecia