О великих переворотах в науке - Кедров Бонифатий Михайлович - Страница 8

Научная революция в физике в конце XIX в. Она совершалась как прямое развитие и расширение закона сохранения и превращения энергии. В центр внимания все больше выдвигалось учение об электричестве. Электромагнитная теория Максвелла, катодные лучи, волны Герца - все это подготовляло будущие великие открытия в физике, которые на рубеже XIX и XX вв. положат начало "новейшей революции в естествознании". Создание электролитической теории диссоциации чрезвычайно сблизило физику с химией.

В становлении понятия иона (осколка молекулы растворенного вещества) существенную роль сыграл его электрический заряд, который был целочисленным, подобно валентности соответствующих атомов или атомных групп.

Замечательные открытия, революционизирующие всю науку, были сделаны в области молекулярной физики: сжижение так называемых постоянных газов, благодаря чему была до конца устранена перегородка, разделявшая два агрегатных состояния - капельно-жидкое и газообразное; статистическая трактовка энтропии, благодаря которой была опровергнута ложная гипотеза тепловой смерти Вселенной.

Все эти и другие шаги революции II типа в конце XIX в. знаменовали собой все более и более широкое проникновение диалектики в естествознание.

Каков же был общий итог революций II типа в пределах хотя бы двух фундаментальных наук - химии и физики?

Выработка классической картины мира в итоге революций II типа. Речь идет о классических физике и химии XIX в. Хотя в них, как и в другие отрасли естествознания, особенно в биологию, широко проникла диалектика, однако ее проникновение, как и сами революции II типа, ограничивалось вещами и явлениями макромира. Что же касается микромира, то он мыслился как миниатюрное подобие макромира. Например, атомы рассматривались как шарики, движение микрочастиц материи рассматривалось как подчиненное законам механики и т. д. Короче говоря, в науке господствовала концепция качественной тождественности макро- и микромиров, и их различие сводилось к различию только по масштабу, т. е. чисто количественному. В целом классическая физическая картина мира в конце XIX в. сохраняла основы старой механической картины, несмотря на то что революция II типа в XIX в. затронула все отрасли естествознания, изучающего более сложные формы движения материи.

В области химии такой взгляд отстаивал Д. И. Менделеев, который в механической массе атомов, в их атомном весе видел самую сущность и основу химических элементов.

В классической картине макромира в XIX в. наблюдалось достаточно четкое разделение двух учений: о веществе (как предмете химии) и об энергии (как предмете физики). Вещество со времен Дальтона трактовалось как весомое, имеющее атомистическое (дискретное) строение; энергия же, напротив, как лишенная массы (невесомая), обладающая непрерывной структурой.

Поэтому в классической физике, в таких ее разделах, как термодинамика и электродинамика (включая учение о свете), господствовал метод непрерывных функций. Такая классическая картина (будем ее дальше называть "классикой") просуществовала примерно до середины 90-х гг. XIX в. Она была разрушена последующей новейшей революцией в естествознании.

Проникновение науки в область микромира

(Научные революции III типа - XX в.)

Особенности революций III типа. В отличие от революций обоих предыдущих типов, которые совершались в области познания явлений макромира, в ходе новейшей революции в естествознании диалектика шаг за шагом врывалась в область познания микромира, вскрывая его своеобразие, его качественное отличие. В целом эта революция была направлена на то, чтобы разрушить барьер, стоящий на пути познания микроявлений, сущностью которого была вера в качественную тождественность макро- и микромира. И это проявлялось в том, что "классика" XIX в. ошибочно распространялась на микроявления.

Однако в отличие от предшествующих научных революций обоих типов новейшая революция в естествознании происходила как бы дифференцированным образом: она разрушала основной барьер, стоявший между макро- и микромирами, не сразу, одним ударом, а как бы расчленив его на части, а затем суммируя свои удары по старым воззрениям. Она совершалась поэтапно, переходя с одной ступени познания материи на другую, в глубь материи. Следует отметить, что эта революция охватила все области естествознания, в том числе, например, биологию, где особенно важные революционные перевороты произошли в области генетики (учения о наследственности). Мы ограничимся лишь областью физики, точнее, атомной и субатомной физики, так что этапы новейшей революции в естествознании мы будем прослеживать в связи с тем, как наука XX в. проникала все дальше и дальше в глубь материи.

Начало новейшей революции в естествознании. (I этап)

Крушение понятия неделимого, неизменного атома. В XIX в. господствовало метафизическое представление об атомах как последних частицах материи. Поэтому атомы рассматривались как простые, неделимые частицы, которыми исчерпывалось все наше знание самой материи. Великие открытия физики конца XIX в. - лучей Рентгена, радиоактивности и радия, электрона - свидетельствовали о крушении старых классических представлений об атоме. Рушилась сама вера в исчерпаемость атомов, поскольку они оказывались изменчивыми, сложными и разрушимыми. Само по себе эмпирическое открытие радиоактивности и радия, при всей его важности, еще не делало научной революции до тех пор, пока эти открытия не получили теоретического объяснения. Оно было дано впервые в 1902 г. английскими физиками Э. Резерфордом и Ф. Содди, которые доказали, что радиоактивность есть спонтанный распад атомов, превращение одних элементов в другие. Так, радий превращается в гелий и эманацию радия, названную позднее радоном. С этого момента радий получил название "революционер-радий".

Дж. Дж. Томсон, открывший электрон, попытался создать модель атома. Она у него носила статический характер: положительный электрический заряд был как бы "размазан" по всему атому. Неподвижные же электроны были вкраплены в атом, наподобие того как маленькие зернышки могут быть включены в некоторое студенистое образование. Такая модель просуществовала до 1911 г.

Из начавшейся новейшей революции в естествознании можно было сделать два различных вывода. Первый делали ученые, не понявшие самого смысла этой революции. Они пытались сохранить старую веру в исчерпаемость "последних" частиц материи, но только теперь в качестве таковых сил стали выдвигать уже не атомы, а электроны. Прежние метафизические черты, которыми наделялись раньше атомы, теперь стали приписывать электронам. Однако эта попытка оказалась несостоятельной.

Совершенно иную позицию занял В. И. Ленин. Из начавшейся новейшей революции он сделал правильный вывод о том, что рушилась не вера в исчерпаемость одних только атомов, а вера в исчерпаемость любых, сколько угодно мелких микрочастиц материи. "Электрон так же неисчерпаем, как и атом, природа бесконечна..." Эти ленинские слова выдающийся английский физик С. Пауэлл метко назвал программой всей физики XX в. Они полностью подтвердились в ходе дальнейшей научной революции.

Вступление идеи дискретности в физику. Уже открытие электрона - носителя отрицательного электричества - нанесло первый серьезный удар по классической вере в непрерывность физических функций, в особенности, конечно, в области учения об электричестве. Второй удар по этой концепции нанесла квантовая теория, созданная в 1900 г. М. Планком, согласно которой существует универсальная константа - квант действия, входящий в различные физические величины, в том числе и в выражение энергии, и обусловливающий их прерывистый, дискретный характер. Поэтому такие процессы, как излучение и поглощение света, протекают не непрерывно, а отдельными порциями. Свое открытие Планк сделал, изучая излучение тепла так называемым абсолютно черным телом. Пока излучение тепла и света происходило в огромных количествах, процесс этот казался непрерывным. Его прерывность обнаружилась лишь в условиях максимально возможного уменьшения количества излучаемого тепла. Приведем следующее сравнение: из широко открытого водопроводного крана вода бежит полной струей. Если кран подвернуть, струя станет тоньше, но все же останется непрерывной, цельной. Но если кран завернуть почти до конца, то вода перестанет литься струей, а будет капать, т. е. истечение ее приобретет прерывистый характер. Это, конечно, образное сравнение, но оно позволяет понять, как Планк обнаружил прерывистый характер (квантовый) излучения и поглощения энергии - тепла и света.