Гелиоцентрическая система Коперника сама отнюдь не явилась окончательным решением вопроса о мироздании. В процессе дальнейшего развития она в качестве составной части вошла сначала в систему Гершеля о Галактике, а затем в систему о расширяющейся Метагалактикие. Система Коперника явилась описанием Солнечной системы, система Гершеля - нашей Галактики.
Учение Коперника получило свое дальнейшее обоснование в экспериментальной физике Галилея, завершившейся созданием ньютоновской механики, объединившей едиными законами движения перемещение небесных тел и земных объектов.
Г а л и л е й (1564-1642)
Физика Аристотеля показалась Галилею неубедительной, и Галилей стал убежденным последователем Коперника. На основании сведений об изобретенной в Голландии зрительной трубе Галилей строит свой первый трехкратный телескоп, затем усовершенствует его до 32-кратного, делает при помощи его ряд открытий (колоссальную удаленность звезд, 4 спутника у Юпитера, вращение Солнца, солнечные пятна, фазы Венеры, распад Млечного пути на звезды, изучает движение спутников Юпитера).
Галилей считал, что мир бесконечен, а материя вечна. Во всех процессах ничто не уничтожается и не порождается - происходит лишь изменение взаимного расположения тел или их частей. Материя состоит из абсолютно неделимых атомов, ее движение - единственное, универсальное механическое перемещение. Небесные светила подобны Земле и подчиняются единым законам механики.
Галилей написал книгу «Диалог о двух главнейших системах мира», в которой системы Коперника и Птоломея представлены в разговорах трех собеседников. Книга вышла под названием «Диалог о приливах и отливах». По требованию инквизиции он был вынужден отречься от учения Коперника и 9 лет считался узником инквизиции с запретом разговоров о движении Земли и печатания трудов. Но в 1638 году в Голландии появляется перевод его «Диалога» [2].
К е п л е р (1571-1630)
Вся жизнь Кеплера была посвящена обоснованию и развитию гелиоцентрического учения Коперника. Важнейшим аргументом в пользу центрального положения Солнца являются три закона Кеплера, положившие конец прежнему представлению о равномерных круговых движениях небесных тел. Солнце, занимая один из фокусов эллиптической орбиты планеты, является, по Кеплеру, источником силы, движущей планеты. Законы Кеплера, навсегда вошедшие в основу теоретической астрономии, получили объяснение в механике Ньютона, в частности в законе всемирного тяготения. Уже сам Кеплер рассуждал о «тяжести», действующей между небесными телами, и объяснил приливы и отливы земных океанов воздействием Луны [2].
Д е к а р т (1596-1650)
Основная черта философского мировоззрения Декарта - дуализм души и тела, «ìûñëÿùåé» и «протяженной» субстанции. Отождествляя материю с протяжением, Декарт понимает ее не столько как вещество физики, сколько как пространство стереометрии. В противоположность средневековым представлениям о конечности мира и качественных разнообразий природных явлений Декарт утверждает, что мировая материя (пространство) беспредельна и однородна, она не имеет пустот и делима до бесконечности (это противоречило идеям возрожденной во времена Декарта античной атомистики, которая мыслила мир состоящим из неделимых частиц, разделенных пустотами). Каждую частицу материи Декарт рассматривает как инертную и пассивную массу. Движения, которые Декарт сводил к перемещениям тел, возникает всегда только в результате толчка, сообщаемого данному телу другим телом. Общей же причиной движения в дуалистической концепции Декарта является бог [2].
Г ю й г е н с (1629-1695) - нидерландский механик, физик и математик проделал цикл оптических работ, который завершил «Трактатом о свете», в которой впервые изложил и применил к объяснению оптических явлений волновую теорию света. К «Трактату о свете» он добавил в виде приложения рассуждение «О причинах тяжести», в котором он близко подошел к открытию закона всемирного тяготения. В своем последнем трактате «Космотеорос» (1698), опубликованном посмертно, Гюйгенс основывается на теории о множественности миров и их обитаемости. В 1717 году трактат был переведен на русский язык по приказанию Петра I [2] .
Г у к (1635-1703) - английский естествоиспытатель, предвосхитил закон всемирного тяготения Ньютона. D 1679 году он высказал мнение, что если сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния, то планета должна двигаться по эллипсу. Гук придерживался волновой теории света и оспаривал корпускулярную, теплоту считал результатом движения частиц вещества [2].
Н ь ю т о н (1643-1727)
Был этот мир глубокой тьмой окутан.
Да будет свет! И вот явился Ньютон.
(Эпиграмма XVIII века.)[1]
Вершиной научного творчества Ньютона являются «Начала», в которых Ньютон обобщил результаты, полученные его предшественниками и свои собственные исследования и создал впервые единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Здесь Ньютон дал определения исходных понятий - количества материи, эквивалентного массе, плотности; количества движения, эквивалентного импульсу, и различных видов силы. Формулируя понятие количества материи, Ньютон исходил из представления о том, что атомы состоят из некой единой первичной материи; плотность Ньютон понимал как степень заполнения единицы объема тела первичной материей.
Ньютон рассматривал движение тел под действием центральных сил и доказал, что траекториями таких движений являются конические сечения (эллипс, гипербола, парабола). Он изложил свое учение о всемирном тяготении, сделал заключение, что все планеты притягиваются к Солнцу, а спутники - к планетам с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния и разработал теорию движения небесных тел. Ньютон показал, что из закона всемирного тяготения вытекают законы Кеплера и важнейшие отступления от них. Кеплер, изучая движение планет Солнечной системы, сформулировал свои знаменитые простые законы. Простые потому, что все многообразие движений всех планет свелось к трем арифметическим соотношениям. Но возник вопрос: откуда взялись эти соотношения? Ответ на этот вопрос дал Ньютон созданием ньютоновской механики и формулировкой закона всемирного тяготения. Если бы результатом деятельности Ньютона было только объяснение законов Кеплера, то, по существу, никакого упрощения не произошло бы. Три закона заменились бы одним, из которого они весьма сложно выводятся. Но механика Ньютона объясняла ограниченное количество явлений для механической картины Вселенной. Так он объяснил особенности движения Луны, рассмотрел задачи притяжения сплошных масс, теории приливов и отливов, предложил теорию фигуры Земли [2].
Ньютоновская механика получила название классической. Со временем она не только не утратила своего значения, но стала, если можно так выразиться, достовернее. Последующее развитие физики выявило пределы применимости механики Ньютона.
Л о м о н о с о в (1711-1765) - первый русский ученый - естествоиспытатель мирового значения, один из основоположников физической химии.
Ломоносов задумал написать большую «корпускулярную философию» - трактат, объединивший в одно стройное целое всю физику и химию на основе атомно-молекулярных представлений. Ему не удалось осуществить свой грандиозный замысел, но большую часть его физических трудов следует рассматривать как подготовительные материалы к этой работе. Ломоносов полагал, что всем свойствам вещества можно дать исчерпывающее объяснение с помощью представления о различных чисто механических движениях корпускул, в свою очередь состоящих из атомов.
В своем произведении «Размышления о причине теплоты и холода» (1744) он пришел к предположению, что теплота обусловлена вращательными движениями частиц вещества. Эта гипотеза была использована в ХIХ веке в попытках построения кинетической теории газов.
В основу молекулярно - кинетической теории Ломоносов положил свою формулировку философского принципа сохранения материи и движения: «Все перемены, в натуре встречающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому... сей всеобщий естественный закон простирается в сами правила движения: ибо тело, движущее своей силою другое, столько же оныя у себя теряет, сколько сообщает другому, которое у него движение получает» [2].
Б р о у н (1773-1858) - английский ботаник. В 1827 году открыл броуновское движение - беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе.
Закономерности броуновского движения служат наглядным подтверждением фундаментальных положений молекулярно-кинетической теории.
Видимые только под микроскопом взвешенные частицы движутся независимо друг от друга и описывают сложные зигзагообразные траектории. Броуновское движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды, оно увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением ее вязкости и размеров частиц [2].
В 1905-1906 годах последовательное объяснение броуновского движения было дано Эйнштейном на основе молекулярно-кинетической теории, согласно которому молекулы жидкости или газа находятся в постоянном тепловом движении, причем импульсы различных молекул неодинаковы по величине и направлению. Если поверхность частицы, помещенной в такую среду, мала, как это имеет место для броуновской частицы, то удары, испытываемые частицей, не будут точно компенсироваться. Поэтому в результате «бомбардировки» молекулами броуновская частица приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей скорости примерно 1014 раз в секóíäó.
Ф а р а д е й (1791-1867) - английский химик и физик. Открыл законы электролиза, которые явились веским доводом в пользу дискретности вещества и электричества [2].
Первые экспериментальные результаты, из которых можно было сделать вывод о сложной структуре атомов, о наличии внутри атомов электрических зарядов были получены Фарадеем в 1833 году ïðè èçó÷åíèè çàêîíîâ ýëåêòðîëèçà.
Фарадей утверждает, что «материя присутствует везде и нет промежуточного пространства, не занятого ею» [2]
М е н д е л е е в (1834-1907) - русский химик.
В 1860 году Менделеев и 6 русских химиков участвовали в Международном конгрессе химиков в Карлсруэ. Съезд строго разграничил понятия: атом, молекула, которые до того времени не различались, что приводило к путанице.
Приступив к чтению курса неорганической химии в Петербургском университете и не найдя ни одного пособия, которое мог бы рекомендовать студентам, начал писать свой классический труд «Основы химии». По словам Менделеева, «...тут много самостоятельного... , а главное - периодичность элементов». В 1869 году он составил таблицу «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». На основе периодического закона Менделеев исправил атомные веса некоторых известных элементов, предсказал существование и свойства еще неизвестных элементов.
«Периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает», - предвидел Менделеев [2].
4. Развитие идеи о планетарной модели атома.
Не сразу ученые пришли к правильным представлениям о строении атома.
Один из первых экспериментальных фактов, свидетельствующих о сложности атомов, о существовании у них внутренней структуры электрической природы, был установлен Фарадеем. На основании опытов по электролизу различных солей и других соединений можно было с уверенностью утверждать, что электрические заряды имеются в атомах всех элементов. Однако надо было выяснить, что представляет собой электричество, является ли оно непрерывной субстанцией или в природе существуют неделимые «атомы электричества».
Так как при электролизе одинаковое количество атомов любого одновалентного элемента всегда переносит одно и то же количество электричества, можно было предположить, что в природе существует «атом количества электричества», одинаковый в атомах всех элементов.
Этот заряд получил название элементарного заряда. В 1891 году ирландский физик Дж. Стоней предложил для него название электрон [6].
Решающие эксперименты, доказавшие реальность существования электронов, были выполнены английским физиком Дж. Томсоном в 1899 году. Модель атома по Томсону представляла собой положительно заряженную жидкость, в которой плавают отрицательные электроны. На протяжении 12 лет эта модель представлялась весьма правдоподобной. Но в 1911 году из опытов Резерфорда, сыгравшего большую роль в понимании строения атома,
непосредственно вытекает п л а н е т а р н а я модель атома [4]. Основные положения теории атома сформулировал Нильс Бор.
Этот величайший переворот в физике произошел на рубеже ХХ века.
Именно в это время великие принципы классической физики обнаружили свою несостоятельность перед лицом новых фактов. Физики перешли границы новой неведомой области, имя которой - микромир.
Удар по представлениям, ставшим привычными, оказался тем более чувствительным, что в конце ХIХ века даже выдающиеся физики были убеждены в том, что основные законы природы раскрыты, и остается использовать их для объяснения различных явлений и процессов.
Ведь до этого фундаментальные принципы классической механики Ньютона, электродинамики Максвелла и др. разделов физики получали все новые и новые подтверждения своей справедливости.
Никому не приходило в голову, что с уменьшением, к примеру, массы тел или увеличением их скорости законы Ньютона, давно считавшиеся чуть ли не самоочевидными, могут оказаться несостоятельными.
И вот выяснилось, что атомы подвержены разрушению. Странные свойства обнаружил электрон. Его масса выростала со скоростью. Основная характеристика тела - масса, считавшаяся со времен Ньютона неизменной, оказалась зависящей от скорости. А ведь массу было принято рассматривать как меру количества вещества, содержащегося в теле.
Но эти трудности оказались трамплином для новых теорий ХХ века - теории относительности и квантовой механики.
Классическая физика оказалась частным, или, точнее, предельным случаем теории относительности при скоростях, значительно меньших скорости света.
Список литературы
1. Кемп П., Арме К. Введение в биологию. М., Мир, 1986.
2. Большая Советская Энциклопедия в 30 томах. Под ред. ПрохороваА.М., 3 издание, М., Советская энциклопедия, 1970.
3. Мякишев Г.Я. Элементарные частицы. М., Просвещение, 1977.
4. Комаров В.Н. Атеизм и научная картина мира. М., Просвещение, 1979.
5. Физический энциклопедический словарь. М., Советская энциклопедия, 1970.
6. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Шефер Н.И. Факультативный курс физики. М., Просвещение, 1979.
7. Спасский Б.И. Физика для философов. М., Московский университет, 1989.
8. Крейчи Мир глазами современной физики. М., Мир, 1974.
9. Кемпфер Путь в современную физику. М., Мир, 1972.
Оглавление
1. Мир дискретных объектов - физика частиц 2
2. Модель атома (корпускула) 5
Левкипп 5
Демокрит 5
Эпикур 6
Лукреций 6
3. От физики Аристотеля до физики Ньютона 7
Аристотель 7
Птоломей 7
Коперник 8
Галилей 9
Кеплер 9
Декарт 9
Гюйгенс 10
Гук 10
Ньютон 10
Ломоносов 11
Броун 11
Фарадей 12
Менделеев 12
4. Развитие идеи о планетарной модели атома 13
5. Список литературы 15
[1] С.Маршак, соч. в 4-х òîìàõ, Москва, Гослитиздат, 1959, т. 3, с. 601
