Развитие взглядов на вещество в XX века

В самом конце XIX в. физики открыли электрон в качестве общей составной части всех атомов (Дж. Дж. Томсон, 1897 г.). И сейчас же возникла тут проблема (1). В самом деле, например, такое коренное химическое свойство, как валентность, получило теперь свое объяснение с точки зрения понятия валентных электронов. Но это было вместе с тем и проблемой (2), поскольку состав атомов указывал уже прямо на их электронное строение, т. е. строение их атомной оболочки. Решающая проблема (3) встала здесь благодаря работам Нильса Бора во втором и начале третьего десятилетия XX в., причем путеводной нитью в решении этой проблемы послужила менделеевская периодическая система элементов. Основная работа Бора (1921) была прямо посвящена связыванию свойств атомов с их строением. Она так и называлась: «Строение атомов в связи с физическими и химическими свойствами элементов».

 

Когда цикл исследований, посвященных атому, был завершен, особенно после создания квантовой механики в 20-х годах нашего века, мысль ученых двинулась еще дальше в глубь вещества, в глубь атомного ядра. Его свойства (масса, заряд, стабильность или радиоактивность, спин и т. д.) были открыты до того, как был выяснен его состав. Вернее сказать, состав ядра вплоть до открытия нейтрона (1932) ученые представляли себе неправильно.

Сейчас же после открытия нейтрона проблема (1) встала и в области ядерной физики. Вопрос о строении атомного ядра еще не выяснен до сих пор, а потому проблема (2) и особенно, конечно, проблема (3) не получили еще своего решения. Даже их постановка порой остается не вполне ясной. Значит, здесь цикл исследований хотя уже начат, но еще не замкнут. В еще большей степени это касается элементарных частиц. Тут сама проблема усложняется и видоизменяется, поскольку понятия «состав» и «строение» в их общепринятом значении к этим частицам, по-видимому, неприменимы.

 

Заметим, что граница между химией и физикой была перейдена при раскрытии состава атома, т. е. после открытия электрона. Дальнейшее движение в глубь вещества совершалось уже в пределах физики. Проблемы (1), (2) и (3) применительно к атомам ставились поэтому так, что требовалось объяснить химические свойства атомов и элементов на основании представлений о физических частицах, которыми обусловлены состав и строение атомов. Значит, речь шла о выяснении физических материальных носителей у химических свойств. Так образовался новый стык между двумя смежными науками в общей системе естествознания — химией и физикой, углубилось и расширилось их взаимодействие при решении общей задачи, касающейся познания атомов и химических элементов. Периодический закон Менделеева из химического, каким он был в XIX в., все больше превращался в XX в. в физический закон.

 

Негативная реакция на прогресс атомистики до конца XIX в. была еще более сильной по сравнению с той, какая развернулась в первой половине и в середине прошлого века. На рубеже XIX и XX вв. махисты и энергетики утверждали, что атомов и молекул вообще не существует, что вся проблема строения материи есть псевдопроблема, а сама материя есть либо комплекс ощущений субъекта (Мах и его последователи), либо комплекс различных видов энергии (Оствальд). Таким путем от имени якобы передовой научной методологии тормозился прогресс науки, задерживался переход изучения вещества от эмпирической стадии, на которой встает проблема (1), к теоретической стадии, выраженной проблемами (2) и (3). Но все попытки противников нового задержать прогресс науки оказывались тщетными, они каждый раз отбрасывались с пути прогрессирующего познания, и переход учения о веществе на более высокий уровень осуществлялся во всех без исключения случаях с неумолимой силой вопреки всем и всяким скептикам и реакционерам от науки.

 

Попытаемся теперь представить общую картину движения науки в глубь материи (см. схему 11). Подобно тому, как в третьей четверти прошлого века замкнулся цикл исследований вещества на его молекулярном уровне (мы его обозначим буквой L), так в первой трети нашего века подобный же цикл замкнулся на более глубоком атомарном уровне, который мы обозначили буквой К. При этом, как было сказано выше, процесс исследования вещества вышел за рамки химии и перешел в область физики, а именно атомной физики. В этой области процесс исследования продолжался дальше в глубь материи.

 

Однако в отношении следующего уровня исследований вещества — ядерно-физического уровня (/) дело обстоит так, что твердо установленным может считаться в настоящее время только состав атомных ядер из нуклонов (протонов и нейтронов). Что же касается их распределения внутри ядра и распределения связей между ними, т. е. того, что может быть названо структурой ядра, то, как было уже сказано, этот вопрос еще не получил своего ответа.

 

Поэтому для уровня / мы должны обозначить неизвестное еще строение ядра буквой х, как это мы делали раньше. Соответственно этому проблемы (2) и (3) в отношении атомного ядра остаются пока открытыми: они поставлены, но до конца еще не решены. Поэтому соответствующие линии между углами нашего познавательного треугольника мы изобразим опять-таки, как и выше, прерывистыми линиями.

 

Еще более глубокий уровень, соответствующий элементарным частицам, мы обозначим следующей буквой латинского алфавита, стоящей еще ближе к его началу — буквой /. Здесь твердо известно существование около ста различного вида элементарных частиц с их различными свойствами. Вопрос о «составе» частиц и в особенности о их внутреннем строении еще не выяснен. Но самый факт существования у них какого-то сложного, по-видимому, слоистого строения установлен экспериментально. Большие исследования в этом направлении провели физики, работающие в г. Дубне. В связи с тем, что «состав» и «строение» элементарных частиц еще не выяснены, соответствующие их стороны мы обозначим, как и раньше, буквами х, а соединительные черты, остающиеся пока чисто гипотетическими, изобразим опять-таки прерывистыми линиями.

 

Наконец, в последнее время все чаще стала выдвигаться идея о существовании еще более мелких частиц материи («кварков»), из которых, по предположению, образуются сами элементарные частицы. Однако здесь пока все находится в состоянии чисто гипотетических построений. Поэтому можно предположительно выделить (под знаком вопроса) еще более глубокий уровень вещества (Я), причем даже свойства частиц («кварков»), относящихся сюда, остаются пока неизвестными, равно как и само существование этих частиц. Поэтому буквой х приходится обозначать уже первую сторону данного гипотетического вида вещества, не говоря уже о двух остальных его сторонах.

 

В результате составляется следующая картина состояния вопроса на данный момент в той области науки о веществе, где исследование идет по направлению вглубь материи.

Надо добавить, что кроме движения в глубь вещества, в сторону более простых образований материи, одновременно шло движение научного познания в сторону изучения более сложных ее образований, в основе которых лежат более крупные, нежели обычные молекулы, частицы вещества. И в этом направлении, так же, как и в предыдущем случае, движение познания совершается в рамках тех же трех категорий — свойство, состав, строение, причем в порядке позитивной реакции ученых и здесь возникают последовательно те же три проблемы, из которых решающей и ведущей оказывается неизменно проблема (3). В этом плане развивалась в XX в. химия высокополимерных, высокомолекулярных соединений. Для изучения этих последних и практического овладения их синтезом сегодня (так же, как и в случае обычных, т. е. низкомолекулярных органических, соединений) стоит задача — раскрыть связь между их свойствами и строением, что позволяет создавать синтетическим путем вещества с наперед заданными свойствами.

 

Обозначим буквой М этот более высокий уровень исследования вещества, на котором исследуются высокополимерные, высокомолекулярные соединения и который по этой причине может быть назван макрохимическим.

 

Двигаясь еще дальше по этому же направлению, в сторону еще более сложных и крупных частиц органического вещества (биополимеров), наука приходит к области, пограничной между химией и биологией; эта область получила название молекулярной биологии. Сюда, в частности, относится физико-химическая, или корпускулярная, генетика. Вместе с этим процесс научного развития выходит за границы собственного учения о веществе и переходит в область учения о жизни и о таких фундаментальных ее свойствах, как наследственность.

 

Категория: Наука и Техника | Добавил: fantast (24.01.2019)
Просмотров: 82 | Рейтинг: 0.0/0