Реферат: Мир дискретных объектов - физика частиц. Модель частицы (корпускула). От физики Аристотеля до физики 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