Атомізм, механіцизм, квантова теорія будови речовини
Положення про будову речовини знаходять яскраве вираження в боротьбі двох систем: дискретності (переривчастості) – корпускулярна концепція, і континуальності (безперервності) – континуальної методика.
З ними безпосередньо пов’язані теорії взаємодії матеріальних предметів, які реалізувалися як спосіб дальнодействия (передача елементів без фізичної середовища) і механізм близкодействия (переміщення від точки до точки).
Концепція переривчастості була розроблена і представлена І. Ньютоном, підхід якого встановив вихідне положення атомізму, яке грунтується на визнанні дальнодействующих величин і сил.
В історії фізики найбільш важливою і плідною для сприйняття процесів природи була система атомізму, згідно з якою будь-яка матерія має переривчастим, дискретним будовою, тобто складається з елементарних частинок – атомів. До кінця XIX століття в відповідності з цією концепцією вважалося, що фізичні речовини включають в себе окремі неподільні елементи, але з точки зору сучасного вчення, фотони – “атоми” світла, електрони – “атоми” електрики і т. Д.
Концепція атомізму
Концепція атомізму, вперше сформована давньогрецьким вченим Левкиппом в V ст. до н. е., успішно розвинена його прихильником Демокритом і потім давньогрецьким мислителем-матеріалістом Епікура (341-270 до н. е.), була відбита в відомій поемі “Про природу простих речей”. Дана робота написана римським поетом і філософом Лукрецієм Кара (I ст. До н. Е.), Але і аж до нашого століття залишалася умоглядної теорією, хоча і підтвердженої певними експериментальними фактами (наприклад, законом Авогадро, броунівським рухом і ін.).
Багато провідних хіміки і фізики навіть в кінці минулого століття не вірили в реальність існування атомів. До того ж багато наукові результати і розраховані відповідно до кінетичної гіпотезою газоподібних речовин дані стверджували зовсім інше поняття для найдрібніших частинок – молекул.
Реальне наявність цих елементів було остаточно і експериментально підтверджено в 1906 р дослідами французького хіміка Жана Перрена з дослідження закономірностей броунівського руху. В результаті можливо виділити основні види атомізму, які виникли разом з історичними періодами в розвитку фізики:
- Натурфилософский атомізм давнини; Механічний атомізм 17-18 ст.; Хімічний атомізм. 19 ст.; Фізичний сучасний атомізм.
На сьогоднішній день молекула являє собою найменшу частку фізичного речовини, яка володіє його ключовими хімічними характеристиками і складається з атомів, з’єднаних між собою міцними хімічними зв’язками.
Кількість атомів в одній молекулі становить від двох ($ O_2, H_2, HF, KCI $) до тисяч (деякі гормони, вітаміни і білки). Молекули інертних газів називаються одноатомними елементами.
Розвиток і основні положення механіцизму
Природознавство з давніх часів встановлювало ставлення суспільства до природи, і його значення все більш збільшувалася з тих пір, як положення найважливіших наукових гіпотез стали багаторазово підтверджуватися експериментально. Головні філософські течії базувалися на фізичному вченні і неспростовних фактах.
Однак подальше становлення фізики і перш за все формування теорії електромагнетизму, закону відносності і квантової механіки викликали пряму необхідність ретельного перегляду філософських напрямків.
Одне з ключових навчань – що має особливе значення, отримало в науці назву “механіцизм.” Суть даної течії можливо сформулювати наступним чином: фізичний світ є гігантським механізмом, частини якого безпосередньо взаємодіють між собою.
Така концепція функціонує без помилок і збоїв, про що говорить регулярність чергування відливів і припливів, рух планет, передбачуваність місячних і сонячних затемнень. Частини такого інструменту – це нескінченно рухома матерія, пересування якої обумовлено тиском сил.
Базою механіцизму виступає матерія як деякої речової і тілесної субстанції. Аристотель вибудовував матерію з “чотирьох елементів” – води, землі, вогню і повітря, але не зі справжніх, а з таких сутностей, які наділені якостями, які сприймаються за допомогою людських органів почуттів в чотирьох реальних аналогах вказаних “елементів”.
Таким чином, механіцизм передбачає, що реальність – це лише складна комплексна машина, яка управляє об’єктами в часі і просторі. Так як суспільство становить більшу частину фізичної природи, все людське має бути науково пояснити через поняття руху, матерії і математики.
Квантова теорія будови атомів
Квантова гіпотеза будови атома – це великий розділ квантової механіки, який пояснює різноманітність характеристик найдрібніших частинок фізичного речовини.
Її основоположниками є австрійський хімік-теоретик Е. Шредінгер, французький дослідник Л. де Бройль і німецький фізик В. Гейзенберг, які довели наявність у мікрочастинок ряду додаткових особливостей, які встановлювали загальний характер сучасного атомізму у вигляді корпускулярно-хвильової природи елементів.
Принцип невизначеності Гейзенберга можна описати так:
\ Delta x m \ Delta v = \ frac {h} {2}, де:
- \ Delta x – це невизначеність положення координати; \ Delta v – це похибка вимірювання швидкості.
Те, що хвильові властивості – це різні прояви одного матеріального освіти зміг пояснити Л. де Бройль, який пояснив квантово-механічну природу у всіх видів матерії. Класична механіка раніше не допускала можливість дифракції протона, електрона, нейтрона, а експериментальні відомості тільки підтвердили гіпотезу і виявили новий метод для розуміння процесів мікросвіту.
Абсолютно іншими виявилися і характеристики предметів сучасної атомістики. Прийняті в класичних навчаннях поняття, які тлумачили положення частинки в просторі і її переміщення, втрачають тепер будь-який сенс. У класичній фізиці траєкторія руху елементів давала можливість детально описати шлях, тому дане явище можна представити у вигляді лінії. У сучасному атомізму елементарні частинки не мають траєкторії: можна тільки визначити область простору, в якому є конкретна можливість виявити частинку.
У 1911 р Резерфорд провів виняткові наукові експерименти, які довели існування ядра атома. Для вивчення атома вчений використовував його зондування за допомогою б-частинок, що виникають при розпаді полонію, радію і деяких інших елементів. Було встановлено, що ці елементи мають позитивним зарядом, що дорівнює по модулю подвоєному заряду електрона q = + 2 e, тобто: ma = 6,62 – 10 ^ {- 27} кг, що приблизно в 7300 разів більше маси самого електрона.
Пізніше було виявлено, що б частинки є ядрами атомів гелію. Цими частками Резерфорд атакував атоми більш важких речовин. внаслідок своєї малої маси електроди не здатні змінити траєкторію б частинки, так як їх розсіювання може викликати тільки позитивно заряджена частина атома. Таким чином, за даної теорії можливо визначити характер поділу позитивного заряду і маси всередині атома.