Эрин зууны туршид атомтай - 1-р хэсэг

Өнгөрсөн зууныг ихэвчлэн "атомын эрин үе" гэж нэрлэдэг. Тэр үед бидний эргэн тойрон дахь ертөнцийг бүрдүүлдэг "тоосго" байгаа нь эцэстээ нотлогдож, тэдгээрт унтаа байсан хүчийг чөлөөлөв. Гэсэн хэдий ч атомын тухай санаа нь өөрөө маш урт түүхтэй бөгөөд материйн бүтцийн талаархи мэдлэгийн түүхийг эртний үеийнхтэй холбоотой үгсээс өөрөөр эхлүүлэх боломжгүй юм.

1. Платон (баруун талд философич Леонардо да Винчигийн шинж чанартай) болон Аристотель нарыг дүрсэлсэн Рафаэлийн "Афины сургууль" фрескийн хэлтэрхий.

"Аль хэдийн хөгшин..."

... бүх байгаль үл анзаарагдам жижиг хэсгүүдээс тогтдог гэсэн дүгнэлтэнд философичид хүрсэн. Мэдээжийн хэрэг, тэр үед (мөн түүнээс хойш удаан хугацаанд) эрдэмтэд өөрсдийн таамаглалыг шалгах боломж байгаагүй. Тэд зөвхөн байгалийн ажиглалтыг тайлбарлаж, асуултанд хариулах оролдлого байв: "Бодис тодорхойгүй хугацаагаар задарч чадах уу, эсвэл задралын төгсгөл гэж юу?«

Хариултуудыг янз бүрийн соёлын хүрээлэлд (ялангуяа эртний Энэтхэгт) өгсөн боловч шинжлэх ухааны хөгжилд Грекийн философичдын судалгаа нөлөөлсөн. "Залуу техникч" сэтгүүлийн өнгөрсөн жилийн баярын дугааруудаас уншигчид элементүүдийг нээсэн олон зуун жилийн түүхийн талаар олж мэдсэн ("Элементүүдтэй холбоотой аюул", MT 7-9/2014), энэ нь мөн эртний Грекээс эхэлсэн. МЭӨ XNUMX-р зуунд материйн (элемент, элемент) үүссэн гол бүрэлдэхүүн хэсгийг ус (Талес), агаар (Анаксимен), гал (Гераклит) эсвэл шороо (Ксенофан) гэх мэт янз бүрийн бодисуудаас хайж байсан.

Эмпедокл тэдгээрийг бүгдийг нь эвлэрүүлж, матери нь нэг биш, дөрвөн элементээс бүрддэг гэж тунхагласан. Аристотель (МЭӨ 1-р зуун) орчлон ертөнцийг бүхэлд нь дүүргэх өөр нэг тохиромжтой бодис болох эфирийг нэмж, элементүүдийг хувиргах боломжийг тунхаглав. Нөгөөтэйгүүр, орчлон ертөнцийн төвд орших Дэлхийг үргэлж өөрчлөгдөөгүй тэнгэр ажиглаж байв. Аристотелийн эрх мэдлийн ачаар материйн бүтцийн тухай болон бүхэл бүтэн онолыг хоёр мянга гаруй жилийн турш зөв гэж үзсэн. Бусад зүйлсийн дунд алхими, улмаар химийн өөрөө (XNUMX) хөгжлийн үндэс болсон.

2. Демокрит Абдерагийн цээж баримал (МЭӨ 460-370)

Гэсэн хэдий ч өөр нэг таамаглалыг зэрэгцээ боловсруулсан. Левкиппус (МЭӨ XNUMX зуун) бодисыг бүрдүүлдэг гэж үздэг маш жижиг хэсгүүд вакуумд шилжих. Философичийн үзэл бодлыг түүний шавь - Демокрит Абдера (МЭӨ 460-370 он орчим) боловсруулсан (2). Тэрээр бодисын атомыг бүрдүүлдэг "блокуудыг" (грекээр atomos = хуваагдашгүй) гэж нэрлэсэн. Тэрээр тэдгээр нь хуваагдашгүй, өөрчлөгддөггүй бөгөөд орчлон дахь тэдний тоо тогтмол байдаг гэж үзсэн. Атомууд вакуум орчинд хөдөлдөг.

Хэзээ атомууд тэдгээр нь хоорондоо холбогдсон (дэгээ, нүдний системээр) - бүх төрлийн бие үүсдэг бөгөөд бие биенээсээ тусгаарлагдсан үед бие нь устдаг. Демокрит хэлбэр, хэмжээгээрээ ялгаатай хязгааргүй олон төрлийн атомууд байдаг гэж үздэг. Атомын шинж чанар нь бодисын шинж чанарыг тодорхойлдог, жишээлбэл, чихэрлэг зөгийн бал нь гөлгөр атомуудаас бүрддэг, исгэлэн цуу нь өнцгөөс бүрддэг; цагаан биет нь гөлгөр атомыг, хар бие нь барзгар гадаргуутай атомыг үүсгэдэг.

Материалыг холбох арга нь бодисын шинж чанарт нөлөөлдөг: хатуу биетүүдэд атомууд хоорондоо нягт зэргэлдээ, зөөлөн биетүүдэд сул байрладаг. Демокритийн үзэл бодлын мөн чанар нь "Үнэн хэрэгтээ зөвхөн хоосон зүйл, атомууд л байдаг, бусад бүх зүйл бол хуурмаг зүйл" гэсэн мэдэгдэл юм.

Хожуу зуунд Демокритын үзэл бодлыг үе үеийн философичид боловсруулсан бөгөөд зарим лавлагаа Платоны бүтээлүүдээс олддог. Эпикур - өв залгамжлагчдын нэг - үүнд хүртэл итгэж байсан атомууд тэдгээр нь бүр жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрддэг ("элементар бөөмс"). Гэсэн хэдий ч материйн бүтцийн атомист онол Аристотелийн элементүүдэд алдагдсан. Түлхүүрийг аль хэдийн туршлагаас олж мэдсэн. Атом оршин тогтнохыг баталгаажуулах хэрэгслүүд гарч ирэх хүртэл элементүүдийн хувирал амархан ажиглагдаж байв.

Жишээлбэл: усыг халаах үед (хүйтэн ба нойтон элемент) агаар (халуун ба нойтон уур), хөрс нь савны ёроолд үлдсэн (усанд ууссан бодисын хүйтэн, хуурай хур тунадас). Дулаан, хуурайшилт зэрэг дутагдаж буй шинж чанаруудыг галаар хангаж, савыг халааж байв.

Тогтмол ба хувирамтгай байдал атомын тоо XNUMX-р зууныг хүртэл микробууд "оргүйгээс" гарч ирдэг гэж үздэг байсан тул тэд мөн ажиглалттай зөрчилдөж байв. Демокритийн үзэл бодол нь металыг хувиргахтай холбоотой алхимийн туршилт хийхэд ямар ч үндэслэл өгөөгүй. Хязгааргүй олон төрлийн атомуудыг төсөөлж, судлах нь бас хэцүү байсан. Анхан шатны онол нь хүрээлэн буй ертөнцийг илүү энгийн бөгөөд илүү үнэмшилтэй тайлбарласан мэт санагдсан.

3. Роберт Бойлын хөрөг (1627–1691) Ж.Керсебоом.

Унаж, дахин төрөх

Олон зууны турш атомын онол нь үндсэн шинжлэх ухаанаас салж байв. Гэсэн хэдий ч тэр эцэст нь үхээгүй, түүний санаанууд амьд үлдэж, эртний бичээсүүдийн араб философийн орчуулга хэлбэрээр Европын эрдэмтдэд хүрчээ. Хүн төрөлхтний мэдлэг хөгжихийн хэрээр Аристотелийн онолын үндэс суурь нурж эхэлсэн. Николаус Коперникийн гелиоцентрик систем, хаанаас ч бий болсон суперновагийн анхны ажиглалтууд (Тихо де Браше), гаригуудын (Иоханнес Кеплер), Бархасбадийн сарны (Галилей) хөдөлгөөний хуулиудыг нээсэн нь арван зургаа, арван долдугаар Олон зууны туршид хүмүүс ертөнц үүссэнээс хойш өөрчлөгдөөгүй тэнгэрийн дор амьдрахаа больсон. Дэлхий дээр ч гэсэн Аристотелийн үзэл бодлын төгсгөл байв.

Алхимичдын олон зуун жилийн оролдлого нь хүлээгдэж буй үр дүнг авчирсангүй - тэд энгийн металлыг алт болгон хувиргаж чадсангүй. Илүү олон эрдэмтэд элементүүдийн оршин тогтнолд эргэлзэж, Демокритын онолыг санаж байв.

4. 1654 онд Магдебургийн хагас бөмбөрцөгт хийсэн туршилт нь вакуум ба атмосферийн даралт (16 морь агаарыг соруулж байсан зэргэлдээх хагас бөмбөрцгийг эвдэж чадахгүй!) байгааг нотолсон.

Роберт Бойл 1661 онд химийн элементийг химийн шинжилгээгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд нь задлах боломжгүй бодис гэж практик тодорхойлолтыг өгсөн (3). Тэрээр матери нь хэлбэр, хэмжээгээрээ ялгаатай жижиг, хатуу, хуваагдашгүй хэсгүүдээс бүрддэг гэж үздэг. Тэд нэгдэж, бодисыг бүрдүүлдэг химийн нэгдлүүдийн молекулуудыг үүсгэдэг.

Бойл эдгээр жижиг хэсгүүдийг корпускулууд буюу "корпускулууд" гэж нэрлэсэн (Латин үгийн жижиг хэсэг нь корпус = бие). Бойлын үзэл бодолд вакуум насосыг зохион бүтээсэн (Отто фон Гуерике, 1650) болон агаарыг шахах поршений насосыг сайжруулсан нь эргэлзээгүй нөлөөлсөн. Вакуум байгаа бөгөөд агаарын хэсгүүдийн хоорондох зайг (шахалтын үр дүнд) өөрчлөх боломжтой байсан нь Демокритын онолыг дэмжсэн (4).

Тухайн үеийн хамгийн агуу эрдэмтэн Сэр Исаак Ньютон мөн атомын эрдэмтэн байжээ. (5). Бойлийн үзэл бодолд үндэслэн тэрээр биеийг илүү том формацид нэгтгэх тухай таамаглал дэвшүүлэв. Эртний сүвэг, дэгээний системийн оронд тэдгээрийг уях нь таталцлын хүчээр байв.

5. Сэр Исаак Ньютоны хөрөг (1642-1727), Г.Кнеллер.

Ийнхүү Ньютон бүх ертөнцийн харилцан үйлчлэлийг нэгтгэсэн - нэг хүч нь гаригуудын хөдөлгөөн, материйн хамгийн жижиг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн бүтцийг хоёуланг нь хянадаг байв. Эрдэмтэн гэрэл нь мөн биетүүдээс бүрддэг гэж үздэг.

Өнөөдөр бид түүнийг "хагас зөв" гэдгийг мэдэж байна - цацраг ба бодисын хоорондын олон тооны харилцан үйлчлэлийг фотонуудын урсгалаар тайлбарладаг.

Химийн хичээл орж ирдэг

XNUMX-р зууны бараг эцэс хүртэл атомууд физикчдийн онцгой эрх байсан. Гэсэн хэдий ч Антуан Лавуазьегийн санаачилсан химийн хувьсгал нь материйн мөхлөгт бүтцийн тухай санааг нийтээр хүлээн зөвшөөрсөн юм.

Эртний элементүүд болох ус, агаарын цогц бүтцийг олж илрүүлсэн нь эцэст нь Аристотелийн онолыг үгүйсгэв. XNUMX-р зууны төгсгөлд массыг хадгалах хууль, элементүүдийг хувиргах боломжгүй гэсэн итгэл үнэмшил нь мөн эсэргүүцэл үүсгэдэггүй. Жинлүүр нь химийн лабораторийн стандарт тоног төхөөрөмж болсон.

6. Жон Далтон (1766-1844)

Үүнийг ашигласны ачаар элементүүд нь бие биетэйгээ нийлж, тодорхой химийн нэгдлүүдийг тогтмол массын харьцаатай (тэдгээрийн гарал үүсэл - байгалийн болон зохиомлоор олж авсан - синтезийн аргаас үл хамааран) үүсгэдэг болохыг анзаарсан.

Хэрэв бид матери нь нэг бүхэл бүтэн хэсгийг бүрдүүлдэг хуваагдашгүй хэсгүүдээс бүрддэг гэж үзвэл энэ ажиглалтыг хялбархан тайлбарлах боломжтой болсон. атомууд. Атомын тухай орчин үеийн онолыг бүтээгч Жон Далтон (1766-1844) (6) энэ замаар явсан. 1808 онд нэгэн эрдэмтэн хэлэхдээ:

1. Атомууд нь үл эвдэрч, өөрчлөгддөггүй (энэ нь мэдээжийн хэрэг алхимийн хувиргалтыг үгүйсгэдэг).
2. Бүх бодис нь хуваагдашгүй атомуудаас тогтдог.
3. Тухайн элементийн бүх атомууд ижил, өөрөөр хэлбэл тэдгээр нь ижил хэлбэр, масс, шинж чанартай байдаг. Гэсэн хэдий ч өөр өөр элементүүд нь өөр өөр атомуудаас бүрддэг.
4. Химийн урвалын үед зөвхөн химийн нэгдлүүдийн молекулууд үүсдэг атомуудыг нэгтгэх арга нь тодорхой хувь хэмжээгээр өөрчлөгддөг (7).

Химийн өөрчлөлтийн явцыг ажиглахад үндэслэсэн өөр нэг нээлт бол Италийн физикч Амадео Авогадрогийн таамаглал байв. Эрдэмтэн ижил нөхцөлд (даралт ба температур) ижил хэмжээний хий ижил тооны молекул агуулдаг гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн. Энэхүү нээлт нь олон тооны химийн нэгдлүүдийн томъёог гаргаж, массыг тодорхойлох боломжийг олгосон атомууд.

7. Далтоны ашигласан атомын тэмдэг (Химийн философийн шинэ систем, 1808)

8. Платоны хатуу биетүүд - эртний "элементүүдийн" атомуудын бэлгэдэл (Википедиа, зохиогч: Максим Пе)

Хэдэн удаа тайрах вэ?

Атомын тухай санаа гарч ирсэн нь "Матери хуваагдах төгсгөл байна уу?" Гэсэн асуулттай холбоотой байв. Жишээлбэл, 10 см-ийн диаметртэй алим, хутга авч, жимсийг хэрчиж эхэлье. Эхлээд хагаст, дараа нь хагас алимыг дахин хоёр хэсэг болгон (өмнөх зүсэлттэй параллель) гэх мэт хэд хэдэн удаа, мэдээжийн хэрэг, бид дуусгах болно, гэхдээ нэг атомын төсөөлөлд туршилтыг үргэлжлүүлэхэд юу ч саад болохгүй гэж үү? Мянга, сая, магадгүй илүү их үү?

Хэрчсэн алим (амттай!) идсэний дараа тооцоогоо эхлүүлцгээе (геометр прогрессийн тухай ойлголтыг мэддэг хүмүүст асуудал бага байх болно). Эхний хэлтэс нь 5 см-ийн зузаантай жимсний хагасыг, дараагийн зүсэлт нь 2,5 см-ийн зузаантай зүсмэлийг өгөх гэх мэт ... 10 зодуулсан! Тиймээс атомын ертөнцөд хүрэх "зам" тийм ч урт биш юм.

*) Хязгааргүй нимгэн иртэй хутга ашиглана. Үнэн хэрэгтээ ийм объект байдаггүй, гэхдээ Альберт Эйнштейн судалгаандаа галт тэрэгнүүд гэрлийн хурдаар хөдөлдөг гэж үзсэн тул сэтгэн бодох туршилтын зорилгоор дээрх таамаглалыг гаргахыг зөвшөөрдөг.

Платон атомууд

Эртний хамгийн агуу оюун санааны нэг Платон Тимачосын яриа хэлэлцээнд ямар атомуудаас бүрдэх ёстойг дүрсэлсэн байдаг. Эдгээр формацууд нь ердийн олон талт хэлбэртэй (Платоник хатуу биетүүд) хэлбэртэй байв. Тиймээс тетраэдр нь галын атом (хамгийн жижиг бөгөөд хамгийн дэгдэмхий), октаэдр нь агаарын атом, икосаэдр нь усны атом (бүх хатуу биетүүд тэгш талт гурвалжин ханатай) байв. Квадрат шоо нь дэлхийн атом, таван өнцөгтийн хоёр талт нь хамгийн тохиромжтой элемент болох селестиел эфирийн атом юм (8).