07-а. Из истории МКТ
§ 07-а. Из истории МКТ
До сегодняшнего дня мы изучали так называемые макроскопические тела (от греч. «макрос» — большой). Это все видимые тела, которые нас окружают: дома, машины, вода в стакане, вода в океане и так далее. Нас интересовало, что происходит с этими телами. Теперь нас будет интересовать также и то, что происходит внутри этих тел. Это изучает МКТ — молекулярно-кинетическая теория.
МКТ объясняет явления и свойства тел с точки зрения их микроскопического строения. В основе МКТ лежат три утверждения:
• Все тела состоят из малых частиц, между которыми есть промежутки.
• Частицы всех тел постоянно и беспорядочно движутся.
• Частицы тел взаимодействуют друг с другом: притягиваются и отталкиваются.
Эти утверждения называются основными положениями МКТ. Все они подтверждены многочисленными экспериментами.
При макроскопическом подходе к изучению тел нас интересуют сами тела: их размеры, объём, масса, энергия и так далее. Изучая в рамках этого подхода, например, водяные брызги, мы можем измерять их размеры, объёмы, массы (см. левый рисунок).
При микроскопическом подходе нас тоже интересуют размеры, объёмы, массы, энергии и так далее. Однако уже не самих тел, а частиц: молекул, ионов и атомов, из которых все тела состоят. Эти частицы невозможно наблюдать глазом или в лупу; верхний рисунок — это художественная гипербола (преувеличение). Для изучения строения веществ существуют электронные и ионные микроскопы. Они помогли установить, что все атомы и простые молекулы имеют размеры около 0,0001 мкм (миллионной доли метра).
МКТ не всегда была научной теорией. Зародившись ещё до нашей эры, она оставалась гипотезой (научным предположением) много столетий, вплоть до XX века. Вот как говорит об этом знаменитый английский физик Э. Резерфорд:
«Ни один физик или химик не может закрыть глаза перед той огромной ролью, какую в настоящее время играет в науке атомическая гипотеза. К концу XIX столетия её идеи пропитали очень большую область физики и химии. Представление об атомах делалось всё более конкретным. Простота и польза атомических воззрений при объяснении самых различных явлений, естественно, подняли авторитет этой теории в глазах научных работников. Появилась тенденция рассматривать атомическую гипотезу уже не как полезную рабочую гипотезу, для которой очень трудно найти непосредственные и убедительные доказательства, а как один из твёрдо обоснованных фактов природы.
Но также не было и недостатка в учёных, которые указывали на необоснованность этой теории. Можно согласиться с полезностью идеи об атомах для объяснения данных опытов, но какая у нас уверенность в том, что атомы действительно существуют, а не представляют плод нашей фантазии? Впрочем, этот недостаток непосредственных доказательств отнюдь не поколебал веру большинства людей науки в зернистое строение материи.
Отрицание атомической теории никогда ещё не способствовало и не будет способствовать открытию новых фактов. Большим преимуществом этой теории является то, что она даёт нам, так сказать, ощутимое конкретное представление о материи, которое не только служит нам для объяснения множества явлений, но оказывает также нам громадные услуги как рабочая гипотеза».
«Новые идеи в физике». Санкт-Петербург, 1911 г.
До XX века действительно не было прямых доказательств тому, что макроскопические тела состоят из молекул, ионов и атомов. Да и саму молекулярно-кинетическую теорию называли то «атомической гипотезой», то «атомической теорией». Лишь появление в первой половине XX века ионных и электронных микроскопов дало в руки учёных прямое доказательство существования частиц — их изображения на экранах микроскопов.