РАЗВИТИЕ ИДЕИ ВЕЩЕСТВА [1]

 

«...Диалектический материализм настаивает на приблизительном, относительном характере всякого научного положения о строении материи и свойствах ее, на отсутствии абсолютных граней в природе, на превращении движущейся материи из одного состояния в другое, повидимому, с нашей точки зрения, непримиримое с ним и т. д.».

В. И. Ленин. Соч., т. 14, стр. 248.

 

 

1. Материя и вещество

 

В книге Ленина «Материализм и эмпириокритицизм» наряду с другими проблемами блестяще разработан вопрос о философском и естественно-научном понимании материи [2].

«...Понятие материи, — говорит Ленин, — ... не означает гносеологически ничего иного, кроме как: объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им» [3].

Шум, поднятый философами и философствующими физиками в на­чале нашего века о «дематериализации атома», об «исчезновении материи» якобы на основании опытов, доказывающих зависимость массы электрона от скорости, объяснялся либо идеалистическими стремлениями лиц, цепляющихся в силу этих стремлений за что угодно, либо, и чаще всего, неправильным пониманием материи.

«Когда физики говорят: «материя исчезает», — писал Ленин, — они хотят этим сказать, что до сих пор естествознание приводило все свои исследования физического мира к трем последним понятиям — материя, электричество, эфир; теперь же остаются только два последние, ибо материю удается свести к электричеству, атом удается объяснить как подо­бие бесконечно малой солнечной системы, внутри которой вокруг положительного электрона двигаются с определенной (и необъятно громадной, как мы видели) быстротой отрицательные электроны... «Материя исче­зает» — это значит исчезает тот предел, до которого мы знали материю до сих пор, наше знание идет глубже; исчезают такие свойства материи, которые казались раньше абсолютными, неизменными, первоначальными (непроницаемость, инерция, масса и т. п.) и которые теперь обнаруживаются, как относительные, присущие только некоторым состояниям материи» [4].

Широчайшему ленинскому пониманию материи должно быть соподчинено то частное понятие материи, которое до наших дней сплошь и рядом применяется в естествознании и для которого необходим безусловно особый термин. Правильнее всего этот вид материи можно назвать веществом. Для ориентировки, в первом приближении, можно сказать, что вещество — это совокупность химических атомов, молекул, состоящих из атомов, и частиц, составляющих самые химические атомы. Когда в начале XX столетия физики говорили об «исчезновении материи», они в действительности имели в виду уменьшение количества вещества (мерой которого считалась масса) и превращение его в другие формы материи. В современной физике укоренился на редкость неудачный термин «аннигиляция материи» — в применении к факту превращения электронов в свет. Перед нами типично неправильное применение понятия. Явление заключается в превращении вещества в свет, т. е. одной формы материк в другую. Между тем приведенная, обычно применяемая формулировке твердо установленного в современной физике факта звучит явно идеалистически и неприемлемо.

Нужно ли и можно ли выделять особое понятие вещества из общего понятия материи? Те примеры, которые приведены выше, достаточно поясняют методологическую важность и значение такого выделения. Утверждение: «вещество может превращаться в другие формы материи» значительно шире и принципиальнее конкретного физического утверждения «гамма-фотоны могут превращаться в электроны и позитроны». С другой стороны, альтернатива вещества и других форм материи фактически всегда имеет место не только в физике и философии, но и в донаучном и вне научном мышлении. Противопоставление «тел» пустоте, материи свету, приводимое Лениным противопоставление материи эфиру и электричеству, — все это по существу есть противопоставление одной формы материи — вещества — другим формам.

Но возможно ли вообще дать определение вещества, резко отграничивающее его от других форм материи? Для нас всякие грани в природе относительны и условны, это верно и в отношении понятия вещества.

Много раз делались попытки связать представление о веществе с такими общими признаками, как масса и энергия. Несомненно, что масса и энергия являются необходимыми признаками вещества, но недостаточными. Например, световой поток обладает как энергией, так и массой. Между тем, являясь, несомненно, материальным потоком, с физической точки зрения он не может быть назван потоком вещества.

Попытки связать представление о веществе с необходимостью наличия электрических зарядов не согласуются с фактами. В составе вещества обнаружены элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, — нейтроны. Есть предположение, не вполне ещё доказанное, о существовании и других частиц, не имеющих заряда, — нейтрино.

Для современного физика понятие о веществе неразрывно связано с представлениями об элементарных частицах. Необходимым признаком вещественной частицы считается при этом так называемая п о к о я щ а я с я   м а с с а, т. е. масса, которую частица сохраняет и при отсутствии относительного движения. Частицы, не имеющие покоящейся массы, например фотоны, уже не относятся к веществу. Но такое определение, опирающееся на факты, доступные только очень трудной экспериментальной проверке или же вообще только предполагаемые, разумеется, недостаточно для простого феноменологического определения вещества. С этой точки зрения обычное представление «тела», повидимому, ближе всего передает основные признаки вещества. В отличие от других форм материи — силовых полей и света, вещество характеризуется огромной концентрацией массы и энергии. Такое сосредоточение есть результат относительно огромных значений «покоящейся массы» и относительно малых скоростей частиц, составляющих «тела».

Частицы вещества могут иметь любые скорости от неподвижности до скорости света, в то время как иные виды материи либо неподвижны (статистические, электрические и гравитационные поля), либо распространяются со скоростью света. Характерно, что в старой физике вещество прежде всего характеризовалось так называемой «непроницаемостью». Эта непроницаемость — результат скопления в небольшом объеме огромной энергии, вследствие чего возникают силы и сопротивления, затрудняющие проникновение в такие объемы.

Таким образом, веществом следует называть тот вид материи, который, помимо массы и энергии, характеризуется еще громадной концентрацией той и другой и возможностью любых скоростей. Очевидно, что это определение вполне примыкает к обычному пониманию «тела». Вместе с тем следует отметить, что рамки такого феноменологического определения все же не вполне отчетливы. В исключительных условиях, например внутри звезд и солнца, плотность световой радиации может достигнуть значений, привычных именно для «тел». С другой стороны, частицы вещества, например в космических лучах, несутся со скоростями, очень близкими к скорости света.

Несмотря на эту трудность в предельных случаях, выделение вещества как особого и важнейшего понятия фактически имеет место и безусловно необходимо. Все содержание физики в конце концов сосредоточено в трех основных разделах: в учении о веществе, учении о силовых полях и учении о свете, как важном частном случае предыдущего. При этом учение о строении вещества составляет громадную часть современной физики, проникая во все ее разделы. Я предполагаю говорить только о самой идее вещества, освещая лишь принципиальную сторону дела и ограничиваясь схемой огромного конкретного содержания современного» учения о строении вещества.

 

 

2. Возникновение идеи строения вещества

 

Мысль о дискретности вещества родилась в незапамятные времена; вероятно, она начала формироваться вообще одновременно с сознательным наблюдением природы. Античного наблюдателя поражали в явлениях две противоречивые и как будто взаимоисключающие черты: непрерывная изменчивость природы и вместе с тем ее субстанциональность, постоянство. Столкновение гераклитовской и парменидовской антитез требовало своего разрешения и синтеза. Таким синтезом явился атомизм по Демокриту.

«Начала вселенной — атомы и пустота. Все же остальное существует лишь во мнении... Атомы не поддаются никакому воздействию, и они неизменяемы вследствие твердости» [5]. В изложении Аристотеля: «Наиболее методически обо в с е м учили, давая одно и то же учение, Левкипп и Демокрит; они приняли (первичное) начало, соответственно природе, ка­кова она есть. Дело в том, что некоторые из древних полагали, будто бы­тие по необходимости едино и неподвижно. Ибо пустота не существует, движение же невозможно, если нет отдельно существующей пустоты, и, с другой стороны, нет многого, если нет того, что разделяет... Левкипп же полагал, что он обладает учением, которое, будучи согласно с чув­ственным восприятием, не отрицает ни возникновения, ни уничтожения, ни движения, ни множественности сущего. Согласившись в этом с показа­ниями чувственных восприятий, а с философами, принимавшими еди­ное, в том, что не может быть движения без пустоты, он говорит, что пустота — небытие и что небытие существует нисколько не менее, чем бытие. Ибо сущее в собственном смысле — абсолютно полное бытие. Тако­вое «полное» же не едино, но бесконечно много по числу, и они неви­димы вследствие малости объемов. Они носятся в пустоте (ибо пустота существует) и, соединяясь (между собой), они производят возникновение, расторгаясь же — гибель»[6].

В этом замечательном отрывке совершенно отчетливо очерчен генезис атомистической идеи, как синтезирующей мысли, разрешающей противо­речие между изменчивостью и постоянством природы. Вместе с тем ато­мизм представлен со своим метафизическим придатком, с учением о пустоте, о существующем небытии.

Мысль о прерывном строении тел подсказывалась внимательному на­блюдателю, можно сказать, на каждом шагу. Весь окружающий мир дис­кретен. На небе светятся отдельные разбросанные звезды; морской пе­сок, кажущийся издалека однородной, непрерывной средой, в действи­тельности состоит из кристаллических мелких крупинок, и естественна мысль о том, что и море составлено из частиц, еще более мелких. Чело­веческое общество является совокупностью индивидуумов. От этих наблю­дений один шаг до основного представления атомистического учения о веществе: предположения о том, что среды, кажущиеся нам непрерывны­ми, в действительности являются скоплениями мельчайших частиц, не­доступных по своим размерам для глаза.

Простота и доступность мысли о прерывном строении вещества и объясняют, повидимому, то обстоятельство, что атомизм в различных видоизменениях возникал в древние времена в различных частях земного шара: в индийской философии и у греков. Атомизма в буквальном смы­сле слова, т. е. неразрушимости и постоянства атомов, требовала субстан­циональность природы, наличие постоянства при бесконечной изменчи­вости.

Таким образом, естественнее всего думать, что атомизм древних являл­ся не какой-то поразительной догадкой, угадыванием будущих судеб науки, а качественной формулировкой, вытекавшей почти неизбежно и однозначно из повседневных наблюдений.

В самом деле, что могло быть противопоставлено атомизму с точки зрения материалистической? Учение о непрерывном? Но как понять дви­жение о непрерывном? Как объяснить дробность, раздельность предметов и их разнообразие? Никаких доводов против, кроме метафизических, ан­тичная атомистика не имела и не могла иметь, так как она с неизбеж­ностью вытекала из повседневных наблюдений и объясняла основные черты природы.

Теория Левкиппа и Демокрита опиралась на факты бесконечного раз­нообразия тел, их раздельности и движения. Она переносила свойства тел привычного масштаба в область микромира. В этом ее глубочайшее отличие от современной атомистики, опирающейся на непосредственное экспериментальное изучение этого микромира. Неудивительно, что, эти две линии развития научной мысли радикально расходятся в позднейших стадиях. Наоборот, приходится поражаться полному совпадению древней, дедукции и современного физического опыта в начальной стадии разви­тия. Отображение свойств материи в человеческом сознании оказалось в основных чертах правильным, аберрации исправляет современная фи­зика.

 

 

3. Взаимодействия атомов и эфир

 

Постепенно атомистическое представление о веществе стало основой материалистической картины мира, нашедшей свое развитие у Эпикура, Лукреция и других древних философов, физиков и поэтов. Мысль об ато­мах распространялась не только на вещество, но и на свет и даже на об­ласть психологических явлений.

Атомистические представления древних, однако, не были конкретными. Несомненным было только, что атомы очень малы, так как их не видно, и что они могут двигаться чрезвычайно быстро, о чем заключали прежде всего по быстроте распространения света. В таком качественном виде теория атомов просуществовала тысячелетия, в таком виде ею поль­зовались еще такие гиганты точного естествознания, как Галилей и Ньютон.

История атомизма от Левкиппа до Ньютона кажется почти остановив­шейся. Менялись слова и названия, но для подлинного развития атомизму не хватало новых фактов и ясного количественного физического метода.

В XVII в. атомистические представления встретились с серьезными трудностями. Основная трудность заключалась в объяснении сил, дейст­вующих между атомами. В самом деле, по законам механики, которые уже вполне выяснились в XVII в., всякая частица вещества, если на нее не действуют силы, должна двигаться прямолинейно и равномерно: она не будет испытывать никаких ускорений, никаких изменений скорости, Между тем такие ускорения — основной признак окружающих явлений. Всякое скопление вещества, соединение его в кристаллы, водные про­странства и пр. есть результат изменений скорости, взаимодействий между атомами. Как же взаимодействуют атомы? Древние отвечали на этот во­прос чрезвычайно просто, предполагая частицы твердыми и упругими. Частицы меняют направление своего движения, испытывают ускорения при столкновениях между собой; если столкновений нет, то нет и изме­нений скорости. Такое объяснение основывалось, конечно, на переносе обыденных наблюдений на свойства микромира. Для того чтобы передви­нуть предмет, надо до него коснуться, и только тогда произойдет пере­мещение; все процессы обыденной жизни: рубка дров, копание земли и пр. — суть результат столкновений, скоплений вещества или частиц ве­щества. Однако такое объяснение в сущности является заменой одного вопроса другим. В самом деле, если частица вещества не проявляет никаких сил при взаимодействии с другой частицей, то их столкновение не вызовет никаких особых явлений: сталкивающиеся частицы должны проходить друг через друга так же свободно, как они проходят в свобод­ном пространстве, не занятом веществом. Для того чтобы по законам механики объяснить изменение скорости при столкновении, необходимо предположить, что частицы проявляют одна в отношении другой какие-то силы, которые противодействуют их взаимному проникновению. При этом никак нельзя говорить об абсолютном соприкосновении. Такое со­прикосновение противоречит самому принципу атомизма, раздельности вещества. Иначе говоря, мы приходим к необходимости ввести силы, дей­ствующие на расстоянии от одной частицы по направлению к другой. Столкновения частиц друг с другом — это только частный случай объясне­ния взаимодействий при помощи сил, действующих на расстоянии.

По мысли древних атомистов, вселенная являлась пустым простран­ством, в котором носятся атомы. На основании только что сказанного ясно, что такая вселенная не заключала бы в себе действий одних атомов на другие, т. е. никоим образом не соответствовала бы действительности, Необходимо предположить наличие сил, действующих между атомами. Такие силы и были предположены и даже математически уточнены в фи­зике Ньютона. Так возникло учение о всемирном тяготении, об электри­ческих силах, о магнитных силах, о молекулярных силах, определяющих явления химического сродства, капиллярность и пр. Успех в этой области побуждал Ньютона перенести идею о силах, действующих на расстоянии, и на совершенно другие области, например на световые явления.

Ясно, однако, что идея о силах, действующих на расстоянии и в пу­стом пространстве, таила в себе нечто, совершенно неприемлемое с точки зрения последовательного материали­стического мировоззрения. Это вполне отчетливо понимали и сам Ньютон и его современники. В связи с этим, наряду с учением о прерывном атомизированном веществе, воз­никает мысль о непрерывной вещественной среде, заполняющей все миро­вое пространство, так называемом эфире. Эта непрерывная среда и должна быть носительницей всякого рода сил: сил тяготения, сил электри­ческих и магнитных. Разумеется, эта среда должна быть непрерывной потому что если предположить иное и представить себе ее построенной, подобно веществу, из отдельных атомов, мы снова встретимся с теми же трудностями в представлении о действиях на расстоянии, о которых только что говорили в отношении атомов. Итак, уже в весьма примитивной стадии атомизма, в XVII в. наряду с учением о прерывном веществе пришлось развивать учение о непрерывном эфире, соединяющем прерывно располо­женные атомы.

Мысль о непрерывной среде, об эфире, заполняющем пространство и определяющем взаимодействия тел, значительно более сложна, чем идея атомов, носящихся в пустоте. Последняя подсказывалась повседневными наблюдениями, для развития же идеи о вещественной заполненности про­странства требовалась высокая степень абстракции. Тем не менее кон­цепция эфира в очень неясной и неопределенной форме высказывалась еще античными мыслителями и прежде всего Аристотелем. Непосредственное, неанализированное впечатление непрерывного, создаваемое, на­пример, той же картиной моря, абстрагировалось от своего конкретного предмета и переносилось вообще на пространство между предметами.

Представление о непрерывном эфире, противопоставляемое атомизму или дополняющее его, встретилось в свою очередь с громадными труд­ностями. Если эфир является непрерывной вещественной средой в обыч­ном смысле слова, вроде жидкости или газа, или твердого тела, то такая среда должна оказывать сопротивление движению тел, например небес­ных светил; следовало бы ожидать, что движение небесных тел будет за­медляться, как это обычно происходит при движении в сопротивляющейся среде, и в астрономии должны проявляться те нерегулярности, которые свойственны движению с трением, с сопротивлением.

Рассмотрев различные доводы в пользу эфира в «Вопросах» своей «Оптики», Ньютон в знаменитом 28-м «Вопросе» обрушивается на эфир:

«...Для того, чтобы дать дорогу правильным, длительным движениям пла­нет и комет, необходимо, чтобы небесное пространство было совершенно лишено материи, за исключением, может быть, некоторых очень тонких паров, испарений или истечений, возникающих из атмосфер Земли, пла­нет и комет и от такой необычайно разреженной эфирной среды, которую мы описали выше. Плотная жидкость бесполезна для объяснения явлений природы,— движения планет и комет лучше объясняются без нее. Она служила бы только для возмущения и замедления движений этих боль­ших тел и ослабления мироздания. В порах тел она служила бы только для остановки колебательных движений частей тел, в которых состоит их тепло и активность. И поскольку она бесполезна и мешает действиям природы, делая их слабыми, постольку нет доказательств ее существова­ния, и поэтому она должна быть отброшена». «За то, чтобы отбросить та­кую среду, мы имеем авторитет тех древнейших и наиболее знаменитых философов Греции и Финикии, которые приняли Vacuum и атомы и тя­готение атомов как первые принципы своей философии, приписывая, мол­чаливо, тяжесть некоторой иной причине, а не плотной материи»[7].

Для объяснения сил, действующих между телами в пустом простран­стве, при таком положении дела Ньютону не осталось ничего другого, как прибегать к совершенно метафизическим представлениям о простран­стве, наполненном божеством, которое и осуществляло немыслимое для человеческого познания и разума.

«...Не становится ли ясным из явлений,— писал далее Ньютон в ка­честве вывода,— что есть бестелесное существо, живое, разумное, всемо­гущее, которое в бесконечном пространстве, как бы в своем чувствилище, видит все вещи вблизи, прозревает их насквозь и понимает их вполне благодаря их непосредственной близости к нему»[8].

 

 

4. Атомизм в классической физике

 

Дилемма прерывного вещества и непрерывного эфира в таком нераз­решенном, противоречивом состоянии просуществовала по крайней мере до начала нашего века. При этом учение о веществе и учение об эфире конкретизировались, уточнялись, принимали реальные количественные формы, свойственные физике как точной науке. Еще в XVIII в. в иссле­дованиях Бернулли и Ломоносова идея о движении атомов была при­влечена к объяснению основных свойств газов. Громадное значение для укрепления атомизма имели химические исследования. Закон кратных отношений Дальтона явился одним из наиболее убедительных новых доказательств не только прерывного строения вещества, но также и по­стоянства свойств атомов. Этот закон впервые, в истории атомизма выдви­гал аргументы, полученные при исследовании микромира. Учение о хи­мическом элементе получило твердую опору и неразрывно связалось с учением о химическом атоме. Так постепенно, главным образом работами химиков, было доказано наличие в природе приблизительно 90 сортов различных атомов, соединение которых друг с другом и образует все бес­конечное разнообразие видов вещества, с которыми мы встречаемся. Исследования теплопроводности газов и внутреннего трения в газах, наряду с известными значениями плотности вещества в жидком и твер­дом состоянии, позволили к середине XIX в. впервые определить размеры атомов, их число и скорость. Таким образом философская догадка древних приобрела в XIX в. довольно отчетливую количественную форму кон­кретного физического представления, опирающегося на реальные свой­ства микроявлений.

Открытие Д. И. Менделеевым периодического закона химических эле­ментов еще более укрепило позиции учения о дискретной структуре ве­щества. Вместе с тем периодический закон явился первым несомненным симптомом надвигающегося крушения атомизма в установившемся смысле, т. е. как учения о неразрушимых и неделимых атомах. Периодический закон указывал на родство атомов и их эволюцию.

Громадное большинство естествоиспытателей, физиков и химиков прежде всего считало атомистическое представление совершенно дока­занным и пользовалось им в практической исследовательской работе. Отмеченная раньше трудность, связанная с тем, что, оставаясь в рамках механических представлений, наряду с прерывными частицами необхо­димо допустить наличие эфира, беспокоила очень немногих.

Такие немногие, однако, были. В конце прошлого века и в начале XX столетия имелись химики и физики, скептически относившиеся к реальности атомов и молекул. Культивировалось мнение, что большин­ство вопросов, объясняемых при помощи представлений об атомах и мо­лекулах, может быть охвачено рамками других теорий, для которых ато­мизм не является необходимостью. В качестве представителя свойства «постоянства» в природе при этом фигурирует энергия, в качестве пере­менного — ее форма. Явления природы — это изменения форм энергии. Прежде всего соблазном служила термодинамика с ее характерными аксиомами — первым и вторым началом и последующей логической струк­турой. Количество выводов термодинамики огромно, и они безошибочны для явлений средних масштабов[9]. В области физики термодинамика — не единственный отдел, построенный таким способом. Точно так же скон­струирована механика, основанная на немногих экспериментальных прин­ципах. Таков же характер электродинамики, основывающейся на уравне­ниях Максвелла, которые можно рассматривать как математическое обоб­щение результатов опыта. Возможность построения таких математических теорий и порождала скептиков в среде физиков и химиков. Казалось, что можно обойтись без конкретного представления об атомах и молекулах и ограничиться чистым описанием явлений при помощи математических соотношений. Скептиком такого рода был знаменитый Кирхгоф, отсюда же выросла пресловутая энергетика химика Оствальда, но, пожалуй, за­чинателем этого направления в физике следует назвать Ньютона.

Знаменитое «hypotheses non fingo» было в сущности провозглашением физикой математического описания, хотя великий автор «Начал» сам великолепно владел и часто пользовался методом гипотез. Скептикам XIX в. учение об атомах, несмотря на его успехи, все же казалось произ­вольным предположением, и при возможности они заменяли его матема­тическим описанием. Следы этого скептицизма, правда в слабой степени, сохранились и до нашего времени, особенно среди так называемой венской школы физиков, выросшей в свое время вокруг Эрнста Маха. Главным доводом таких скептиков была прежде всего необходимость и в атомисти­ческом учении сохранять учение о непрерывном для объяснения взаимо­действий между атомами и молекулами.

В настоящее время, однако, среди физиков и химиков трудно разыскать лиц, с сомнением относящихся к основам учения об атомах и молекулах. За последние 50 лет были найдены фундаментальные, в самом строгом смысле неопровержимые и наглядные доказательства атомного строения вещества. Для скептиков трафаретным аргументом против атомов и моле­кул всегда было то соображение, что молекул еще никто не видел. В наше время даже этот, по существу очень наивный аргумент потерял свою силу. При помощи электронного микроскопа совсем недавно удалось, наконец, увидеть глазом крупные молекулы органических соединений. Молекулы стали такой же реальностью, как окружающие нас предметы — люди, солнце, т. е. все то, что мы видим. Еще около 30 лет тому назад были найдены методы, позволявшие также воочию видеть если не самые атомы, то по крайней мере следы их действия (камера Вильсона).

Треки отдельных атомов или электронов в камере Вильсона дают воз­можность уже в течение многих лет физикам исследовать процессы, про­исходящие с отдельными частицами. Много ранее камеры Вильсона Круксом был изобретен прибор, позволяющий также непосредственно глазом наблюдать действия одной альфа-частицы. Этот прибор состоит из экрана, покрытого сернистым цинком, обычным фосфоресцирующим веществом. Когда отдельный быстрый атом гелия, вылетающий при ра­диоактивном распаде, попадает на фосфоресцирующий экран, он вызы­вает довольно яркую вспышку фосфоресценции, вполне заметную глазом, если смотреть через лупу. В этом простом опыте Крукса мы наблюдаем действие одного атома гелия точно так же, как мы можем видеть действие фугасной бомбы по взрыву, вызываемому ею при попадении. В настоящее время сернистый цинк с примесью ничтожных следов радия, вызывающего такого рода вспышки, чрезвычайно распространен в технике и в быту. Достаточно сказать, что все светящиеся шкалы на карманных часах и на измерительных приборах автомобилей, аэропланов и других машин покры­ты такого рода составом. Доказательство существования атомов, притом доказательство очевидное, в буквальном смысле слова доступно почти каждому человеку.

Можно бы привести очень большое количество фактов и методов, с несомненностью и неопровержимо обнаруживающих прерывное строение тел. Остановлюсь только на одном явлении, имевшем особое, чрезвычайно важное значение в укреплении позиций атомно-молекулярного учения,— на так называемом броуновском движении. Если под микроскопом рас­сматривать капельку воды, в которой взвешены мелкие крупинки какого-нибудь твердого вещества, то оказывается, что эти крупинки не находятся в покое, а совершают беспорядочное движение. Это явление было обнару­жено еще очень давно, в начале прошлого века, ботаником Броуном. Од­нако только в XX в. удалось показать, что это движение не является ре­зультатом каких-нибудь посторонних причин, например тряски микроско­па или неравномерной температуры воды. Это движение самым тесным образом связано с прерывным строением жидкости. Твердые крупинки движутся в воде потому, что они все время подвергаются бомбардировке со стороны молекул жидкости. При этом иногда большая часть ударов приходится справа, иногда слева, иногда сверху, иногда снизу, в резуль­тате чего частица получает поступательное движение либо вправо, либо влево, либо вниз, либо вверх.

Хаотическое броуновское движение в настоящее время тщательно изу­чено статистическими методами, и с несомненностью количественно дока­зано, что по его особенностям можно вычислить число молекул и их свойства.

Особенно важно, однако, то обстоятельство, что в этом явлении мы имеем перед собой совершенно наглядное и несомненное доказательство хаотического беспорядка в движении атомов и молекул. Этот беспорядок и хаос могут произойти только в том случае, если частицы движутся не­зависимо друг от друга. Статистические законы являются однозначным выражением прерывного строения предмета и большей или меньшей бес­порядочности в связях между элементами. Термодинамика, выдвигавшая­ся скептиками как по крайней мере равноправный конкурент атомизму, остается беспомощной перед статистическими явлениями. Броуновское движение, например, явно выходит за рамки термодинамики, разрывает их и показывает, что они имеют лишь средний, нивелирующий характер.

Вторая фаза развития атомизма, которую следует назвать классиче­ской, закончилась на грани XIX и XX вв. полным и бесспорным торжест­вом. В первой фазе, от Левкиппа до Ньютона, идея атомов оставалась натурфилософской догадкой, очень правдоподобной, но не имевшей ника­ких конкретных очертаний. Во второй фазе мысль о прерывном строении вещества не только стала конкретной, но вообще перешла из категории идей и гипотез в категорию бесспорных фактов. Более ста лет тому назад, в 1836 г., химик Дюма в своих «Лекциях по химической философии» еще с сомнением отзывался о доказанности атомного представления. «Одна химия,— говорил он,— не в состоянии осветить вопрос о существовании атомов... Может быть, найдутся охотники обещать, и не без оснований, что придет день, когда удастся вскрыть внутренности тел, обнажить при­роду их органов и рассмотреть движения маленьких систем, составляющих тела... Но до этого какая еще дорога, сколько работы, сколько усилий по­требуется от химиков, физиков и геометров!»[10].

К началу нашего века эта дорога в ее принципиальной части оказа­лась пройденной. Отпала всякая возможность сомнения в существовании атомов, философская мысль древних претворилась в физический факт. Классический атом был, однако, слишком еще примитивным. Его характе­ристика с физической стороны ограничивалась размерами, массой и скоро­стью; только химия добавляла к этому разнообразие химических качеств. Предстояла следующая, более сложная фаза развития учения об атоме.

 

 

5. Структура химического атома

 

Необычайно быстрому усложнению знаний о внутреннем строении хи­мического атома в наши годы предшествовал длительный процесс борьбы между сторонниками новой идеи о сложности атома и защитниками старо­го атомизма, исходившего из представления о неделимости атома. Даже создатель периодического закона химических элементов Д. И. Менделеев недовольно замечал по адресу новаторов: «Возникнув на свежей фактиче­ской почве, учения об элементах, об их массах и о периодической изменя­емости их свойств дают повод к зарождению утопических гипотез, веро­ятно, потому прежде всего, что они не могли быть предвидены ни одним из вариантов метафизирующей мысли и составляют подобно понятию о тя­готении независимый результат естествознания...»[11]. С таким трудом завоевав прочные позиции, химический атомизм не хотел с них уходить в «метахимию» (по выражению Д. И. Менделеева). Но диалектика природы брала свое, и сложность атома и его непрочность начинали проступать все яснее. Еще в «Трактате об электричестве и магнетизме» в 1873 г. Максвелл[12] приходил к выводу о существовании «молекул электричества», «наиболее естественной единицы электричества».

В конце прошлого века при изучении явлений, происходящих в раз­рядных трубках, было доказано, что из атомов и молекул могут быть из­влечены частицы, названные электронами, размеры которых как в отноше­нии массы, так и геометрические значительно меньше атомных. Электроны оказались в отношении заряда совпадающими с «молекулами электриче­ства» Максвелла. Электроны имеют отрицательный заряд, масса их при­близительно в 1800 раз меньше массы атома водорода. Постепенно удалось доказать, что такие электроны образуют внешнюю оболочку всякого хи­мического атома.

«Материализм и эмпириокритицизм» написан в эпоху резкого пере­лома в развитии учения о строении вещества. Обнаружилась сложность атома, т. е. он в сущности перестал быть атомом неделимым; вместе с тем заколебалось представление о постоянстве массы атома, казавшееся ранее несокрушимой твердыней. Ленин дал глубокий анализ представления об атоме с позиций диалектического материализма, и дальнейшие этапы современного учения о строении вещества полностью следовали ленинско­му прогнозу.

Если расположить химические атомы в порядке их относительных ве­сов, то окажется, что порядковое число, т. е. просто номер по порядку атома в такой таблице, будет в точности давать число электронов, нахо­дящихся на внешней оболочке атома. Одновременно удалось доказать, что основная масса атома сосредоточена в чрезвычайно небольшом объеме внутри атома, в так называемом а т о м н о м  я д р е, которое имеет поло­жительный заряд, по своей величине в точности равный общему заряду отрицательных электронов, находящихся на внешней оболочке. Такое равенство зарядов и обусловливает электрическую нейтральность атома.

Масса ядра, его заряд и количество внешних электронов еще не вполне определяют свойства атомов. Уже в течение нескольких десятилетий из­вестно существование так называемых изотопов. Изотопы — это атомы, несколько различающиеся по весу, но имеющие один и тот же заряд атом­ного ядра и одно и то же количество внешних электронов. Например, водо­род имеет, по крайней мере, два изотопа с относительной массой 1 и 2. Замечательно то обстоятельство, что химические свойства и очень многие физические свойства тяжелого водорода почти такие же, как у легкого водорода. Иначе говоря, химические и многие физические свойства атома определяются его внешней электронной оболочкой. Изотопы существуют у громадного количества химических элементов, начиная от водорода и кончая ураном.

Ядро атома в свою очередь оказалось сложным. Удалось доказать, что ядра атомов состоят из двоякого рода элементарных частиц — протонов и нейтронов. Протоны имеют массу, приблизительно равную массе атома водорода, и положительный электрический заряд, равный по величине заряду отрицательного электрона. Нейтроны, как уже указывалось вна­чале, электрического заряда не имеют вовсе, масса их приблизительно равна массе атома водорода. Протоны и нейтроны сосредоточены в чрез­вычайно малом объеме. Радиус атомного ядра почти в 100 тыс. раз меньше радиуса атома. Несмотря на ничтожность таких размеров, этот объем имеет сложное строение: в его состав, в случае сложных атомов, входит много десятков элементарных частиц.

Электронами, протонами и нейтронами не ограничивается, однако, список элементарных частиц. За последние годы в ряде случаев удалось обнаружить, наряду с отрицательными электронами, существование элек­тронов положительных, так называемых позитронов. Позитрон имеет та­кую же массу, как отрицательный электрон; заряд его равен заряду элек­трона, но противоположен по знаку. Несколько лет тому назад был найден ряд доказательств существования так называемых тяжелых электронов, или мезотронов. Мезотроны обнаружены при наблюдениях космической радиации, распространяющейся по всем направлениям во вселенной. На­сколько можно судить по имеющимся к настоящему дню данным, заряд тяжелого электрона может быть как положительный, так и отрица­тельный; по величине он такой же, как у обычного электрона, масса же тя­желого электрона приблизительно в 200 раз больше, чем у обычного элек­трона. Следует отметить, впрочем, что тяжелые электроны еще недоста­точно изучены: мы не знаем, например, всегда ли тяжелые электроны имеют одинаковую массу, или эта масса в различных случаях различна. Есть ряд фактов, говорящих о том, что, помимо заряженных тяжелых электронов, существуют еще частицы с массой, промежуточной между электроном и нейтроном и не имеющими заряда. Правда, сведения об этих частицах ограничиваются пока одним названием «нейтретто». Для объясне­ния особенностей радиоактивного распада, в частности для приведения этих особенностей в соответствие с законами сохранения энергии, необхо­димо предположить, что из радиоактивных атомов вылетают частицы, не имеющие заряда и обладающие ничтожной массой, во всяком случае не большей, чем масса обычного электрона. Такие частицы названы «нейтри­но». Обнаружить их непосредственно до сих пор не удалось.

Насколько достоверны сведения обо всех этих частицах? Коротко говоря, те из них, которые обладают электрическим зарядом, обнаружены с очевидностью даже для тех, кто доверяет только своим глазам. Такие частицы найдены в камере Вильсона, их следы запечатлены характерными «треками» в этом приборе. Нейтроны, не имея заряда, не могут оставить след в камере Вильсона, однако огромное количество фактов, безукориз­ненно и однозначно объясняемых нейтронами, дает физику право счи­тать существование их столь же доказанным, как и существование элек­трона. Нейтрино в течение ряда лет остается «гипотетической частицей»: прямых доказательств его существования нет. Протоны, электроны, ней­троны удается извлечь из недр или с периферии атома, и физик предпола­гает, что частицы сохраняют свои особенности и внутри атома. Такая уве­ренность опирается на безукоризненную правильность следствий, выте­кающих из этого предположения. «Заглянуть» в атомные недра никто не мог и на основании сведений, которыми располагает физика на сегодняш­ний день, это невозможно и противоречит «соотношению неточности», однозначно вытекающему из экспериментальных данных[13].

Следует заметить, впрочем, что уверенность физиков в вопросе о сохра­нении элементарными частицами их свойств в недрах атомного ядра иногда колеблется. Еще не более десяти лет тому назад существовала уверенность, что ядра атомов содержат только протоны и электроны. После от­крытия нейтрона эта «уверенность» сменилась другой: ядро состоит из протонов и нейтронов, а электроны «рождаются» при превращении ней­трона в протон.

Какие силы связывают элементарные частицы — электроны, протоны, нейтроны и пр. в атомах и молекулах? Старая, классическая физика еще со времен Ньютона знала два рода сил: силы тяготения и силы электромагнитные. Силы тяготения едва ли могут иметь значение, по крайней мере вне атомного ядра: они слишком малы и сказываются только в тех случаях, когда мы имеем дело с громадным скоплением вещества. Наоборот, электромагнитные силы в атоме, действующие между заряженными частицами, очень велики, и естественнее всего предположить, что эти электромагнитные силы и определяют строение атомов и молекул. При этом сказывается, однако, совершенно неожиданная особенность, нашедшая свое простейшее выражение в известных постулатах теории квантов Н. Бора. Для объяснения факта устойчивости атома электрон, вращающийся вокруг положительного ядра в так называемом «нормальном» состоянии, не должен излучать энергию в противоречие с классическими законами электродинамики; кроме того, электрон не может вращаться с любыми скоростями и находиться на любых расстояниях от атомного ядра, как это полагалось бы по законам классической механики и электродинамики. Для электрона доступны только определенные скорости и определенные орбиты, составляющие прерывный ряд, управляемый прерывными законами теории квантов.

Еще более сложны обстоятельства внутри атомного ядра. Атомное ядро состоит из положительно заряженных протонов и незаряженных нейтронов. Какие же силы связывают эти частицы между собой? Приходится допустить существование сил нового ряда. По вопросу о природе этих сил, о количественном законе, выражающем эти силы, до сих пор происходят самые оживленные дискуссии, и нет еще определенного решения.

 

 

6. Динамика и развитие химических атомов

 

Химический атом не только сложен; в отличие от представлений не­давнего прошлого, он изменчив — развивается и разрушается.

Для характеристики свойств атома недостаточно знать число внешних электронов, массу и состав ядра. Два атома с одинаковым числом внешних электронов и с одинаковыми ядрами могут резко отличаться, если один из них «возбужден». Возбуждение, т. е. поглощение добавочной энергии, может произойти, например, под действием света. В возбужден­ном состоянии атом может оставаться некоторое время, которое в различ­ных условиях может достигать различных значений: от миллиардных долей секунды до секунды и больших величин (метастабильные состояния).

Возбуждение может происходить не только во внешних электронных областях атома: ядра в свою очередь могут возбуждаться, образуя так называемые ядерные «изомеры». Примером могут служить ядра атомов брома, серебра и других элементов.

При подведении значительной внешней энергии атом не только можно возбудить, но можно и разрушить в большей или меньшей степени. Можно извлечь из атома постепенно все его периферические электроны (ионизация) и затем, действуя чрезвычайно энергичными агентами (альфа-частицы, быстрые протоны, нейтроны, гамма-лучи), разрушить само атомное ядро. Атомные ядра, испуская при этом альфа-частицы, протоны, электроны и пр., превращаются в ядра других элементов (искусственная радиоактивность). Обычно такие изменения ядра не очень радикальны: основная масса ядра остается нетронутой. Но в тяжелых атомах, например в уране, под действием нейтронов происходит полное распадение ядра почти пополам.

Если внешние электроны в атоме находятся в нормальном состоянии минимальной возможной энергии, то такое состояние может оставаться, насколько мы знаем, неизменным безгранично долго при отсутствии внешних воздействий. Однако атомные ядра изменяются не только насильственно, но и «самопроизвольно». В этом состоит поразительное явление есте­ственной радиоактивности. Она наблюдается для многих элементов, в том числе и легких — калия и рубидия.

Атомы оказались не только изменяемыми, но и изменяющимися спонтанно. «Жизнь» различных атомов при отсутствии внешних воздействий измеряется в пределах от практически бесконечно малых времен до многих миллиардов лет.

Природа оказалась неизмеримо сложнее упрощенных представлений античного атомизма, воспринятых из обыденных наблюдений и опыта. Мы не знаем до сих пор, как возникли и развивались атомы в периодиче­ской системе элементов, но мы уверены в том, что они усложнялись и развивались. С другой стороны, мы теперь достоверно знаем, что химический атом и даже его ядро не постоянны и не вечны. Титул атома, как будто бы по праву, следовало передать так называемым «элементарным частицам»: электрону, позитрону, протону, нейтрону, мезотрону и т. д. Но и здесь право на атомизм оказывается сомнительным или просто несуществующим.

Более десяти лет тому назад открыто явление превращения света в вещество: гамма-фотоны в поле электрического заряда ядра превращаются в вещественную пару — электрон и позитрон. При этом позитрон очень быстро исчезает, снова превращаясь в свет. Этот опыт снимает вопрос о праве электрона на звание атома. Но мезотрон в свою очередь, по имею­щимся данным, существует недолго — миллионные доли секунды, а затем распадается на электрон и нейтрино.

Вечны ли протон и нейтрон? Мы этого не знаем, но пример электрона и позитрона заставляет подозревать возможность разрушения и этих элементарных частиц.

Итак, дойдя как будто до вершины победного развития, атомизм как таковой, т. е. как учение о неделимых и неразрушимых элементарных частицах, в сущности говоря, оказался побежденным: он заменился тео­рией строения вещества из частиц, не являющихся «атомами», а изменяю­щихся, превращаемых и исчезающих.

 

 

7. Эфир и физическое пространство

 

Вопрос о силах, действующих между элементарными частицами, возвращает нас к тому затруднению, на котором пришлось остановиться при изложении состояния атомной физики в XVII и XVIII вв. Для объяснения сил, действующих между частицами на расстоянии, с точки зрения обычных механических представлений необходима сплошная, непрерывная вещественная среда: необходим эфир. В то время как представление об атомах эволюционировало, уточнялось и усложнялось, совсем иначе сложилась история идеи эфира. В начале XIX в., после несомненного доказательства волновой природы света, казалось, что существование эфира также доказано, так как волны должны распространяться в какой-нибудь среде: они бессмысленны в пустом пространстве. Этот силлогизм все же оказался ошибочным. В течение XIX в. делались многочисленные попытки на опыте обнаружить существование эфира. Они хорошо известны. Известно также, что результаты таких опытов отняли у представления о вещественном эфире всякую экспериментальную почву. В настоящее время физик с полной уверенностью может заявить, что никаких экспериментальных доказательств существования вещественного эфира до сих пор нет и что, наоборот, все опыты, поставленные для этой цели, дали несомненно отрицательные результаты.

Создалось, таким образом, очень трудное положение: с одной стороны, доказано, что вещество состоит из прерывно расположенных элементарных частиц; доказано, что между этими частицами действуют различные силы: силы тяготения, силы электромагнитные, особые ядерные силы; и вместе с тем доказано также, что между этими элементарными частицами нет никакой вещественной среды, которая могла бы служить для механической передачи сил.

Выход из этой катастрофы (катастрофы для механического миропони­мания) был указан в 1905 г. Эйнштейном в его теории относительности.

Коротко говоря, выход, предложенный Эйнштейном, заключался в том, что прежнее, ньютоновское представление о пространстве и времени как о сущностях, совершенно не связанных с материей, должно быть заменено совсем иным понятием: физическим пространством и временем. Ньютоновская картина пространства как пустого вместилища, в котором расположено вещество, ньютоновское представление о времени как о чистом движении без материи в учении Эйнштейна были объявлены лишенными смысла. Если пространство существует,— а оно, конечно, существует,— оно должно обладать свойствами всякой реальности, т. е. быть материальным. Эйнштейн конкретизировал свое учение о физическом пространстве и времени, связав их с движением вещества и силовыми полями. Ряд новых следствий, вытекающих из теории Эйнштейна, например зависимость массы тела от скорости, отклонение световых лучей около тяжелых масс, смещение спектральных линий на солнце и звездах, был подтвержден на опыте. Учение Эйнштейна превратило метафизические, лишенные материальности представления Ньютона в подлинные физические материальные реальности, неразрывно связанные с веществом.

Та огромная трудность, которая стала явной для физики в XVII в. и которая заставляла Ньютона прибегнуть для разрешения к чисто метафизическим средствам, нашла свое физическое и материалистическое разрешение, по крайней мере с принципиальной стороны, в теории относительности. Трудность, связанная с так называемым дальнодействием в пустоте, исчезла навсегда.

 

 

8. Частицы и волны

 

Однако у физиков осталось чувство неудовлетворенности той общей картиной явлений, с которой приходилось иметь дело до сих пор. В самом деле, с одной стороны, перед нами независимые, прерывно расположенные частицы, с другой — их силовые поля, заполняющие непрерывно физиче­ское пространство. Наряду с несомненной прерывностью не менее несомненна непрерывность.

Автор теории относительности до сих пор не оставил надежды на то, что из самых общих представлений о физическом пространстве и времени, о тяготении и электромагнетизме удастся вывести факт существования отдельных прерывных частиц вещества. Много раз пытался Эйнштейн дать такую теорию элементарных частиц, исходя из учения о непрерывном физическом пространстве и времени. До сего времени эти попытки оставались неудачными, и понятия прерывного и непрерывного пребывали в своем противоречивом соседстве в общей системе современной теоретической физики.

Проблески разрешения этого противоречия появились и развились совсем с другой стороны: на основе исследования квантовых явлений. Мы уже указывали, что взаимодействие частиц, входящих в состав атомов и молекул, подчиняется особым прерывным законам. Эти законы определяют то обстоятельство, что энергия атомов и молекул не может меняться непрерывно, а принимает бесконечный ряд прерывных значений. С другой стороны, из этих же законов с несомненностью следует, что энергия, отдаваемая и получаемая атомами и молекулами, не может быть любой или бесконечно малой, — она может выражаться только целыми порциями, так называемыми квантами. В частности, согласно теории квантов, изучение света не может происходить непрерывным потоком: энергия света сосредоточена в определенных квантах, или атомах света. Таким образом, идея атомов, которая, казалось, является характерной только для вещества, оказывается, должна быть перенесена и на другие формы мате­рии, прежде всего на световой поток. Дальнейшее развитие теории квантов привело, однако, к еще более поразительному выводу. Если световые волны, как будто являющиеся конкретизацией непрерывного, в действительности оказались имеющими прерывную атомную структуру, то, наоборот, поток вещественных частиц, например поток электронов, атомов, молекул, при внимательном экспериментальном исследовании обнаружим все свойства, типичные для волн.

За последние два десятилетия удалось обнаружить диффракцию в интерференцию пучка электронов, атомов и молекул. Проходя через кристаллы, например через тонкие металлические пленки, состоящие из множества хаотично расположенных мелких кристаллов, электроны дают характерные диффракционные картины, подобно тому как это возникает при прохождении световых волн. На основании этих удивительных опы­тов и других экспериментальных и теоретических результатов возникла современная квантовая, так называемая волновая механика, в известном смысле рассматривающая поток вещества как поток волны и с этой точки зрения безукоризненно объясняющая те странные законы расположения электронов в атомах и молекулах, о которых уже приходилось говорить.

Перед физиком открылся мир явлений, поражающий диалектичностью синтеза как будто явно исключающих друг друга явлений. В природе прерывные частицы — электроны, атомы, молекулы — оказались органически, по самому существу своему неразрывно связанными с непрерывными волнами. Прерывное и непрерывное воплотилось в конкретное единство противоположности реального вещества.

Таким образом, новая физика не только необычайно углубила, конкретизировала и детализировала учение об элементарных частицах вещества, но она также преодолела главное внутреннее противоречие, как будто бы неизбежно связанное с учением об атомах. Первым противоречием было существование атомов в пустом пространстве и сил, действующих между атомами. Физика выбросила из своего инвентаря как пустое пространство, так и мировой эфир, заменив то и другое учением о физическом пространстве, устранив полностью указанное противоречие. Оставалось противоречие прерывных атомов и непрерывных силовых полей, прерывность вещества и непрерывность света и тяготения. Новая физика устранила и это противоречие. В реальной материи волновые свойства и свойства частиц оказались всегда уживающимися вместе и являющимися едиными неразрывными сущностями: как свет одновременно обладает волновыми и корпускулярными свойствами, так и ве­щество одновременно заключает в себе качества волны и частицы. Этот потрясающий вывод новой физики еще раз вызывает в памяти глубокую мысль В. И. Ленина, приведенную нами в качестве эпиграфа.

Физика есть наука о простейших формах материи и движения. Ей, по существу дела, свойственна некоторая тенденция к упрощенному подходу к явлениям. И не приходится удивляться, что учение об элементар­ных частицах вещества в мечтах многих современных физиков должно объяснить не только элементарные формы явлений, но в конце концов вселенную в целом. С этой упрощенной точки зрения, мир, вселенная является бесконечным повторением в огромном количестве экземпляров одних и тех же явлений. Исходя из представления о протонах и нейтронах, физик старается построить вполне замкнутое учение об атомном ядре. Объяснив ядро и предположив существование электронов, далее, на основании общих законов волновой механики, физик объясняет, как и почему именно так построены различные атомы. Атом объяснен. Затем на основании тех же законов волновой механики объясняются силы, воз­никающие между однородными и разнородными атомами. При помощи этих сил физик объясняет химические явления, т. е. образование разнообразных молекул, иногда весьма сложных, насчитывающих десятки и сотни атомов. В результате взаимодействия атомов и молекул при определенных условиях температуры и давления из газа получается жидкость или твердое тело — кристалл, и физик пытается объяснить все свойства и газа, и жидкости, и кристаллического состояния на основании известных ему и объясненных уже свойств молекул.

Но этими успехами не ограничиваются желания и претензии физика. Ему хотелось бы понять на основе одних только сведений об атомах, почему во вселенной, в реальном мире, вещество собирается в огромные скопления звезд и солнца, почему звезды и солнце образуют громады, подобные нашему млечному пути, так называемые спиральные туманности, как, наконец, эти спиральные туманности взаимодействуют друг с другом и какую общую систему, сверхвселенную, они образуют. Подчеркиваю, что речь идет не об осуществленном деле, а о стремлениях и тен­денциях современной физики.

До выполнения этой грандиозной программы еще очень далеко: мы не только не можем объяснить с исчерпывающей полнотой строение солнца, но у нас еще есть некоторые не совсем разрешенные затруднения, даже, например, в простейшем атоме водорода, который состоит из одного протона и одного электрона. Очень мало знаем мы до сих пор в конкретной форме о строении сложных атомов и, тем более, сложных молекул. Многое для нас непонятно в свойствах жидкостей и кристаллов. Звезды и Спиральные туманности, конечно, таят в себе еще огромные количества необъясненных явлений. Несмотря на это, необычайные успехи, полученные современной физикой, чрезвычайно окрыляют, и трудно найти физика, который в глубине души не верил бы, что принципиально, исходя из свойств элементарных частиц — электронов, протонов, нейтронов, нейтрино, нейтретто и т. д., можно количественно и до конца объяснить свойства всей вселенной. Мы думаем, что такие надежды преувеличены и просто ошибочны, что физик подходит к делу слишком механистично и упрощенно. Едва ли можно мыслить мир как бесцветное нагромождение одних и тех же сущностей в большом количестве экземпляров. Едва ли можно представлять себе мир огромным складом одинаковых объектов. Такой мир в своем однообразии нетерпим, и приходится согласиться со словами философа Гюйо, писавшего в своем грустном стихотворении «Спектральный анализ»:

Nous aurions beau sender la profondeur muette,

Nous envoler au loin dans son obscurité,

Qu'y découvririons nous? L'univers se répéte...

Qu'il est pauvre et stérile en son immensité! [14]

С духом материалистической диалектики совместимо только представление о бесконечном мире как о постоянно развивающемся целом, как о целом, определяющем свойства своих частей. Нам кажется, что в тенденциях теории относительности объяснить свойства элементарных частиц из свойств мира в целом имеется несомненная доля истины. Если свойства частицы действительно очень многое объясняют в поведении мира в целом, то, с другой стороны, по общим законам диалектики мы вправе ожидать, что свойства самих элементарных частиц определяются свой­ствами мира в целом. Обе эти противоположные тенденции теоретической физики — объяснить мир, начиная с двух противоположных сторон: с вселенной в целом и с мельчайших элементарных частиц — в действительности, вероятно, содержат в себе вполне правильные элементы и обе в своих крайних выражениях ошибочны.

Здесь, однако, мы подходим к крайне трудному вопросу, едва затронутому и в современной физике и в современной философии, и на этом общую картину современного учения о строении вещества, естественно, прихо­дится закончить.

 

 

Источник: С.И.Вавилов. Собрание сочинений. Т.3,

М.: Изд-во АН СССР, 1956, с.41-62.

Первоначальная публикация: «Под знаменем марксизма», 1941, № 2, с.95–112.

 

 

ПРИМЕЧАНИЯ


[1] Доклад на собрании Отделения истории и философии АН СССР 26 декабря 1940 г.

[2] Это замечание С.И.Вавилова не следует смешивать с неправильным представ­лением о необходимости существования двух различных понятий материи — философского и особого, отличного от него «естественно-научного» или «физического». — Ред.

[3] В. И. Ленин. Соч., т. 14, стр. 248.

[4] В. И. Ленин. Соч., т. 14, стр. 247.

[5] Цит. по книге «Демокрит в его фрагментах и свидетельствах древности», стр. 37. ОГИЗ, 1935.

[6] Цит. по книге «Демокрит в его фрагментах и свидетельствах древности», стр. 39–40.

[7] И. Ньютон. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света, ГИЗ, М.–Л., 1927. стр. 286–287.

[8] И. Ньютон. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгиба­ниях и цветах света, стр. 287–288. ГИЗ, М–Л., 1927.

[9] Второе начало явно не соответствует действительному ходу явлений для микро областей пространства и времени вследствие атомного характера процесса; второе-начало здесь имеет только средний, статистический смысл. Точно так же выводы вто­рого начала, несомненно, ошибочны при переходе к практически бесконечно большим масштабам, приводя к известным парадоксам «тепловой смерти» и «начала мира».

[10] Lecons sur la Philosophie chimique, par M. Dumas. Bruxelles, 1839, p. 199.

[11] Д. И. Менделеев. Два лондонских чтения (Добавление к «Основам хи­мии»), стр. 48. СПб., 1889.

[12] J. С. Maxwell. A treatise on electricity and magnetism; Oxford, 1904, v. I, pp. 379–380.

[13] «Соотношение неточностей» есть обобщение опыта и как таковое, обязательно до новых экспериментальных данных, ему противоречащих. Здесь не рассматриваются ошибочные философские попытки трактовать его как основу принципиального индетерминизма явлений и как своего рода «Ignorabimus». Соотношение Аббе–Гельмгольца о пределе разрешающей силы оптического микроскопа не помешало перешагнуть этот предел при помощи электронного микроскопа. Эту поучительную историю не следует забывать поклонникам «Ignorabimus'oв».

[14] М. Guуan. Vers d'un Philosophic. Paris, 1881, p. 196. Перевод: «Мы напрасно стали бы исследовать (зондировать) немую бездну, напрасно лететь в ее мрак. Что мы там откроем? Мир повторяется... Как он беден и бесплоден в своей безграничности (бесконечности)».