Механизм Вселенной: как законы науки управляют миром и как мы об этом узнали

В конечном счете теория Аристотеля о четырех элементах, как и теория tria prima Парацельса, уступят место более совершенным моделям, а древние атомные теории Демокрита и Эпикура наконец получат свое признание. Алхимия уступит место химии, когда экспериментальные методики, которым она дала жизнь, откроют дорогу рациональной разработке экспериментов. Более того, механистическая философия даст основу всем этим вещам, когда новое поколение ученых уверует, что природу действительно можно понять рационально, как устройство, функционирующее по определенными законам – как мировую машину.

Глава 11 Природа атомов Физические основы устройства атомов

В течение XVIII века слова «частица», «корпускула», «элемент» и «атом» использовали как синонимы для обозначения строительных блоков вещества. Фактически с тех пор, как 2000 лет назад появилась теория Демокрита, никаких новых догадок о том, что такое атом, не было. Для химика атом как мельчайшая частица вещества был концептуально симпатичен, однако не помогал приблизиться к пониманию его главной заботы: как в материи протекают разные реакции.

Представьте на мгновение, что вы химик конца XVIII века, который работает с реагентами, смешивает их, смотрит, как они взаимодействуют, как протекает химическая реакция, создает новые вещества. Как понимание того, что атом – мельчайшая составная частица материи, поможет вам объяснить протекание химической реакции, которую вы только что наблюдали?

Для многих химиков того времени атом не играл значительной роли в их каждодневных экспериментах. Несомненно, химики нарисовали бы «схемы, где присутствует атом». Однако для большинства химиков они были не более чем инструментом визуализации, полезным в организации размышлений о химической реакции, но не дающим подробного объяснения процесса. Чего химики действительно желали, так это объяснения огромного количества экспериментальных данных.

Как знание об атоме (если бы даже оно существовало) на самом деле могло предоставить такую информацию? Более того, если бы атом был действительно самой маленькой, неделимой частью материи, как бы вы поняли это? Сколько бы он весил? Есть ли различные типы атомов? Вот над чем размышляли некоторые химики.

Со всеми этими атомными теориями, блуждающими вокруг, атом вносил очень мало определенности и предлагал больше путаницы, чем ясности. Было крайне нужно найти путь к ответам на некоторые из этих вопросов. Первое ощущение ясности пришло с уточнением атомного понятия под названием «элемент».

Элементы и атомы

В 1661 году Роберт Бойль написал свою главную работу «Скептический химик». В ней он жестко критикует теории элементов Аристотеля и Парацельса. Что важнее, он предложил идею элемента как чего-то, что нельзя дальше разделить посредством каких бы то ни было экспериментов^[145]:

«…определенные простые и примитивные или совершенно однородные тела; которые не состоят из каких-либо иных тел, или друг друга, являются компонентами, из которых состоят все эти так называемые идеально смешанные тела и на которые они в конечном счете распадаются».

Более ста лет спустя, в 1789 году, Антуан Лавуазье повторяет это в «Элементарном трактате о химии»:

«Если мы будем использовать термин “элементы”, чтобы выразить нашу идею о последней точке, которую [химический] анализ может достигнуть, мы должны признать элементами все вещества, до которых мы можем любыми средствами низвести тела в процессе распада».

Конечно, речь шла о средствах, доступных в то время. Таким образом, смогут ли будущие поколения ученых разработать новые методы дальнейшего разделения этих вещей, которые они назвали элементами, показало бы только время. Однако это не было первоочередной проблемой, и не должно было быть. Вот как Лавуазье продолжает:

«Не то чтобы мы наделены правом утверждать, что эти вещества, которые мы рассматриваем как простые, не могут состоять из двух или даже большего количества [элементов]; но, раз эти [элементы] нельзя разделить, или раз мы до настоящего времени не обнаружили средства их разделить, для нас они выполняют роль простых веществ, и мы ни в коем случае не должны считать их составными, пока эксперименты и наблюдения не докажут, что это так».

Лавуазье знал, что в будущем то, что в его время называли элементами, может на самом деле оказаться более сложными веществами. Эти вещества, будучи разделенными при помощи новых методов, наконец показали бы, из чего же состоят вещества. Однако важно определение элемента, которое дают Бойль и Лавуазье.

Как уже упоминалось, тогда понятие атома было расплывчатым. Но, дав атомам физическую индивидуальность, концепция элемента начала расчищать путь. Элемент – это атом определенного типа, это действительно так просто.