Предчувствия и свершения. Книга 2. Призраки

Рождение современной кинетической теории относят к 1848 году, когда Джоуль, ничего не зная о работах Ломоносова, выступил с докладом «Некоторые замечания о теплоте и строении упругих жидкостей». Члены Манчестерского философского общества без особого интереса выслушали утверждение бывшего пивовара о том, что «упругая сила или давление должны представлять собой эффект движения частиц, из которых состоит всякий газ».

Джоуль утверждал, что таким путем можно объяснить закон Бойля — Мариотта. Хотя доклад и был напечатан в трудах общества, но эти труды вряд ли прочел кто-нибудь, кроме некоторых из его членов.

Прошло восемь лет. В 1856 году Крениг опубликовал «Очерки теории газов», в которых пишет, что каждая молекула, ударяясь о стенку сосуда, передает ей свой импульс, пропорциональный массе и скорости молекулы. Суммируя эти импульсы, он вычисляет величину давления газа и впервыe получает связь между объемом газа и его давлением, как следствие движения молекул газа. Следствие и причина были увязаны. Обнаружилась ниточка, объединяющая поведение газа с его сущностью как коллектива отдельных частиц. Современников потрясла возможность вычислить величину универсальной газовой постоянной.

Как видно, пришла пора сбора урожая в исследованиях газов. В 1857 году выходит работа Клаузиуса «О роде движения, который мы называем теплотой». Здесь Клаузиус впервые дает не только ясное и последовательное изложение молекулярно-кинетического подхода, но облекает его в математическую форму. Эмпирические законы, установленные опытным путем, и описательные теории получили в молекулярно-кинетическои трактовке прозрачное наглядное истолкование.

Представление об атомарном строении газа и о связи движения его атомов с температурой и давлением перестало быть гипотезой. Оно сравнялось по значению с фундаментальными принципами, лежащими, в соответствии с методологией Ньютона, в основах науки. В отличие от отвергаемых Ньютоном гипотез, предназначенных для объяснения единичного явления, молекулярно-кинетическая гипотеза объясняла огромный круг явлений, дотоле казавшихся независимыми. Давала возможность, подобно принципам Ньютона, вывести законы этих явлений. Она даже превосходила принципы Ньютона — позволила вычислить величину постоянной в законе Клапейрона. А постоянные в законах Ньютона и в других законах, полученных на основе его принципов, нужно было независимо определять путем дополнительных опытов.

Начиналась новая эра в науке. Открылись вдохновляющие возможности продвижения по пути, указанному Ньютоном. При этом сохранилось стремление Отыскивать законы, «причины которых (как писал Ньютон) неизвестны», не дожидаясь выяснения этих причин.

Неизвестным оставался «пустяк» — природа сил, действующих между молекулами. Но никто не думал возвращаться к гипотезам Босковича или Лесажа. Не нужно было придумывать новых гипотез о внутреннем строении молекул. Достаточно представить себе, что молекулы при соударении ведут себя как маленькие бильярдные шары и применять к вычислениям законы соударения упругих шаров. Дальше все шло само собой при помощи геометрических построений и вычислений. Запомним эту аналогию: молекулы подобны упругим шарикам. Эта аналогия повинна во многих открытиях и во многих заблуждениях. Она и успокоила ученых и вселила в них то беспокойство, ту неудовлетворенность, которая привела их в конце концов на порог квантовой эры…

…Публикация статьи Клаузиуса вызвала такой резонанс, что Джоуль поспешил еще раз опубликовать свой Манчестерский доклад 1848 года — теперь в одном из наиболее авторитетных журналов «Философикал мэгэзин». Джоуль хотел, чтобы все знали о том, что первый вклад в новую и весьма перспективную теорию сделал именно он.

Конечно, не все в статье Клаузиуса было совершенно. Для упрощения расчетов он принимал, что все молекулы движутся с одинаковой скоростью. Ему возразил Максвелл. В докладе Британской ассоциации Максвелл в 1860 году показал, что это не верно. Доклад был опубликован в том же журнале, в котором опубликовал свой доклад Джоуль. Но в отличие от статьи Джоуля, где был лишь намек, публикация Максвелла вошла краеугольным камнем в фундамент современной науки. В ней содержались формулы, при помощи которых можно получать правильные результаты.

Максвелл исходит из модели «неопределенного количества малых, твердых и совершенно упругих шаров, действующих друг на друга только во время столкновения».

«Если окажется, — пишет он, — что свойства подобной системы тел соответствуют свойствам газов, то этим будет создана важная физическая аналогия, которая может при-вести к более правильному познанию свойств материи». Далее Максвелл, следуя древней традиции, формулирует ряд «Предложений» и анализирует их, преимущественно методами геометрии.