Эволюция представлений
О строении атома.
Есть ли предел
Системе элементов Менделеева?
Выполнил студент 141 группы
Попов Илья
Пермь 2002
ОГЛАВЛЕНИЕ
Возникновение атомистики.................................................................................... 3
Атомистика в послеаристотелевскую эпоху............................................................................ 5
Дальнейшее развитие атомистики (XIX в.).............................................................................. 5
Периодический закон. Есть ли граница системы элементов Менделеева?.......... 6
Интерпретация периодического закона................................................................................. 9
Aтом Резерфорда-Бора........................................................................................ 10
Модели atоma до бора.................................................................................................. 10
Открытие атомного ядра................................................................................................ 11
Atom бора................................................................................................................ 13
Возникновение квантовой механики (1925— 1930 гг)....................................... 16
Трудности теории бора................................................................................................. 16
Идеи де Бройля.......................................................................................................... 18
Открытие спина.......................................................................................................... 18
Список использованной литературы.................................................................. 19
Возникновение атомистики
Вопрос о строении окружающего мира всегда волновал человека. Начало современной науке о строении вещества было положено в античном мире, работами древнегреческих ученых разных школ – ионийской, элеатской, пифагорейской.
Идея первичной материи (праматерии) ионийцев была очень привлекательной и неоднократно в той или иной форме возрождалась в физике.
Пытливое мышление древних греков построило концепцию элементов, из которых построена Вселенная. Впервые эта концепция была выдвинута Эмпедоклом (около 490—430 гг. до н.э.). «Эмпедокл,—говорил греческий философ и историк науки Тео-Фраст, — предполагает четыре материальных элемента, а именно: огонь, воздух, воду и землю; эти элементы, будучи вечными, изменяются по числу и величине путем соединения и разделения. Существуют два начала, при помощи которых элементы приводятся в движение — Любовь и Вражда, ибо элементы должны подвергаться двоякому движению, а именно: то соединению путем Любви, то разделению путем Вражды».
Таким образом, все разнообразие вещей, по Эмпедоклу, обусловлено сочетанием четырех различных элементов, а причиной изменения в природе является действие притягательных и отталкивательных сил, которые у Эмпедокла носят названия—Любовь и Вражда.
Существенно, что Эмпедокл ясно утверждал всеобщее начало сохранения. Его элементы вечны и неразрушимы. «Ничто не может произойти из ничего, и никак не может то, что есть, уничтожиться». С этого принципа Эмпедокла и начинается история законов сохранения, играющих такую фундаментальную роль в современной физике.
С V в. до н.э. центр греческой науки сконцентрировался в Афинах. Здесь появились первые научные школы. Здесь учил математик Гиппократ, философ и физик Анаксагор (около 500—428 гг. до н. э.), создавший учение о «семенах» всех вещей и движущем начале «нус» (дух), сообщившем элементам материи вращательное движение, в результате которого образовалась Земля и все вещи.
Анаксагор был современником основателей атомистики Левкиппа и Демокрита (около 460-370 гг. до н.э.).
Демокрит написал множество произведений по различным отраслям науки: математике, физике, философии и др. Основные положения теории Демокрита воспроизводятся во многих современных книгах по физике и философии почти одними и теми же словами:
1. Из ничего не происходит ничего. Ничто существующее не может быть разрушено. Все изменения происходят благодаря соединению и разложению частей.
2. Ничто не совершается случайно, но все совершается по какому-нибудь основанию и с необходимостью.
3. Не существует ничего, кроме атомов и чистого пространства, все другое только воззрение.
4. Атомы бесконечны по числу и бесконечно разнообразны по форме. В вечном падении через бесконечное пространство большие, которые падают скорее, ударяются о меньшие; возникающие из этого боковые движения и вихри служат началом образования мира. Бесчисленные миры образуются и снова исчезают одни рядом с другими и одни после других.
5. Различие между вещами происходит от различия их атомов в числе, величине, форме и порядке; качественного различия между атомами не существует. В атоме нет никаких «внутренних состояний»; они действуют друг на друга только путем давления и удара.
6. Душа состоит из тонких, гладких и круглых атомов, подобных атомам огня. Эти атомы наиболее подвижны, и движения их, проникающие в тело, производят все жизненные явления.
Атомное учение, пройдя через века, выдержало ожесточенную борьбу с идеализмом и стало основой всего современного естествознания.
В учении атомистов играет существенную роль принцип сохранения, который, как мы видим, был уже у ионийцев. Новым моментом является допущение пустоты. Ни у ионийцев, ни у пифагорейцев, ни у элеа-тов пустоте нет места.
В системе Демокрита нет места для какого-то «разума», производящего движение частиц, движение атомов вечно и не нуждается в особом начале. Движущиеся в пустом бесконечном пространстве атомы, сталкиваясь друг с другом, производят все вещи и бесчисленные миры. Пустое бесконечное пространство Демокрита - это совершенно новый элемент картины мира, и его появление вызвано успехами геометрии.
Сам Демокрит был крупным математиком. В математических доказательствах Демокрита огромную роль играла атомистика. Атомами линии были точки, атомами поверхности — линии, атомами объемов—тонкие листки.
Успехи геометрии формировали представление о пустом пространстве, лишенном каких-либо чувственно осязаемых свойств. Линии, поверхности, геометрические тела становились абстрактными образами, чистой формой. Пространство, свойства которого в дальнейшем описал Евклид, является чистой протяженностью, лишенной материального содержания, и ареной движения атомов, вместилищем всех тел природы. Согласно учению атомистов бесконечно пустого пространства и атомов достаточно для описания разнообразных явлений мира, в том, числе социальных и психических. Учение атомистов—монистическое учение, по которому материя и движение—основы бытия.
К 431—404 гг. до н.э. наступил упадок Афин и афинской демократии. Происходили глубокие изменения в идеологии. Материалистическая система ионийцев и атомистов вытеснилась идеалистической философией Сократа (469—399 гг. до н.э.) и его ученика Платона (427—347 гг. до н.э.). Общество ощущало потребность в систематизированном научном знании, и на долю ученика Платона, знаменитого мыслителя древности Аристотеля выпала задача составить систематический свод научных знаний своего времени.
Научное наследие Аристотеля огромно. Оно образует полную энциклопедию научных знаний своего времени. Пожалуй, ни один ученый не оказывал такого длительного и глубокого влияния на развитие человеческой мысли, как Аристотель. Его воззрения принимались за истину в течение ряда столетий. В средневековых европейских университетах естествознание излагалось по Аристотелю, которого называли предтечей Христа в истолковании природы.
Он признавал объективное существование материального мира и его познаваемость. Но одновременно он верил в существование богов, противопоставлял земной и небесный миры, искал высшую цель природы и т. п.
Аристотель был крестным отцом науки о мире. Название его книги, посвященной исследованию природы («физика»), стало названием физической науки.
Существенным моментом в представлении Аристотеля о материи является то, что она сама по себе служит только возможностью возникновения реальной вещи, некоторым пассивным началом природы. Для того чтобы вещь стала реальностью, она должна получить форму, которая превращает возможность в действительность. Всякая вещь есть единство материи и формы, в природе происходят постоянные переходы материи в форму, формы в материю. Отсюда возникает учение Аристотеля о четырех действующих причинах: 1) материальной; 2) формальной; 3) производящей; 4) конечной. Активная производящая причина есть движение, конечная — цель.
Учение о четырех причинах получило большое распространение в средние века, став краеугольным камнем схоластики.
В своей «физике» Аристотель подробно разбирает взгляды своих предшественников — ионийцев, элеатов, Анаксагора, Левкиппа и Демокрита на первоначала мира. Он критикует воззрения атомистов, признающих пустоту и бесчисленное множество атомов и миров, так как, по его мнению, эта точка зрения приводит к логическим противоречиям. Бесконечное мыслимо только в возможности («потенциальная бесконечность»), реальный мир конечен и ограничен и построен из конечного числа элементов.
Понятие пустоты, по Аристотелю, также ведет к противоречиям с действительностью. Правильно подметив, что среда оказывает сопротивление движению и тем большее, чем она плотнее, Аристотель приходит к выводу, что бесконечное разреженное пустое пространство приводило бы к бесконечному движению. Это, по его мнению, невозможно. В отсутствие сопротивления скорость тела была бы бесконечной, что также невозможно. Любопытно, что другим аргументом против пустоты является совершенно правильный вывод Аристотеля об одинаковой скорости падения всех тел в пустоте, равно как и вывод о бесконечном инерциальном движении. В реальных условиях движение конечно и тела падают с разной скоростью. Аристотель полагает, что, чем тяжелее тело, тем быстрее оно падает.
Пустота, невесомость, по Аристотелю, неестественны, невозможны. Аристотелевский физик—это человек, живущий в воздушной среде на неподвижной Земле, в поле тяготения этой Земли и не мыслящий мир без этих атрибутов. В соответствии с повседневными представлениями Аристотель принимает геоцентрическую систему мира и концепцию ограниченной Вселенной, расслоенной на сферы движения небесных светил.
Естествознанию предстояло пройти длительный путь поисков и борьбы, чтобы прийти к иному миропониманию.