СТРУКТУРА АТОМА

Атом пифагорейцев

Пифагор (570 – 496 гг. до Р.Х.).

Диоген Лаэрций сообщает об учении Пифагора следующее: «Начало всего - единица; единице как причине подлежит как вещество неопределенная двоица; из единицы и неопределенной двоицы исходят все числа; из чисел - точки; из точек - линии; из них - плоские фигуры; из плоских - объемные; из них - чувственно воспринимаемые тела, в которых четыре основы - огонь, вода, земля и воздух.

Цитата из Прокла также во многом проясняет основы пифагорейского учения: «Пифагор, сын Мнесарха, самосец, впервые назвавший философию этим именем, полагал началами числа и числовые пропорции, которые он называет гармониями, а элементами - сочетания обоих этих начал, так называемые геометрические элементы.

С другой стороны, он полагает началами единицу (монаду) и неопределенную двоицу (диаду). Из этих начал у него первое соответствует творящей и формальной причине, то есть уму или богу, второе - страдательному и материальному, то есть видимому космосу. Природой числа он полагает декаду, так как все эллины и все варвары считают до десяти, а дойдя до десяти, опять заворачивают к единице. А потенция десяти, говорит он, заключается в четырех и четверице...

Душа наша, говорит он, также состоит из четверки: ее составляют ум (= 1), знание (= 2), мнение (= 3), ощущение (= 4), от которых происходят всякое искусство и всякая наука и благодаря которым мы разумные существа».

То, что монада и диада являются началами всего, пифагорейцы рассуждают весьма изощренно. Они говорят, что все вещи могут мыслиться либо самостоятельно, либо по противоположению, либо, наконец, в отношении. Самостоятельно мыслится то, что существует независимо, например, камень, человек, лошадь, растение. По противоположению существуют те вещи, которые усматриваются на основании противоположения одного другому, например, благо и зло, справедливое и несправедливое, полезное и бесполезное, праведное и неправедное, движущееся и покоящееся. Вещи, мыслимые по отношению к другим вещам, таковы: правое - левое, верх - низ и т.д.

Но при наличии этих трех видов существующего (существующее самостоятельно, существующее по противоположению и существующее по отношению) необходимо мыслить еще одну экзистенцию: существующее как род, в котором исчезают все видовые различия трех вышеперечисленных экзистенций. Пифагорейцы в качестве преобладающей экзистенции выставили существование единого. Это единое или одно само по себе, без сравнения с чем бы то ни было, как раз и зовется монадой. Но монада не может существовать отдельно; всегда имеется возможность метасравнения, которое раскрывается через понятие диады. Из них возникают единица и двойка: от монады - единица, а от монады и диады - двойка, причем монада всегда выступает в роли действующей причины, а диада - в роли страдающей материи.

Монада и диада продуцируют остальные числа. Подобно этому пифагорейцы конструируют - здесь можно использовать уже этот термин - и геометрические объекты, в частности, точка устроена по типу монады, а линия - диады, причем монада выступает в роли производящей причины и предела, а диада - в роли страдающей материи и неопределенна.

Вот как об этом рассказывает Секст Эмпирик: «И как они [пифагорейцы] создали из них [монады и диады] основы чисел, так они сконструировали мир и всё, что в мире. Например, точка устроена по типу монады, ведь, как монада есть нечто неделимое, так и точка, и, как монада есть некое начало в числах, так и точка есть некое начало в линиях».

Атомизм Левкиппа-Демокрита

Понятие «атом» возникло и оформилось как система представлений об устройстве окружающего мира в воззрениях древнегреческих философов в 500 - 200 гг. до н. э. Левкипп утверждал, что мир состоит из мельчайших частиц и пустоты.

Левкипп был убежден, что у него есть теория, которая, исходя из доводов, согласных с чувствами (в то же время) не сделает невозможным ни возникновение, ни уничтожение, ни движение, ни множественность вещей. Признав все это в согласии с явлениями, он в согласии с теми, кто доказывает единство (целого), признал, что движение невозможно без пустоты, а пустота - это несуществующее, однако, ничуть не менее реальное, чем существующее, но то, что существует в прямом смысле слова, является наполненным. Тем не менее подобная вещь не едина, а представляет собой бесконечные по числу (частицы), невидимые, вследствие малости каждой из них. Эти частицы носятся в пустоте, ибо пустота существует; соединяясь, они приводят к возникновению (вещей), а разъединяясь, к уничтожению.

Демокрит (470 - 370 гг. до Р.Х.) назвал эти частицы атомами (неделимыми) и считал, что они вечно существуют и способны двигаться. Размеры атомов полагались настолько малыми, что не могли быть измерены. Форма, внешнее различие атомов, как считалось, придают определенные свойства телам.

Например:

• атомы воды - гладкие, они способны перекатываться, и поэтому жидкости свойственна текучесть;
• атомы железа имеют зубчики, которыми они зацепляются друг за друга, что придает железу свойства твердого тела.

Демокрит мыслил Бытие как атомы, а небытие как пустоту.

Демокрит уточняет пифагорейское понятие монады, которые исходили из допущения неделимых начал - единиц, но им не был ясен вопрос о том, являются ли эти единицы вещественными элементами, физическими частицами или только математическими точками, не имеющими измерений. Демокрит, уточняя пифагорейское понятие единицы, приходит к выводу, что "единицу" надо мыслить как физическое тело очень малых, но конечных размеров. В этом случае любой отрезок линии, так же как и любое тело трех измерений, может состоять из очень большого, но всегда конечного числа неделимых физических "монад" ("единиц") - атомов.

Само слово "атом" образовано от глагола - "резать", "разрезать", "разрубать", "рассекать"; "атом", следовательно, переводится как "неразрезаемое", "нерассекаемое". Он обозначает такое физическое тело, которое в силу его твердости (по некоторым соображениям, также ввиду его малости) не может быть разрезано на более мелкие части.

Атом, согласно Демокриту, не содержит в себе пустоты, а потому он неизменяем по своей природе: его нельзя ни разрезать, ни уплотнить, ни "разрыхлить", он не может стать ни больше, ни меньше себя, не может ни гибнуть, ни возникать, он вечен и неизменен, а стало быть, имеет почти все атрибуты, которыми Парменид наделил бытие. Почти - потому, что, помимо бытия, атомисты допускают существование небытия; небытию, как и бытию, они дают физическую интерпретацию. Небытие - это пустота; она разграничивает бытие, а потому оно предстает как множественное - атомов много. И благодаря наличию небытия Бытие приобретает атрибут, который за ним отрицал Парменид: движение. Если Бытие у элеатов неподвижно, то "бытия" атомистов движутся непрерывно. И этим их движением атомисты объясняют те свойства чувственного мира, которые элеаты объявили пустой видимостью: изменчивость всех предметов и явлений чувственного мира.

Атом имеет еще одну существенную характеристику: он непроницаем. Как говорит Аристотель, атомы Левкиппа и Демокрита - это "полное" - в том смысле, что на одном месте не могут совместиться, "совпасть" два атома. В отличие от атомов пустота "проницаема". Непроницаемость атомов, как и их неделимость, - это характеристика их как "субстанциальных начал" природы.

Все физические процессы в мире атомисты стремятся объяснить, исходя из свойств атомов. Характер этих объяснений позволяет видеть, что атомы мыслятся ими как физические тела. Так, образование видимых физических тел объясняется сцеплением атомов, скреплением их. Это "сцепление", носит чисто механический характер. Атомы, "сталкиваясь, скрепляются друг с другом". Никакого дополнительного объяснения атомисты не предлагают.

Что говорит Демокрит? "Субстанции, беспредельные по числу, неделимые и не имеющие различий, кроме того, не воздействующие на других и не поддающиеся воздействию, носятся, рассеянные в пустоте. Когда же они приближаются друг к другу или наскакивают или зацепляются друг за друга, то из этих сборищ атомов одно кажется водой, другое - огнем, третье - растением, четвертое - человеком".

Для того чтобы из атомов и пустоты объяснить все многообразие эмпирического мира, Демокрит вводит дополнительную характеристику атомов: они различаются сами по себе формой и величиной, а их соединения - положением и порядком атомов, из которых они состоят . Именно положение и порядок атомов должны, по убеждению Демокрита, объяснять различные чувственные качества тел эмпирического мира.

Сложные тела, по Демокриту, отличаются друг от друга в трех отношениях. Во-первых, тем, что они состоят из атомов, различных по форме; такой смысл имеет его выражение "тем, из чего они состоят". Ведь огонь и земля состоят не из одинаковых атомов, но огонь состоит из шарообразных атомов, а земля - не из таких, а, например, из кубических. Но, продолжает он, сложные тела отличаются друг от друга еще положением и порядком атомов. Ведь часто два каких-нибудь тела составлены из одних и тех же атомов, тогда разница между ними будет иметь причиной порядок атомов, например, в одном теле будут первыми помещаться шарообразные атомы, а последними - пирамидальные, в другом же наоборот - первыми пирамидальные, а последними - шарообразные, как, например, в слогах WS и SW. Так что порядок одних и тех же букв является причиной разницы. Равным образом разница между сложными телами может иметь причиной и положение атомов, если (те же атомы) находятся в одном случае в лежачем положении, в другом - в стоячем, в третьем - вверх ногами. Так, буквы Z и N или G и L отличаются только положением. При этом надо иметь в виду, что из этих трех видов различий первое, при котором тело состоит из тех, а не из иных атомов, делает сложные тела другими и совершенно разнородными, а различие в положении и порядке атомов делает их не различными телами, а лишь видоизменениями (одного и того же тела).

Демокрит, стремился объяснить также и чувственные качества вещей (их цвет, вкус, твердость или мягкость, теплоту и т.д.) определенной формой, порядком и положением атомов; в этом отношении он также предвосхищает все последующие варианты атомизма, создавая объяснительную модель, которая сохраняет свое значение для естествознания на протяжении более чем двух тысячелетий. Но при этом объяснении характера чувственных качеств вещей, исходя из свойств атомов, важным моментом остается принципиальная разнородность объясняемого свойства и объясняющего принципа. Тому, что воспринимается нами субъективно как сладкое, твердое, красное и т.д., в самом объекте соответствует нечто инопорядковое - не имеющее ни цвета, ни вкуса, ни другого чувственного качества, а только форма атомов (круглые, заостренные и пр.) и их порядок.

Атом Эпикура

Способность атомов самостоятельно взаимодействовать друг с другом была предположена Эпикуром (341 - 270 гг. до Р.Х.).

Эпикур учил: «что существуют тела, это всюду подтверждает наше ощущение, на которое, как сказано, неизбежно должно опираться наше суждение о неясном; а если бы не существовало того, что мы называем пустотой, пространством или неосязаемой природой, то телам не было бы где двигаться и через что двигаться, - между тем как очевидно, что они движутся. Помимо же тел и пустоты, ни постижением, ни сравнением с постигаемым нельзя помыслить никакого иного самостоятельного естества, а только случайные или неслучайные свойства таковых.

Далее, иные из тел суть сложные, а иные - такие, из которых составлены сложные. Эти последние суть атомы, неделимые и неизменяемые. В самом деле, не всему, что есть, предстоит разрушиться в небытие: иное настолько крепко, что выстоит при разложении сложного благодаря природной своей плотности и потому, что для разложения нет причины и никаких условий. Следовательно, начала по природе своей могут быть лишь телесны и неделимы».

Атомы, по мнению Эпикура, бесконечно разнообразны по форме, хотя они и группируются по конечному числу видов. Если атомы различаются по форме, то они не могут быть точечными объектами; они собраны (наподобие снежинок) из каких-то более мелких частей (такие атомы лучше уж было назвать молекулами). То, из чего состоят эти атомы-молекулы, называется амером; они-то и являются истинным пределом протяженности.

Возрождение атомистической теории

В начале XIX в. Дж. Дальтон, опираясь на открытые к тому времени законы химии - кратных отношений, эквивалентов, постоянства состава, возродил атомистическую теорию. Главное отличие новых положений теории от представлений древнегреческих философов заключалось в том, что они опирались на строгие экспериментальные данные о строении вещества. Дальтон установил, что атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковые свойства, а разным элементам соответствуют разные атомы. Была введена важнейшая характеристика атома - атомная масса, относительные значения которой были установлены для ряда элементов. Однако атом по-прежнему считался неделимой частицей.

Изучение прохождения электрического тока через различные среды (газы, растворы, расплавы), проводившееся в XIX столетии, дало первые экспериментальные факты, натолкнувшие на мысль о сложном строении атома.

В 30-х годах XIX века английский физик Майкл Фарадей установил, что электрохимические процессы характеризуются определенными соотношениями, которые указывают на то, что электрические заряды, так же как и материя, имеют дискретный характер, и существует некий минимальный заряд.

Эксперименты с газоразрядными трубками, проведенные во второй половине XIX века, с очевидностью показали, что в состав атомов должны входить отрицательно заряженные частицы, которые впоследствии были названы электронами. Эти опыты с разреженными газами имели достаточно простое оформление. В стеклянную трубку впаивали два электрода, затем трубку вакуумировали до давления примерно 10 мм. рт. ст. (0,013 Па). На электроды подавали высокое напряжение (несколько киловольт) и по свечению стенок трубки и остаточных газов наблюдали поток частиц, которые перемещались от отрицательного электрода к положительному. Если на пути этого пучка устанавливали какое-либо препятствие, например, вертушку, то она начинала вращаться, указывая, что частицы имеют конечную массу. Если газоразрядную трубку помещали между пластинами плоского конденсатора, то поток частиц отклонялся к одной из них, а именно к той, которая заряжена положительно, что говорило об отрицательном заряде частиц.

В 1896 году Анри Беккерель, работая с соединениями урана, открыл явление радиоактивности - самопроизвольного распада атомов одного элемента и превращения их в атомы другого химического элемента. При этом было обнаружено, что такие превращения сопровождаются испусканием невидимых глазом излучений.

Несколько позже супруги Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри обнаружили, что невидимое излучение испускают не только соединения урана, но и другие вещества. В результате кропотливой работы ими были открыты два новых химических элемента, которые были названы “радий” и “полоний”.

В 1897 г. Дж. Томсон (Англия) открыл электрон.

В 1899 г. Резерфорд обнаружил, что радиоактивные элементы испускают два вида излучений, которые он назвал α- и β-лучи. Позже было установлено, что радиоактивные вещества могут испускать три вида излучений: α, β и γ. α-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия и, соответственно, α-частицы имеют массу 4 а.е.м. и электрический заряд +2, β-лучи - это поток электронов, а γ-лучи - электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны.

Все эти экспериментальные факты говорили о том, что атом имеет сложное строение и в его состав должны входить электроны. А так как атом в целом является электронейтральной частицей, то отрицательный заряд электронов должен компенсироваться положительным зарядом.

В 1904 г. Дж. Томсон предложил модель строения атома, согласно которой положительный заряд равномерно заполняет весь объем атома, а отрицательный, представленный электронами, вкраплен в эту положительно заряженную сферу. Эта модель получила название «пудинг Томсона». Все полученные к тому времени экспериментальные данные модель объяснить не могла. Она в какой-то мере объясняла опыты Фарадея и эксперименты с газоразрядными трубками, но не могла ответить на самый главный вопрос: «как вообще может существовать такая система электрических зарядов?» Несмотря на это, ученые некоторое время пользовались этой моделью.