Статьи и речи
Шрифт:
«В соответствии с общепринятой теперь физической гипотезой газ состоит из твёрдых и идеально упругих сферических частичек или атомов, которые движутся во всех направлениях и наделены различными степенями скорости в различных газах» [31].
В Германии Стефан применил кинетическую теорию к вычислению скорости звука, решив, что как теплота, так и звук, передаются в газе с одинаковой скоростью, но что количество тепла, переносимое путём теплопроводности, относительно мало потому, что, как он думал, в каждом соударении скорости молекул усредняются. Таким образом, только половина разности температур переносится от одного слоя следующему [32].
Кинетическая теория также рано получила признание в Америке; так, в 1861 г. Ньюком докладывал на собрании Американской академии искусств и
Он ссылается на статьи Максвелла и упоминает о разногласиях по вопросу об удельных теплотах, заключая:
«Учитывая количество и разнообразие явлений в газах, которые объясняются этой теорией, и, в частности, точность, с которой она объясняет необъяснимые до сих пор явления диффузии, можно считать, что эта теория имеет значительную вероятность в её пользу. Небольшие разногласия между наблюдённым и рассчитанным отношением удельных теплот (1,42 и 1,33), возможно, объясняются некоторым свойством частиц, не принятым во внимание в математическом анализе» [34].
Другой американец, Леконт, рассматривал различные теории скорости звука в статье, написанной в 1861 г. и опубликованной в «Philosophical Magazine» в 1864 г. Он ссылался на формулу Герапата для скорости звука, которая, «по-видимому, являлась выводом из замысловатых спекуляций по молекулярной физике, основу которых составляют атомные соображения». Он также говорил, «что тот факт, что развитие динамической теории теплоты пролило столько света на теорию распространения звуковых волн в атмосфере, служит, наряду со многими другими, иллюстрацией связи между отдельными разделами физической науки» [35].
Поттер, отвечая на эту статью, не соглашался с такой оценкой динамической теории:
«Что касается взаимной поддержки, которую оказывают друг другу теория звука и механическая теория теплоты, как утверждает доктор Леконт, то чем меньше будет об этом сказано, тем лучше» [36].
Леконт и Поттер не сумели принять во внимание кинетическую теорию Клаузиуса и Максвелла.
Густав Фехнер также игнорировал кинетическую теорию. Он писал: «Со времени появления предыдущего издания настоящего труда (1855) положение физической атомистики не изменилось существенно, она только развивалась дальше и дальше и тем самым все крепче укоренялась — подобно дереву, которое по мере того, как оно выпускает больше ветвей, крепче укореняется» [37].
В 1864 г. Кролль критиковал теорию излучения Тиндаля, основанную на «движениях» атома поперёк центров равновесия, внешних по отношению к нему. Он утверждал, что «... атом сам по себе по существу упруг. В самом деле, если тепловые колебания не состоят из движений атома, тогда теплота должна состоять из попеременных расширений и сжатий самого атома. Это, в свою очередь, противоречит обычному представлению о том, что атом по существу твёрд и непроницаем. Но это благоприятствует современному представлению о том, что материя состоит из силы сопротивления, действующей из некоторого центра» [38].
Нортон, американец, предлагает подобную же теорию атома, в котором теплота зависит от молекулярного притяжения и отталкивания [39]. Ни Кролль, ни Нортон не ссылаются на кинетическую теорию, хотя Кролль в позднейшей статье разработал свои взгляды на атом:
«Общее понятие материи, однако, начинает отрицаться многими ведущими физиками и химиками, а именно то, что материя состоит из атомов, по существу твёрдых, неделимых и непроницаемых и бесконечно жёстких. Излишне, пожалуй, говорить, что это представление полностью гипотетично... Все, что следует по необходимости подразумевать в материи, поскольку это касается свойства, которое называется жёсткостью или твёрдостью, это — то, что это свойство либо является силой сопротивления в пространстве, либо веществом, которое проявляет сопротивление, как свойство... Наиболее философским способом выражения будет — утверждать вместе с Фарадеем («Phil. Mag.», февраль 1844 и май 1846 г.), что атом есть просто центр
силы...» [40].Следующей из многих атомных теорий была теория Чаллиса, которая основывалась на гидродинамических исследованиях. Чаллис говорит о своей теории:
«Я предполагаю, что упругая жидкость состоит из инертных сферических атомов постоянной величины, каждый из которых, благодаря отражению эфирных колебаний от его поверхности, становится центром отталкивательной силы, причём колебания по необходимости таковы, что их динамическое действие удерживает атомы на расстоянии друг от друга» [41].
В другой статье в 1865 г. он рассматривает математически возможность того, что колебательные движения эфира создают «перманентные трансляционные движения атомов» и намекает на то, что силы теплоты, агрегации и гравитации объясняются этим явлением [42]. Однако он нигде не ссылается на кинетическую теорию.
Но в 1865 г. Гирдельстон писал:
«То, что газы суть тела, частицы которых движутся но прямым линиям, теперь является не гипотезой, а фактом, основанным на физических доказательствах, полученных из явлений диффузии, теплоты и т. д. [43].
Бальфур Стюарт в своём учебнике теплоты (1866) также считал, что эта теория была установлена, и ссылался на эксперименты Максвелла по вязкости [44].
В 1867 г. Науман использовал кинетическую теорию для оценки размеров и скоростей молекул [45] и рассуждал о состоянии теории.
«Непрерывное развитие механической теории теплоты дало постоянно усиливающееся основание для поддержки точки зрения Клаузиуса, что тепловое содержание идеального газа... представляется движением молекул и движением атомов, составляющих молекулы. В частности, принцип Клаузиуса, согласно которому живая сила этого движения молекул для всех газов пропорциональна абсолютной температуре... получил изящное экспериментальное подтверждение в новейших исследованиях О. Э. Мейера по внутреннему трению в газах...» [46].
Науман также ссылался в качестве доказательства в пользу кинетической теории на «новейшие микроскопические наблюдения (Fick, «Die Naturkrafte in ihrer Wechselbeziehung») того, что мельчайшие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе, обладают вибрационным движением...» [47].
Артур Рансом в 1867 г. указывал на то, что теории молекулярного строения тел основывались на форме и размерах составляющих их частиц (Дальтон), на наличии у них одной или более полярных осей (Гирдельстон) и на их колебаниях в различных орбитах. Явления теплоты, света, электричества и т. д. использовались как указание на обладание материальными частицами невесомых атмосфер с различными свойствами (Нортон, цит. соч. и электромагнитная теория Максвелла). Но Рансом не признавал ни одной из этих теорий; он полагался на молекулярные силы, которые представляли собой обратную функцию расстояния в какой-то большой степени [48].
В 1868 г. Стоней писал:
«Динамическая теория молекулярного строения газов, которая, если я не ошибаюсь, должна быть поставлена в один ряд как по значению, так и по вероятности с волновой теорией света, по-видимому, ещё не встречает того всеобщего внимания и признания, которых она, кажется, заслуживает» [49].
А. Казин указывал на то, что калорическая теория теперь оставлена, но он колебался в признании кинетической теории, потому что эта теория настолько спекулятивна, что единственный противоречащий ей эксперимент может её опровергнуть [50]. Но Казин теперь был в меньшинстве, так как большинство учёных к 1870 г., по-видимому, признавали кинетическую теорию (по крайней мере, молчаливо). Позднейшие нападки на эту теорию исходили не от приверженцев тепловой теории, а от тех, которые, подобно Маху и Оствальду, отказывались вообще верить в существование атомов, или от тех, которые, подобно лорду Кельвину, Лошмидту и Цермело, выдвигали математические возражения против утверждения о том, что атомные соударения должны приводить к перманентному состоянию равновесия. Эти возражения привели к дальнейшим уточнениям теории, какими были открытие квантовой природы материи и энергии; но гипотеза о том, что давление газа в основном объясняется атомным движением, выстояла. В качестве заключительного примера цитируем выдержку из статьи Пелля: