1.2.10. Признаки застоя в молекулярной теории кинетических свойств

Исследования и исследователи, как известно, концентрируются в тех областях, где получаются новые яркие результаты, в "точках роста" науки; малоперспективные области покидаются. Когда на пути построения молекулярной механоматематической модели выяснились отмеченные затруднения, эта область стала малоперспективной, и здесь постепенно наметился застой. В современной науке данная область занимает все более скромное место. В ХVIII и ХIХ веках этими вопросами занимались крупнейшие ученые, что видно уже из упомянутых выше имен; в настоящее время "большая наука" намного больше интересуется электронными (и ядерными) свойствами. И это несмотря на то, что молекулярная теория "потенциально ... самая богатая приложениями область физики" [17]. Действительно, общая стоимость сооружений, зданий, механизмов, эффективность которых определяется нашим пониманием механических и атомарных кинетических свойств вещества, намного превосходит стоимость электронных устройств. В современной книге по физике твердого тела нередко почти не упоминается сама "твердость" или прочность. Так, в распространенной книге Ч.Киттеля [42] механическим свойствам отведены лишь последние 25 страниц из 717, причем изложение сводится к пересказу теории дислокаций. В лабораториях физики твердого тела остается все меньше установок по механическим свойствам. Создается парадоксальная ситуация, когда физика твердого тела и физика жидкости перестают обсуждать свои "исходные" или "основополагающие" свойства - соответственно "твердость" и "жидкотекучесть", прочность твердого тела и вязкость реальной (непростой) жидкости. Можно констатировать определенный застой или кризис молекулярной теории, ее отставание от физики электронных свойств, которая прошла кризис и обновление в начале века, что и дало ей импульс для интенсивного развития. Можно предполагать, что и теория атомарных свойств после преодоления обсуждаемого кризиса и выработки правильной идеологии будет способна к не менее интенсивному развитию. По выражению О. Шпенглера, результаты сами падают нам в руки, если мы достигаем такой широты обобщения, если удается внести удачную поправку в глубинные основания идеологии.

1.3. Заключение

1.3.1. Мировоззренческий характер традиционных взглядов. Влияние философии

ТРАДИЦИОННАЯ МОДЕЛЬ И МЕХАНИЧЕСКАЯ "СИСТЕМА МИРА"

Традиционная модель и философия

В настоящее время обсуждение традиционной молекулярной модели и даже моделей затвердевания, видимо, чаще встречается не в физикохимических, а в философских работах. В связи с этим целесообразно привести здесь примеры взаимовлияния традиционной модели и философских концепций, в основном по работам [43-49]. Вскоре после Ньютона и под влиянием успехов механики получила распространение и развитие механическая философия, которая ставила целью понять весь мир как огромный механизм. Механика Ньютона представала здесь уже не как теория, успешно описавшая движение небесных тел и ряда лабораторных механизмов, но как "система мира". В более поздних вариантах такой философской и естественно-научной картины мира Вселенную часто представляли как иерархию ньютоновских систем материальных точек. Например, атомы представляли как планетарные системы электронов, притягивающихся к ядрам; материальные тела - как совокупность притягивающихся упругих атомов-шариков; Вселенную - как совокупность притягивающихся по закону тяготения небесных тел. Все явления представлялись как результат механической эволюции таких систем взаимодействующих материальных точек. В настоящее время строится еще и внутриядерный "этаж" этой модели, описывающий ядерные реакции. Начинается разработка внутринуклонного уровня модели. Взаимодействие на всех "этажах" представлялось обычно парным и центральным сферически-симметричным, по возможности близким к первоначальным - гравитационному и кулоновскому. Сплошную среду рассматривали как определенное распределение материальных точек. Удивителен тот факт, что все точные естественные науки до настоящего времени следуют данной программе развития и не обнаруживают потребности выйти за пределы очень узких, казалось бы, рамок этой традиционной модели. Практически все точное естествознание до настоящего времени удалось уложить в эти узкие рамки. Даже "революция в физике" и соответствующий кризис были разрешены практически в рамках данной модели, ценой введения, в сущности, небольших (с общей точки зрения) квантовых и релятивистских поправок. Частицы теперь в ряде случаев описываются как волновые пакеты, а механика в общем случае стала квантовой релятивистской механикой частиц и полей. Фундаметальные уравнения (Ньютона, Шредингера, Максвелла и др.) записываются в общей форме, однако полученные из них практически важные решения математической физики относятся в основном все к той же традиционной модели взаимодействующих материальных точек. Эти накопленные решения (например, кинетическая теория газов и жидкостей, теория атома, теория ядра и др.) и составляют основное богатство физики. Представление о том, что все новые знания должны уложиться в рамки такой модели, давно уже стало настолько привычным, что не требует упоминания и часто остается неосознанным; если же, однако, новые факты требуют введения хотя бы небольших поправок к привычному варианту модели, каждый раз наступает "длительное трудное замешательство". Известно положение Канта: в каждой отрасли знания столько науки, сколько в ней математики. Но основная или "естественная" математизация каждой науки - это использование уравнений математической физики, фундаментальных решений все той же традиционной модели и их следствий. В этом плане, например, химия и физхимия реакций научны в той мере, в какой равновесие и кинетика реакций определяются механикой атомов, а энергии связей и другие термодинамические свойства - квантовой механикой электронов. Они научны настолько, насколько их содержание определяется "из первых принципов", то есть из уравнений для систем материальных точек на атомарном и электронном уровнях. Другое содержание химии и физхимии составляют эмпирические закономерности и тенденции; они подобны тем, которые обнаруживаются и в бытовом знании, а также в ремеслах и других областях, не называемых научными. Правда, следует отметить, что теперь при анализе любого физико-химического явления мы обычно подразумеваем, что его как-то, так или иначе, можно вывести "из первых принципов", из механики электронов и атомов. При этом энергии связи лишь в немногих случаях надежно вычисляются из квантовой электронной теории; в большинстве случаев связь химических закономерностей с "первыми принципами" лишь предполагается, то есть "примысливается". Эта механическая идеология установилась в химии лишь в прошлом и в этом столетиях в связи с успехами механики. Ранее к химическим закономерностям подобным же образом примысливались обычно иные "первые принципы" или "конечные причины", такие, как концепция флогистона или даже мистическое действие "философского камня", и др. При этом примысливаемые первые принципы часто не упоминаются явно в работах, особенно при "строгом" изложении, и нередко даже остаются неосознанными. Но это не значит, что такое примысливание несущественно; химик, который в настоящее время стал бы примысливать к своим данным домеханические первые принципы, вероятно, быстро отстал бы от своих коллег, мыслящих механическими конечными причинами. В этом плане основное положение данной книги можно сформулировать так: многие концепции, связанные с жесткостью и стабильностью атомарных структур, заходят в тупик из-за того, что в качестве конечной причины этой стабильности примысливается отталкивание жестких сердцевин атомов или же ковалентность-направленность связей. Продуктивнее представлять причину стабильности структур в виде упорядочивающего поля, складывающегося из дальнодействующих вкладов частиц и коррелирующего со степенью квантовости атомарной системы. Не будет слишком большим преувеличением следующее положение: современное точное естествознание - это результаты, накопленные для традиционной модели попарно взаимодействующих материальных точек, а также "прилегающий" материал. Только здесь, при работе с данной моделью, найдены несколько фундаментальных точных уравнений, составляющих основу физики; развиты мощные математические методы, позволяющие получать из фундаментальных уравнений множество следствий; получено много конкретных точных решений, поддающихся тонкой, точной и широкой экспериментальной проверке. Лишь здесь за последние три столетия появилось нечто качественно новое по сравнению с предшествующей наукой; в других областях (в философии, истории и др.) новые результаты, полученные за последние столетия, не отличаются столь резко от предшествующей науки; например, изменения по сравнению с античностью не столь значительны. От других областей науки современный естественно-научный метод резко, качественно отличается еще тем, что лишь он (то есть результаты, получаемые в рамках традиционной модели) прямо порождают целые отрасли современной техники. В качестве примеров сейчас приводят обычно сравнительно недавно появившиеся радиотехнику, электронику, ядерную энергетику; в прошлом столетии приводили примеры теории и техники тепловых машин, телеграф и др. Именно появление новой техники и является, очевидно, основной причиной радикального изменения жизни за последние два столетия. Таким образом, почти все точное естествознание, полученное до настоящего времени, укладывается в рамки весьма узкой и специфической модели, найденной около 1700 г. для небесной механики (Основной труд самого Ньютона ("Математические основания натуральной философии") относили еще к натурфилософии ). Возникает интересный вопрос: насколько этот удивительный факт обусловлен структурой самой Природы, и насколько - нашими привычками, устоявшимися традициями? Основной вопрос книги - насколько верить в традиционную модель в ее привычных вариантах? - может быть, важен и здесь? Возможно, мы насильственно "укладываем" все новые факты в прокрустово ложе привычных моделей, и наши жесткие традиции и здесь приводят к деформациям и искажениям в понимании новых фактов? Так, известно мнение, что современное описание материала квантовой механики, путем введения волновых добавок к класси ческой механике, является лишь временным и частичным решением проблемы [12]. Отметим, что математику в ряде случаев рассматривают не как познание Природы, не как саму науку, но как "инструментарий" науки [12]. При этом важнейшие разделы современной математики, в частности, дифференциальное и интегральное исчисление, также возникли именно в связи с появлением новой механики и разработаны ее авторами для "обсчета" традиционной модели как методы математической физики.