Статьи и речи - Максвелл Джеймс Клерк
Здесь сохранение магнита есть нечто совершенно отличное от разложения электролита; первое является сохранением энергии, второе — выполнением работы. Это хорошо разъяснено в труде автора, но если бы он располагал соответствующей терминологией, то никогда не встретил бы возражений.
О динамическом доказательстве молекулярного строения тел
Когда какое-нибудь явление можно описать как частный случай какого-нибудь общего, приложимого к другим явлениям принципа, то говорят, что это явление получило объяснение. Однако объяснения бывают весьма различны в зависимости от степени общности применённого принципа. Так, человек, впервые заметивший действие выплеснутой на огонь воды, почувствовал некоторое умственное удовлетворение, обнаружив, что результаты всегда одинаковы и что они не зависят от какой-то временной и непостоянной антипатии между водой и огнём. Это — объяснение низшего порядка, в котором класс, к которому мы относим данное явление, состоит из других явлений, отличающихся от первого только местом и временем, но заключённый в нём принцип есть самый общий принцип, в котором место и время не входят в число условий, определяющих процесс природы. С другой стороны, когда физическое явление может быть полностью описано как изменение конфигурации и движения материальной системы, говорят, что мы имеем полное динамическое объяснение явления. Мы не можем представить себе ни необходимости, ни желательности, ни возможности дальнейшего объяснения, так как если мы знаем значение слов «конфигурация», «движение», «масса» и «сила», мы видим, что представляемые ими идеи настолько элементарны, что их нельзя объяснить ничем другим.
Явления, изучаемые химиками,— это в большинстве своём те явления, которые не получили полного динамического объяснения.
Было построено много диаграмм и моделей сложных молекул. Они являются свидетельством попыток химиков представить себе конфигурацию материальных систем при помощи геометрических соотношений, которыми можно иллюстрировать или объяснять химические явления. Ни один химик, однако, не видит в этих диаграммах ничего большего, чем символические изображения различных степеней связи между различными компонентами молекул.
С другой стороны, в астрономии масштабы конфигурации и движения небесных тел таковы, что мы может обнаружить их непосредственным наблюдением. Ньютон доказал, что наблюдаемые движения указывают на постоянное стремление всех тел приближаться друг к другу, а установленное им учение о всемирном тяготении не только объясняет наблюдаемые движения нашей системы, но и позволяет вычислить движение системы, в которой астрономические элементы имели бы любую величину.
Переходя от астрономии к науке об электричестве, мы все ещё можем наблюдать взаимное расположение и движение наэлектризованных тел и, строго следуя указанному Ньютоном пути, вывести отсюда величину сил взаимодействия этих тел.
Однако оказывается, что эти силы зависят от распределения того, что мы называем электричеством. То, что Гаусс называет construirbar Vorstcllung (наглядное представление) о невидимом действии электричества, составляет предмет великих исканий в этой области.
Пытаясь распространить динамический метод на объяснение химических явлений, мы должны составить себе представление о расположении и движении некоторого числа материальных систем, из которых каждая настолько мала, что её нельзя наблюдать непосредственно. Фактически, наблюдая внешние действия некоторого невидимого механизма, мы должны сделать заключение об его внутреннем действии.
Применявшийся обычно при таких исследованиях метод заключался в принятии некоторой гипотезы и в последующем расчёте того, что должно произойти, если гипотеза справедлива. Если результаты расчётов совпадали с явлениями, то говорили, что гипотеза подтвердилась, во всяком случае до тех пор, пока кто-нибудь не высказывал другой гипотезы, ещё лучше согласующейся с явлениями.
Причиной того, что столь большое число наших физических теорий было построено с помощью метода гипотез, является отсутствие у учёных достаточно общей терминологии для выражения результатов своих выводов в их более ранней стадии.
Они были вынуждены, таким образом, оставить свои идеи в неопределённом и потому бесполезном для науки состоянии или представить их в такой форме, подробности которой можно получить лишь при непозволительном применении фантазии.
Тем временем математики, руководимые инстинктом, заставляющим их накоплять для других продукты деятельности своего мышления, разработали, в наиболее общей форме, динамическую теорию материальной системы.
Из всех теорий строения тела, безусловно, наиболее вероятна та, которая утверждает лишь, что тела являются материальными системами, и предлагает выводить из наблюдаемых явлений лишь те заключения о состояниях и связях материальной системы, которые действительно вытекают из этих явлений.
Когда эти методы физических рассуждений будут соответствующим образом представлены и объяснены несколькими примерами, реже станут жалобы на слабость аргументации учёных, а индуктивный метод не будет больше высмеиваться как чисто гадательный.
Лишь небольшая часть теории строения тел сведена в настоящее время к точной дедукции из известных нам фактов. Чтобы вполне правильно вести научную работу посредством систематических опытов и точных демонстраций, требуется стратегическое искусство, на которое нельзя рассчитывать даже у людей, давших науке ряд оригинальных наблюдений и плодотворных предложений. Заслуга этих пионеров науки ничуть не умаляется тем, что, работая в неизвестной ещё области, они в своём продвижении вперёд зачастую отрывались от системы связей с уже установленной научной базой, являющейся единственной гарантией для непрерывного развития науки.
Изучая строение тел, мы с самого начала вынуждены иметь дело с частицами, которые мы не в состоянии наблюдать. Действительно, каковы бы ни были наши конечные заключения о молекулах и атомах, существуют экспериментальные доказательства того, что тела могут быть разделены на столь малые частицы, что они не поддаются нашему восприятию.
Поэтому если мы будем помнить, что слово «частица» означает небольшую часть тела и не подразумевает гипотезы о конечной делимости тел, мы можем считать, что тело состоит из частиц и можем также утверждать, что в телах или частях тел измеримых размеров количество этих частиц чрезвычайно велико.
Ближайшей задачей является введение динамического метода в изучение материальной системы, состоящей из огромного количества частиц, для чего необходимо составить себе представление об их конфигурации и движении, а также о действующих на эти частицы силах. После этого на основании динамической теории можно сделать заключения о явлениях, доступных нашему наблюдению в видимых частях системы, хотя они и зависят от расположения и движения их невидимых частиц.
Необходимые в настоящем исследовании динамические принципы были развиты рядом основоположников динамики от Галилея и Ньютона до Лагранжа и Лапласа. Однако специальное приспособление этих принципов к молекулярным исследованиям является в значительной мере делом профессора Боннского университета Клаузиуса, новые работы которого, в дополнение к результатам его сложных вычислений, содержат новые динамические идеи; руководствуясь этим, я надеюсь без больших вычислений вывести ряд чрезвычайно важных заключений.
Уравнение Клаузиуса, на которое я хочу обратить сейчас ваше внимание, имеет следующую форму:
pV=
2
3
T
-
2
3
∑∑
⎧
⎩
1
2
Rr
⎫
⎭
.
Здесь p означает давление газа, а V — объём заключающего его сосуда. Для случая газа при постоянной температуре произведение pV остаётся, согласно закону Бойля, почти постоянным для различных объёмов и давлений. Этот член уравнения является произведением двух величин, из которых каждая может быть непосредственно измерена.
