История и методология физики

Научная основа атомной гипотезы 
У древних мыслителей и их последователей представление об атомах явилось 
результатом простых наблюдений и размышлений, т.е. атомы воспринимались как 
«любопытная гипотеза, допустимая с точки зрения нашей познавательной 
способности». Но атомная гипотеза оказалась очень плодотворной, когда началось 
количественное изучение химических превращений. На основе этой гипотезы 
английский химик и физик Джон Дальтон (1766-1844) в 1802-1804 гг. сформулировал 
понятия о химическом элементе и атомном весе и составил первую таблицу атомных 
весов элементов. 
Дальтона называют Отцом химической атомной теории. Ради справедливости 
следует сказать, что еще в 1661 г. Роберт Бойль в своем труде «Химик-скептик» 
впервые ввел понятие химического элемента как простейшей составной части тела. 
Основные идеи Дальтона заключаются в следующем: 
1. Химические элементы состоят из атомов, представляющих собой чрезвычайно 
мелкие, дискретные, неделимые и неразрушаемые частицы. Они сохраняют свои 
свойства при всех химических и физических изменениях. В этом Дальтон является 
последователем учения Демокрита. По Дальтону, элемент - это химическое вещество, 
которое не может быть дальше разложено химическими средствами, такими как 
нагревание, химические реакции и т.п. Атомы данного элемента не могут изменяться в 
химических реакциях с атомами других элементов.
2. Атомы данного элемента имеют одинаковые свойства, в том числе 
одинаковые массы. После открытия изотопов стало ясно, что на самом деле это 
неверно, но во времена Дальтона это положение играло важную роль. 
3. Атомы разных элементов имеют разные массы. Это положение также 
находилось в русле учения древнегреческих мыслителей. Однако в отличие от них 
Дальтон не просто сформулировал положение, но разработал эффективный метод 
определения в числах относительных весов атомов на основе имеющихся химических 

---

данных. Вскоре было выяснено, что элементов (и атомов) не бесконечно много, как 
представлял себе Демокрит, а вполне счетное количество. Во времена Дальтона было 
известно около 40 элементов, а теперь – свыше 118. Таким образом, огромное 
количество различных веществ в природе составлено из сравнительно небольшого 
набора атомов. 
4. Атомы комбинируются в малых целочисленных пропорциях, например, 1:1, 
1:2, 2:3 и т.д. 
Дальтон впервые ввел числа в представление об атомах, что дало возможность 
получить из атомной гипотезы наблюдаемые следствия. Так из абстрактного 
философского понятия атом становился реальным объектом научного исследования. 
Были сформулированы два фундаментальных химических закона - закон 
постоянства состава и закон простых кратных отношений (Праут, 1799, Дальтон, 
1808). Было также установлено Ломоносовым в 1756г. и Лавуазье в 1774г., что в 
химических реакциях должен выполняться закон сохранения массы вещества. Было 
замечено, что весовые количества химических элементов, вступающих в реакцию и 
образующих химические соединения, находятся во вполне определенных отношениях. 
Например, оказалось, что вода образуется в результате реакции при отношении 
весовых количеств водорода и кислорода 1:8, т.е. соединение 1 г водорода с 8 г 
кислорода образует 9 г воды. В случае газов простые закономерности наблюдаются не 
только для масс реагирующих веществ, но и для их объемов.
Была введена количественная величина - атомный вес (теперь пользуются 
другой величиной, которая называется - атомная масса). Свои выводы, основанные 
на атомной гипотезе, Дальтон опубликовал в 1808 г. в книге «Новая система 
химической философии». Книга Дальтона послужила мощным толчком для 
дальнейшего развития науки. 
В 1814г. «король химиков» Берцелиус, изучив огромное количество веществ, 
опубликовал таблицу атомных весов 41 химического элемента и ввел обозначения - 
химическую символику элементов, которые используются и в настоящее время. 
Вместе с тем во времена Дальтона не все признавали атомную гипотезу. 
Характерно высказывание французского химики Сент-Клэр Девиля: «Я не допускаю 
ни закона Авогадро, ни атома, ни молекулы, ибо я отказываюсь верить в то, что я не 
могу ни видеть, ни вообразить». И все же атомно-молекулярные представления 
продолжали развиваться, поскольку результаты, полученные на основе этих 
представлений, подтверждались в экспериментах. Методы определения атомных и 
молекулярных весов в химии основываются, как правило, на законе итальянского 
физика Амадео Авогадро (1776-1856), который был открыт в 1811 г. Этот закон 
гласит: в равных объемах различных газов при одинаковых давлениях и температурах 
содержится одинаковое число молекул. Известно, например, что 2 грамма 
молекулярного водорода занимают объем 22,4 л. Допустим, что число молекул в этом 
объеме равно N
А
. Столько же и молекул кислорода в этом объеме, но масса молекул 
кислорода равна 32 граммам. Отсюда опять же следует, что атом кислорода по массе в 

---

16 раз больше атома водорода. Таким образом, измеряя плотность какого-нибудь газа 
и сравнивая ее с плотностью водорода, можно сразу определить атомную массу этого 
газа, т.е. величину, которая недоступна непосредственному восприятию. Число 
молекул, которые находятся в 22,4 л (объем одного моля) любого газа при 
температуре 0° С и нормальном давлении, называют постоянной Авогадро: 
N
А
 = 6,022045·10
23 
частиц/моль. 
Следуя Дальтону, многие химики того времени широко пользовались 
представлениями об атомах и молекулах. Вместе с тем четкого различия между этими 
понятиями еще не было. Вводились такие термины, как «сложные атомы», 
«элементарные молекулы». В 1860 г. на Международном химическом конгрессе, 
проходившем в немецком городе Карлсруэ, путем голосования было принято решение 
о различии понятий «атом» и «молекула». Этим был положен конец существовавшей 
тогда неразберихи с терминологией. Для химиков представление об атомах давало 
ключ к пониманию химических реакций. Например, Менделеев считал, что атомы 
неделимы в химическом смысле, «подобно тому, как при рассмотрении людьми 
отношений между ними человек есть неделимая единица». Вместе с тем 
индивидуальность атомов он объяснял глубокой и сложной структурой их 
«внутренних движений». Он полагал, что «мир атомов устроен так же, как мир 
небесных светил, со своими солнцами, планетами и спутниками». 
Атомно-молекулярную гипотезу успешно развивали не только химики. Эта 
гипотеза лежала в основе молекулярно-кинетической теории, которая блестяще 
объясняла газовые законы, явления переноса и т.п. И хотя в то время не было прямых 
доказательств существования атомов, но большинство физиков без колебаний 
принимало атомную гипотезу. В частности, Максвелл считал себя последователем 
Демокрита, Эпикура, Лукреция. Он не только не сомневался в существовании атомов, 
но и задумывался об их структуре. Развивая кинетическую теорию, Максвелл особо 
отмечал важность атомной гипотезы: «Из гипотезы, согласно которой мельчайшие 
части материи находятся в быстром движении, причем скорость этого движения 
возрастает с температурой, может быть выведено так много свойств материи, 
особенно если взять ее в газообразной форме, что истинная природа этого движения 
является предметом естественного интереса». 
Несмотря на очевидные успехи молекулярно-кинетической теории атомные 
представления о строении вещества оставались лишь гипотезой, которая 
воспринималась не всеми учеными. Так, известный философ Шопенгауэр (1788-1860) 
считал атомы «выдумкой невежественных аптекарей», австрийский физик и философ 
Эрнст Мах (1838-1916) отрицал кинетическую теорию, реальность атомов и молекул и 
называл последователей атомистики «общиной верующих», немецкий физик и химик 
Оствальд (1853-1932) был уверен, что «атомы будут существовать только в пыли 
библиотек». Эти идеи пытались внедрить и в сознание студентов. Так известный 
шотландский физик Тэт (1831-1901) в учебнике по физике в 1885 г. писал: «Твердый 
атом... живет в виде невероятной, но все еще не опровергнутой гипотезы и поднесь... 

---

Однако несравненно правдоподобнее теория, по которой материя непрерывна, то 
есть не состоит из частиц с промежутками». В ответ на доказательства 
сторонников атомистики их противники утверждали, что атомная гипотеза «является 
примитивной тенденцией видеть за всеми физическими явлениями механическую 
модель» и язвительно замечали: «А вы хоть один атом видели?» Особенно остро 
переживал нападки на атомные представления Больцман. «Я последний, кто от-
рицает возможность построения любой иной картины мира, кроме атомической», - 
говорил он с горечью. Постоянные нападки на Больцмана и травля его со стороны 
противников кинетической теории вызвали у него манию преследования. Возможно, 
что именно это привело его к личной трагедии – он покончил с собой.