История и методология физики

Существуют ли атомы? 
Большинство физиков XIX в. не сомневалось в существовании атомов. 
Собственно результаты атомно-молекулярной теории, согласующиеся с опытными 
фактами, уже являлись косвенным подтверждением атомной гипотезы. И все-таки 
нужны были опыты, непосредственно подтверждающие реальность атомов. Одним их 
первых был опыт, выполненный в 1827 г, шотландским ботаником Робертом Броуном 
(1773-1858). Он обнаружил, что мельчайшая пыльца растений скачкообразно движется 
в воде под действием какой-то силы. Долгие годы не удавалось объяснить это явление. 
Лишь в конце XIX в. стали думать, что видимые в микроскоп беспорядочные дви-
жения пыльцы растений вызваны не ими самими или внешними по отношению к 
жидкости причинами, а внутренними движениями, присущими жидкости, т.е. что 
броуновское движение обусловлено столкновениями молекул жидкости с 
взвешенными в ней частицами. 
Дельсоль и Карбонель в 1877 г. выдвинули предположение, что броуновское 
движение вызывается неуравновешенностью ударов молекул жидкости о поверхность 
взвешенной частицы. Это удалось убедительно доказать на опыте лишь в 1908-1909 гг. 
французскому физику Жану Перрену. К тому времени Эйнштейн и Смолуховский 
построили теорию броуновского движения. Теория Эйнштейна была опубликована в 
1905 г. в статье с названием «О движении взвешенных в покоящейся жидкости 
частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты». Эйнштейн писал: 
«В этой Работе должно быть показано, что, согласно молекулярно-кинетической 
теории теплоты, взвешенные в жидкости тела микроскопических размеров 
вследствие молекулярного теплового движения должны совершать такие движения, 
которые легко могут быть обнаружены под микроскопом. Возможно, что 
рассматриваемые здесь движения тождественны с так называемым «молекулярным 
броуновским движением»; однако доступные мне данные относительно последнего 
настолько неточны, что я не мог составить себе об этом определенного мнения. 
Если рассматриваемое здесь движение вместе с ожидаемыми закономерностями 
действительно будет наблюдаться, то классическая термодинамика уже для 

---

микроскопически различимых областей не может считаться вполне действительной, 
и тогда возможно точное определение истинных атомных размеров. Если же, 
наоборот, предсказание этого движения не выполнится, то это будет веским 
аргументом против молекулярно-кинетического представления о теплоте». Таким 
образом, Эйнштейн придавал своей теории и следствиям из нее важное 
принципиальное значение. Он и Смолуховский справедливо считали, что не нужно 
рассматривать истинный путь, проходимый броуновской частицей. Надо рассмат-
ривать среднее смещение центра массы частицы за определенный промежуток 
времени.
Таким образом, измеряя под микроскопом среднее смещение броуновской 
частицы за время I и зная другие величины, с использованием формулы Эйнштейна 
можно определить постоянную Авогадро. 
В своих опытах Перрен изготавливал однородную эмульсию броуновских 
частиц, т.е. частиц шарообразной формы одинакового радиуса, из гуммигута или 
мастики. Различными остроумными способами Перрен определял с большой 
точностью радиус шариков эмульсии и их плотность. Если поместить такую эмульсию 
в жидкость, то в результате броуновского движения частицы будут стремиться 
распределиться по всему объему жидкости. Первые опыты Перрен провел над 
распределением концентрации эмульсии в поле силы тяжести. С молекулярно-
кинетической точки зрения при равновесии должна установиться «эмульсионная 
атмосфера», в которой концентрация должна подчиняться барометрическому закону. 
На основании своих измерений Перрен пришел к окончательному выводу: