История и методология физики

ИСТОРИЯ АТОМА 
Среди различных физических идей особую роль играет атомная гипотеза. Это 
отмечал выдающийся американский физик Ричард Фейнман (1918-1988): «Если бы в 
результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания вдруг 
оказались бы уничтоженными, и к грядущим поколениям живых существ перешла бы 
только одна фраза, то, какое утверждение, составленное из наименьшего 
количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это - 
атомная гипотеза (можете называть ее не гипотезой, а фактом — это ничего не 
меняет), все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в 
беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но 
отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе 
содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к 
ней немного воображения и чуть соображения» (Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. 
Фейнмановские лекции по физике. Т.1, 2. - М.: Мир, 1976, с. 23). 
Квантовые понятия и представления возникали под неумолимым напором 
экспериментальных фактов. Вместе с тем идеи, высказываемые гениальными 
творцами современной физики, часто опережали эксперимент, и лишь в дальнейшем 
они получали опытное подтверждение. Эти идеи произвели коренную революцию в 
физике, и стали основой современной физики, в том числе физики атомов и молекул. 
Конечно, гениальные идеи не возникали на пустом месте, они подготавливались всем 
ходом развития физики благодаря открытиям многих ученых. Становление и развитие 
атомной физики происходило при глубоком переосмыслении классических понятий и 
представлений и сопровождалось острыми дискуссиями по проблеме причинности в 
физике, проблеме измерений и роли наблюдателя, по проблемам человеческого 
познания и т.п. 
Более двух тысячелетий атом считался мельчайшей бесструктурной частицей 
вещества. Лишь великие открытия XIX и XX вв. привели к пониманию того, что атом 
обладает структурой и состоит из электронов и ядра. Затем оказалось, что и ядро 
является сложным объектом, состоящим из протонов и нейтронов. Протоны и 
нейтроны получили общее название - нуклоны. Дальнейшее развитие физики показало, 
однако, что простые представления о том, что ядро состоит из протонов и нейтронов, 
как из «последних кирпичиков», также неверно. Из экспериментов следует, что 
нуклоны имеют сложную структуру, они строятся из кварков и взаимно превращаются 
друг в друга. Согласно современным представлениям элементарными «кирпичиками» 
мироздания считаются лептоны и кварки. Лептонами являются, в частности, 
электроны. Имеют ли лептоны и кварки структуру, покажет будущее развитие физики. 
Современная квантовая теория разрушила, казалось бы, вполне естественные 
представления о качественной одинаковости макро- и микромира. Вместе с тем она 

---

привела к пониманию их единства и взаимообусловленности. Квантовая теория 
блестяще объясняет не только свойства мира атомов, но и макроскопические эффекты, 
например, сверхпроводимость и сверхтекучесть. Более того, оказалось, что без 
квантовых представлений невозможно объяснить и некоторые мегапроцессы, 
например, свойства нейтронных звезд - пульсаров. Оказалось также, что межзвездное 
пространство нашей Галактики содержит газ, состоящий из атомов и молекул, и что 
существуют межзвездные мазеры и т.п. В последние годы происходит взаимное 
проникновение физики высоких энергий, изучающей явления на расстояниях порядка 
10
-13
– 10
-15
см, и астрофизики, изучающей свойства Вселенной. 
Квантовые понятия и представления кажутся довольно трудными при первом 
знакомстве с ними, и противоречащими «здравому смыслу», основанному на 
обыденном опыте. Например, в микромире невозможно одновременно точно 
определить координату и импульс частицы в некотором направлении; не существуют 
орбиты - траектории электронов в атоме; все микрочастицы, например электроны, яв-
ляются тождественными - их нельзя отличить ни по какому признаку - они все 
абсолютно на одно «лицо» и т.д. Чрезвычайно важным было открытие, что законы 
сохранения энергии, импульса и момента импульса, справедливые для 
макропроцессов, выполняются и в микромире. Наряду с этим оказалось, что в 
микромире существуют свои специфические законы сохранения, например, закон 
сохранения четности и т.д.