Возникновение атомистической картины мира

Век наш не случайно называют атомным (атомные корабли, атомные электростанции, атомные бомбы). К атомизму мы привыкаем с детства и не видим ничего удивительного в том, что все окружающие нас тела состоят из мельчайших частиц

«Если бы в результате какой-либо мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались уничтоженными и к грядущим поколениям перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы большую информацию?! Я считаю, что это атомная гипотеза… - все тела состоят из атомов - маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольших расстояниях, но отталкиваются, если одно из них приближать к другому». Р. Фейман

Первым, кто отчетливо высказал мысль об атомистическом строении вещества, принято считать греческого мыслителя Демокрита, жившего в V в. до н.э. Что же натолкнуло древних ученых на мысль о дискретном строении вещества? Путем размышлений он пришел к выводу, что существует предел деления любого тела и последнюю, далее уже неделимую часть, обладающая свойствами целого, он назвал «атомом».

«Начало вселенной - атомы и пустота, все же остальное существует лишь во мнении. Миров бесчисленное множество, и они имеют начало и конец во времени. И ничто не возникает из небытия и не разрешается в небытие. И атомы бесчисленны по величине и по множеству, носятся же они во вселенной, кружась в вихре, и таким образом рождается все сложное: огонь, вода, воздух и земля. Последние суть соединения некоторых атомов»

Учение Демокрита бросало вызов религиозному взгляду на мир. Для объяснения природы он прибегал не к божественному откровению, а к естественным причинам. Материалистичность атомистики была причиной того, что Платон, от которого берет свое начало идеалистическая линия в философии, приказывал своим ученикам уничтожать сочинения Демокрита.
В средние века учение Демокрита было запрещено церковью.
Платон

Лишь в XVII в. французский философ Пьер Гассенди (1592-1665) возродил к жизни идеи древних атомистов. Но для развития этой идеи не хватало новых фактов и строго количественного, экспериментального физического метода. Однако эпоха Возрождения с характерным для нее повышенным интересом к изучению наследия древних мыслителей сделала свое дело - атомистическая идея вошла вновь в обиход науки. Галилей и Ньютон принимают ее как само собой разумеющееся и пользуются ею в своих теоретических построениях (хотя и существенно не развивают её).

И.Ньютон
Атомы обладают инертностью и тяготением, и в самом определении массы тела Ньютон выступает как атомист, считая ее пропорциональной числу однокачественных частиц. Да и свет, по Ньютону, имеет корпускулярную структуру.

Декарт и его последователи картезианцы атом рассматривали как частицу, образованную из материи, которая делится до бесконечности. Атомы, по Декарту, из которых составлено вещество, могли изменяться по форме и по величине. Однако эта гипотеза сравнительно быстро сошла со сцены

В начале XIX в. мысль о сложном строении атомов высказал английский ученый Праут. Он исходил из результатов измерений, которые показали, что атомные веса элементов кратны атомному весу водорода. На основе этого Праут и высказал гипотезу, согласно которой атомы всех элементов состоят из атомов водорода.

В середине XIX в. с возрождением картезианских идей возникает гипотеза о том, что все атомы представляют собой особые образования в эфире. Такую гипотезу высказал В.Томсон, которые предлагает рассматривать атомы как вихревые кольца в эфире. Эти кольца, если рассматривать эфир как идеальную жидкость, не исчезают, они неделимы, между ними действуют силы, подобные молекулярным силам, и т.д.

Новый толчок для развития идеи о сложном строении атома дало открытие Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907) периодического закона. Уже одно это открытие наталкивало на мысль о том, что атомы не являются неделимыми, что они обладают структурой и их нельзя считать первичными материальными образованиями.

Попытка построить теорию строения атома на основе открытия Менделеева была предпринята также профессором Московского университета Б. Н. Анализируя свойства элементов с точки зрения периодического закона Менделеева, он выдвинул гипотезу о сложном строении атома. Атом, по Чичерину, подобен солнечной системе. Он состоит из центральной массы -- ядра, вокруг которого вращаются периферические массы; между массами и ядром действуют силы притяжения, подобные силам тяготения.

Первая гипотеза, первая модель атома, на основе новых открытий была разработана В. Томсоном и Дж. Дж. Томсоном. В наиболее законченном виде она была изложена последним в 1903 г. в книге «Электричество и материя». Согласно этой модели, атом состоит из положительного заряда, равномерно заполняющего сферу, размеры которой имеют тот же порядок, что и атом. Внутри сферы находятся отрицательные заряды -- «корпускулы» (термин «электрон» Томсон в данной работе еще не использовал), размеры которых гораздо меньше размеров сферы. Число корпускул в атоме велико.

Японский физик Нагаока в 1904 г. предложил планетарную модель атома. По этой модели атом состоит из положительного ядра, вокруг которого вращается кольцо, состоящее из большого числа электронов. Однако такая гипотеза не привлекла серьезного внимания. В 1905 г. в докладе на 77-м съезде немецких естествоиспытателей и врачей вопроса о планетарной модели атома коснулся Вин. Он высказался против такой модели, поскольку атом, построенный согласно ей, не может быть устойчивым, вследствие того что электроны в таком атоме должны излучать и быстро терять энергию.

В 1909--1910 гг. сотрудниками лаборатории английского физика Эрнеста Резерфорда (1871--1937) были проведены экспериментальные исследования рассеяния α-частиц тонким слоем вещества. Эти исследования показали, что для большинства α-частиц, пронизывающих тонкий слой вещества, можно принять, что они рассеиваются силовыми центрами, которые действуют на них с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния. Резерфорд был вынужден в 1911 г. в работе «Рассеяние α-частиц веществом и строение атома» высказаться за планетарную модель атома

Успеха в построении теории атома добился в 1913 г. молодой датский физик Нильс Бор (1885--1962), работавший в лаборатории Резерфорда. Бор понял, что для построения теории, которая объясняла бы и результаты опытов по рассеянию α-частиц, и устойчивость атома, и сериальные закономерности, и ряд других экспериментальных данных, нужно отказаться от некоторых принципов классической физики.
Можно взять за основу модель атома Резерфорда, но дополнить ее новыми гипотезами, которые не следуют или даже противоречат классическим представлениям. Эти гипотезы известны как постулаты Бора.

В 1925г. Немецкий физик Паули (1900-1958) сделал новый шаг в развитии теории строения атома. Исследуя дублетный характер спектров щелочных металлов, Паули высказал мысль, что их можно объяснить, если приписать самому электрону некоторую «двузначность», т.е. что электрон на орбите может находиться в двух состояниях. Принцип Паули проливал новый свет на теорию строения атома. Теперь стало понятным предположение Бора о последовательном заполнении электронных оболочек многоэлектронных атомов