Концепция атомизма. Дискретность и непрерывность материи. Строение материи интересует естествоиспытателей с античных времен. Так, в Древней Греции обсуждались две гипотезы строения материальных тел. Одна из них – ее предложил древнегреческий мыслитель Аристотель – заключается в том, что вещество делится на более мелкие частицы и нет предела его делимости. По существу, эта гипотеза означает непрерывность вещества. Другая гипотеза выдвинута древнегреческим философом Левкиппом (V в. до н. э.) и развита его учеником Демокритом, а затем его последователем философом-материалистом Эпикуром (341–270 до н. э.). В ней предполагается, что вещество состоит из мельчайших частиц – атомов. Это и есть концепция атомизма, т. е. дискретного квантового строения материи. По Демокриту, в природе существуют только атомы и пустота.
Атомы – это неделимые, вечные, неразрушимые элементы материи. Реальность существования атомов вплоть до конца XIX в. подвергалась сомнению. В то время объяснения многих химических реакций не нуждались в понятии атома. Для них, как и для количественного описания движения частиц, вводилось другое понятие – молекула. Существование молекул экспериментально доказал французский физик Жан Перрен (1870–1942) при наблюдении броуновского движения. Молекула – это наименьшая частица вещества, обладающая его основными химическими свойствами и состоящая из атомов, соединенных между собой химическими связями. Число атомов в молекуле – от двух (Н>2, О>2, НF, KCl и др.) до сотен, тысяч и миллионов (витамины, гормоны, белки, нуклеиновые кислоты).
Неделимость атома как составной части молекулы долгое время не вызывала сомнений. Однако к началу XX в. физические опыты показали, что атомы состоят из более мелких частиц. Так, в 1897 г. английский физик Д. Д. Томсон (1856–1940) открыл электрон – составную часть атома. В следующем году он определил отношение его заряда к массе, а в 1903 г. предложил одну из первых моделей атома.
Атомы химических элементов по сравнению с наблюдаемыми телами очень малы: их размер – от 10>-10 до 10>-9 м, а масса – 10>-27-10>-25 кг. Атомы имеют сложную структуру и состоят из ядер и электронов. В результате дальнейших исследований выяснилось, что и ядра атомов состоят из протонов и нейтронов, т. е. имеют дискретное строение. Это означает, что концепция атомизма для ядер характеризует структуру материи на ее нуклонном уровне.
В настоящее время принято считать, что не только вещество, но и другие виды материи – физическое поле и физический вакуум – имеют дискретную структуру. Даже пространство и время, согласно квантовой теории поля, в сверхмалых масштабах образуют хаотически меняющуюся пространственно-временную среду с ячейками размером 10>-35 м и временем 10>-43 с. Квантовые ячейки настолько малы, что их можно не учитывать при описании свойств атомов, нуклонов и т. п., считая пространство и время непрерывными.
Основной вид материи – вещество, находящееся в твердом и жидком состояниях, – воспринимается обычно как непрерывная, сплошная среда. Для анализа и описания свойств такого вещества в большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитного излучения и т. п. рассматривается как дискретная среда, состоящая из взаимодействующих между собой атомов и молекул.
