Доказательство существования атомов

Альберт Эйнштейн

Нередко заслугой Альберта Эйнштейна считают лишь создание теории относительности. С точки зрения истории науки такая оценка неверна и несправедлива по отношению к его замечательным достижениям в других областях физики. "Отец теории относительности" был ученым с исключительно многосторонними интересами.

В бернские годы, во времена самой бурной творческой активности Эйнштейна, почти одновременно появились на свет первые результаты его исследований, имевшие огромное значение для дальнейшего развития физики. Особенно плодотворным оказался 1905 год, когда Эйнштейну было 26 лет. Хронологически первыми были его исследования по молекулярной физике.

Работы Эйнштейна по тепловому движению посвящены главным образом проблеме статистического описания движения атомов и молекул и взаимосвязи между движением и теплотой. В этих работах Эйнштейн пришел к выводам, существенно расширяющим результаты, полученные гениальным австрийским физиком Людвигом Больцманом и американцем Уиллардом Гиббсом. Основная заслуга Эйнштейна заключалась не столько в преодолении математических трудностей, сколько в более глубокой постановке физических вопросов. Он руководствовался при этом идеей Больцмана о том, что в основе математической трактовки учения о теплоте должно лежать понятие вероятности ("принцип Больцмана").

Все эти вопросы были разработаны Эйнштейном самостоятельно, поэтому мы имеем право вместе с Максом Борном говорить о том, что "Эйнштейн открыл заново все существенные черты статистической механики". Молодой исследователь принялся за свои работы по молекулярной физике с твердым намерением подтвердить надежными результатами атомистическую теорию, в правильности которой он был убежден, хотя тогда она многим казалась спорной.

В центре внимания Эйнштейна в его исследовательской работе по теории теплоты находилось броуновское молекулярное движение. В 1827 году английский ботаник Роберт Броун проводил наблюдения цветочной пыльцы под микроскопом; при этом он обнаружил, что взвешенные в капле жидкости частички непрерывно совершают беспорядочные, зигзагообразные движения. Такое движение частиц - позднее названное по имени открывшего его ученого "броуновским движением" - происходит тем интенсивнее, чем меньше масса частиц и чем теплее жидкость, в которой они находятся.

В течение ряда десятилетий ученые безуспешно пытались найти объяснение этому загадочному явлению. В 1880-х годах - за два десятилетия до Эйнштейна - один французский физик предположил, что броуновское движение является результатом беспорядочных ударов, которые испытывают взвешенные частицы со стороны невидимых под микроскопом молекул жидкости. Однако это остроумное объяснение не имело ни математического обоснования, ни экспериментального подтверждения.

В статье "О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории", Эйнштейн с помощью статистических методов показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентом вязкости используемой жидкости существует количественная взаимосвязь, которая может быть экспериментально проверена.

Эйнштейн, который тогда еще не был знаком с предшествовавшими работами по броуновскому движению, считал, что движение видимых под микроскопом частиц представляет собой проявление движения микроскопически невидимых молекул жидкости. Эйнштейн придал законченную математическую форму статистическому объяснению этого явления, уже сформулированному до него польским физиком Марианом фон Смолуховским. "Эйнштейновский закон броуновского движения" был полностью подтвержден в 1908 году опытами французского физика Жана Перрена, получившего за эти работы в 1926 году Нобелевскую премию.

Работы Эйнштейна по молекулярной физике доказали правильность представления о том, что теплота есть форма энергии неупорядоченного движения молекул. Одновременно они подкрепили атомистическую гипотезу, согласно которой материя - в физическом понимании - состоит из молекул и атомов.

Предложенный Эйнштейном метод определения размеров молекул и его формула для броуновского движения позволяют определить число молекул. До этого физики были вынуждены обходиться приближенными способами, предложенными в 1865 году австрийским физиком Лошмидтом; теперь же благодаря исследованиям Эйнштейна они могли оперировать точными математическими методами.

Наряду с чисто научной ценностью исследования Эйнштейна по тепловому движению имели большое теоретико-познавательное значение. Они показали, что отрицательное или скептическое отношение некоторых естествоиспытателей к атомистической теории ничем не оправдано. Полученное Эйнштейном доказательство правильности атомистических воззрений было настолько убедительным, что химик Вильгельм Оствальд, который до этого вместе с Эрнстом Махом был упорным противником учения об атомах, теперь, по его собственным словам, "был обращен в атомную веру".

Решающий вклад, который Эйнштейн внес в победу атомистики, следует считать одной из его величайших научных заслуг. В этом он является достойным преемником великих материалистов античности: Демокрита, Эпикура и Лукреция.

Фридрих Гернек, 1984 год