Материя

Материя (физическое строение). Нередко бывает, что тело, представляющееся нам однородным и сплошным, после ближайшего рассмотрения оказывается состоящим из отдельных, различных друг от друга частей. Так, смотря издали на гранитный пьедестал памятника, мы получим от него впечатление однородности; но рассматривая кусок гранита ближе, мы замечаем, что он имеет зернистое строение и состоит из трех родов зерен: из красных зерен полевого шпата, серовато-белых зерен кварца и блестящих черных зерен слюды. Огромное множество наблюдений и опытов привело к заключению, что всякая материя на самом  деле состоит из отдельных мельчайших, как бы твердых зернышек, разделенных друг от друга пустыми промежутками. Эти зернышки называются молекулами. Укажем некоторые наблюдения, доказывающие правильность такого взгляда. Если бы материя была сплошной и непрерывной, то можно было бы по произволу утончать слой любого вещества без того, чтобы нарушилась цельность слоя, и без изменения тех свойств, какие обнаруживаются веществом в толстом слое. На практике можно осуществить весьма тонкие слои материи, например, давая очень маленькой капельке масла распространиться по большой водной поверхности или покрывая чистую металлическую поверхность, посредством электролиза в весьма слабом электрическом токе, чрезвычайно тонкой пленкой другого металла. Известными экспериментальными приемами можно решить, имеют ли подобные тончайшие слои материи связное строение; и вот опыты Обербека и Рентгена показали, что эта связность, действительно, имеет место, пока толщина пленки превышает 1 миллимикрон (1 μμ = 1 миллионной доле миллиметра). Но если толщина пленки значительно менее 1 μμ, то пленка уже обнаруживает явные признаки прерывного строения. Из опытов с такими пленками вытекает, что молекулы многих сортов вещества имеют линейные размеры в несколько десятых долей миллимикрона. Другое свидетельство в пользу «молекулярной теории» дается оптическими свойствами вещества. Если бы какое-нибудь тело, пропускающее лучи света, было вполне непрерывно, то оно должно было бы обладать полной прозрачностью; напротив, тело, состоящее из отдельных зерен, непременно должно представляться до известной степени мутным, так как свет отражается от поверхности зерен. Таким образом, если молекулярная теория верна, то всякая прозрачная материя должна быть более или менее мутной. Однако, весьма трудно решить этот вопрос посредством лабораторных опытов как потому, что осуществление какой-нибудь среды в совершенно чистом виде, без подмешанных посторонних частиц, является весьма трудным делом, так и потому, что рассеяние света молекулами должно быть весьма слабо. Однако, по счастью, природа сама дает нам образец такого тела, которое, занимая огромное пространство, наполнено светом огромной напряженности. Это — земная атмосфера; она, даже будучи совершенно чистой, дает всегда диффузно-рассеянный свет, — свет голубого неба. Если вспомнить, как равномерен всегда и везде этот свет, то нельзя не признать маловероятным, чтобы его диффузность происходила от каких-нибудь посторонних подмесей, вроде пыли, бактерий и т. п., потому что наличность подобных подмесей должна бы быть обстоятельством, весьма изменчивым в зависимости от места и времени. Но в таком случае необходимо заключить, что здесь мы имеем как раз проявление той мутности, которая свойственна атмосферному воздуху благодаря его молекулярному строению. Лорду Рэли удалось высчитать из наблюдений над яркостью неба, как велико число молекул в кубическом сантиметре воздуха, и найденный им результат близок к результатам, найденным другими способами. Изучение химических явлений заставило признать, что молекулы, вообще говоря, еще не представляют собой мельчайших частиц, на которые дробится вещество, но что почти при всякой химической реакции молекулы реагирующего вещества раздробляются на еще более мелкие зерна, которые, соединяясь в иных комбинациях, могут образовать  иные химические индивидуумы. Таким образом, химия принимает, что существует около сотни видов материальных зерен, комбинациями которых создаются все виды вещества. Эти зерна, еще более мелкие, чем молекулы, называются атомами, (см.). Молекула всякого индивидуального вещества, по принятому у химиков воззрению, представляет собой вполне определенную группировку атомов, определенных по роду и количеству. В редких случаях молекула вещества может содержать только один атом; такие вещества называются одноатомными; сюда принадлежат, например, газы: гелий, аргон, криптон, также пары ртути. В большинстве случаев молекула содержит несколько — иногда очень много — атомов. Наконец, в конце XIX и начале XX в. физики пришли к познанию частиц, еще более мелких, чем атомы, — т. н. электронов (см.). Электроны представляют собой мельчайшие заряды отрицательного электричества; они в том или ином числе содержатся в каждом атоме; причем, если данный атом является нам электрически нейтральным, то это — оттого, что в нем, кроме электронов, содержится еще положительное электрическое ядро. По всей вероятности, это ядро и электроны соединены в одну систему приблизительно так, как тела нашей солнечной системы: положительное ядро образует центральное тело, электроны же описывают свои орбиты кругом него, повинуясь силе электрического притяжения. Как прочность отдельного атома, так и прочность молекулы и взаимное сцепление молекул в телах объясняются силами электрического взаимодействия. Однако, при известных условиях атом (а также какая-нибудь группа атомов или целая молекула) может терять один или несколько из своих электронов или же, наоборот, привлекать в свою систему новые электроны; получившаяся таким образом система уже не будет электрически-нейтральна, но будет заряжена: в первом случае — положительно, во втором — отрицательно: такая система называется гоном (см.). Блестящее подтверждение этих воззрений дают опыты английского физика Уильсона и американского — Милликена. Идея опытов Уильсона состоит в следующем. Если подвергнуть воздух или другой газ действию лучей радия или т. п. то газ делается проводником электричества; это объясняется тем, что молекулы его ионизируются, т. е. получают электрический заряд: одни — положительный, другие — отрицательный. Уильсон примешивает к такому газу насыщенный водяной пар и подвергает газ расширению. При этом происходит охлаждение, а как следствие его — конденсация водяного пара, причем именно ионы служат центрами  около которых сгущается пар. Образовавшийся вследствие конденсации туман стремится падать под действием тяжести; но если поместить вверху заключающего его сосуда тело, наэлектризованное противоположно его частицам, то можно его удержать от падения. По скорости падения тумана можно определить радиус капли, а, следовательно, и вес ее; затем, зная силу электрического поля, удерживающего капли в равновесии, легко высчитать заряд капли: наименьшая величина этого заряда соответствует одному электрону. Милликен вместо водяных капелек брал капельки распыленного масла; за такой капелькой, помещенной в электрическое поле, ему удавалось следить в микроскоп в течение 4—5 часов. Измеряя постоянно при этом заряд капельки, Милликен нашел, что этот заряд время от времени увеличивается; это увеличение происходит скачками и выражается совершенно определенной цифрой, которая совпадает с цифрой, найденной Уильсоном для электронного заряда. (Дело объясняется  тем, что к масляной капельке присоединяется то тот, то другой ион из окружающего газа). В последнее время Уильсону (однофамильцу вышеупомянутого) удалось даже сфотографировать пути отдельных мельчайших частиц материи. Известно, что радий испускает из себя летящие с огромной скоростью «частицы α» (заряженные положительным электричеством атомы гелия); когда такие частицы пролетают в обыкновенном воздухе, они сильно ионизируют его; на каждом миллиметре своего пути одна частица α может образовать несколько тысяч ионов. Понятно, что если это происходит в среде пересыщенного водяного пара, то путь летящей частицы α должен быть отмечен образованием водяных капелек, которые конденсируются около образующихся ионов. Эти водяные следы, оставляемые частицами α, и получил Уильсон на своих снимках. Вот несколько цифр, характеризующих мельчайшие элементы материи:

1) число молекул в 1 куб. см. какого-нибудь газа при 0° и 760 мм  давления = 2,76·10¹⁹;

2) вес атома водорода = 1,63·10^-21 г;

3) заряд электрона = 1,56·10^-19 кулона, или 4,69·10^-10 электростатической единицы С. G. S.

Подобно тому, как в атоме его электрические составные части не находятся в покое, но в движении, так и атомы в молекуле и молекулы в любом теле непрестанно движутся. Движение атомов — колебательное. Движение молекул имеет различный характер в телах газообразных, жидких и твердых. В газах каждая молекула движется по прямолинейному пути, изменяя направление движения только при столкновении с другой молекулой или с оболочкой, заключающей газ (см. газы). В твердых телах молекулы колеблются около некоторых средних положений. Движение молекул в жидких телах представляет, по всей вероятности, нечто среднее между тем, как они движутся в телах твердых и как в газообразных. Ясным доказательством молекулярных движений служит  т. н. Броуново движение (см.).

Литература. Лодж, «Современные взгляды на материю» (М., 1904); Новые идеи в физике, сборник № 1: «Строение вещества» (Петроград, 1911); Томсон, «Корпускулярная теория вещества» (Одесса, 1910), а в особенности: «Les idées modernes sur la constitution de la matière». Conferences faites en 1912 par М-me Р. Curie, Р. Langevin, J. Perrin, Н. Poincare etc. (Paris, 1913). Интересные сведения касательно прежних воззрений на материю можно найти в книге: Тэт, «Свойства материи» (Петроград, 1887), а также в речи И. Каблукова на акте московского университета: «Очерк развития наших сведений о строении материи» (М. 1915).

А. Бачинский.

В философском смысле материя — то, что лежит в основе эмпирических явлений, «носитель» чувственно воспринимаемых качеств; то, что остается неизменным при всех изменениях мира. Материя  не есть предмет опыта: она только гипотетическое понятие, полагаемое естествознанием в основу объяснения опыта; поэтому и свойства материи имеют лишь гипотетическое значение. Развитие этого понятия привело к построению различных теорий о материи. Сначала боролись за господство качественная теория элементов, ведущая начало от Эмпедокла (см.) и разработанная Аристотелем, и количественная теория — атомистика Демокрита (см.). В новейшем естествознании победа досталась на долю последнего мировоззрения. Однако, оно не осталось вполне неизменным в том виде, как его создали древние мыслители. Из сочетания демокритовского учения с платоновским понятием материи, согласно которому последняя рассматривалась, как бесформенное, тождественное с пространством вещество, возникла корпускулярная гипотеза Декарта (см. атом), отвергавшая пустое промежуточное пространство, допускаемое атомистикой, но признававшая вместе с последней имеющие определенную форму элементы. Намечается, т. о. новая борьба — между атомистикой и гипотезой непрерывности. Обе эти теории признают качественно однородное пребывающее вещество; но взгляды их на отношение материи к пространству различны. Согласно гипотезе непрерывности, материя обладает существенными признаками самого пространства: его непрерывной протяженностью, его безграничной делимостью; согласно же атомистической теории, она и в том и другом отношении отличается от пространства. На дальнейшее развитие этих взглядов оказали влияние философские учения. Так, в ХVIIІ в. под влиянием метафизики Лейбница (см.) зародилась динамическая атомистика, мыслившая атомы, как простые физические точки приложения сил. В дальнейшем за решение спора берется естествознание. В нем доводами в пользу допущения материального субстрата, постоянного и в существенном соответствующего по своему характеру математическим свойствам тел, служили два эмпирических основания. Во-первых, необходимость постоянной материи вытекает из признания субъективной изменчивости чувственных ощущений; во-вторых, ее требует необходимость единообразного объяснения всех процессов физического мира.

И. Малинин.