Александр Леонович - Физика без формул

Изучать тепловые процессы заставило человека вечное стремление к теплу. И одежду он шил, и дома строил, чтобы тепло сохранить, удержать. А потом приспособил тепло двигать машины – так до сих пор оно там на нас и работает. Чтобы машины лучше двигались, пришлось разбираться, из чего тепло «состоит».

Выяснилось – из движения. Как же так? Да, еще древние греки об этом думали. Две тысячи лет понадобилось, чтобы до нас это окончательно дошло. А как дошло, так теперь кажется, что по-другому о тепле и думать-то нельзя.

Давайте-ка и мы взглянем на мир тепла с разных, порой неожиданных сторон. Со стороны плавления и замерзания, испарения и конденсации, теплопроводности и излучения. Посмотрим на него с облаков и с ракеты, из паровоза и из холодильника. Но прежде всего заглянем внутрь… вещества.

О каких бы телах мы ни говорили, мы почти всегда считали их сплошными: слиток металла, капля воды, глоток воздуха. Хотя все названное это части чего-то большего, мы не всегда обращаем внимание на то, что они сами из чего-то состоят. Однако с далекой древности возможность деления вещества на части подталкивала к идее, что можно дойти до каких-то очень маленьких его крупинок, делить которые дальше уже некуда.

Это гипотеза о дробном строении вещества, одна из самых старых в истории человеческой мысли. Подтвердилась эта гипотеза спустя более чем 2000 лет. У нее все это время было немало как сторонников, так и яростных противников. И только опыт, как часто бывало, поставил все на свои места.

Конечно, убедиться глазами в том, что вещество состоит из каких-то крохотных частиц, невозможно. Сколько бы мы ни дробили, скажем, кирпич, ни разбрызгивали на капельки воду, всегда оказывается, что пылинки и капельки можно делить дальше. Да нечем!

И лишь за последние 100 лет накопилось достаточно доказательств существования таких «зернышек» вещества. Сегодня специальные микроскопы, где вовсе нет стеклышек, помогают нам буквально разглядеть их. И вправду, внутри вещество оказалось устроено очень близко к тому, что о нем думали еще древние греки. Вы, наверное, слышали о названиях этих частиц – атомы и молекулы.

Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) – российский ученый-энциклопедист. Основатель Московского университета, автор учебников и поэм, создатель школ. Отстаивал учение о прерывистом строении вещества, опередившее науку того времени на столетие. Сформулировал закон сохранения материи и движения. Занимался исследованиями атмосферного электричества, сконструировал оптические приборы для астрономических наблюдений. Открыл атмосферу на Венере. Строил стекольные заводы, шахты, плавильные печи. Внедрил физические методы в химию.

Узнать об их наличии было важно не только, чтобы удовлетворить наше любопытство. Огромное количество явлений, прежде всего тепловых, удалось объяснить с помощью представления о молекулах. Теория процессов, происходящих в веществе, опирающаяся на такое знание его строения, называется молекулярно-кинетической теорией.

А почему мельчайшие частички вещества называют то атомами, то молекулами? Может быть, их просто всего два разных сорта, скажем, это черные и белые шарики. Нет, дело обстоит чуть сложнее. Какие-то вещества действительно состоят как бы из собранных вместе мельчайших шариков – («зернышек») одного вида. Это, например, металлы или газ неон, которым заполняют рекламные трубки. В других веществах эти шарики одного или разных сортов группируются, крепко сцепившись, так что получается словно новый, составной шарик («ягодка»). Вот отдельные крохотные шарики называют атомами, а их объединения, группы – молекулами.

Возьмем, к примеру, два газа – водород и кислород. Возможно, вы видели прочные металлические баллоны для перевозки этих газов в сжатом состоянии. Внутри того, на котором написано «водород», этот газ представляет собой «парочки» сцепившихся самых маленьких атомов в природе – атомов водорода. В баллоне же с надписью «кислород» мы могли бы обнаружить тоже пары-молекулы, состоящие, в свою очередь, из атомов кислорода – шариков, раз в восемь массивнее водородных.

Удивительно, что именно из этих газов может получиться… вода. Соединив водород и кислород в определенной пропорции, в лабораториях образуют воду, каждая частичка-молекула которой состоит уже из трех шариков: двух атомов водорода и одного кислорода.

Атомов по своему виду в природе всего около 100 сортов. Но их комбинации-молекулы создают то огромное многообразие веществ, которое окружает нас. Причем не только на Земле, но, наверное, и во всей Вселенной вообще. Ничтожно слабые сигналы, которые атомы и молекулы, оказывается, посылают из космических далей, человек наловчился регистрировать на Земле. Такие сигналы доносят до нас свидетельства того, что Мир, каким бы он ни выглядел разным, построен везде из одних и тех же «зернышек»-атомов.

Если вещество устроено из мельчайших частиц, то как они себя ведут? Может быть, они неподвижны друг относительно друга? Или же как-то движутся? Заметить непосредственно то или иное мы не можем. Но вот подсказать нам, что происходит внутри вещества, оказывается, есть чему.