Гельфер Я.М. История и методология термодинамики и статистической физики (1185114), страница 95
Текст из файла (страница 95)
172). Идеи, изложенные в указанной работе, являются логическим продолжением исследования Эйнштейна «Кинетическая теория теплового равновесия и второго начала термодинамики» (1902), о которой речь будет впереди. Уже само наименование работы, посвященной броуновскому движению, говорит о цели ее автора. «В этой работе,— ансзл Эйнштейн, должно бьжь показано, что, согласно молекулярно-кинетической теории теплоты, взвешенные в ясидкости тела микроскопических размеров вследствие молекулярного теплового движения должны совершать движения такой величины, что они легко могут быть обнаружены под микроскопом. Возможно, что рассматриваемые здесь движения тождественны с та!с называемьгм «броуновским молекулярны.н движением» [62, с.
34]. Далее он продолжает: «Если рассматриваемое здесь движение вльесте с ожидаемыми закономерностями действительно будет наблюдаться, то классическая термодина,~ика уже для микроскопически различных областей не может считаться вполне действительной, и тогда возмоэсно точное определение истинных атомных размеров. Если же, наоборот, предсказание этого движения не выполнится„то это будет веским аргументом против молекулярно-кинетического представления о теплоте» [6, с. 13 — 14).
Эйнштейн получает два важных результата, которые в конечном итоге открывали возможность экспериментальной проверки молекулярно-кинетической теории теплоты. Он нашел связь между коэффициентом диффузии «малых взвешенных шаров», размером частицы и постоянной Авогадро. Полученная им формула имеет впд г«т 1 В= —— Лт вп77 где )т — универсальная газовая постоянная, Мк — постоянная Авогадро, Т вЂ” абсолютная температура,  — коэффициент диффузии, Р— радиус частицы. Предполагая независимость движения каждой частицы (аналогично молекулам газа), Эйнштейн показывает, что распределение частоты повторения данного изменения за произвольный промежуток времени таково же, как и распределение случайных ошибок..
Для среднего квадратичного смещения частицы вдоль оси х Эйнштейн получил выражение 7„=1/Ю~. Исключив из этих двух формул коэффициент диффузии )7, он находит связь между Х„и Р. Следовательно, определив первую 348 " См.: 2«изсьт10 Ит Е!еЫтосиега1е. 1906, Вй. 12, 33. 833, 910. величину, можно без труда вычислить и вторую. Работа Эйнштейна открывала совершенно новые возможности в количественной проверке молекулярно-кинетической теории. Если бы удалось показать, что вычисленная на основе формулы Эйнштейна постоянная Авогадро совпадает по своему значению с найденным ранее, то был бы решающий довод как в пользу молекулярно-кинетической теории, так и в пользу развитой теории броуновского движенля.
Не удивительно поэтому, что Эйнштейн в конце своего исследования восклицает: «Если бы какому-либо исследователю удалось вскоре разрешить поднятые здесь неясные для теории теплоты вопросы!» [29, с. 27]. По-видимому, отсутствием экспериментальной проверки выводов Эйнштейна в это время можно объяснить тот факт, что, Больцман не придал работе Эйнштейна должного значения. А ведь она могла иметь большое значение для поддержки его идей и особенно в защите молекулярно-кинетической теории от нападок «энергетиков» и махистов, В 1906 г.
появляется в печати новое исследование Эйнштейна «К теории броуновского движения» 15, с. 28), в которой ие только уточнены выводы предыдущего исследования, но получены также и новые результаты. Одновременно с этой работой Эйнштейн опубликовал исследование, в котором дается определение размеров молекул и постоянной Авогадро [5, с. 43].
Небольшая заметка «Теоретические замечания о броуновском движении» была опубликована в 1907 г. в связи с появившейся в 1906 г. статьей шведского физика Т. Сведберга «О собственном движении частиц в коллоидных растворах»'ь, где были сделаны первые попытки экспериментального доказательства теории Эйнштейна. Эйнштейн Альберт (!879 †19) Немецкий физик. Родился в Ульме (Германия). Образование получил в Цюрихском политехникуме. В 1902 †19 гг. эксперт патентного бюро в Берне. С 1909 по 1911 г.
профессор Цюрихского университета. С 1914 по 1933 г. живет и работает в Берлине, занимая пост директора физического института и профессора университета. . В 1933 г. эмигрировал в США и поселился в Принстоне, где состоял членом Института высших исследований. Лауреат Нобелевской премии по физике 1921 г. В истории термодинамики и статистической физики остался как автор фундаментальных работ по теории броуновского движения, статистическому обоснованию термодинамики н квантовой статистики. 349 В 1909 г. появляется «Элементарная теория броуновского движения» 15, с.
701, где дается упрощенное изложение полученных Эйнштейном результатов. Все исследования Эйнштейна по теории броуновского движения открывали большие возможности для доказательства реального существования атомов и молекул, указывая экспериментаторам путь достижения этой цели. еЭти исследования Эйнштейна больше, чем все другие работы, убеждают Фазакоэ в реальности атомов и молекул, в спраэедхиеости кинетической теории теплоты и е фундаментальной роли вероятности е законах природыь 14,с.175], Как уже указывалось, первые попытки проверки эйнштейнов- ской теории броуновского движения были сделаны Сведбергом в 1906 г.
Эта работа была еще далеко не совершенна, и ее результаты нельзя было еще считать доказательными. Подтверждение эйнштейновской формулы в части зависимости смещения броуновской частички от вязкости жидкости было дано в 1908 г. Зеддигом, который сравнивал при различных температурах смещения частичек в предположении, что они одинаковой величины. Такие же попытки были сделаны и другими физиками (Анри, Командоном и др.). Однако полное подтверждение теории Эйнштейна, а вместе с тем и молекулярно-кинетической теории является заслугой выдающегося французского физика Ж.
Перрена и его сотрудников и учеников — Н. Бьеррума, Шодезега и Дабровского. Замечательные исследования этих ученых, начатые еще в 1906 г. и продолжавшиеся несколько лет, убедили даже самых непримиримых противников кинетической теории, заставив поверить их в реальность атомов и молекул. В том, что атомы и молекулы реально существуют, а не яв- Перрен жан Батист (!870 †19) Французский физик.
Родился в Лилле. Образование получил в Парижской Нормальной школе. С 1910 г. профессор Парижского университета (Сорбонны). Лауреат Нобелевской премии по физике за 1926 г. Его борьба против идеалистических концепцпй в физике, уверенность в реальности ато. мов н молекул привели к постановке экспериментов, сыгравших решающее значение в судьбе молекулярно-кинетической теории н вообще всей физической атомистики в целом. Именно эти классические эксперименты оста вили имя Перрена в истории статистической физики. 350 ляются лишь удобной гипотезой для объяснения физических явлений, сам Перрен не сомневался. «Кинетическая теория газов несомненно возбуждает в нас глубокое удивяение,— писал он.— Если мы еще не вполне убеждены в ее справедливости, то потому только, что при ее создании было допущено много'гипотез.
Однако уверенность окрепнет, если мы сумеем различными путями найти одни и те жв значения для различных величин, с которыми встречаемся в учении о молекулахэ 143, с. 92]. В теории Эйнштейна Перрен увидел один из таких путей: «Если, на самом деле, молекулярное движение является причиной броуновского движения, если это явление оказывается как бы некоторым посредниколь который связывает нас с миром молекул, то должны существовать способы, которые позволили бы нам к ним подойти вплотную» 143, с.
99]. Тщательно анализируя законы молекулярно-кинетическон теории как в применении их к газам, так и к разбавленным растворам, Перрен пришел к заключению, что эти законы спра.ведливы как для молекул, так и для броуновских частичен, которые можно рассматривать как очень большие молекулы. Естественно поэтому возникала мысль, сформулированная Перреном в.
следующей форме: «Но нельзя ли в таком случае предположить, что нет никакого предела приложимости этих законов. в отношении величины того комплекса атомов, который мы исследуем2 Нельзя ли предположить, что частицы, уже доступные. зрению, все еще следуют этим законам; так что частичка, находящаяся в броуновском движении, может быть предметом таких же расчетов, как и молекула газа, например, в отношении действия ударов на стенку, останавливающую ее? Одним словом, нельзя ли приложить газовые законы к эмульсиям, состоящим из видимых уже зернышек В этом направлении я искал какого-нибудь решающего опыта ехретппеп1шп стасик который мог бы дать прочную Укспериментальную базу либо для нападок на кинетическую теорию, либо для ее защиты до концаэ 143, с.
100]. Ехрег]гпеп1шп сгнс!3 Перрена заключался в опытном изучении распределения частичек специально приготовленной эмульсии. При этом он рассуждал, следующим образом: если распределение частичек эмульсии действительно подчиняется газовым законам, то их вертикальное распределение должно подчиняться тому же закону, что и молекулы воздуха в поле земного тяготения, т. е. барометрической формуле. Серия таких экспериментов и была проведена. Прежде всего для этой цели необходимо было приготовить нужную эмульсию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
