В связи с критикой идеалистических извращений физики В. И. Ленин определил место философии и физики в изучении свойств материи.
Раньше считалось, что изучение свойств материи как таковой и ее строения — дело прежде всего философов. Не случайно поэтому к выводу об атомном строении материи, так же как об ее основных свойствах —твердости, непроницаемости и так далее, ученые пришли главным образом на основе философских соображений, а не опытных исследований (вспомним Демокрита, Лукреция, философов-материалистов XVIII века). Физике и химии отводилась по сути дела вспомогательная роль: они должны были лишь проверять и уточнять выводы философии.
Такое понимание роли философии характерно для метафизиков. Ведь философию они считали такой наукой, которая должна изучать все вечное и неизменное. Естественно, что изучение свойств и строения материи, которая рассматривалась метафизиками как вечная и неизменная основа всех вещей, должно было с их точки зрения являться задачей философов.
В. И. Ленин в соответствии с новым, диалектическим взглядом на материю по-новому решил вопрос о роли физики и философии в изучении материи. Он выделил две стороны в этом вопросе, два возможных подхода к изучению материи.
С одной стороны, можно изучать материю во всем многообразии ее конкретных свойств. Все эти свойства изменчивы: они могут превращаться одно в другое; у одних видов материн могут быть одни свойства, у других— совсем другие. Сюда же относится вопрос о строении материи, о частицах, из которых она состоит — атомах, электронах и так далее. Философия своими силами не в состоянии решить этих вопросов. Какую бы правильную позицию ни занимал философ, как бы безукоризненно он ни рассуждал, он не может с помощью одних лишь рассуждений исследовать, например, строение атома. Для этого нужны тонкие опыты, осуществляемые при посредстве сложнейшей техники. Производят же такие опыты физики и химики. Поэтому все эти вопросы и относятся прежде всего к области физических наук.
С другой стороны, можно ставить вопрос не о конкретных свойствах различных видов материи, а о взаимоотношении материи и сознания. Это является предметом не физической, а философской науки. Именно по этому вопросу и идет борьба между материализмом и идеализмом. Идеализм считает, что материя существует только в нашем сознании и нам только кажется, что она существует реально. Материализм же утверждает, что материя существует объективно, независимо от нашего сознания, и в этом с философской точки зрения состоит ее главное свойство. Материя может иметь различное строение, обладать различными свойствами. Но во всех случаях она остается объективной реальностью, действующей на наши органы чувств.
Диалектический материализм отнюдь не утверждает, что современные наши представления об устройстве мира являются окончательной истиной. Нет никакого сомнения, что с дальнейшим движением науки картина мира, созданная физиками, будет многократно меняться, все более уточняясь и приближаясь к истине. Диалектический материализм утверждает лишь то, что в этом бесконечном процессе изучения материи, познания ее строения и конкретных свойств физика никогда не дойдет до какого-нибудь неизменного предела, дальше которого уже нечего исследовать. Весь мир находится в состоянии постоянного изменения и развития. Поэтому, если исследование будет длиться бесконечно, без конца будут открываться все новые и новые свойства материи.
Идеалистические выводы из открытий физики XX века в значительной мере были обусловлены смешением двух вопросов: философского (о существовании материи как объективной реальности) и физического (о строении материи).
Однако необходимо подчеркнуть, что разграничение этих двух вопросов вовсе не означает, что между ними нет никакой связи. Мы уже видели, как философия диалектического материализма использует данные науки для обоснования своего понимания материи. С другой стороны, физики могут понять суть своих открытий, лишь руководствуясь философией диалектического материализма. Диалектический материализм открывает перед физикой перспективу бесконечного проникновения в глубь материи, перспективу познания все новых и новых ее свойств.
Со времени начала великих открытий в естествознании и написания Лениным книги «Материализм и эмпириокритицизм» прошло около половины века. За эти годы физика сделала новый, очень большой шаг вперед в изучении материи, еще более подтвердив диалектический материализм. Ныне мы знаем о строении материи неизмеримо больше, чем знали 50 лет тому назад. И не только знаем, но и с большим успехом применяем эти знания на практике.
Что же было открыто физиками за это время? Что мы знаем из современной физики о строении материи?
6. ЧТО ГОВОРИТ СОВРЕМЕННАЯ ФИЗИКА О СТРОЕНИИ МАТЕРИИ
Мы уже знаем, что на рубеже XIX—XX веков было установлено, что атом делим и в состав его входят электроны. Перед учеными встала задача выяснить, как расположены эти электроны в атоме, то есть изучить его строение.
Решение этой задачи привело к открытиям, давшим человечеству возможность поставить себе на службу такие мощные силы, которых наши деды не могли бы даже и вообразить. Открывается одна из наиболее увлекательных глав науки о природе — атомная физика.
Согласно первым представлениям о строении атома, выдвинутым английским физиком Томсоном, отрицательные и положительные заряды в атоме перемешаны. Атом мыслился в виде круглой булки с изюмом: тесто, из которого сделана булка,— положительные заряды, а изюмины— отрицательные заряды, электроны. Количество электронов в атоме предполагалось именно таким, чтобы их отрицательный заряд мог уравновешивать положительный заряд остальной массы атома. Таким образом, хотя и было обнаружено сложное строение атома, некоторые физики полагали, что отдельные части его вплотную прилегают друг к другу. Они старались сохранить за атомом свойство непрерывности, непроницаемости, которое, по их мнению, является обязательным для мельчайшей единицы материи.
Марксистско-ленинская философия —диалектический материализм считает, что у материи нет подобных вечных, неизменных свойств. И физика вновь подтвердила правильность диалектико-материалистического понимания материи.
Для того чтобы решить, прерывны атомы или непрерывны, нужно было попытаться пропустить через них другие частицы. Такие частицы уже были в распоряжении физиков. Они выделяются при радиоактивном излучении, например из атома радия. Эти частицы и можно было использовать в качестве снарядов для обстрела атомов.
Модель атома по Томсону
Если атомы непрерывны, то есть представляют собой сплошную массу, то частица, сталкиваясь с ними, должна отклоняться от своего пути. Так что если, например, на золотую пластинку, находящуюся в пустотной трубке, направить поток частиц, составляющих альфа-лучи, испускаемые радиоактивными веществами, то вследствие столкновения с атомом золота и отклонения от своего пути эти частицы должны рассеиваться по стенкам трубки. Этого не будет в том случае, если альфа-частицы будут двигаться в пространстве, не встречая препятствий. В этом случае альфа-частицы, двигаясь по прямым линиям, будут ударяться в противоположную стенку трубки, прямо против того места, из которого они вылетели.
И вот в 1911 году английский физик Резерфорд начинает бомбардировку атомов золота альфа-частицами. Оказалось, что подавляющее большинство альфа-частиц проходит сквозь атомы, как снаряды через облако, нисколько не отклоняясь от своего пути. Лишь очень небольшое количество частиц отклонялось и рассеивалось. Наряду с этим некоторые частицы не просто отклонялись, а отскакивали обратно, как мячик от стенки, как бы встретив непреодолимое препятствие.
Расчеты, которые делались для объяснения этих опытов, показали, что почти вся масса атома сосредоточена в его центре и образует его ядро. Это ядро, составляя основную массу атома, занимает в то же время ничтожную часть его объема. Этим объясняется как то, что подавляющее большинство альфа-частиц проходит через атомы совершенно свободно, не испытывая никакого отклонения, так и то, что некоторые частицы испытывают сильное отклонение: это именно те частицы, которые сталкиваются с ядром.
В результате опытов Резерфорда перед физиками предстала более правильная картина строения атома. Картина эта оказалась совершенно неожиданной. Атом по своему строению очень сильно походил на... солнечную систему! Солнечная система, как известно, состоит из большого центрального тела — Солнца, вокруг которого на больших расстояниях от него вращаются планеты: Меркурий, Венера, Земля и другие. Масса всех планет, вместе взятых, значительно меньше массы Солнца. То же самое мы обнаруживаем и в атоме. В центре атома находится атомное «солнце» — ядро атома. Вокруг ядра на сравнительно больших расстояниях от него обращаются электроны. Чтобы получить представление об этих расстояниях, увеличим мысленно атом во много-много раз, так чтобы ядро его стало величиной, например, с футбольный мяч. Если предположить, что это «ядро» находится в центре Москвы, то в этом случае электроны вращались бы вокруг него на расстоянии в 30—50 километров.
Электроны заряжены отрицательно, ядро — положительно. Каждый электрон несет один отрицательный заряд. Ядро же заключает в себе столько положительных зарядов, сколько электронов содержится в атоме. Таким образом, количество отрицательных зарядов равно числу положительных. Поэтому они уравновешивают друг друга, и в целом атом обычно нейтрален, то есть не имеет никакого электрического заряда.
Различные атомы содержат разное число электронов. Самым простым оказался атом водорода. В этом атоме вокруг ядра вращается только один электрон. Следовательно, ядро атома водорода несет положительный заряд, равный по величине заряду одного электрона. Этот заряд и был принят за единицу. Ядро атома водорода, как наиболее простое, было названо протоном (от греческого слова «протос», что означает «первый»). Не удивительно, что именно атом водорода оказался устроенным проще других атомов. Ведь это самый легкий атом, и в таблице Менделеева, в которой элементы расположены в порядке возрастания атомных весов, водород находится на первом месте.