ЧАСТЬ II 

Статистические закономерности классической физики 

§ 1. Представление о тепловом движении 43 

§ 2. Броуново молекулярное движение 44 

§ 3. Скорости молекул в тепловом движении 55 

§ 4. Статистические законы 60 

§ 5. Вероятность состояния 66 

§ 6. Распределение энергии в статистическом равновесия 69 

§ 7. Направленно процессов в природе 74 

§ 8. Вероятность н энтропия 76 

§ 9. Свободная энергия 80 

§ 10. Вычисление свободной энергии 83 

ЧАСТЬ III. 

Иден атомной физики 

§ 1. Борьба атомистических представлений с теорией сплошности 87 

§ 2. Прямые доказательства атомного строения вещества 95 

§ 3. Значение атомной теории 104 

§ 4. Сложность атома 107 

§ 5 Электрон 109 

§ 6. Элементарные частицы 118 

§ 7. Физическая природа атомных лучен 120 

§ 8. Частицы я волны 141 

§ 9. Принцип неопределенности 147 

§ 10. Некоторые следствия, вытекающие из квантовой механики 154 

§ 11. Квантовая статистика 163 

§ 12. Распределение частиц по анергиям 168 

В истории науки после длительных периодов накопления опыта, удачно объединяемого физической теорией, всегда появлялись факты, ей противоречащие, свидетельствующие о новых неучтенных сторонах беспредельно многообразного реального мира. Обострение противоречий завершалось в таких случаях синтезом, охватывающим более широкий круг явлений и вносящим новые черты в наше миропонимание. 

      В далекой перспективе нам трудно оценить глубину переворотов, произведенных в прошлом, например, открытиями Коперника или Галилея — Ньютона. 

      Мы не видим ничего удивительного в том, что на противоположной стороне земного шара антиподы ходят так, что в нашей координатной системе их головы ниже ног. Нас не поражает идея о вращении земли, как причина видимого движения солнца по небесному своду. Мы давно привыкли считать, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. 

      Но все же можно понять революционность этих идей для своего времени; мы знаем, какая ожесточенная борьба потребовалась для их победы над авторитетом церкви. 

      Новые черты внес в наши представления о явлениях природы более близкий к нам XIX век: 20-е годы ознаменовались открытиями, связавшими электрические и магнитные явления. Эти новые факты были позже обобщены Фарадеем и Максвеллом в законченную теорию, которая охватила и световые явления. 

      В середиие столетия установлены были закон сохранения энергии и второе начало термодинамики, оказавшие решающее влияние на все области естествознания и техники. 

      Электромагнитные волны Герца, радиотелеграф Попова и световое даиление Лебедева завершили круг идей и фактов, типичных для всей физики XIX века. 

      Это — идеи непрерывности материального мира, сил блиэкодействия, строгих законов природы, ие знающих пределов своей справедливости. 

      Наряду с этим основным течением научной мысли уже существовало иное направление, из которого выросла современная атомная физика. Это — кинетическая теория газов, впервые сформулированная Ломоносовым и Бернулли; это — идеи статистической физики Больцмана, периодическая система Менделеева, структурная теория Бутлерова. 

      Если в XIX веке атомные области знания мирно сосуществовали с непрерывным эфиром и теорией упругости, то дальнейшее развитие атомной физики вскрыло такие глубокие противоречия, которые нельзя было совместить ни с эфиром, ни со всей классической физикой. 

      Никогда еще, пожалуй, не происходило такой радикальной перестройки самых основ физики, как в наше время. 

      40 лет тому назад В. И. Ленин дал глубокий философский анализ назревшего кризиса физики и указал путь к выходу из него — путь диалектического материализма. 

      С поразительной полнотой и точностью оправдались слова Владимира Ильича. История физик и последних десятилетий — блестящая демонстрация правильности и жизненности материалистической диалектики. 

      Успехи в познании природы приводят к выводам, которые прекрасно иллюстрируют марксистскую теорию познания. Всякий отход от положений- диалектического материализма заводил в болото заблуждений. Примером может служить временный отказ некоторых ведущих физиков от закона сохранения энергии. Факты, и в том числе опыты братьев Алихановых, заставили отказаться от этой ошибки. 

      Такова сила фактов, которые часто проти воли исследователей толкают их на правильный путь. 

      Разумеется, отсутствие правильной методологии тормозило развитие науки, но оказалось не в силах сбить ее с единственно научного пути познания истины, основные черты которого сформулированы были Мар ксом и Энгельсом и творчески развиты Лениным и Сталиным. 

      В XX веке физика направила свое внимание на изучение скрытого от непосредственного наблюдения внутреннего механизма физических процессов. Убедительно доказано было существование атомов и установлены их строение и свойства. 

      Этот путь не был простым переходом к более мелким объектам исследования. В атомных явлениях физика встретила качественно отличные законы микромира, выходящие за пределы применимости твердо установленных в XIX веке положений механики и электромагнетизма, оптики и теплоты. 

      Новые теории должны были объединить противоположные по прежним воззрениям свойства света, движения электрон или атомов. Новая физика включает законы классической физики, как частные положения, область справедливости которых ограничена определенными рамками. 

      Возникший в результате такого обобщения круг идей таков, что для него не нашлось наглядных образов. На данном этапе конкретные задачи физики решаются путем сложных математических операций, доступных ограниченному кругу специалистов. 

      А между тем, вопросы, которые здесь рассматриваются, имеют самое существенное значение для всей системы наших знаний и для многих важнейших областей техники. Передовая наука и техника не могут игнорировать тех сдвигов, которые вызваны прогрессом физики. 

      Круг лиц, которые должны ясно понимать основные идеи и факты новой физики, гораздо шире небольшой группы специалистов, владеющих математической формой, в которую облечены эти идеи. 

      Потребность овладения основами современной физики существует в самых широких слоях советской интеллигенции Долг советских физиков удовлетворить эту потребность, создав доступную широкому читателю литературу, знакомящую с различными сторонами вопроса. 

      Одну из таких книг я и предлагаю читателю. Я думаю, что наиболее существенное в новой физике можно разъяснить, не прибегая к математическому формализму квантовой механики. 

      Факты, лежащие в ее основе, столь же доступны пониманию, как и опыты, которыми обосновывалась классическая физика. Явления фотоэффекта и дифракции электронов в кристалле нисколько не сложнее, чем спектр дифракционной решетки. 

      Если начать изложение с описания новых фактов, установленных атомной и ядерной физикой, читатель увидит логическую неизбежность сделанных квантовой механикой выводов и легко их поймет. 

      Труднее, пожалуй, правильно оценить связь диалектически противоположных сторон изучаемых явлений. Но именно советский читатель, воспитанный на идеях диалектического материализма, усвоит их легче, чем кто-либо. 

      Имеются уже десятки книг, особенно за рубежом, которые ставят задачу популяризации идей современной физики; часто они ведут попутно в той или иной степени пропаганду идеалистической философии. 

      Задача, которую я хотел бы разрешить в настоящей книге, сводится к изложению важнейших идей современной физики, как неизбежного вывода из опытных фактов, обнаруженных при изучении атомного мира. Я хочу показать, с какой полнотой оправдываются при этом положения философии диалектического материализма. Излагая с точки зрения этой философии исторический путь развития идей, переходя от отдельных фактов к их обобщению, выявляя скрытые противоречия, — я надеюсь облегчить усвоение окончательных выводов, к которым пришла теория. 

      Гораздо труднее был бы обратный путь — от формулировки готовой теории к ее иллюстрации опытом. 

      Исходя иэ поставленной цели, я ограничил содержание книги как в отношении выбора материала, так и его полноты. 

      Предлагаемая книга не учебник физики. Поэтому я ограничился описанием только сравнительно небольшого числа фактов, наиболее непосредственно ведущих к рассматриваемым представлениям, наиболее остро иллюстрирующих трудности и противоречия старых теорий. Надеюсь, что читатель, ие ограничиваясь прочитанным, обратится к более полным литературным источникам. 

      Иэ всего богатства физического знания я выбрал лишь несколько проблем, наиболее характерных для новой физики: теорию относительности, новую статистику, атомную и ядерную физику. 

      Я оставил в стороне интереснейшие проблемы молекулярной физики (которой я в прошлом посвятил уже две книги); слегка лишь затронуты электрические свойства тел, которые я собираюсь рассмотреть в особой монографии.