|
|
Информация Д. Менделеева о
сделанном им открытии. О том, как Д. Менделеев открыл периодический закон и
какой ППБ он при этом преодолел, мы уже подробно говорили в главе 1. Сейчас
же нас интересует то, какова была его первая информация о сделанном открытии.
Вполне естественно, что Д. Менделеев понимал, что для
современных ему химиков не представляет особого интереса узнать, каким путем
при написании своих «Основ химии» он пришел к периодическому закону. Это
могло представить интерес только для него лично. Химиков же в первую очередь
могло и должно было заинтересовать само содержание сделанного открытия, его
сущность. Именно этому и посвятил он в основном свою первую статью
«Соотношение свойств с атомным весом элементов», написанную сейчас же после
17 февраля (1 марта) 1869 года.
Мы уже говорили, что реально периодичность элементов
(всеобщее) Д. Менделеев открыл путем сопоставления и сближения между собой
различных естественных групп и семейств (то есть через особенное), причем по
ходу открытия он менял атомные веса у некоторых элементов (бериллия) и
предсказывал некоторые отсутствующие еще элементы (будущий галлий и др.). Это
значит, что, не открыв еще до конца всеобщее, он уже из первых его проявлений
находил обратный путь от всеобщего к особенному и единичному.
Какова же была первая его информация о сделанном открытии?
В заключение названной выше статьи в первом же выводе из нее ученый писал:
«Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют
явственную периодичность свойств».
В соответствии с этим общим выводом рассказывается о ходе
открытия таким образом, что будто бы сначала все элементы были расположены в
один общий ряд по возрастанию их атомных весов, а затем была обнаружена
повторяемость их свойств через определенные периоды. Он так и писал,
рассказывая, как старался основать систему элементов на величине их атомного
веса: «Первая проба, сделанная в этом отношении, была следующая: я отобрал
тела с наименьшим атомным весом и расположил их по порядку величины их
атомного веса. При этом оказалось, что существует как бы период свойств
простых тел, и даже по атомносги элементы следуют друг за другом в порядке
арифметической последовательности величины их цая».
Вслед за тем приведены два первых коротких периода
периодической системы (Li F и Na С1), поставленные первый над вторым, и
начало первого длинного периода (от К до V). Далее Д. Менделеев сообщил, что
в разряде элементов, имеющих пай более 100, мы встречаем совершенно
аналогичный непрерывный ряд (Aq—J).
Таким образом, мы видим, что в качестве «первой пробы», то
есть начального пункта открытия, Д. Менделеев называет не сопоставление групп
(то есть особенное), а образование непрерывного ряда всех элементов,
расположенных по возрастанию их атомного веса; иначе говоря, он показывает,
как периодичность (всеобщее) может быть выведена непосредственно из
сопосгавления отдельных элементов (единичного).
Кстати говоря, подобная информация породила среди
некоторых химиков мысль о том, что так именно и был открыт периодический
закон. Более того, я вспоминаю, что в одном киносценарии, посвященном
творчеству Д. Менделеева, картина рисовалась такой, будто он ползает по полу,
располагая в один длинный ряд шестьдесят с лишним карточек с написанными на
них символами элементов.
Однако тщательное изучение черновых записей, сде-данных им
во время открытия, и в особенности дешифровка хода разложенного им
«химического пасьянса» убедительно доказали, что действительный ход открытия
закона шел через сопоставление групп элементов, то есть через особенное ко
всеобщему. Зачем же, спрашивается, автору таблицы потребовалось представить
дело иначе?
Объяснение напрашивается само собой. Д. Менделеев, сделав
открытие, стремился убедить химиков в его истинности, а для этого он,
естественно, избрал самый короткий, легко проверяемый всеми логический путь:
располагая элементы в один непрерывный ряд по величине атомного веса, каждый
на собственном опыте сразу же может убедиться в периодической повторяемости
их свойств.
То есть, это был умный дидактический прием хорошего
педагога, каким и проявлял себя Д. Менделеев.
На этом примере мы видим, как различаются между собою два
пути научной мысли: первый — ее движения к открытию, к познанию истины,
второй — путь информации ученого о найденной истине, то есть путь доведения
информации об этой мысли до сознания других людей, путь восприятия ими этой
мысли.
Сопоставляя оба пути, мы можем на примере Д. Менделеева
сказать, что второй путь может оказаться обратным первому. Так, мы видели,
что у ученого первый путь завершился обнаружением периодичности элементов и
сопоставлением их общего непрерывного ряда. А второй путь начался с
составления такого именно ряда выявления в нем периодичности свойств
элементов.
Теперь для того, чтобы убедиться в общности подобного
соотношения между двумя путями движения научной мысли — к открытию истины и
информации о ней, — рассмотрим подробно историю возникновения химической
атомистики в работах Дж. Дальтона.
Ход открытия химической атомистики Цж. Дальтоном. Разберем
последовательно работу творческой мысли Д. Дальтона. Он жил в эпоху
начавшейся промышленной революции, когда паровая машина совершала свое
торжественное шествие по странам За-- падной Европы и в особенности Англии;
причем жил и творил он в Манчестере — центре английской текстильной
промышленности.
Паровая машина и механизм ее действия не могли не привлечь
внимания молодого ученого-самоучки. Его остро интересовал вопрос о том, как и
почему работает в ней водяной пар. Но было еще и другое обстоятельство,
которое привлекло его внимание к водяным парам: в ранней
молодости он начал заниматься метеорологическими наблюдениями и тщательно вел
записи о них вплоть до последнего дня своей жизни. А в этих наблюдениях
большое место занимали показатели влажности атмосферы, наличия в ней водяных
паров.
Этот вопрос занимал не только Дж. Дальтона, но и
французских химиков из школы Лавуазье — Бертолле. Французские химики
выдвинули чисто химическое объяснение процессов испарения и насыщения водяных
паров. Они считали, что подобно тому, как вода растворяет сахар или соль,
причем до определенного предела (насыщения), так и атмосферный воздух
«растворяет», то есть втягивает в себя водяные пары и тоже до момента
насыщения ими. Значит, заключили они, между воздухом и водяными парами
существует определенное притяжение (взаимодействие), подобное химическому.
На этом основании они утверждали, что когда происходит
смешение (диффузия) разных газов, то это объясняется их взаимным притяжением
друг к другу.
Дж. Дальтон категорически отверг подобную концепцию.
Представлению о химическом притяжении газов и паров он противопоставил
механическую концепцию отталкивания частиц каждого газа друг от друга. В этом
отношении он шел и от идей Ньютона, высказанных в «Математических началах
натуральной философии» при объяснении И. Ньютоном закона Бойля об обратной
зависимости между объемом и давлением воздуха.
Положению о том, будто разные газы тяготеют друг к ДРУГУ7
Дж. Дальтон противопоставил положение, что они независимы между собою. Но
почему же в таком случае один газ проникает в другой подобно тому, как
частицы воды (ее пары) проникают в воздушную атмосферу? Дж. Дальтон отвечал:
да потому, что частицы воды отталкиваются друг от друга, а воздух не играет
здесь никакой роли, он только мешает свободному проникновению частиц воды в
пространство, которое он занимает. И Дж. Дальтон экспериментально доказывал
это: ведь если воздух действительно играет роль растворителя по отношению к воде,
то чем больше мы его возьмем, тем больше воды он растворит, и наоборот. Между
тем, если мы возьмем его вдвое меньше, то при испарении воды предел насыщения
паров (при данной температуре и в данном объеме) будет тот же, как и при
атмосферном давлении. Более того, это будет наблюдаться даже в том
случае, когда воздух будет полностью удален, то есть
испарение воды будет происходить в пустоту.
Так Дж. Дальтон, применяя приемы индукции — сопутствующих
изменений и отсутствия, — экспериментально доказал, что воздух не есть
причина испарения воды и вообще, что мнимое взаимное притяжение газов не есть
причина их смешения (диффузии).
Но что же в таком случае является причиной названных
физических (а не химических!) явлений? Ведь если бы такой причиной было
взаимное отталкивание частиц материи вообще, то частицы воды отталкивались бы
не только одна от другой, но и от частиц воздуха, а это препятствовало бы
испарению воды. То же самое наблюдалось бы и при смешении разных газов.
Значит, заключил Дж. Дальтон, необходимо допустить, что существуют
специфические отталкивания — например, у частиц воды — только друг от друга.
Следовательно, надо допустить столько различных видов отталкивания, сколько
существует на свете качественно различных веществ. К такому итогу Дж. Дальтон
пришел в 1801 году. Его противники во Франции сразу же обнаружили эту слабую
сторону его объяснений и обрушились на нее с острой критикой. Дж. Дальтон,
конечно, понял уязвимость своего объяснения. Он стал искать способ заменить
множество выдуманных им отталкивательных сил, которых все равно никто не
признает, только одной, но которую признали бы все. И он вскоре нашел: это
была теплота.
Но спрашивается: каким же образом она действует, если
благодаря ей частицы воды отталкиваются только друг от друга, но не от частиц
воздуха? И тут на ум ему пришло сравнение: оно сработало, очевидно, как
подсказка-трамплин, — все дело в размерах самих частиц.
Подобно тому как мелкие дробинки проваливаются в
промежутки между крупными ядрами, так и мелкие частицы, отталкиваясь одна от
другой, «проваливаются» в промежутки между крупными частицами.
Такое чисто механическое представление в глазах Дж.
Дальтона позволяло преодолеть ППБ, согласно которому явления испарения и
диффузии приписывались химическому фактору. Но Дж. Дальтону как ученому было
мало высказанной им гипотезы: он понимал, что ее надо доказать
экспериментально. Но как это сделать?
Тут мысль Дж. Дальтона совершила в течение двух лет
длинный и весьма запутанный путь, а главное, фантастически причудливый.
Прежде всего следовало установить, что надо понимать под размером' газовых
или паровых частиц. Дж. Дальтон, как и его предшественник И. Ньютон, был
атомистом. Но атомы он понимал своеобразно, а именно как окруженные (каждый)
тепловой атмосферой (оболочкой из вещества теплорода). Именно этими своими
атмосферами (оболочками) они и отталкиваются друг от друга. А как же
вычислить размеры этих оболочек?
Так как они вплотную примыкают друг к другу, заполняя весь
объем, занятый данным газом или паром, то, очевидно, надо разделить этот
объем на общее число таких частиц, присутствующих в нем. Все это было хорошо,
но каким образом можно сосчитать число газовых или паровых частиц,
находящихся в данном объеме?
Эту головоломную задачу Дж. Дальтон решил следующим
оригинальным образом: надо общий вес газа (пара) в данном объеме разделить на
вес отдельной частицы, что и даст нам желаемое знание о числе присутствующих
здесь частиц. А так как абсолютного значения веса отдельной частицы Дж.
Дальтон не знал и знать, конечно, не мог, то он пришел к гениальной мысли
определить относительный вес частицы, то есть вес заключенного в ней атома.
Так было рождено само понятие атомного веса как
относительного свойства, и вся задача свелась к тому, чтобы установить
значение этого свойства у отдельных элементов. А для этого нужно было принять
вес атома одного какого-нибудь элемента за единицу. За таковую Дж. Дальтон
принял вес атома наиболее легкого элемента — водорода. Заметим, кстати, что
он не делал различия между атомом и молекулой.
Теперь возникла еще одна трудность: как определить состав
сложных частиц, состоящих из двух, а может быть, и большего числа элементов.
Дж. Дальтон нашел выход из положения: если известно только одно такое
вещество, то ему надо приписывать простейший состав: один атом одного
элемента соединяется с одним же атомом другого. Поэтому состав частицы воды
им мыслился так: один атом водорода соединен с одним атомом кислорода. Отсюда
он вычислил (причем получил, конечно, совершенно фиктивные числа), что объем
частицы водорода якобы во много раз превышает объем, скажем, частицы азота,
так что частицы азота, выходит, могут «проваливаться» между частицами
водорода, как дробинки между ядрами. Так Дж. Дальтон счел доказанным свое
объяснение явлений диффузии (смешения газов) и испарения, ради чего и были
предприняты поиски, завершившиеся открытием атомного веса элементов.
Но сейчас же стало очевидным, что самостоятельное,
решающее значение приобрело именно это открытие, а вовсе не то объяснение,
ради которого велись поиски. Мысль Дж. Дальтона продолжала работать уже в
новом направлении, в сторону создания химической атомистики.
Его внимание привлек тот факт, что существуют соединения
двух элементов в различных пропорциях, например, углерод и кислород
соединяются, образуя угарный газ или углекислый газ, азот и кислород дают по
меньшей мере пять различных соединений. Как атомист, Дж. Дальтон считал атомы
неделимыми, поэтому соединяться они должны только целыми порциями: как один с
одним или один с двумя и т. д., но не как один атом с половиной другого атома
или какой-то другой его частью. Если это наблюдается у атомов, то и в крупных
масштабах такие же соотношения должны наблюдаться и в макроскопических дозах
веществ, с которыми имеет дело химик в лаборатории. Так из области физики Дж.
Дальтон переходил в область химии.
Мы уже говорили выше, что процентное выражение химического
состава соединений препятствовало выявлению здесь кратных отношений. Приведем
пример: в угарном газе 57,1 процента кислорода и 42,9 процента углерода. А
для углекислого газа имеем 27,3 процента углерода и 72,7 процента кислорода.
Из сопоставления этих четырех чисел никакой закономерности вывести нельзя.
Необходимо отказаться от безликого процентного выражения химического состава
веществ и перейти к другим, чисто химическим, паевым (эквивалентным). Они
состоят в том, что ставится вопрос: если в угарном газе на 42,9 весовой части
(но не процентов!) углерода приходится 57,1 весовой части кислорода, то на то
же количество углерода — 42,9 весовой части — в углекислом газе сколько
придется весовых частей кислорода? Легко вычислить, что его придется 114,2
весовой части, то есть ровно вдвое больше, чем в угарном газе.
Точно такие же целочисленные (кратные) отношения между
составными частями Дж. Дальтон обнаружил и в других случаях парных
соединений. В итоге он открыл важнейший закон химии — закон простых кратных
отношений, составивший эмпирическую основу всей химической атомистики. При
этом он опирался на опытные
аналитические данные, полученные не им самим, а другими
химиками. Результаты сделанного открытия он записал в своем рабочем дневнике
в сентябре 1803 года.
Важно отметить, что Дж. Дальтон, будучи атомистом, наперед
руководствовался атомистическим учением с его представлением о неделимом
атоме, который вступает в соединение как цельная нерасчленяемая частица.
Именно отсюда и проистекало как следствие первоначальное предположение о
простоте и кратности количественных отношений у макроскопических доз
соединенных веществ, которое затем подтвердилось данными количественного анализа.
Не удовлетворяясь данными других химиков, он взялся сам
проверить экспериментально найденный им закон. В августе 1804 года он взял
два углеводородных газа — болотный (метан) и маслородный (этилен),
проанализировал их состав и обнаружил, что в первом на одно и то же
количество углерода приходится вдвое больше водорода, чем во втором. С этого
момента Дж. Дальтон окончательно превратился из физика в химика.
Первая информация Дж. Дальтона о сделанном открытии. В том
же августе 1804 года навестить Дж. Дальтона в Манчестер приехал автор
известного тогда учебника химии Т. Томсон. Встреча их была весьма
кратковременной, и за считанные часы Дж. Дальтону пришлось информировать Т.
Томсона о создании химической атомистики.
Здесь мы видим ту же картину, какую уже отмечали в случае,
когда Д. Менделеев сообщал о своем открытии. А именно: информация начиналась
с того, чем завершилось открытие, а о самом процессе открытия и обо всем, что
ему предшествовало и сопутствовало, не было сказано ни слова. Дж. Дальтон
учитывал привычный для химиков ход исследований: сначала проводятся опыты —
химические анализы различных веществ, подобные тому, какие в тот момент
проводил он сам, анализируя состав двух углеводородных газов. Такие опыты
проводятся без предубеждения, то есть без стремления получить заранее
ожидаемые результаты.
Затем, получив опытные данные, химик обнаруживает в них
указание на какую-то закономерность и эмпирически выявляет ее. Так, видимо,
Дж. Дальтон и информировал Т. Томсона, продемонстрировав ему, что анализ углеводородов
показывает кратность отношений элементов в их составе. Наконец, подводя Т.
Томсона к результатам
своего открытия, он, по-видимому, показал, как можно
объяснить эмпирически открытый закон кратных отношений с помощью атомных
представлений и как отсюда можно вывести понятие атомного веса.
Это означает, что, учитывая типичный для химиков того
времени (в том числе и для Т. Томсона) ход мышления, Дж. Дальтон построил
свою информацию по следующей общедоступной схеме: сначала — непосредственные
данные химического анализа, затем — выявление эмпирической закономерности и,
наконец, — ее теоретическое объяснение.
Короче говоря, сначала эмпирия, а затем теория как ее
объяснение и обобщение. Такой путь, как правильно рассчитал Дж. Дальтон,
должен был быть самым понятным химикам, доступным их пониманию.
О том, что именно так была построена первая информация Дж.
Дальтона, мы можем судить по публикациям Т. Томсона о состоявшейся его беседе
с Дж. Дальтоном. Во всяком случае, именно так Т. Томсон воспринял рассказ
собеседника о том, как была открыта химическая атомистика. И хотя потом сам
же Дж. Дальтон в лекции, прочитанной в 1810 году, подробно рассказал о том,
как было сделано им данное открытие, а именно, что теория не последовала за
эмпирией, а предшествовала ей и указывала ей путь, тем не менее все химики
как один восприняли версию Т. Томсона. Нюансы допускались лишь в том
отношении, анализ каких именно соединений привел Дж. Дальтона к открытию
закона кратных отношений и его последующему объяснению с помощью атомистики.
И так продолжалось на протяжении всего XIX столетия вплоть до самого его
конца, когда Э. Роско и А. Гарден опубликовали в книге «Новый взгляд на
происхождение атомной теории» (по дневникам и записям Дальтона) истину о том,
как было сделано это открытие.
Это пример того, как в сознании ученых прочно застревает
та версия, которая соответствует стилю и методу их собственного мышления (от
эмпирии к теории), именно потому, что эта версия кажется им наиболее
правдоподобной и естественной, тогда как истинная история открытия (от теории
к эмпирии) кажется искусственной и надуманной.
Вопрос о том, каким путем совершается открытие и как затем
строится информация о нем, имеет большое
значение для разработки общей теории научно-технического
творчества. Можно сказать, что в ходе открытия психологически оправданно и
объяснимо включаются различные моменты, помогающие работе изобретательской
или научной мысли, но не сохраняющиеся в итоге работы, а потому отбрасываемые
в ходе информации об этом ее итоге. Здесь мы имеем дело со своего рода
«строительными лесами», без которых было бы невозможно возводить здание, но
которые в ходе постройки становятся излишними и даже мешающими его
правильному использованию.
Освобождение же выстроенного здания от психологических
«лесов» (что мы видим уже при первой информации об открытии) осуществляется с
помощью логики. Именно логика показывает (в отличие от психологии) не то, как
работала мысль ученого или изобретателя в поисках истины, двигаясь логически
наиболее коротким путем. Это мы видим, в частности, в том случае, когда
работу интуиции (после ее свершения), то есть получение непосредственного
умозаключения, мы начинаем логически обрабатывать, выявляя в ней скрытые
звенья последовательного хода рассуждений, которые творческая мысль смогла
«проскочить» с помощью интуиции.
Таким образом, и здесь мы видим своеобразное соотношение
между логикой и психологией при рассмотрении истории научных открытий и
технических изобретений.
Во всяком случае, вся эта проблема имеет исключительно
важное значение для разработки общей теории науч- но-технического творчества.
Тут никак нельзя упускать из виду ни логической, ни психологической стороны
вопроса, надо брать их в единстве и взаимодействии.
|