ll

livelogic

Штрихи к научной картине мира

Человеку свойственно ошибаться


Previous Entry Share Next Entry
Имеет ли отношение атомная бомба к атомам?
livelogic


Несколько раз, обсуждая со знакомыми проблему практического применения утверждения "вещество состоит из атомов/молекул", я наталкивался на вопрос: "А как же атомная бомба"? Действительно, казалось бы, практическое применение "атомной теории" налицо. Однако, оказалось, что именно история создания атомной бомбы хорошо иллюстрирует сомнительную практическую ценность атомного учения. Более того, теория "запрещала" открытие ключевого процесса, несколько раз казалось, у исследователей был очевидный шанс, но они его не использовали. Cбывшееся предсказание подтверждает теорию, несбывшееся ставит теорию под сомнение, а табуирование открытия - это что?


Перед созданием атомной бомбы необходимо было открыть процесс деления урана - под действием медленного нейтронного излучения уран распадается на криптон и барий (элементы легче урана) с выделением электромагнитного и вторичного нейтронного излучений, вторичное нейтронное излучение, в свою очередь, может вызвать дальнейшее деление, весь процесс иногда называется цепным делением. Современная наука представляет это дело как-то так:



Казало бы, все просто - но давайте посмотрим, через какие тернии нужно было продраться, чтобы появилась эта простота.

После открытия Дж. Чадвиком нейтрона в 1932 году во многих научных лабораториях начали изучать процессы их взаимодействия с ядрами. В Италии Энрико Ферми, бомбардируя уран нейтронами, обнаружил возрастание в сотни раз радиоактивности мишени. Но - вот ирония судьбы! - он был уверен, что при этом создаются трансурановые элементы. И хотя Ида Ноддак еще в 1934 году выдвинула смелую гипотезу о том, что "при бомбардировке тяжелых ядер исследуемое ядро распадается на несколько крупных кусков, которые, несомненно, должны быть изотопами известных элементов, подвергнутых облучению", это заявление Ферми не принял всерьез.

http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/fis.html

Ферми благоразумно действовал по схеме "наука доказала", Отто Ган и Фриц Штрассман поступили аналогично:


Вместе с Лизой Мейтнер в начале 1938 года Ган предположил на основании результатов опытов, что образуются целые цепочки из радиоактивных элементов, возникающих из-за многократных бета-распадов поглотивших нейтрон ядер урана-238 и его дочерних элементов. Вскоре Лиза Мейтнер была вынуждена бежать в Швецию, опасаясь возможных репрессий со стороны фашистов после аншлюса Австрии. Ган же, продолжив опыты с Фрицем Штрассманом, обнаружил, что среди продуктов был еще и барий, элемент с номером 56, который никоим образом из урана получиться не мог: все цепочки альфа-распадов урана заканчиваются гораздо более тяжелым свинцом. Исследователи были настолько удивлены полученным результатом, что публиковать его не стали, только писали письма друзьям, в частности Лизе Мейтнер в Гётеборг.

http://elementy.ru/lib/432441



Отто Ган и Лиза Мейтнер в лаборатории Института кайзера Вильгельма
http://elementy.ru/lib/432077


Удивление исследователей понятно, ибо атомное учение такой результат табуировало:


В ходе исследований в Берлине Майтнер, Штрасман и Ган облучали потокам медленных нейтронов уран, самый тяжелый из всех, встречающихся в природных условиях элементов. Поскольку нейтроны проникали в ядра атомов и застревали в них, все ожидали, что в результате будет возникать некое новое вещество, еще более тяжелое, чем уран.

http://www.famhist.ru/famhist/enst/0001704d.htm


Действительно, до этого экспериментаторы бомбардировали ядра частицами из ускорителей и обнаружили, что для вырывания из ядра одного или двух нуклонов требуется энергия в миллионы электронвольт. Казалось бы, для того чтобы вызвать деление тяжелого ядра, потребуются сотни миллионов электронвольт, а из результатов Гана и Штрассмана следовало, что для деления ядра урана достаточно сообщить ему энергию в 6 МэВ, которую легко получить добавлением одного нейтрона. Это все равно, что твердый камень раскалывался бы от постукивания карандашом.

http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/fis.html


Отто Ган и Фриц Штрассман все-таки немного поверили (но не до конца), что ядро распадается:

Более точные анализы, проведенные ими, дали совершенно неожиданный результат: при бомбардировке урана нейтронами образуется барий, масса которого вдвое меньше массы урана. Это для них было настолько обескураживающим, что в статье, посвященной проведенным исследованием, они написали: "Как химики, мы должны подтвердить, что это новое вещество является не радием, а барием... Как физики, знакомые со свойствами ядра, мы не можем, однако, решиться на такое утверждение, противоречащее предшествующему опыту ядерной физики

http://nuclphys.sinp.msu.ru/mirrors/fis.html


Нильс Бор мудро подвел итог этой эпопеи:

Там на Рождество 1938 года ее (Лизу Мейтнер, livelogic) посетил племянник, Отто Фриш, и, гуляя в окрестностях зимнего города — он на лыжах, тетя пешком, — они обсудили возможности появления бария при облучении урана вследствие деления ядра (подробнее о Лизе Мейтнер см. «Химию и жизнь», 2013, №4). Вернувшись в Копенгаген, Фриш буквально на трапе парохода, отбывающего в США, поймал Нильса Бора и сообщил ему об идее деления. Бор, хлопнув себя по лбу, сказал: «О, какие мы были дураки! Мы должны были заметить это раньше»

http://elementy.ru/lib/432441





Как видим, учение об атоме мало того, что не "предсказывало", оно еще и "противоречило", выступая тормозом, а не теоретическим двигателем.

Мораль сей басни имеет двойное дно. Во-первых, не стоит слишком сильно полагаться на "наука доказала", и уж тем более делать из этого мировоззрение. Во-вторых, ясно, что свою положительную роль атомное учение в этой истории сыграло - хорошо, что атомная бомба появилась в конце Второй мировой войны, а не перед ее началом.

PS: А вдруг у эволюционного учения тоже есть положительная роль?

По диалектике положительная роль есть всегда :)

Есть конкретные варианты, отец Евгений? :)

Теории науку тормозят, мешают экспериментировать в тех направлениях, в которых, согласно теории, ничего интересного быть не должно. Отсутствие теорий тоже тормозит - не позволяет выбрать из миллиардов возможных экспериментов те, которые вероятнее приведут к желаемому результату, а все миллиарды перебирать очень долго, и большая вероятность "тот самый" случайно пропустить. Вряд ли в первом случае торможение больше (в среднем).
Вот и в вашем примере товарищи руководствовались тем, что уран состоит из атомов с ядрами, и эти ядра можно как-то изменить, обстреливая невидимыми ("теоретическими") частицами. Но одно из положений теории мешало интерпретировать результат правильно (или заставляло считать его ошибкой, не совсем поняла), что задержало появление атомной бомбы. Налицо торможение научного прогресса ошибочной теорией. Интересно только, как скоро эти же люди доэкспериментировались бы до атомной бомбы, если бы продолжали без всякой теории наугад смешивать в колбах разные ингредиенты типа ослиной мочи и пыльцы лотоса, собранной на заре с тщательной фиксацией результатов.

>Интересно только, как скоро эти же люди доэкспериментировались бы до атомной бомбы, если бы продолжали без всякой теории наугад смешивать в колбах разные ингредиенты типа ослиной мочи и пыльцы лотоса

Но почему же "без атомизма" значит "без всякой теории" и "ослиную мочу на заре"? Вот, например, нобелевский лауреат Ви́льгельм Фри́дрих О́ствальд, целый труд написал, скромно озаглавленный Принципы химии. Введение во все учебники химии и ухитрился там не упомянуть атом.

Эрнст Мах и Фридрих Оствальд хоть и последние "титаны мысли", который не признавали атомное учение, но это не мешало им быть "титанами".

PS: Не то, чтобы я был совсем уж противником "атома", но как-то в последнее время эта концепция вызывает скептицизм.

Edited at 2015-11-04 10:30 am (UTC)

"Но почему же "без атомизма" значит "без всякой теории" и "ослиную мочу на заре"?"

Потому что это всё не только атомов касается, а любой теории. К тому же мне кажется, вы любые объяснения считаете лишними.

"Вот, например, нобелевский лауреат Ви́льгельм Фри́дрих О́ствальд, целый труд написал, скромно озаглавленный Принципы химии. Введение во все учебники химии и ухитрился там не упомянуть атом."

Интересно (меня тема старых учебников химии интересует), но понятно, что никто не будет читать целую книгу для того, чтобы понять, правы ли вы. Поэтому лучше бы вы сами написали, что он там в качестве альтернативы использовал (для объяснения вещей, которые у нас принято объяснять с помощью атомов).

Битва за моль

Перенос отсюда
http://livelogic.livejournal.com/7035.html?thread=18811#t18811

>Тогда единица измерения числа 22,4 будет л/г, то есть 1г любого газа занимает 22,4 л, а это, как вы понимаете, неправда.

Не понимаю.

m(H) = V * M(H) * Gk(H) * 22.4 г/л = л * г/л = г

M(H) и Gk(H) - безразмерные (1 и 2 для водорода)

г/л - это просто размерность нормирующего коэффициента

>А вы интересуетесь с целью выяснить, можно ли пользоваться словом "моль" и при этом считать, что вещество состоит не из атомов?

Я интересуюсь с целью выяснить, оставаясь в рамках механических измерений и не залезая в квантовую механику:

1) как конкретно можно использовать определение "моль"
2) как получить молярный объем 22.4 (в тех же рамках)
3) как получить молярную массу водорода (Gk, в моей терминологии)
4) есть ли школьная задача, в которой трудно обойтись без понятия "моль"

Edited at 2015-11-20 04:06 pm (UTC)

Re: Битва за моль

"г/л - это просто размерность нормирующего коэффициента"

Не г/л, а л/г. Просто размерность, значит? Нормирующего коэффициента? Вовсе не означающая, что речь идёт о количестве литров, соответствующих одному грамму? Ну-ну. Тогда как мы можем быть уверены, что в ответе у вас получаются граммы, а не крокодильи хвосты ночью? Может быть, там тоже просто размерность? Как ваши фиктивные граммы "просто размерности" превращаются в реальные граммы массы 100 л водорода? Это покруче квантовой механики будет. Чтобы из литров получить граммы, нужна плотность, выражающаяся в количестве граммов, приходящихся на один литр или в количестве литров, приходящихся на один грамм, и никак иначе. Это должны быть совершенно реальные граммы и литры, а не "просто размерность нормирующего коэффициента".

Вы или готовы пойти на всё, только бы не признавать, что не правы, или ваша образовательная траектория когда-то сильно уклонилась от "общечеловеческой", и непонятно, как далеко нужно вернуться, чтобы оказаться в одном "культурном пространстве" (а там уж кто кого утянет). Первое мне кажется более вероятным, так как прошлый мой ответ вы прекрасно поняли и приняли меры.

Re: Битва за моль

Я понял. Как-то я перепутал в записи деление с умножением, и "понеслось", надо так:

m(H) = V * M(H) * Gk(H) * (1/22.4) г/л

или так

m(H) = V * M(H) * Gk(H) / (22.4 л/г)

Пардон, конечно. Человеку свойственно ошибаться - мой девиз.

Edited at 2015-11-20 07:41 pm (UTC)

С магией в этой истории было напряженно, обычный метод научного тыка.

Edited at 2016-08-28 09:58 pm (UTC)

Не ждите ни от кого больше, чем он может вам дать, и вы никогда не разочаруетесь.

Никакое открытие не может опровергнуть подтверждённую опытом теорию, оно может только ограничить рамки его применимости.

Что вы хотите от науки? Чтобы она давала окончательные ответы на все интересующие вас вопросы? Тогда вам не в науку, а в церковь или в салон «Мандрагора».

Вам не нравится, что первые результаты исследований по делению атомов не были признаны сразу и на следующий день не попали в учебники физики? Это нормально. Для науки имеет значение статистическая достоверность. Пока количество данных о делении атомов не достигло критической массы, они оставались всего лишь экспериментами непонятной достоверности.

Заметьте, что открытие деления атомов ничего не изменило в традиционной, «атомно-молекулярной», химии. Её вы на уровне средней школы или вуза нехимического профиля прекрасно можете изучать по учебникам конца XIX века.

Наука не является источником абсолютного знания. Однако опыт показывает, что из всей совокупности имеющихся данных научный метод даёт наибольшую вероятность истинных выводов.



>Чтобы она давала окончательные ответы на все интересующие вас вопросы? Тогда вам не в науку, а в церковь или в салон «Мандрагора».

Церковь вовсе не дает ответов на все интересующие вопросы, с чего Вы взяли?

>Её вы на уровне средней школы или вуза нехимического профиля прекрасно можете изучать по учебникам конца XIX века.

Более того, можно взять учебник нобелевского лауреата Вельгельма Оствальда "Принципы химии. Введение во все учебники химии"от 1910 года, там нет про атомы.

Суть моей гипотезы в том, что для прогнозирования макросвойств "атомное учение" избыточно, можно обойтись без него просто работая на макроуровне, будет существенно проще.

>> Церковь вовсе не дает ответов на все интересующие вопросы, с чего Вы взяли?

Зато церковь успешно закрывает все вопросы, сводя их к психологии «генерального конструктора»

>> Более того, можно взять учебник нобелевского лауреата Вельгельма Оствальда "Принципы химии. Введение во все учебники химии"от 1910 года, там нет про атомы.

Возьмите, почитайте. Я прочитал страниц 20, много нового для себя узнал. А вообще, элементарной единицей материи в химии является не атом, а молекула. Да и то, на таком низком уровне рассматривать химические процессы не обязательно. Просто нужно держать где-то в подсознании, что каждое элементарное вещество - это определённый тип молекул, сваленных в кучку или слитых в лужицу.

На макроуровне, действительно, можно. Но это будет длинное описание без вскрытия внутренних механизмов.

Иногда полезно читать то, что сам пишешь :~)

Вот у вас написано: в 1934 году Ида Ноддак выдвинула смелую гипотезу. В 1938 году Ган не решился опубликовать результаты, а в том же 1938 году Бор уже вполне благосклонно воспринял идею деления. Все страсти исчерпывались промежутком времени в несколько лет! Когда есть веские результаты, жернова науки мелют быстро.

С чего же вдруг мне не доверять тому, что «наука доказала»? :~)


Упс, я уже, оказывается, писал на эту тему, только другими словами. Память уже ни к чёрту...

?

Log in

No account? Create an account