Кризисы в разных областях исследования

Успехи механики и соответствующей техники порождали "безграничные надежды относительно силы науки и возможности обеспечить счастье человечества"; нередко считали, что нужно лишь твердо следовать Разуму, "не впадать в метафизику, мистику и суеверия", и в описании всей природы, жизни, общества можно быстро достигнуть такого же прогресса, какой достигнут после Ньютона в небесной механике; можно описать таким образом все явления "от падения камня до мечты поэта" [49].
"Безганичные надежды относительно силы науки" проявлялись, в частности, в убеждении, что подобным же образом можно понять, а затем успешно и радикально перестроить и модернизировать, например, семейные и общественные отношения, и вообще всю жизнь и окружающую природу; заменить, например, естественную пищу эффективной искусственной, при искусственном питании, и др. (после кризисов вместо искусственного питания идеалом часто считается возможно более натуральная и менее переработанная пища древнего человека). С такими "безграничными надеждами" связаны также смелость и радикальность ряда социальных теорий Х1Х века.
Однако к настоящему времени в различных областях науки и соответствующей практики произошел целый ряд "кризисов" и "катастроф" - физических, экологических, социальных, медицинских и др. Теперь возможности научного метода в целом часто оцениваются значительно более сдержанно: "Когда наука была молодой (Во времена "молодой науки" число физиков во всём мире не превышало нескольких сотен; во время "революции в физике" в начале ХХ века их было около 3000 (оценки [17]). В настоящее время в мире порядка 5 млн научных работников. Создается впечатление, что темпы прогресса в важнейших областях мало зависят от того, исчисляется ли количество ученых сотнями или миллионами.) и одерживала первые успехи, у неё закружилась голова от собственного мнимого всесилия, и она объявила свою монополию на истину. Сейчас, войдя в пору зрелости".., наука отходит от этого взгляда [45]. В частности, социальные теории, построенные в ХХ веке, часто являются уже не столь смелыми.
Это напоминает осознание того рассмотренного выше факта, что мы значительно дальше от понимания молекулярного механизма плавления-кристаллизации и фазовых переходов, чем казалось в начале века.
В настоящее время уже не имеют успеха механистические объяснения таких явлений, как "мечта поэта" или социальные процессы. Во многих случаях теперь более значительное место отводят другим (кроме научного) методам познания мира - художественному, философскому, религиозному, методам обыденного мышления и "здравого смысла" [40,45,47,48]. В нашей стране после кризиса социальной идеологии 80-х годов резко возросли интерес и доверие к мистическим и религиозным концепциям.
Нередко считается, что современный научный метод оказался удивительно плодотворным, но его мощь очевидна лишь в узкой области, около "эпицентра" - механики материальных точек (в настоящее время - квантовой релятивистской механики полей и частиц). Может быть, мы не имеем ничего столь же качественно нового по сравнению с древностью, кроме результатов для систем взаимодействующих частиц. Опасно верить в силу науки вне этой области, основываясь на успехах в "эпицентре".
После кризисов развивается представление, что наука не столько познает Природу, сколько создает параллельную, "собственную", или Вторую Природу - технику, построенную на основе науки и поэтому изначально понятную. Не столько совершенствуются существовавшие приемы труда, сколько создаются новые, более продуктивные.
Те основные вопросы, из анализа которых вырос современный научный метод (эволюция систем материальных точек и др.), не занимают сколько-нибудь заметного места в мышлении донаучного или вненаучного человека; они приобрели большое значение лишь потому, что наука и техника открыли здесь большие возможности. Наука не столько отвечала на традиционные вопросы мышления, сколько создала параллельную традиционной новую перспективную сферу мышления. При попытках отвечать на "вечные" вопросы (о Жизни и Смерти, о Счастье, о Боге, о Душе, Природе в целом и др.) научный метод оказывается малопродуктивным, а "научные" рассуждения качественно трудно отличить от бытовых. Практически всюду, где не удается прямо применить результаты традиционной модели, не оправдываются порожденные ее успехами "безграничные надежды".
Оказывается легче открыть новую (научно-техническую) сферу мышления, Вторую Природу, параллельную Первой, и новую сферу более производительного труда, чем усовершенствовать и продвинуть мышление по существующим направлениям, глубже понять существующую Природу, повысить эффективность известных видов труда. В этом смысле легче создать нового человека, нежели просветить или усовершенствовать донаучного человека. При современном научном образовании и перенесении жизни в техногенную среду уже нелегко "реконструировать" мышление донаучного или вненаучного человека. Отсюда - мотивы ностальгии об убывающем "естественном" человеке, о том, что мы движемся к обществу "киборгов", и др. В ряде концепций наука не включается в сферу Духовного, ее трактуют лишь как одно из средств создания материального комфорта.
По мере удаления от механики материальных точек (от "эпицентра") мощь научного метода уменьшается, а его специфика становится менее выраженной; увеличивается количество переходных форм, сочетающих элементы научного и иных методов. Примерами переходных форм считаются, например, исследовательские работы по искусству или религии; исторические романы; научно-популярные книги, в которых присутствуют элементы художественного изложения научного материала. Часто бывает трудно отграничить научное исследование от художественного постижения, от религиозного откровения или от бытового освоения новых форм работы или жизни.
К переходным научно-художественным формам можно отнести, видимо, основные произведения А.И.Солженицына, в частности, "Архипелаг Гулаг. Опыт художественного исследования". Гумилев Л.Н. применяет в исторических исследованиях методы естественных наук, так как наука гуманитарная "..описывает не то, что существует в действительности, а то, что человек воспринимает и на что он реагирует"; однако большой успех его книг обеспечен также и ярким художественным изложением материала истории. Даже в данной книге в некоторых разделах потребовалось отойти от обычного "строгого" изложения. Согласно О. Шпенглеру [63], для познания истории необходимо скорее художественное постижение, а не научное исследование; ошибкой является то, что познание истории "...заимствует свои методы почти исключительно из той единственной области области знания, где методы познания подверглись строгой разработке, а именно из физики" [63].
Возможно, предпочтительнее мнение, согласно которому сам творческий акт скорее одинаков в различных областях, а их отличия связаны больше с методами "оформления" и "передачи" полученных результатов, с теми способами, которыми автор убеждает других, передает им познанное.
Для нашей темы важен тот факт, что естественно-научная картина мира, построенная на обсуждаемой традиционной модели, входит в Х1Х веке в самые широкие философские и социальные системы. Традиционная модель в значительной мере распространялась через философию, и в ее рамках приобретала более широкое, мировоззренческое, идеологическое толкование.
Поэтому неудивителен тот факт, что молекулярную модель плавления можно встретить, например, в "Диалектике природы" Энгельса: "Теплота приводит молекулы твердых тел в колебание и этим ослабляет связь отдельных молекул, пока, наконец, не наступает переход в жидкое состояние" [46].
Сен-Симон считал, что он построил историю как социальную физику, на едином принципе, подобном всемирному тяготению. Совершенное общество будущего управляется, по его проекту, Великим Ньютоновским Советом. Предусмотрены и Храмы Ньютона (или Храмы Разума); религия приближается к культу Науки. Во время Французской революции католические храмы (в частности, Нотр-Дам) преобразовывались в Храмы Высшего Существа.
Согласно [49], "Анархия есть мировоззрение, основанное на механическом (лучше было бы сказать, кинетическом) понимании явлений, охватывающее всю природу, включая и жизнь человеческих обществ... механические явления достаточны нам для объяснения всей жизни органической, умственной и общественной".
Большое влияние на общественное мышление в Европе и в России оказала книга Бюхнера "Вещество и сила" ("Stoff und Kraft"), излагающая атомистическо-материалистическую философию. В романе "Отцы и дети" философия этой книги оказывается близкой взглядам героя-нигилиста. Позднее Бюхнера, Фогта и Молешотта относили к числу вульгарных материалистов. По мере развития "кризисов" и "катастроф" к вульгарному (то есть чрезмерно радикальному) материализму относили и другие концепции, потерпевшие неудачу.
Когда произошла "революция в физике", ряд идеологов социальных движений сочли необходимым ее философское осмысление; ряд книг и статей об этой "революции" был написан политическими деятелями.
Таким образом, обсуждаемая традиционная молекулярная модель вещества прошла длительную эволюцию в составе научной картины мира и естественно-научной философии, тесно соприкасаясь с основными направлениями философского мышления Х1Х и ХХ веков. При этом усиливался её мировоззренческий, идеологический аспект. В физических и социальных ломках идеологии выявляется много общего.
Следует отметить, что физики нередко протестовали против философских расширительных истолкований их результатов. Известны такие выступления Ньютона, Планка, Борна и других [44]. По выражению Р.Фейнмана, "эти философы всегда топчутся около нас, они мельтешат на обочинах науки, то и дело пытаясь сообщить нам что-то. Но они никогда не понимали всей тонкости и глубины наших проблем" [12].
Таким образом, наша приверженность традиционной молекулярной модели, с которой приходится сталкиваться в этой книге, имеет глубокие мировоззренческие философские основания; эта приверженность тесно связана со всей научной идеологией.

 

1.3.2. О ХИМИЧЕСКОЙ ФОРМЕ ДВИЖЕНИЯ МАТЕРИИ

В конце прошлого века часто считали, что различие между механической (или физической) и химической формами движения материи определяется размерами движущихся объектов [46]. Так, соединение атомов в молекулу - химический процесс, а слипание более крупных коллоидных частиц - физическая коагуляция, хотя эти частицы могут связываться такими же химическими связями, как и атомы. Представлялось, что на шкале размеров имеется граница (около 10^-7 см), выше которой располагается материал физики или механики, а ниже - химии.
Это философское истолкование быстро устарело. Действительно, движение a-частиц (то есть ядер гелия), изученных Резерфордом, а также движение электронов и их взаимодействие с веществом оказались явно физическими процессами, хотя на шкале размеров они лежат в "химической" области. Теперь материал химии образует на этой шкале как бы "остров", выше и ниже которого располагается материал физики. Однако многозначительным представляется тот факт, что выше химического по этой шкале располагается материал классической физики, а ниже - материал квантовой физики; материал химии располагается в переходной зоне от классической физики к квантовой, где hn/kT» 1. Видимо, это важный или даже определяющий признак химического процесса, химической формы движения материи. Практически материал химии укладывается в полосу значений hn/kT от 0.1 до 10; в конденсированных состояниях это соответствует значениям энтропии S/R примерно от 0.1 до 10 на грамм-атом.
Как отмечено выше (раздел 1.1.2), физические процессы релаксации напряжений, упорядочения (позиционного или по сорту), спекания, "рекристаллизации" и другие протекают за микроскопическое время порядка периода колебания в перегретой простой жидкости (выше Тп) и продолжаются, например, год и более, то есть практически не идут в затвердевшем состоянии ниже Тст/2.
Выясняется [7], что внутримолекулярная структура, как и структура твердого тела, также "размягчается" при нагреве. Химические реакции, то есть процессы установления равновесия по внутримолекулярным связям, также протекают за время порядка периода колебания в простой атомарной жидкости, выше некоторой Тп, и требуют большого времени, более года, то есть практически не идут ниже Тст/2.
Ниже Тст/2 эти процессы уже не воспринимаются как химические реакции; здесь мы имеем химически неизменное инертное твердое тело. Выше Тп они не воспринимаются как реакции, потому что протекают практически мгновенно. Кроме того, выше Тп уже нет соединений, существуют только растворы. Химическая форма движения материи укладывается в полосу от Тст/2 до Тп.
Есть химия межмолекулярных реакций в газовой фазе и химия реакций в жидкой фазе, но нет химии межмолекулярных реакций в твердой фазе; при затвердевании такие реакции практически прекращаются.
Правда, есть целая дисциплина - химия твердого тела, но она изучает в основном реакции атомарных твердых тел с газообразными или жидкими реагентами. Твердое тело выступает здесь лишь как один из реагентов, даже во "внутритвердотельных" реакциях. Около температур плавления (выше Тcт/2) с заметными скоростями идут также реакции между атомарными твердыми телами, интенсивно исследуемые в последнее время, в частности, в связи с процессами спекания материалов из смесей порошков. При охлаждении до температуры Тст/2 прекращаются и эти реакции, одновременно с физическими процессами или несколько раньше их.
Рассмотрим для примера реакцию Fe + Si = FeSi, изученную металлургами [30]. Эта реакция в наиболее явном виде идёт несколько ниже температуры плавления FeSi (то есть при hn/kT» 1, в области затвердевания) когда, например, между частицами твердого железа и кремния растут прослойки интерметаллического соединения FeSi. При повышении температуры и переходе в область жидкого состояния признаки соединения FeSi становятся малозаметными, а при достаточном перегреве (видимо, около 2000^oС) эти признаки практически полностью исчезают; смешение жидких железа и кремния здесь, в области простой жидкости (то есть в классической области (hn/kT<<1)), идет как обычное растворение. В такой простой (по всем связям) жидкости вообще, видимо, нет соединений, есть только растворы. "Химическое равновесие", то есть равновесное распределение связей, здесь устанавливается практически мгновенно; "химическая релаксация", как и релаксация механических напряжений, может завершиться, например, за 10^-12 с, и не воспринимается как химическая реакция. Таким образом, в области классической простой жидкости нет соединений и невозможно наблюдать реакцию; это - "чисто физическая" система.
С другой стороны, при комнатных и более низких температурах реакцию также невозможно наблюдать, так как её скорость ничтожно мала; глубоко в квантовой области (hn/kT» 1) мы приближаемся к "абсолютно твёрдому телу", химически неизменному (инертному). Система снова становится "чисто физической".
Выявляется, таким образом, широкая аналогия между химической реакцией и физическими процессами переноса, например, релаксацией механических напряжений. Те и другие процессы практически не идут в полностью затвердевшем состоянии (ниже Тст/2) и идут практически мгновенно и поэтому незаметны в состоянии простой атомарной жидкости, то есть при "полностью размягченных" связях, при Е» 0. В обоих случаях реакции ненаблюдаемы, и системы воспринимаются как чисто физические. Характерное время как физических, так и химических процессов составляет макроскопическую величину, например, 1 минута, 1час в области затвердевания по соответствующим связям; далее, здесь существуют не только растворы, но и соединения; в этой области проявляется и наиболее явственно воспринимается "химическая форма движения материи", при hn/kT» 1.
Некоторые приемы катализа химических реакций оказываются аналогичными методам разжижения вязкого расплава; такие способы ускорения физических и химических процессов сводятся к размягчению структуры за счет повышения среднего атомного веса и, тем самым, понижения "степени квантовости". Открываются возможности перенесения обширных имеющихся данных и закономерностей по вязкости для анализа менее изученной кинетики химических реакций.
Правда, в рассмотренной системе Fe-Si все связи примерно равноценны; часто ситуация сложнее, и химические реакции идут по более прочным связям, по сравнению со взаимодействиями, определяющими вязкость и механическое затвердевание системы. В этом случае "затвердевание" и "размягчение" по связям реакции (и, соответственно, область явного протекания реакции) придётся на более высокие температуры, чем затвердевание-плавление. Нередко также практически недостижимы температуры "размягчения" по связям реакции, при которых энергия активации химической реакции становится практически нулевой, Ехр» 0, а равновесное распределение связей достигается практически мгновенно и теряет "химическую" специфику. В целом представляется разумным связывать химическую форму движения материи с областью перехода от классической области к квантовой (по связям реакции).

 

1.3.3. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ОЦЕНКИ И СТРОГИЕ МЕТОДЫ. МАТЕМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Слишком большое стремление к точности не полезно, а часто бывает помехой в процессе исследовании. Ведь рассматривать Гималаи в микроскоп бессмысленно.

Л.Н.Гумилев

В публикациях по теории расплавов четко выделяются два типа работ: в одних исследователи, обобщающие последние опытные данные, нередко делают это с помощью довольно грубых моделей и приближенных оценок; в других теоретики используют изящные и красивые методы, мощный математический аппарат, который разрабатывался для анализа процессов в рамках традиционной модели из пер- вых принципов, но не затрагивают "неудобные" опытные данные, а часто и вообще практически не затрагивают эксперимент. Спор экспериментаторов и теоретиков принимает форму конкуренции между ориентировочными оценками и строгими методами расчета кинетических свойств. Нередко считается, что если модели и оценки приводят к противоречию с традиционной теорией, то это просто построения недостаточно квалифицированного исследователя, плохо понимающего теорию, и т.д.
Считается также,что обсуждение и корректировку таких основополагающих концепций, как традиционная молекулярная модель вещества или характер межчастичных взаимодействий, следует считать прерогативой лишь специалистов "большой физики", владеющих современными методами; недопустимо, даже нескромно, неэтично и т.д., затрагивать такие вопросы физикохимику, не освоившему в полной мере эти строгие методы. Однако физики, профессионально работающие в квантовой теории жидкостей и кристаллов или в теории связи, обычно незнакомы в нужной степени с обсуждаемыми здесь опытными данными. Эти данные часто не замечают или не знают даже и физикохимики. К тому же, прежде чем эти данные смогут послужить основанием новой теории, нужно проделать еще большую и кропотливую работу по их обобщению и систематизации. Далее, на основе такого обобщения нужно показать, что адекватная молекулярная модель должна содержать эффекты определенного вида: дальнодействующие, небольшие по энергии, стабилизирующие структуру. Видимо, лишь после этого удастся привлечь к этому вопросу внимание физиков. Продвижение в этом направлении и является одной из основных целей данной книги.

 

1.3.4.МАТЕМАТИЗАЦИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. ВЫТЕСНЕНИЕ

МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КВАНТОВЫМИ РАСЧЕТАМИ ЭНЕРГИИ СВЯЗИ

Примером математизации вопроса могут служить ряд вариантов модели жестких сфер. В рамках этой модели, естественно, не удается описать нарастание вязкости, соответствующее затвердеванию; причиной этого считаются обычно чисто математические трудности, и решение вопроса ищется на пути усложнения математики. Вводятся, например, поправки на деформацию сфер при ударах, на тройные соударения и др. [51]; за счет этого удается несколько увеличить описываемый интервал изменения вязкости. При обычных методах описываемый теорией интервал составляет около двух порядков величины от разреженного газа до плотного газа и простой жидкости; с поправками удаётся описать, например, 3 порядка изменения вязкости и представляется, что мы близки уже к описанию затвердевания в целом. Часто при этом остается неосознанным тот факт, что для описания реального затвердевания нужно передать еще огромное нарастание вязкости, которое только до точки стеклования составляет около 15 порядков величины.
На конференциях по структуре и свойствам расплавов в 60-е и 70-е годы в центре внимания часто оказывались вопросы описания изотерм и политерм различных свойств, причем перерабатывался обширный экспериментальный материал с помощью несложных моделей, таких как квазихимическое приближение, модель регулярных растворов и их усложненные варианты [30] (Кожеуров, Срывалин и др.). Эта работа позволяла наметить области согласия и явного расхождения теории с экспериментом. В последующем получали преобладание все более сложные методы, а обсуждаемый опытный материал сокращался; распространялись применение статистических теорий к расплавам, затем теории корреляционных функций, компьютерного моделирования и др. [52]. В настоящее время ведущие теоретики сосредотачиваются в основном на расчете свойств из первых принципов, то есть на квантовой теории связи, которая в ряде случаев дополняется компьютерным моделированием. Прогресс теории часто представляется в виде всё более сложных, строгих и красивых квантовых расчётов парных потенциалов и все более совершенных компьютерных, статистических и других расчетов свойств вещества из этих потенциалов на основе традиционной модели.
Иногда предполагается, что это поможет, например, созданию материалов с заранее заданными механическими или физическими свойствами. Работа строгими методами нередко парадоксально сочетается с тем, что не замечаются катастрофические расхождения получаемых данных с действительностью, например [23].
Квантовый расчет взаимодействий, как известно, практически невозможно "честно" довести до количественных результатов, поэтому выход на эксперимент становится минимальным и символическим, а основным достоинством работ - само использование современных сложных и изящных квантовых и компьютерных методов.
Вообще квантовые расчеты методами электронной теории в физхимии обычно не могут дать количественных результатов, и их точность недостаточна для каких-либо физических заключений, например, для выбора между конкурирующими теориями. Даже такая сравнительно простая задача, как расчет энергии связи, решается обычно весьма неточно; рассчитанные эффективные парные потенциалы межионного взаимодействия в металлах очень сильно меняются при варьировании подбираемых параметров, так что энергия связи может измениться, например, в 10 раз и даже стать отрицательной. Расчет энергии активации какого-либо процесса представляет обычно намного более сложную задачу с еще менее надежными результатами. В электронных теориях поверхностного натяжения металлов конечная формула для натяжения содержит обычно до 10 и более слагаемых разных знаков, причем возможная ошибка каждого из основных слагаемых намного превосходит всю рассчитываемую величину натяжения.
Насколько нам известно, ни одна насущная задача, возникшая в ходе молекулярно-кинетического анализа, не была решена квантовыми расчетами; чаще их применяют как иллюстрации или даже как "украшения" ("как бантик на шляпке") к уже наметившимся или к уже ясным решениям. Не приходится ожидать и решения задач, обсуждаемых в данной книге, на основе квантово-механических расчетов электронной теории. Естественное стремление работать изящными и красивыми, престижными методами может здесь привести к вытеснению обычного молекулярно-кинетического анализа и скорее замедлить продвижение вперед. По нашему мнению, более полезными были бы усилия по созданию атомарной квантовой молекулярной динамики; обсуждаемые явления объясняются, очевидно, не электронными, а атомарными квантовыми эффектами.
При анализе атомарных свойств (в отличие от электронных) более перспективными представляются не квантовые расчеты энергии связи, а обычный молекулярно- кинетический анализ, усиленный современными вычислительными методами - компьютерным моделированием, статистической теорией атомарных свойств и др.
Конечно, в кинетическом анализе накопилось множество обсуждаемых здесь и других противоречий и неясностей; он еще и поэтому нередко воспринимается как "устаревший", даже "примитивный", подлежащий замене современными квантовыми расчетами.
Аналогичная математизация наблюдается в теории возбуждения (генерации) турбулентных пульсаций в гидродинамике. Для любого течения ньютоновской (простой) жидкости можно получить стационарное (ламинарное) решение гиродинамических уравнений Навье-Стокса; турбулизация потока не получается. Но существует убеждение, что все явления, включая и турбулизацию потока, можно и нужно получить именно из свойств простой жидкости; разрабатываются все более сложные математические модели турбулизации, сменяющие друг друга; теория "становится чисто математической и пока мало что дает" [53]. Между тем нарушения стационарности и турбулизация потока получаются легко, если учесть неньютоновское "квазикристаллическое" сопротивление жидкости течению хотя бы в самом приближенном описании (см. ниже).
Часто излишняя математизация и применение несоразмерных задаче слишком сложных физических методов оказывается верным признаком противоречия новых опытных данных и традиционной теории в данном вопросе; в соответствии с известным выражением, мы как бы "с важным видом раскладываем перед собой морскую карту для переезда через лужу на челноке". Сложность и красота применяемой математики в подобных случаях как бы компенсируют или маскируют противоречия в физических основах теории. Избыток математики вуалирует трудности и неясности физики.

 

1.3.5. ПРИБЛИЖЁННЫЕ ОЦЕНКИ

Обратным примером весьма нестрогой теории, специально разработанной для истолкования большой группы опытных данных, могут служить квазикристаллические и кластерные модели жидкости [58, 24, 25]. Если жидкость проявляет квазикристаллические свойства, например, при дифракционных исследованиях, то ее в простейшем случае представляют как смесь упорядоченных областей - кластеров и "бесструктурной" жидкости, причем считается, что кластеры по структуре и свойствам приближаются к кристаллу (в той или иной мере). Такие модели часто оказываются уязвимыми для критики теоретиков; так, кластерные модели дают слишком неоднородную жидкость, с чрезмерно большой величиной флюктуаций свойств; если параметры модели изменять таким образом, чтобы усиливалось упорядочение, то скорее закристаллизуется вся жидкость, чем получится кластерная структура.
Но при всей нестрогости подобные концепции могут служить, по крайней мере, хотя бы средством систематизации и классификации новых опытных данных, которые вообще не замечаются при работе строгими методами.
Таким образом, в настоящее время удаётся либо обобщать обширный и актуальный экспериментальный материал, либо применять современные строгие и изящные физико-математические методы; сочетать то и другое в анализе одного вопроса обычно не удаётся. Возможно, Френкель был в молекулярно-кинетической теории последним крупным теоретиком, который одновременно и использовал строгие изящные методы и обобщал важные массивы опытных данных [5]. Именно на основе такого обобщения он поднял целый ряд актуальных вопросов кинетической теории жидкостей, многие из которых далеко не решены ещё и сейчас. Его работа строгими методами, насколько нам известно, не оказала столь глубокого влияния на теорию атомарных кинетических свойств; строгие методы к тому же даже у Френкеля редко сочетаются в одном вопросе с широким анализом опытных данных.
В каждой теории, как известно, строгим может быть вывод следствий из принятых аксиом; выбор самих аксиом нельзя провести "строго". Так, даже в геометрии строго доказываются лишь теоремы, но не является строгим выбор одной из нескольких возможных формулировок пятого постулата; а в зависимости от этого выбора получается геометрия Эвклида или же геометрии Гаусса-Лобачевского. В обсуждаемом вопросе об атомарных кинетических свойствах сейчас выявляется неадекватность самой идеологии, исходного набора аксиом; мы должны вернуться к систематизации и обобщению фактов, построению гипотез и др., то есть вернуться к "нестрогой" работе, отчасти даже "в натурфилософском ключе", затрагивая вопросы психологии исследований, даже вопросы философии. При этом ход и результаты такой работы не поддаются и традиционному для физхимии изложению в "строгом" стиле; необходимо более свободное изложение, которое и используется здесь в разделах по истории и состоянию вопроса. Однако даже в лучшем случае отзыв на такие материалы следующий: "интересно, но очень нестрого". Но из публикаций с обычным "строгим" изложением обычно не удается понять психологию дискуссий: имеют ли они характер беседы-сотрудничества или же являются "антагонистическими", как при глубоких идеологических разногласиях? Для автора оказался ясным характер лишь тех дискуссий, в которых он был участником или хотя бы свидетелем.

 

1.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ К ГЛАВЕ 1

Анализируя литературу о кризисах, можно убедиться, что в начальной стадии обычно успешно обходятся накапливающиеся противоречия; соответствующие новые опытные факты либо не замечаются, либо отвергаются с тем или иным обоснованием; в других случаях выявляющиеся противоречия "сглаживаются" специально построенными теориями ценой определенных натяжек. В настоящее время большая часть всех усилий в теоретической работе по кинетическим свойствам тратится, по нашему мнению, на построение именно таких объяснений, сглаживающих противоречия теории и опыта, чтобы снова достигнуть той ясности, которая предполагалась в вопросе о плавлении-затвердевании в начале века. Состояние "кризиса" является дискомфортным, нежелательным, болезненным, неустойчивым, и в начальной стадии оно избегается каждый раз тем, что тем или иным способом стремятся вернуться к ясности, обеспечивавшейся раньше старой идеологией. На этой стадии нередко считается неуместной или даже неэтичной "чрезмерная" критика устоявшихся представлений, "голое разрушительство". Так, нам многократно указывали, что следует развивать лишь "конструктивную" критику; что ценность имеет не чисто разрушительная, но созидательная работа; что выявление противоречий в устоявшихся представлениях имеет смысл лишь в том случае, если ясны пути преодоления этих противоречий, сразу же вводятся поправки, дополнения, устраняющие противоречия, и т.д.
На следующей стадии развития "кризиса" сначала некоторые исследователи, а за ними и более широкие круги научной общественности осознают, что уже "легче идти вперёд, чем вернуться назад"; они начинают уже не сглаживать, но выявлять, подчеркивать накопившиеся противоречия, намечать новую идеологию и показывать преимущества перехода к ней. Сейчас в молекулярно-кинетической теории наступает, видимо, именно эта стадия.
При анализе почти каждого конкретного явления в последующих главах каждый раз ставится следующий главный вопрос: имеются ли в рассматриваемой концепции деформации, искажения и натяжки, вызванные нашей приверженностью к традиционной молекулярной модели? Есть ли факты, которые не замечаются, обходятся молчанием или же "не признаются" с тем или иным обоснованием?
Имеется ли обычная подборка фактов под традиционную идеологию? Проявляется ли необходимость в дальнодействующих и стабилизирующих структуру эффектах, коррелирующих с квантовым параметром hn/kT? Новые результаты каждый раз получаются в результате работы по этой схеме, или по такому "алгоритму" и свидетельствуют о плодотворности такого подхода. Очевидно, будет плодотворным подобное рассмотрение и многих других вопросов.
В каждом конкретном вопросе, рассмотренном ниже, сформировавшиеся взгляды представляются обычно обобщением экспериментального материала с учетом выводов из первых принципов механики атомов и электронов. Лишь после анализа многочисленных дискуссий удается понять, что эти взгляды во многом обусловлены принятой формой традиционной модели - представлением о классических атомах-шариках, которые взаимодействуют попарно в основном лишь со своими соседями. Ситуация напоминает положение, отмеченное в [40]: "Опыт зряч, теория принципиально слепа; теория не обобщение фактов, (хотя они для нее и подспорье), а логическое развитие аксиоматических исходных посылок".
Обсуждаемая назревшая ломка представлений в молекулярно-кинетической теории сводится, таким образом, к следующему. Необходимо осознать, что в традиционной модели классических упругих атомов-шариков возможны лишь плотный газ или простая жидкость; невозможны затвердевание, реальная жидкость с повышенной вязкостью и твердое тело. Стабильность, жесткость структуры реальных твердых тел и энергии активации обусловлены не обычными взаимодействиями, не отталкиванием жестких сердцевин атомов, но качественно иными эффектами. Эти эффекты коррелируют не с энергией связи, а с квантовым параметром hn/kT; они интенсивно зависят от температуры в интервале затвердевания примерно как Т^-2, хотя энергия связи почти не изменяется; имеют очень большой радиус дальнодействия порядка коллоидного параметра (» 0,1 мкм); действуют не как парное притяжение-отталкивание, но скорее как упорядочивающее поле. Видимо, эти эффекты обусловлены квантовым вырождением атомарной системы.
Переход на эту точку зрения устраняет причины ряда многолетних ожесточенных дискуссий и позволяет пересмотреть многие вопросы кинетической теории. Анализ многих концепций с этих позиций показывает, что наши представления искажены, деформированы нашей приверженностью традиционной молекулярной модели, нашим стремлением истолковать в рамках этой модели те явления затвердевания и жесткости атомарных структур, которые принципиально не согласуются с данной моделью. Снятие таких искажений и деформаций во многих случаях дает более ясное понимание и позволяет получить новые интересные результаты, то есть предлагаемый подход имеет эвристическую ценность. Уже многократно показано, что с этих позиций удается спланировать такие лабораторные или компьютерные эксперименты или построить такие корреляции, которые дают нетривиальные, качественно новые, часто неожиданные результаты.