2. Соотношение физических и химических форм движения материи

Новая трактовка физических форм движения материи

Как уже говорилось выше, в современном естествознании, по сравнению с естествознанием XIX в., самые глубокие изменения произошли, несомненно, в области физики. Возникла целая новая отрасль физики, неизвестная в прошлом веке, — субатомная физика; были открыты материальные носители ранее известных форм движения — лучистой и электрической (фотон, представляющий собой электромагнитное поле, и электрон), а также другие материальные частицы и ранее неизвестные формы движения материи (например, квантовомеханические процессы, атомно-ядерные превращения и др.). В результате этих открытий ранее единая (в основном) физика расщепилась на две более или менее разграниченные между собой области — субатомную и молекулярную физику, причем центр развития физики, как и всего современного естествознания, переместился именно в субатомную физику, особенно — ядерную, а в последнее время — в физику элементарных частиц.

Раздвоение физики создало новую ситуацию для изучения всего ряда форм движения материи, и прежде всего, для понимания самой физической формы движения. На смену старой физике XIX в., которая по преимуществу изучала молекулярные (например, молекулярно-тепловые) движения, агрегатные состояния вещества и т. д., пришла новая физика, изучающая внутриатомные физические движения, ядерные в особенности. Сфера старой физики и удельный вес изучающихся ею форм движения в современной науке все более сужается; многое из нее переходит к новой физике.

Например, в XIX в. физическая статистика и термодинамика были разработаны на материале соотношения наиболее простых из числа изученных в то время форм движения — механической и тепловой, причем материальным носителем их служили газы и составляющие их молекулы. Так исторически возникла кинетическая теория газов.

В XX в. были открыты и изучены более простые, более «элементарные» с физической точки зрения системы по сравнению с молекулярными газами — фотонный газ, подчиняющийся статистике Бозе—Эйнштейна, и электронный газ, подчиняющийся статистике Ферми—Дирака. На основе изучения этих материальных объектов и соответствующих им физических форм движения материи возникли не только частные статистические и термодинамические теории, но и общие теории, которые раньше разрабатывались на других физических, а именно молекулярных, системах

Б настоящее время предмет физики все время меняется за счет того, что абсолютно и относительно расширяются области, связанные с изучением вновь открытых и открываемых форы внутриатомного движения, и относительно с ними сужаются области, связанные с изучением молекулярных движений; из этих последних областей выделяются специальные учения о жидкостях, кристаллическом состоянии вещества, о физических свойствах химических веществ, например, вязкости и т. д.

Однако было бы неправильно на этом основании делать вывод, будто молекулярные движения перестали или перестают быть физическими. Современная физика, следовательно, современный взгляд на ее предмет и те формы движения, которые зачисляются в категорию физических форм движения, представляют собою очень сложное переплетение предмета старой, классической физики и вновь возникших в XX в. новых отраслей физики.

В результате открытия новых, более простых, «элементарных» физических форм движения и при сохранении (в числе физических форм) ранее изученного молекулярного движения создалась новая ситуация для соотношения физических и химической форм движения. Об этом уже было сказано раньше в связи с анализом вопроса о соотношении между формами движения и соответствующими им их материальными носителями.

В каком бы направлении ни идти при рассмотрении химических процессов, отправляясь от атомного движения как предмета химии, мы приходим непосредственно в область того или иного рода физического движения. Так. двигаясь в познании данных процессов природы от простого к сложному, т. е. от изучения атомного движения внутри молекул с нарушением их структуры к движению самих молекул как целых систем, мы переходим в область молекулярного (физического) движения. Двигаясь в противоположном направлении — от сложного к простому, т. е. от познания движения атомов как целых образований к познанию движения электронов, совершающегося внутри атомов, а тем более внутриядерного движения, — мы вновь оказываемся в сфере физического (внутриатомного) движения.

Выше мы уже показали, что благодаря расщеплению физики на молекулярную и субатомную, химическая форма движения оказалась граничащей с физическими не в одном, а в двух разных пунктах: и в том пункте, где более низкие и простые формы движения переходят в химическую, как более высокую и сложную, и в том пункте, где сама химическая форма движения, в свою очередь, переходит в еще более высокую и сложную. Соответственно этому создалось такое положение, при котором физика как бы «окружает» химию, охватывая ее с обеих сторон, если исходить из рассмотрения общего ряда соотносящихся между собой форм движения материи.

Создавшееся положение вызывает большие трудности для понимания не только взаимосвязи между физическими и химической формами движения материи, но и для понимания той и другой в отдельности. За последнее время было предложено по крайней мере пять различных решений для преодоления возникшей трудности, которые далее рассматриваются по порядку.

Первое решение: сведение химии к физике

Дана задача— выяснить соотношение между физическими и химической формами движения материи на современном уровне научных знаний. Логически самым простым было бы такое решение, при котором признается реально существующей лишь одна сторона соотношения, а именно, физика, химия же ликвидируется вовсе, а тем самым снимается и сам вопрос о соотношении двух сторон, поскольку остается лишь одна из них.

Такое решение, которого придерживаются не только физики, но и некоторые физико-химики, сводится к тому, чтобы признать химию частью физики, растворить химическую форму движения в физических его формах, короче говоря, свести химическое движение к физическому.

Основным аргументом в пользу такого решения служит то, что в XX в. атом стал предметом исследования физики в не меньшей степени, чем химии, а потому атомное движение перестало быть предметом монопольного изучения его одной только химией. Более того, важнейший результат этого движения — образование химической связи между атомами — стал рассматриваться ныне с позиций физики, так как сама эта связь образуется главным образом за счет взаимодействия валентных электронов, движение которых в атоме подчиняется общим физическим законам, — законам квантовой механики и взаимодействия электрических зарядов.

Еще в начале нашего века Ленин привел высказывание ученых того времени о том, что химическое сродство сводится к электричеству («сводится» в смысле «вызывается», «обусловливается»), о чем уже говорилось в предыдущей главе. Истекшее с того времени полустолетие сделало эту мысль несравненно более ясной и доказанной. Это, собственно говоря, и порождает попытки объявить химию с ее предметом (химической формой движения) пережитком прошлого состояния науки, когда не были выявлены физические закономерности, лежащие в основе химических теорий, законов, понятий.

Например, периодический закон элементов, который был открыт Менделеевым и истолкован в XIX в. как специфически химический закон, ныне выступает прежде всего как физический закон, связанный с физическим строением атомной оболочки и ядерными превращениями элементов. Само понятие «химический элемент» определяется ныне исключительно через физические признаки (заряд ядра, устойчивость которого обусловлена массой ядра), но не через чисто химические признаки, как эго было до конца XIX в., когда элемент определялся, по Лавуазье, как химически неразложенное и даже вообще неразложимое вещество. Между тем понятие «химический элемент» для химии играет ту же фундаментальную роль, как понятие «форма энергии» для физики, «биологический вид» для биологии или «геологическая формация» для геологии.

Сторонник разбираемой точки зрения рассуждает примерно так: то, что называлось в XIX в. химическим движением, связано с движением атомов. Но с вещественной стороны в атомах нет ничего, кроме взаимодействующих его структурных физических частей—ядра и электронной оболочки. Взаимодействие этих частей между собой целиком определяется физическими формами движения, которые им присущи.

Точно так же обстоит дело, когда атомы «химически» связываются друг с другом. Как внутри атомов нет ничего, кроме физического взаимодействия их структурных физических частей, так и во взаимодействии самих атомов нет ничего, кроме взаимодействия, в конечном счете, тех же самых физических частей, из которых состоят атомы, а прежде всего, конечно, наружных, или валентных, электронов. Раз так, то, значит, никакого особого якобы «химического» движения или «химического» взаимодействия не существует, и все это целиком, без остатка «сводится» (в смысле «исчерпывается») к физическому движению, к физическому взаимодействию.

Не случайно, например, делались заявления о том, что теория «химического строения» молекул Бутлерова должна быть заменена новой теорией их «физического строения».

Разумеется, квантовая механика, равно как и квантовая химия, представляющая собой научное приложение квантовой механики к химии, не несут никакой ответственности за попытки во что бы то ни стало «свести» (в смысле «исчерпать») химию, а тем более биологию, к физике, к квантовой механике. Высшие формы движения, в том числе химическая и биологическая, «сводятся» к физическим формам только в одном смысле — генетическом, поскольку они возникают из низших (следовательно, из физических) в процессе развития природы. Поэтому все они содержат в себе те низшие формы движения, из которых они возникли исторически.

Но высшие формы не сводятся и не могут свестись к низшим формам движения в том смысле, как это понимают механисты, отрицающие качественную специфику высших форм движения и их закономерностей и считающие, что сущность этих высших форм и их закономерностей — та же, что и у тех более простых форм, из которых возникают более сложные формы движения материи.

Даже самые крупные успехи квантовой химии ясно показывают, что до сих пор никак не удается «свести» (в смысле «исчерпать») химическую форму движения к физической, химические закономерности к физическим, в частности, к квантово-механическим. Последние обнаруживают свое неоспоримое большое познавательное значение лишь в тех случаях, за редким исключением, когда речь идет об истолковании с физической точки зрения закономерностей, ранее уже найденных химией.

Разумеется, нельзя a priori исключить возможность того, что в отношении какого-либо принципиально важного, нового, до сих пор еще неизвестного в химии явления квантовая механика поможет химикам его открыть или предвидеть. Но опыт всего предшествующего научного развития свидетельствует о том, что если бы у квантовой химии были такие возможности, то они давно уже должны были бы реализоваться. Однако за три с половиной десятилетия существования квантовой механики еще не было сделано в отношении органико-химических процессов ни одного сколько-нибудь крупного предвидения.

Между тем за тот же и даже меньший по длительности отрезок времени (с 1861 по 1890 г.) теория химического строения Бутлерова в качестве специально химической теории позволила химикам предсказать и синтезировать тысячи новых органических веществ. Такое различие объясняется, на наш взгляд, тем, что бутлеровская теория отражает прежде всего качественную специфику явлений, изучаемых органической химией, тогда как квантовая химия по самому своему существу, ставя целью изучать лишь физическую сторону этих явлений, что представляет несомненно большой научный интерес, не может охватить всего химического явления в целом и не отражает в полном объеме его качественной специфики. Отсюда проистекает, как нам кажется, и факт ограниченности познавательной значимости квантовой механики в области органической химии (в смысле возможности научных предсказаний).

Ту сторону химических закономерностей, очень важную и существенную, которую изучает и раскрывает физика, можно охарактеризовать как их рассмотрение в генетическом, разрезе, т. е. в разрезе того, как химическое движение вообще возникает из более простого, физического. Однако такое рассмотрение не может ни в коем случае заменить или исчерпать собой то, что достигается химией со специфическими для нее познавательными приемами исследования вещества. Почему же это происходит? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо снова обратиться к выяснению того, в чем состоит специфика химической формы движения, рассмотренной с точки зрения современного естествознания, в том числе и современной физики.

Откуда и как появляется специфика химического движения? Когда говорят химическое движение сводится к физическому, предполагают, что объект химии можно представить как чисто физическую систему, состоящую из стольких-то электрически заряженных частиц — электронов и ядер, находящихся в физическом взаимодействии между собой. Например, атом водорода (Н) с точки зрения физики рассматривается как система двух тел — одного протона и одного электрона, о чем говорилось уже выше. Поэтому простейшее химическое взаимодействие двух атомов водорода с образованием одной его молекулы (Н + Н = Н₂) физик представляет себе не как соединение двух химических целых единиц — атомов, но как непосредственное соединение и взаимодействие четырех физических частиц — двух протонов и двух электронов.

Между тем, в действительности химические процессы идут значительно сложнее, чем это представляется на основании приведенного простейшего случая, и в них ясно обнаруживается отмеченная выше ступенчатость, г. е. наличие различных структурных уровней материи.

Однако некоторые ученые все же считают возможным рассматривать все вообще химические процессы по аналогии с такими простейшими химическими образованиями, число которых в химии очень незначительно. Эти ученые полагают, что приведенный выше весьма простой случай с образованием молекулы Н₂ (или еще проще, иона Н_2-) дает принципиальное решение общего типа: раз Н₂ (или Н_2-) можно представить как систему четырех (или трех) электрически заряженных физических частиц, то тем самым любое химическое соединение, любую химическую реакцию, любое образование химической связи можно свести в принципе к такой же, по сути дела, физической системе, но лишь состоящей из большего числа заряженных частиц.

Следовательно, различие получается как будто только количественное, только в числе ядер и электронов, участвующих в данных процессах. Но такой подход односторонен, а потому является неправильным, механистическим. Он не учитывает качественной стороны химических систем, образующихся из атомов, как химических единиц, которые в свою очередь возникают из физических частиц (ядер и электронов).

Между тем здесь, как и везде в природе, количественные изменения (увеличение числа физических частиц, участвующих в образовании химической системы) на известной ступени их накопления переходят в качественные (с чем связано появление специфически химических закономерностей, которые нельзя свести прямо и непосредственно к взаимодействию электронов с ядрами и между собой).

Это проявляется, в частности, уже в том, что при рассмотрении физической стороны химического воздействия двух атомов, более сложных, чем Н, например, К и Сl (при образовании соли КСl) учитываются не все электроны, входящие в оболочки обоих атомов, но лишь наружные, валентные.

Следовательно, даже в отношении двух абстрактно рассмотренных атомов задача ограничивается учетом взаимодействия между «остовом» атома и наружным слоем электронной оболочки, причем «остов» атома рассматривается как нечто целое.

Мы взяли лишь два атома — К и Сl. Но невозможность «сведения» химического процесса к движению физических частиц становится все очевиднее и ощутимее по мере увеличения, во-первых, числа электронов в атомной оболочке, во-вторых, числа атомов в молекуле и, в-третьих, числа молекул, участвующих в данном химическом процессе. Иными словами, переход количества в качество (соответственно, переход от одной качественной определенной формы движения — физической — к другой качественно отличной от нее формы движения— химической) становится тем яснее и резче, чем в более значительной степени количество в ходе своего изменения превысит ту границу, при достижении которой оно переходит в новое качество.

Положение вещей в случае перехода от физической формы движения к химической при увеличении числа участвующих в данном процессе физических частиц аналогично тому, какое имеет место не только при образовании газа из отдельных молекул, но вообще какого-либо коллектива из отдельных индивидуумов.

Например, так можно истолковать, но, конечно, с учетом специфики самого объекта (физических частиц и химических систем), процесс возрастания числа электронов, входящих в химически реагирующие между собой атомы. На известной ступени увеличения их числа начинает обнаруживаться специфика химического движения, причем тем резче, чей больше будет это число.

В связи со сказанным выше встает снова вопрос о ступенчатости самого хода образования новых взаимодействий. Приведенные выше случаи взаимодействия физических частиц (электронов и ядер), входящих в атомы, и взаимодействия целых атомов, которые химически связываются между собою с помощью тех же электрических сил, позволяют сделать вывод о том, что (по крайней мере в данном случае) взаимодействия возникают и складываются, если можно так выразиться, ступенчато, а потому опосредованно: на одной ступени складывается взаимодействие между электронами и ядрами и самими электронами внутри атома (это будет взаимодействием, скажем, первого порядка); на другой, более высокой ступени складывается взаимодействие непосредственно между атомами, следовательно,— опосредованно и между электронами, входящими в разные атомные системы (это будет взаимодействием второго, для данного случая, порядка).

Поэтому в принципе нельзя представлять взаимодействие атомов просто как взаимодействие входящих в них электронов и ядер, подобно тому как нельзя представить человечество состоящим прямо из животных клеток, ибо непосредственно взаимодействуют в данном случае не клетки, а люди, индивидуумы, каждый из которых, конечно, состоит из клеток, но отнюдь не выступает в своих отношениях с другими людьми просто как система клеток, как многоклеточный организм.

Когда мы, например, говорим: такой-то поселок построен и состоит из нескольких зданий, здания построены из камней, камень образован из песчинок, то мы не можем сказать, что поселок состоит из песчинок, так как в этом случае мы искусственно перескочили бы через ряд промежуточных звеньев, отражающих различного типа взаимосвязи и взаимодействия между песчинками, образующими камень, между камнями, образующими здание, и между зданиями, образующими уже непосредственно данный поселок. И хотя, в конечном счете, т. е. опосредованно, весь город возник из песчинок, но это не дает нам никакого права сводить его непосредственно и прямо к этим исходным песчинкам, игнорируя наличие промежуточных типов взаимодействия.

Совершенно аналогичным образом обстоит дело и в интересующем нас случае с соотношением физических (низших) и химической (более высокой, по сравнению с ними) формами движения материи.

Хотя атомы построены из электронов и ядер, однако образование молекул вследствие движения в них атомов нельзя представлять как результат непосредственного взаимодействия между столькими-то по числу ядрами и электронами. Это было бы равносильно тому, как если бы архитектору предложили строить здание не из кирпичей, а непосредственно из какого-то количества по весу и объему глины, которая еще должна быть превращена в кирпич.

В самом деле: если в простейшем случае, когда имеются две молекулы водорода, на первый взгляд, можно представить дело так, что исходной для решения задачи является система из четырех физических частиц (двух протонов и двух электронов), то, например, при хлорировании бензола дело сразу же меняется существенным образом: химик представляет этот процесс как взаимодействие двух молекул с образованием двух новых молекул: С₆Н₆+Сl₂ = С₆Н₅Сl + НСl. Если же применить здесь принцип «сведения» химического движения к физическому, то надо за непосредственно исходное принять физическую систему, состоящую общим числом из 90 частиц (14 ядер и 76 электронов), несущих 152 электрических заряда, а затем искать их наиболее вероятное распределение.

Но так как атомные ядра в свою очередь состоят из нуклонов, то за непосредственно исходное следовало бы принять, если держаться последовательно принципа «сведения», физическую систему из 224 частиц (из них 148 нуклонов — протонов и нейтронов). Рассчитать такую систему и ее «поведение» практически невозможно, и не потому, что потребовалось бы очень много времени, но потому, что непосредственно, исходя из данного общего числа электронов и нуклонов, нельзя перейти сразу к выяснению того, как будут химически реагировать между собой две молекулы — бензола и хлора.

Для того, чтобы такой расчет мог быть осуществлен, сначала надо рассчитать (т. е. мысленно построить) из нуклонов атомные ядра шести атомов углерода и двух атомов хлора, оставив шесть протонов свободными в качестве ядер водорода. Этот расчет должен быть произведен по законам ядерной физики.

Затем, уже по совершенно другим законам, по законам квантовой механики, следовало бы рассчитать (построить) атомные оболочки у атомов углерода, водорода и хлора, т. е. построить сами эти атомы.

Лишь после этого, по законам химии, опирающимся на квантовомеханическое их истолкование, могли бы быть построены молекулы бензола и хлора с тем, чтобы, наконец, при помощи тех же химических законов в их сочетании с квантово-химическими представлениями можно было бы подойти к решению задачи — выяснить ход реакции между одной молекулой бензола и одной же молекулой хлора.

Невозможность «сведения» химии к квантовой механике иногда толкуют как чисто практическую трудность, которая со временем будет преодолена и которая в принципе может быть преодолена. Это заблуждение. Невозможность такого рода «сведения» носит принципиальный характер; само такое «сведение» предполагает и допускает возможность игнорировать наличие в объективном мире (в природе) определенного типа взаимодействия между атомами, в котором хотя и принимает участие физическое (квантово-механическое) движение, но лишь как «побочное», как подчиненное более высокой форме движения — химическому движению. А игнорировать объективные связи и отношения недопустимо.

Выше был приведен случай химического взаимодействия двух молекул — бензола и хлора, который уже оказался не под силу квантовомеханическому расчету при условии, что задача решается, исходя из отдельных ядер и электронов, следовательно, при условии, что «сведение» химического движения к физическому доводится до конца. Но ведь это идеально простой, с точки зрения химии, случай, который в таком «чистом» виде не имеет места в действительности даже тогда, когда реакция хлорирования бензола протекает в газовой фазе. Это предельная абстракция, выделяемая из реального процесса с целью выяснения его основной химической сущности — его химизма.

В реальном же процессе, с которым фактически имеет дело химия, участвуют, разумеется, не две молекулы разных веществ, а их число, скажем, порядка 10²²; в этих условиях возможны не только наиболее вероятные и частые случаи протекания реакции, но вообще любые реакции, связанные с наличием данных веществ. Кроме того, необходимо учесть, что в природе не существует идеально чистых веществ, что компоненты химической реакции содержат в себе еще и другие вещества, например, воду (но это — не загрязнения!), влияние которых необходимо учитывать при анализе реальных химических движений, совершающихся в химических лабораториях, а тем более в естественных условиях.

А так как все эти процессы происходят в какой-то среде, например, растворе, в определенном сосуде и при определенных условиях, например, при помешивании и т. д., то для того, чтобы понять химическое движение во всем его качественном своеобразии как особую форму движения материи, необходимо учитывать не только то, что реагирует, но и то, как эта реакция протекает.

Никакая квантовая механика, даже с помощью самой совершенной электронно-вычислительной машины, не в состоянии решать такого рода задачи по той причине, что для их решения требуется учитывать иные закономерности, присущие той именно форме движения материи, которая именуется химической. Ее специфика как раз и предусматривает учет всей сложности реальных химических систем, в которых и совершаются химические движения.

Второе решение: отнесение ядерной физики к химии, а не к физике

Другой подход к преодолению трудности, связанной с размежеванием физики и химии, основан на прямо противоположном допущении по сравнению с только что рассмотренным. Исходя из старого определения химии как науки о превращении веществ, некоторые химики предлагают считать ядерные превращения химическими, коль скоро химическим движением является, по их мнению, любое вообще превращение вещества.

Ядерные реакции, несомненно, представляют собой коренные превращения вещества, причем гораздо более глубокие, нежели химическое превращение: при последнем химические элементы сохраняются, при первых же они разрушаются, испытывают превращения друг в друга.

Но, очевидно, что включать в химию ядерные превращения на основании чисто терминологических соображений и устарелых, ставших неправильными, дефиниций, совершенно недопустимо. Когда в природе обнаруживаются новые факты, которые не подходят под прежние понятия и определения, то единственно правильный, материалистический путь решения вопроса состоит в том, чтобы изменять понятия и определения, сообразуясь с новыми данными, но не в том, чтобы подгонять новые данные под старые понятия и определения.

Если, согласно Лавуазье, химическим элементом называлось неразложенное или же неразложимое вещество, то после открытия радиоактивности следовало изменить это, ставшее уже неверным, устарелым, определение, но не исключать, например, радий из числа химических элементов ради сохранения старой формулы, как это сделал Оствальд. Это было бы подобно тому, как если бы ученые уподобились мачехе из сказки о Золушке и стали рубить пальцы на живой ноге, не влезающей в тесный башмак их формальной дефиниции.

Всякий разумный человек поступил бы, конечно, иначе: он отбросил бы тесную формулу и заменил бы ее новой, адекватной новому возросшему содержанию, а не отрубал бы часть живого тела, не вмещающуюся в эту формулу. Наука не любит злых мачех, уродующих ее содержание в угоду затвердевшим формулам и неподвижным формам мышления.

Химики, которые придерживаются старой формулы, допускают принципиальную, методологическую ошибку, стремясь подогнать к ней новые факты. Определение химии и, соответственно, химической формы движения, как монополизирующей наперед все превращения вещества, должно быть оставлено, как устаревшее, ставшее неверным в современных условиях. Химическая форма движения связана не со всяким вообще превращением вещества, а только с таким, когда совершается атомное движение с сохранением самих атомов без их коренного разрушения, но с нарушением структуры молекулы, в которую эти атомы входят.

Кстати, объявление ядерной физики частью химии все равно не спасает от исходной трудности. Если даже согласиться с включением ядерной физики в химию, то трудность разграничения физики и химии не только не отпадает, а еще больше усилится: двигаясь в познании от молекул в глубь строения материи, мы сначала перешли бы из области физического (молекулярного) движения в область химического (атомного) движения, затем — снова в область физического движения, совершаемого электронами внутри атома; далее, при переходе в глубь ядра, т. е. в область ядерных превращений, мы снова, уже вторично, попали бы из области физического движения в область химического, если только считать ядерные реакции химическими; переходя затем к изучению элементарных частиц и полей, мы снова, вторично совершили бы переход от химического движения к физическому; наконец, при рассмотрении взаимопревращений элементарных частиц одних в другие, например, в случае «рождения пары» или «аннигиляции пары», мы очутились бы снова, уже в третий раз, в области химического движения.

В итоге получилась бы довольно искусственная и мало чем оправданная «чересполосица» форм движения материи, по-видимому, отсутствующая в самой природе.

Все это искусственное построение возникло бы только из-за желания во чго бы то ни стало сохранить устаревшую формулу, согласно которой химия когда-то в прошлом (когда ядерные реакции еще не были открыты) определялась как наука о превращении вещества. Отсюда ясно напрашивается вывод: нельзя цепляться за устаревшую формулу, а нужно заменить ее новой, отвечающей современному состоянию научного знания.

Третье решение: исключение молекулярной физики из физики и перенос ее в химию

Двойное отношение между физикой и химией, сложившееся в настоящее время, может быть упрощено и сведено к обычному, ординарному путем сохранения за физикой только области наиболее элементарных форм движения материи и исключения из нее всех остальных, более сложных форм. Выше уже отмечалось, что такова тенденция развития современной физики, по крайней мере некоторых ее старых разделов.

Еще в начале нашего века П. Н. Лебедев говорил, что собственно физикой следует считать область электромагнитных явлений и вообще физических полей; молекулярные же движения, в том числе и простейшие, совершающиеся в газах, представляют собой, по его мнению, уже не физическое, а химическое движение. Следовательно, трудность размежевания сфер между физикой и химией здесь преодолевалась путем передачи в химию значительной части физики, т.е. включения всех молекулярных движений в число химических.

В таком случае разграничение обеих форм движения материи и их взаимное соотношение выступило бы следующим образом: те формы движения, носителями которых являются поля или материальные частицы, более простые, нежели атомы, считаются физическими; те же формы движения, носителями которых служат атомы, молекулы, их комплексы и агрегаты, — относятся к химическим.

Возможно, что такой взгляд на предмет физики и на самое физическое движение обусловливается отчасти тем, что для специалистов в области оптики молекулярная физика представляется почти столь же далекой от их физической специальности, как далека от нее химия.

Можно охотно согласиться с тем, что тенденция развития физики такова, что удельный вес старой физики неуклонно уменьшается, если не абсолютно, то относительно, а удельный вес новых ее разделов растет и абсолютно и относительно. Однако анализ соотношения форм движения, составляющих предмет отдельных наук, не должен забегать вперед и исходить из того, что еще не выяснено, а может быть окажется вовсе неправильным.

Конечно, не возбраняется строить предположения о возможном пути научного прогресса в будущем, но сейчас наша задача состоит в том, чтобы исходить из реального состояния науки на сегодня, обобщать действительные, а не предполагаемые или планируемые, но еще не достигнутые результаты научного развития. Поэтому, поскольку реально существуют сегодня две отрасли физики — старой и новой, молекулярной и субатомной, наша задача состоит не в том, чтобы, объявив эту ситуацию временной и преходящей, отмахнуться по существу от нее, но, напротив, исходя из этого неоспоримого факта, дать ему посильное объяснение.

Четвертое решение: полное расщепление физики химией на две самостоятельные науки

Поскольку не удается ни уничтожить химию, как самостоятельную науку, ни включить в нее ядерную или молекулярную физику, то, казалось бы, самое простое — объявить, что существуют раздельно две совершенно самостоятельные науки, которые лишь по традиции сохраняют общее название «физика»: старая, классическая физика и новая, квантово-релятивистская физика. Прежнее их название «физика» стало теперь препятствием к пониманию каждой из них; оно создает впечатление чего-то единого, тогда как на деле никакого единства здесь якобы нет, кроме некоторой привычки объединять в одно ставшие уже совершенно разными вещи.

Конечно, такой взгляд, если бы он соответствовал действительности, был бы выходом из создавшейся трудности с размежеванием физики и химии; общий ряд наук (с интересующей нас сейчас точки зрения) выглядел бы при таком решении следующим образом: сначала стояла бы квантово-релятивистская физика, ничем будто бы не связанная с классической физикой, в качестве вполне обособленной от нее науки; за нею бы шла химия, а затем— классическая физика, так же, как и первая — в качестве вполне самостоятельной науки. В таком случае осталось бы сделать немного для того, чтобы довести до конца разделение физики на две науки: надо было бы только придумать новые названия обеим «физикам» с тем, чтобы устранить напоминание о их былом единстве. Сделать это было бы нетрудно, и наверное бы уже давно это сделали сами физики, если бы только действительные отношения между обеими областями физики были таковы, как только что было сказано. Однако в действительности дело обстоит совсем не так просто: обе области физики, при всем их существенном различии, несомненно, имеют общие основы: все классические физические теории и законы не только не оторваны от квантоворелятивистских теорий и законов, но, как показывает принцип соответствия, составляют частный или предельный их случай, и при наложении определенных условий переходят в них. Если так, то нельзя проводить между обеими областями физики резкую грань, нельзя ставить между ними в качестве разделяющего их барьера химию. Ибо физика «окружает» химию, но не разрывается химией на две изолированные части. Ведь не стоит же химия между классическими и квантово-релятивистскими представлениями в физике как необходимый мост, по которому надо обязательно пройти, чтобы попасть из одной области физики в другую ее область. Физика осуществляет такие переходы как бы обходными путями, минуя вообще область химии. Это было бы невозможно, если бы действительно существовали две разные физические науки, разделенные друг от друга барьером химии. Если же такие переходы, на которые указывает принцип соответствия, между классическими и квантоворелятивистскими представлениями в физике осуществляются на каждом шагу, то это доказывает, что основа у обеих областей физики одна и та же и что игнорировать этот факт в интересах достижения какой-угодно красивой («идеальной») схемы недопустимо.

Мы уже не говорим о том, что некоторые весьма важные, а иногда решающие физические принципы теоретического обобщения и приемы экспериментального исследования являются общими у всех разделов физики: они лишь углубляются и совершенствуются при возникновении новых ее направлений, в частности и в особенности, при дальнейшем проникновении физики в глубь материи. Поэтому нет никакого основания лишать обе главные области физики присущей им общей основы.

Пятое решение: признание химического «клина» между двумя частями физики

Итак, по-видимому, остается последнее, единственно возможное решение вопроса. Оно сводится к тому, что надо исходить из данного нам факта, что в настоящее время химия оказалась втиснутой, вклиненной в современную физику, вследствие чего физика, в свою очередь, оказалась расчлененной на две большие, хотя и органически связанные одна с другой части. Этот факт требует определенного объяснения при учете того обстоятельства, что физическая и химическая формы движения, тесно соприкасаясь между собой, не представляют, однако, разновидностей друг друга и что каждая из них обладает индивидуальным своеобразием, присущим только ей, а не другой форме движения.

С этой точки зрения приемы исследования молекулярной физики в принципе сходны с приемами ядерной физики, например, основанными на применении и использовании больших или малых количеств энергии.

Между тем, по своим приемам исследования химия столь же отличается от ядерной физики в качественном отношении, как и от молекулярной физики (конечно, иы не имеем в виду физико-химических приемов, где сочетается использование обеих форм движения материи). Это до известной степени служит оправданием и объяснением того, почему сложилось в настоящее время столь оригинальное отношение между двумя рассматриваемыми формами движения, когда химическая форма как бы «окружена» физическими формами и в то же время не растворяется в них и не поглощается ими.

Возможно, что с точки зрения искания абстрактных идеальных схем такое положение будет считаться неудовлетворительным. Однако научным подход всегда должен быть конкретным, учитывающим не только и не столько то, каким должно было бы представляться нам соотношение форм движения в идеальном случае, а то, каким оно является на самом деле, каким сложилось представление о нем исторически, в результате длительного развития самого научного познания. Наука есть живой организм, в котором даже рудиментарные органы имеют свое оправдание и объяснение.

Таким образом, никакого решения в строгом смысле слова мы не предлагаем, а думаем, что надо просто учитывать тот факт, что химическое движение может соприкасаться и соприкасается ла деле с физическим и переходит в него, так же, как и обратно — физическое движение переходит в химическое — как в том пункте, где из электронов строится атомная оболочка, так и в том, где из атомов образуются молекулы. Это и означает, что химия оказывается между двумя разделами физики.

Можно подойти к этому вопросу еще и иначе. Современная физика фактически расщеплена не только на старую и новую, но еще в большей степени на физику макротел, макропроцессов («макрофизику») и физику микротел, микропроцессов («микрофизику»). В таком случае можно было бы сказать так, что химическая форма движения способна переходить в физические его формы и обратно и в пункте, представленном микрофизикой, где совершаются так называемые элементарные процессы (этот пункт соприкосновения обеих форм движения изучается химической физикой), ив пункте, представленном макрофизикой, где превращение форм энергии выступает нерасчлененным на отдельные элементарные акты, а как бы суммарным (этот пункт соприкосновения обеих форм движения изучается физической химией).

Еще раз о специфике химической формы движения

Отношение к ней квантовой механики. Сказанное позволяет подойти к вопросу о том, в чем состоит специфика химической формы движения по сравнению с физическими его формами. Хотя, как известно, атомы суть сложные системы, построенные из ядер и электронов, но в химическом движении они участвуют как целые (в своей основе) единицы, не подвергающиеся коренному разрушению или изменению. Их ионизация, а тем более смещение электронного облака в наружной части их электронной оболочки равносильны изменению электрического состояния атома при сохранении его самого как частицы данного химического элемента (или данного изотопа). Все процессы, при которых атомы сохраняются, когда они вступают между собой во взаимодействия, нарушающие структуру молекул, являются специфически химическими процессами, составляющими в совокупности химическую форму движения материи.

С другой стороны, все процессы, при которых движение атомов внутри молекул не приводит к изменению структуры самих молекул, очевидно, не являются химическими, поскольку химическое превращение вещества есть в первую очередь изменение внутренней структуры молекул вещества.

Продолжая развивать те мысли, которые были высказаны в предыдущей главе, можно дать следующее развернутое определение. Химическая форма движения материи есть та форма движения, при которой происходит изменение внутренней структуры молекулы в результате движения составляющих ее атомов, но при которой не происходит коренного изменения (разрушения или взаимопревращения) самих атомов.

Если внутренняя структура молекул не нарушается при движении составляющих ее атомов, то данное движение следует рассматривать как физическое, в частности, как молекулярно-физическое. Если же в ходе процесса разрушаются сами атомы, превращаясь друг в друга или распадаясь на отдельные элементарные частицы (так называемые меченые атомы), то такой процесс следует рассматривать также как физический, в данном случае — как ядерно-физический. Таким образом, можно провести довольно четкую границу между химической и физическими формами движения материи на основании одновременного учета двух признаков: во-первых, сохранения или несохранения внутренней структуры молекул вещества, и, во-вторых, сохранения или несохранения атомов, участвующих в данном процессе.

Квантовомеханические расчеты в качестве мощного вспомогательного средства в химическом исследовании дают результат в ton случае, когда они применяются исходя из учета относительной устойчивости внутренних частей атома, — его «остова». Но что это значит? Это значит, что с самого начала в качестве исходной предпосылки для квантовомеханического расчета принимается основной признак химической формы движения, указывающий на то, что движение и взаимодействие атомов совершаются при относительной устойчивости атомов, при сохраняемости не только их атомного ядра, но и внутренних слоев их электронной оболочки.

Когда, таким образом, расчетная задача упрощена за счет ограничения числа физических частиц, участвующих в образовании данной химической связи, то тем самым на деле признается, что взаимодействия частиц носят действительно ступенчатый характер: при расчете вовсе не учитываются физические взаимодействия, во-первых, между нуклонами внутри ядра и, во-вторых, между электронами и ядром, равно как и между самими электронами внутри «остова». От всего этого приходится абстрагироваться, как абстрагируются от факта образования кирпичей из глины и зданий из кирпичей, когда говорят, что поселок образуется из отдельных зданий.

Самая возможность проведения кзантовомеханического расчета определяется прежде всего данными химии, а именно, тем фактом, что в химических взаимодействиях и в образовании химической связи участвуют не внутренние электроны, образующие «остов» атома, а наружные валентные электроны. В таком случае, получая от химии ответ о качественной стороне изучаемого химического явления, квантовая механика путем соответствующего расчета выявляет его количественную сторону, и в этом — ее огромное значение. Но определять за химию и качественную сторону химического процесса квантовая механика не может, так как она не располагает такими познавательными приемами исследования, которые позволяли бы адекватно отражать всю специфику химического движения.

Отношение квантовой механики к химии, к химическому движению несколько напоминает отношение статистики к экономической науке: качественный, экономический анализ явления дает экономическая наука, и если он не дан предварительно, никакие статистические подсчеты и вычисления не в состоянии дать правильную картину развития того или иного процесса в жизни общества. Когда же качественный, экономический анализ проведен, статистика раскрывает количественную сторону изучаемого экономического явления или процесса.

В отношении между квантовой механикой, в ее применении к химии, и всей химией, т. е. между квантовой химией и самой химией, наблюдаются две крайности, свидетельствующие о непонимании действительных отношений между химической и физическими формами движения.

Одна крайность состоит в преувеличении роли квантовой механики, в попытках принизить собственно химическую теорию и даже вовсе отрицать существование химической формы движения в качестве особой, самостоятельной формы движения материи. Эта крайность наблюдается у некоторых физиков, слабо знакомых с химией, не знающих и не понимающих всей сложности химических явлений по сравнению с физическими.

Другая крайность состоит в отрицании значения квантовой механики для химии, в попытках ограничить химическую теорию классическими понятиями химии времен Бутлерова и Менделеева, в лучшем случае дополнив эти понятия упрощенными электронными представлениями (типа старой боровской модели атома или косселевских и льюисовских моделей валентности первой четверти XX в.). Подобная точка зрения связана со слабым знанием современной физики, которую не считают необходимой для химика-экспериментатора, например, для органика-синтетика. Сторонники этой точки зрения не понимают значения для химии квантово-механических расчетов, позволяющих раскрывать количественную физическую сторону химических явлений, уже изученных с качественной стороны самими химиками. Некоторые химики не видят или не учитывают того, что химическая форма движения генетически возникает из более простых физических форм движения и содержит их в себе и что поэтому исследование физической стороны химического движения позволяет глубже понять сущность самого этого движения.