В течение этого семестра я предполагаю читать о теплоте, и поскольку сейчас ещё нет необходимых условий для экспериментальной работы, то вместо обсуждения деталей экспериментальных методов, я постараюсь ознакомить вас с относительным положением и научной связью различных отраслей знания.
Мы начнём с термометрии, или измерения температур, и калориметрии — измерения качеств тепла. Затем мы перейдём к термодинамике, которая исследует связь между тепловыми и остальными динамическими свойствами тел в той мере, в какой эти связи могут быть прослежены без каких-либо особых предположений о строении этих тел.
Принципы термодинамики бросают яркий свет на все явления природы, и, вероятно, многие важные применения этих принципов могут быть получены в будущем. Однако мы должны наметить границы этой науки и показать, что многие явления природы, в частности явления, сопровождаемые рассеянием энергии, не могут быть исследованы при помощи одних только принципов термодинамики, но что для понимания их мы должны исходить из несколько более определённой теории о строении тел.
Две теории строения вещества борются друг с другом с переменным успехом с древнейших времён: теория заполненности Вселенной и теория атомов и пустоты.
Теория заполненности Вселенной связана с учением о математической непрерывности, и её математические методы суть методы дифференциального исчисления, которые являются адекватным выражением отношений непрерывного количества.
Теория атомов и пустого пространства приводит нас к признанию большой важности учений о целых числах и о конечных отношениях. Однако в применении динамических принципов к движению громадного числа атомов ограниченность наших способностей вынуждает нас отбросить попытку исследовать точную историю каждого атома и удовлетвориться подсчётом среднего положения группы атомов, достаточно большой для того, чтобы быть видимой. Этот метод оперирования группами атомов, который я могу назвать статистическим методом и который при современном состоянии нашего знания является единственно плодотворным методом изучения свойств реальных тел, находящихся в нашем распоряжении, включает отказ от чисто динамических принципов и принятие математических методов, относящихся к теории вероятностей. Возможно, что, благодаря применению этих, пока ещё мало известных и непривычных для нашего сознания, методов будут достигнуты значительные результаты. Если бы действительная история науки была иной и если бы научными доктринами, наиболее привычными и знакомыми для нас, были доктрины, выраженные этими указанными методами, то, вероятно, мы принимали бы существование определённого рода случайности за самоочевидную истину и считали бы философское учение о необходимости чистым софизмом.
Приблизительно в начале этого столетия некоторые знаменитые французские математики исследовали свойства тел как систем молекул в равновесии. Несколько неудовлетворительный характер результатов этих исследований породил, особенно в нашей стране, реакцию в пользу противоположного метода, рассматривающего тела так, как если бы они были — хотя бы в той мере, в какой это относится к нашим опытам,— действительно непрерывными. Этот метод в руках Грина, Стокса и других привёл к результатам, вовсе не зависящим от того, какую теорию мы принимаем относительно действительного строения материи.
Одним из важнейших результатов исследования свойств тел на основе гипотезы об их непрерывности является то, что оно даёт нам критерий, при помощи которого мы можем установить путём опытов над реальными телами, до какой степени малости они должны быть доведены прежде, чем возникнет уверенность, что их свойства уже не являются свойствами тела в целом. Исследования этого рода, в сочетании с изучением различных явлений диффузии и рассеяния энергии, дали в последнее время много доказательств в пользу гипотезы, рассматривающей тела как системы молекул, находящихся в движении.
В течение этого семестра я собираюсь изложить вам некоторые доказательства существования молекул как отдельных тел, обладающих определёнными свойствами. Молекула, как она представляется научному воображению, есть тело, совсем не похожее на тела, известные нам до сих пор из опытов.
Во-первых, её масса и другие определяющие её свойства абсолютно неизменны; отдельная молекула не может ни расти, ни уменьшаться, но остаётся неизменной среди всех изменений тел, составной частью которых она является.
Во-вторых, она не является единственной молекулой с совокупностью свойств, ей присущих, так как существует бесчисленное множество других молекул, постоянные которых не приблизительно совпадают, а абсолютно тождественны постоянным первой молекулы, безотносительно, находятся ли они на Земле, на Солнце или на неподвижных звёздах.