Физико-математические науки. Астрономия

 

Математика. В конце XIX — начале XX в. развиваются все разделы математики. Немецкие математики Э. Э. Куммер (1810—1893), Л. Кронскер (1823—1891), Ю. В. Дедекинд (1831-1916), Д. Гильберт (1862-1943) и русский — Е. И. Золотарев (1847—1878) заложили основы современной алгебраической теории чисел. В 1873 г. французский математик Ш. Эрмйт (1822—1901) доказал трансцендентальность числа е, а немецкий — Ф. Линдерман (1852—1939) в 1882 г.— числа л , бельгиец Ш. Пуссен (1866—1962) и французский математик Ж. Адамар (1865—1963) в 1896 г. завершили исследования Чебышева о законе убывания плотности расположения простых чисел в натуральном ряду. Немецкий математик-Г. Минковский (1864—1909) и русский — Г. Ф. Вороной (1868— 1908) в 80-х гг. ввели в теоретико-числовые исследования геометрические методы. Работы по теории чисел в России после Чебышева блестяще продолжали, кроме Золотарева и Вороного, А. Н. Коркин (1837—1908) и А. А. Марков (1856—1922). Развивались и углублялись классические отделы алгебры. Подробно исследовались возможности сведения решения уравнений высших степеней. Более широкое применение в механике и физике получают вопросы линейной алгебры.   Однако центр тяжести теоретических алгебраических исследований переносится в теорию групп, полей, колец, структур и т д. Многие из этих отделов алгебры нашли применение в естествознании, в частности в теории групп в кристаллографии. На границе между алгеброй и геометрией (с 1873 г.) норвежский математик М. Софус Ли (1842—1899) создает теорию непрерывных групп, методы которой позднее проникают в новейшие области математики и естествознания. Прогрессирует начертательная геометрия. Дифференциальная геометрия евклидова трехмерного пространства получает полное систематическое развитие в работах итальянского математика Э. Бельтрами (1835—1900), французского — Г. Дарбу (1842— 1917) и др. В начале XX в. усиленно разрабатывается топология — раздел геометрии, исследующий качественные свойства геометрических фигур, не зависящие от их размеров и прямолинейности. Итальянцы Т. Леви-Чивйта (1873—1941) и Г. Риччи-Курбастро в 1901 г. создали основы так называемого тензорного исчисления, усовершенствовав векторное исчисление. В 1902 г. А. Лебег (1875— 1941) обобщил понятие интеграла. Немецкий математик Ф. Клейн (1899—1925) и французский — А. Пуанкаре (1845—1912) создали теорию автоморфных функций ', в которой нашла применение геометрия Лобачевского. В дальнейшем французские математики Э. Пикар (1856—1941), >Ж- Адамар, Э. Борёль (1871 —1956) и А. Пуанкаре разработали теорию целых функций. Геометрическую теорию функций и теорию римановых поверхностей развивали Д. Гильберт, Г. Вейль и др. В результате систематического построения математического анализа на основе строгой арифметической теории иррациональных чисел и теории множеств, разработанной немецким ученым Г. Кантором (1845—1918) в 1879—1884 гг., возникла новая отрасль математики — теория функций действительного переменного (понятия функции, производной, интеграла, основные операции анализа). В эти же годы в трудах Э. Шредера, Г. Фреге, Дж. Пеано, Б. Рассела и А. Уайтхеда разрабатывалась и математическая логика. К- Т. Вейерштрасс (1815—1897) при помощи построенной им теории действительных чисел логически обосновал математический анализ, разработал теорию аналитических функций. Дальнейшее развитие получают теория дифференциальных уравнений и теория вероятностей. В разработке теории вероятностей видное место принадлежит петербургской математической школе (П. Л. Чебышев, А. М. Ляпунов, А. А. Марков и др.). Учебник Маркова «Исчисление вероятностей» (1900) оказал большое влияние на развитие теории вероятностей. В 1906 г. Марков от исследования независимых случайных величин перешел к особым образом связанным величинам (цепям).   Только позднее в работах М. Планка, М. Смолуховского и А. Эйнштейна предложенная Марковым схема раскрылась практически. Если в начале XIX в. вероятностные методы использовались в теории артиллерийской стрельбы и теории ошибок, то в конце XIX— начале XX в. теория вероятностей применяется в статистической физике и механике, в математической статистике и т. д. В большую самостоятельную ветвь математики вырастают численные методы анализа. Разработкой их занимались Дж., Адаме, К- Штермер, К- Рунге, Г. Либман, В. Ритц, Б. Г. Галеркин. В результате было составлено большое количество таблиц эллиптических, гиперболических, цилиндрических функций, гамма-функций и др. Для математических наук этого периода характерна, с одной стороны, тенденция к обобщению проблем, а с другой — неразрывная их связь с важнейшими вопросами теоретической и практической механики, физики, астрономии. Мы уже не раз приводили примеры того, какую огромную роль сыграли труды выдающихся ученых по механике, термодинамике, гидро- и аэродинамике в развитии новых отраслей техники. Одновременно решались и новые чисто математические проблемы. Механика. Идеи выдающегося русского ученого М. В. Остроградского (1801 —1861) ' в области механики получили дальнейшее развитие в трудах его учеников и последователей — Н. Д. Браш-мана (1796—1866) и Ф. А. Слудского (1841 — 1897).   Исследования немецкого ученого Ф. Рело (1829—1905) привели к созданию в 1875 г. стройной теории механизмов. Рело ввел понятия кинематической пары как элементарной составляющей любого механизма и кинематической цепи как совокупности звеньев, соединенных в кинематические пары. В России П. О. Сомов (1852—1919) исследовал задачи структуры, классификации механизмов, кинематику изменяемых тел, вопросы распределения скоростей и ускорений в изменяемых системах^ т. п. Значительную роль в развитии теории механизмов и машин сыграл Н. И. Мерцалов (1866—1948). Его исследования изложены в трудах «Динамика механизмов» (1914) и «Кинематика механизмов» (1916). Распространение автоматических регуляторов скорости паровых поршневых машин требовало от ученых разработки теории их работы. Первые такие исследования в этой области провел в 1868 г. английский физик Максвелл. В 1877—1878 гг. русский ученый и государственный деятель И. А. Вышнеградский (1831 —1895) подошел к решению задачи автоматического регулирования с точки зрения практики. Он вскрыл условия устойчивости системы регулирования и возникновения самораскачивания машин, динамику работы машины, снабженной регулятором, и показал, что машина и регулятор во время работы образуют единую систему. Труды Вышнеградского оказали большое влияние на все дальнейшие работы в этой области механики во всем мире, и он по праву считается основоположником классической теории автоматического регулирования.   В 80-х гг. интерес к проблемам регулирования паровых машин резко ослаб. Основное внимание ученых теперь было обращено на автоматическое регулирование гидротурбин, получавших все более широкое распространение. К 1893—1899 гг. относятся работы словацкого ученого А. Стодолы (1859—1942), который развил идеи Вышнеградского, создав начала общей теории регулирования. С 1903 г. вопросами регулирования машин занимался Н. Е. Жуковский. Важнейшей задачей динамики в рассматриваемый период было создание теории гироскопических явлений. С появлением в середине XIX в. нарезных орудий, сообщавших снаряду необходимое для устойчивости в полете вращение, задача внешней баллистики оказалась тесно связанной с динамикой тяжелого твердого тела (гироскопией). Однако после работ Эйлера и Лагранжа, несмотря на усилия ряда выдающихся математиков, проблема вращения тяжелого твердого тела вокруг неподвижной точки долго не получала дальнейшего развития. В 1888 г. выдающийся русский математик С. В. Ковалевская (1850—1891) разрешила эту задачу. Дальнейшая разработка теории гироскопических явлений связана с именами русских математиков А. М. Ляпунова, В. А. Стеклова и С. А. Чаплыгина. Одной из сложных проблем механики являлась задача об устойчивости равновесия и движения материальных систем. Значительный вклад в ее решение внесли английский ученый Э. Раус в 1877 г. и Н. Е. Жуковский, который в 1882 г. сформулировал критерии орбитальной устойчивости. Строгая постановка задачи об устойчивости движения и указание наиболее общих методов ее решения, а также конкретное рассмотрение отдельных важнейших вопросов этой теории принадлежит А. М. Ляпунову (1857—1918). В своих теориях об устойчивости он указал границы применимости методов малых колебаний. Теория малых колебаний в то время имела большое практическое значение для совершенствования машинной техники и в первую очередь для строительства железнодорожных мостов и создания быстроходных паровозов. Развитие этой теории было тесно связано с решением отдельных технических проблем, в частности проблемы уменьшения качки корабля, разработанной А. Н. Крыловым. К концу XIX в. в особую область теоретической механики выделилась динамика переменной массы. Основоположник этой науки— русский ученый И. В. Мещерский (1859—1935). Общее уравнение динамики точки переменной массы, выведенное Мещерским в 1897 г., легло в основу теории реактивного движения К- Э. Циолковского. Проблемы механики сплошной среды и теорию упругости разрабатывали М. В. Остроградский, французский механик А. Сен-Венан (1797—1886), У. Томсон, Г. Кирхгоф, В. А. Стеклов и др. Выдающиеся работы по теории упругости принадлежат русским ученым А. В. Гадолину, Д. И. Журавскому и X. С. Головину. Благодаря работам немецкого математика Г. Гельмгольца (1821 —1894) появилось учение о вихрях в жидкостях и были заложены основы динамики вязкой жидкости и газовой динамики. В 80-х гг. XIX в. русский ученый Н. П. Петров (1836—1920) заложил основы нового раздела технической механики—учения о гидродинамическом трении и теории смазки. Почти одновременно, в 1884—1886 гг., и независимо от него основы гидродинамической теории смазки разработал английский ученый О. Рейнольде (1842—1912). В 1900 г. Петров в работе «Трение в машинах» значительно продвинул исследования в этой области. Теорией смазки занимался и Н. Е. Жуковский, который независимо от Рейнольдса установил главную причину несущей способности вращающегося шипа в подшипнике. В 1906 г. Жуковский совместно с С. А. Чаплыгиным дал точное решение задачи о движении смазочного слоя, имевшее большое практическое значение. Продолжает изучаться понятие идеальной жидкости, появляется понятие вихря и вихревых течений. В исследовании этих проблем далеко продвинулись Г. Гельмгольц, И. С. Громека и Г. Ламб (1849-1934). Большую роль в развитии гидродинамики последней трети XIX в. сыграли исследования твердого тела в идеальной жидкости. Трудные задачи интегрирования уравнений движения тела в жидкости привлекли внимание таких математиков и механиков, как А. Клебш (1833—1872), Г. Ламб, Дж. Гринхилл, С. А. Чаплыгин и В. А. Стек-лов (1863—1926).   Разработка вопросов аэродинамики связана с именами Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина. В конце 80-х гг. Жуковский занимался проблемой подъемной силы и уже в 1890 г. высказал мысль, что подъемная сила является результатом вихревого движения. В 1905 г. задача о подъемной силе была решена. В 1910 г. Жуковскому и Чаплыгину удалось решить задачу о силах, действующих на крыло бесконечного размаха. Совместными усилиями они исследовали вопрос о профильном сопротивлении крыла. Метод, разработанный Чаплыгиным, позволил найти форму профилей крыльев самолетов. Исследования Жуковского о подъемной силе являются основой современной аэродинамики, а теорема о подъемной силе имеет фундаментальное значение для теории крыла. К концу XIX в. механика достигла высокого уровня развития. XX в., ознаменовавшийся возникновением механики быстрых движений, протекающих со скоростями, близкими к скорости света, заставил критически пересмотреть ряд основных положений классической механики. Физика. Проблемы изучения энергии. Открытие электрона. Первым основным направлением исследований в области физики в то время стало изучение различных видов энергии. Важным достижением учения об электричестве и вместе с тем решением проблемы строения вещества было открытие электрона, первой из ставших известными элементарных частиц. В 1878 г. голландский физик Г. А. Лоренц (1853—1928) начал разработку электронной теории вещества, сочетая выводы электромагнитной теории Максвелла с атомистическими представлениями о строении вещества. В 1891 г. английский физик Дж. Дж. Стоней (1826— 1911) ввел для обозначения «атома электричества» термин «электрон». В 1895 г. Лоренц придал своей электронной теории законченную математическую форму. Важные исследования были проведены по выяснению природы так называемых катодных лучей, т. е. излучений, возникающих при электрическом разряде в среде разреженного газа. Французский физик Ж- Б. Перрён (1870—1942) в 1895 г. пришел к выводу, что катодные лучи — это поток отрицательных электрических зарядов. Вывод был экспериментально подтвержден английским ученым Дж. Дж. Томсоном в 1897—1898 гг. Катодные лучи — это поток электронов — к такому выводу пришла физика рубежа XIX и XX вв. В 1904 г. В. Кауфман (1871—1947) экспериментально обнаружил зависимость массы электрона от скорости его движения, что противоречило прежним представлениям о постоянстве массы, рассматриваемой как мера количества материи. Открытие новых видов электромагнитного излучения. В предыдущем томе «Очерков...» (с. 261—262) уже говорилось о первых работах Дж. К. Максвелла в области теории света как частного вида электромагнитных колебаний.. Эта теория получила дальнейшее развитие в трудах Максвелла в 70-х гг. XIX в. и полностью подтвердилась исследованиями многих других ученых. К началу XX в. был уже известен обширный спектр электромагнитных излучений. На одном краю этого спектра оказалась область электромагнитного излучения с волнами наибольшей длины—радиоволнами.   Затем   располагалась  область   инфракрасных лучей невидимого излучения, которое обнаруживается главным образом по тепловому действию. К инфракрасной области примыкала область видимых световых лучей, затем располагались области ультрафиолетовых лучей, рентгеновских лучей и, наконец, гамма-лучей. Длина волны ультрафиолетовых лучей оказалась меньшей, чем у волн видимого света, а у рентгеновских — меньше, чем у ультрафиолетовых. Гамма-лучи обладали еще меньшей длиной волны и соответственно большей проницающей способностью (жесткостью), поскольку она возрастала по мере уменьшения длины волны излучения. Открытие радиоактивности. В 1896 г. француз А. А. Беккерель (1852—1908) заметил, что соли урана действуют на фотопластинку, но их излучение отличается от рентгеновского. Вскоре изучением этого явления занялись в Париже М. Склодовская-Кюри (1867— 1934) и ее муж П. Кюри (1859—1906). В 1898 г. они открыли явление радиоактивного распада, а в 1903 г. измерили тепловой эффект излучения радия, установив, что внешние факторы не влияют на радиоактивный распад. Это, казалось, противоречило закону сохранения энергии. Впервые научное объяснение сущности радиоактивности на базе учения о строении атома дал выдающийся английский физик Э. Резерфорд. В 1898—1900 гг. он установил, что при распаде радиоактивных элементов выделяются два вида излучений, имеющие различную проницаемость, и обозначил их первыми буквами греческого алфавита а(альфа) и б (бета). Через три года П. Вийяр (1860—1934) доказал, что имеется также третий вид излучения, сходный по природе с рентгеновскими лучами. Оно было названо гамма-излучением. Позднее было выяснено, что а-лучи — это поток ядер атомов гелия, а й-лучи — катодные лучи, т. е. поток электронов. В 1903 г. Резерфорд и Ф. Содди (1877—1956) предложили общую теорию радиоактивности, согласно которой она является следствием самопроизвольного превращения элементов, сопровождающегося излучениями, энергия которых заимствуется из самого атома. Эту теорию ученые подтвердили, рядом блестящих опытов. Была разработана новая модель атома, что имело важное значение для дальнейшего развития как физики, так и химии. Первую модель атома, послужившую прообразом для современных представлений о строении вещества, выдвинул Дж. Томсон в 1903 г. С прежним представлением об атоме, как о простейшей неделимой частице вещества, было покончено. В 1911 г. Резерфорд предложил планетарную модель атома, согласно которой атом представлял собой сложную систему, состоящую из положительно заряженного ядра весьма малого диаметра (по сравнению с диаметром атома), вокруг которого движутся электроны. Около 1900 г. англичанин Ч. Т. Вильсон (Уйлсон) (1869—1959), изучая процессы ионизации газов, предположил существование ранее неизвестных излучений большой проникающей силы, вызывавших ионизацию. В 1909 г. швейцарский ученый А. Гокель выяснил, что на высоте 4 тыс. м ионизация значительно сильнее. К 1913 г. эти выводы были подтверждены исследованиями, проведенными в США и Германии. Новые лучи были вначале названы «высотными», а позднее «космическими» ', так как они проникали в земную атмосферу из космоса. Открытие радиоактивности, квантовая теория и другие достижения физики начала XX в. привели к крушению прежних представлений об атомах. Эти частицы, казавшиеся до тех пор неделимыми, элементарно простыми, неизменными и генетически не связанными друг с другом, оказались сложными, изменяющимися, превращающимися друг в друга. Родилась идея о возможности использования внутриядерной энергии путем искусственного радиоактивного распада тяжелых элементов. Квантовая теория. На рубеже XIX и XX вв. немецким физиком М. Планком (1858—1947), занимавшимся термодинамическими проблемами взаимодействий вещества и лучистой энергии, была выдвинута квантовая теория, которая поколебала прежние представления о непрерывности всех излучений. Его сообщение 14 декабря 1900 г. «К теории закона распределения энергии нормального спектра» стало началом квантовой физики. Планк пришел к выводу, что излучение не является непрерывным потоком энергии, а слагается из отдельных порций, «квантов» энергии. Впрочем, вначале Планк не сделал всех необходимых выводов из своего открытия и сопроводил эту гипотезу целым рядом оговорок, значительно ослаблявших ее. Но гипотеза была подхвачена, конкретизирована и развита другими выдающимися физиками. Среди них был А. Эйнштейн (1879—1955) — один из наиболее выдающихся ученых нашей эпохи. В 1905 г. он выступил с докладом о квантах света 2. «Мы должны предположить,— писал Эйнштейн,— что однородный свет состоит из зерен энергии, ...световых квантов (Lichtquanten), т. е. небольших порций энергии, несущихся в пустом пространстве со скоростью света». Расширив область применения квантовой теории, Эйнштейн объяснил на ее основе физическое явление фотоэлектрического эффекта, т. е. испускания электронов веществом, подвергшимся облучению. Это выступление Эйнштейна вызвало недовольство самого основоположника квантовой теории. Планк говорил тогда, что испытывает неприязнь ко всякой попытке поколебать фундамент классической физики. Лишь к 1911 г. Планк завершил разработку своей квантовой теории, положив в ее основу понятие «квант действия». Вытекавшие из этой теории соотношения между пространством, временем и динамическими явлениями противоречили классической физике. В 1913 г. датский физик Н. X. Бор (1885—1962), исходя из квантовой теории, уточнил планетарную модель атома, предложенную Резерфордом, введя представление о скачкообразном переходе электрона из одного состояния в другое, с одной орбиты на другую. В ходе дальнейшего развития квантовой теории, к 1920 г., выяснилось, что кванты света и других видов энергии ведут себя в одних случаях как частицы, а в других как волны и при этом для своего движения не нуждаются в «светоносном эфире». В этом проявлялась неразрывная диалектическая связь непрерывности и дискретности (прерывности), присущая природным явлениям. Для научной теории и практики открылись новые, широчайшие перспективы познания природы и использования ее законов для решения технических задач. Новая физическая картина мира. Возникновение теории относительности. Однако создать общую физическую картину мира, охватив всю совокупность экспериментально установленных фактов единой теорией, не удавалось, поскольку ряд новых фактов, введенных в научный оборот, не укладывался в рамки прежних представлений и, казалось, вступал в противоречие с рядом других факторов, не менее твердо обоснованных опытом. В частности, результаты весьма точных экспериментов по измерению скорости света, проведенные в США. А. Майклсоном и Э. Морли в 1881—1887 гг., вступили в противоречие с традиционным представлением о наличии неподвижного «светоносного эфира», в котором якобы распространяются световые волны Экспериментаторы полагали, что если световой луч распространяется в эфире вдоль того направления, по которому движется вместе с Землей прибор, посылающий этот луч, то скорость луча должна быть меньшей, чем скорость луча, перпендикулярного этому направлению. Однако никакого влияния движения Земли на скорость света не было замечено. Пытаясь объяснить этот неожиданный результат, ирландец Дж. Фицджеральд (1852—1901) и уже упоминавшийся выше Г. Лоренц в 1892—1893 гг. независимо друг от друга выдвинули предположение, что приборы испытывают продольное сокращение по направлению движения Земли, а потому разница пробегаемых светом расстояний ими не улавливается. Лоренц дал формулу, согласно которой можно вычислить величину такого сокращения, зависящую от скорости движения. В 1905 г. А. Эйнштейн выдвинул специальную, или частную, теорию относительности, развитую им в статье «К электродинамике движущихся тел». Эйнштейн исходил из двух принципов — принципа относительности, гласившего, что во всех инерциальных системах отсчета ' физические законы формулируются одинаково, и принципа постоянства скорости света, гласившего, что скорость света в вакууме, испускаемого любым источником, не зависит от направления и скорости движения этого источника и наблюдателя. К какому бы материальному телу, находящемуся в инерциальном прямолинейном и равномерном движении, ни относить движение светового луча, его скорость остается той же самой. Никакого «светоносного эфира» как универсальной неподвижной «мировой среды», к которой следует относить все движение, не существует. Развивая исходные положения своей теории, Эйнштейн сделал поразительно смелые и на первый взгляд парадоксальные выводы о свойствах пространства, времени и движения материальных объектов. Если в классической физике господствовало представление о времени как некой абсолютной сущности, независимой от каких-либо .материальных процессов и остающейся одной и той же во всех инерциальных системах, то новая теория отрицала единый для всех систем счет времени. Течение времени (и ход часов) меняется в зависимости от скорости движения данной системы. Так, часы, движущиеся относительно наблюдателя, находящегося в другой системе, будут казаться ему идущими медленнее. Явления, одновременные в одних условиях движения, оказываются неодновременными при других условиях, по отношению к другой системе отсчета. Одновременность явлений оказалась не абсолютным, а относительным свойством, зависящим от условий материального движения. Теория относительности отказалась и от старого представления о пространстве как неком «пустом вместилище» и абсолютно неизменной сущности. Свойства пространства и времени оказались зависимыми от движения материальных объектов и тесно связанными друг с другом. Разработка новых представлений о пространстве и времени привела к необходимости внести существенные изменения и в формулировку законов механики. Если в классической механике скорость движения могла принимать любые значения от нуля до бесконечности, то в «релятивистской механике» ' она не может превышать величины скорости света (с) в пустоте, равной приблизительно 300 тыс. км/сек. Длина движущегося тела сокращается в направлении движения (с точки зрения наблюдателя, находящегося в другой системе). Не может считаться неизменной и масса тела 2: она зависит от скорости движения и возрастает при увеличении последней. Вскрылась более глубокая внутренняя связь между массой и энергией. Новая физика выдвинула закон пропорциональности массы и энергии. Он утверждает, что любой объект, обладающий массой, обладает и энергией Е, пропорциональной этой массе m и равной ее произведению на квадрат скорости света (Е= тс2). Следовательно, увеличение энергии, содержащейся в объекте, приводит к увеличению его массы. «Таким образом,— писал физик М. Борн, комментируя теорию относительности,— мы достигли огромного единения наших знаний о материальном мире: материя в наиболее широком смысле этого слова (в том числе свет и другие формы чистой энергии на языке классической физики) имеет два фундаментальных качества: инерцию, измеряемую ее массой, и способность совершать работу, измеряемую ее энергией. Эти два качества строго пропорциональны друг другу». Уже упоминавшийся выше математик А. Пуанкаре независимо от Эйнштейна развил математическую сторону принципа относительности и стал употреблять этот термин с начала 1900-х гг. В 1907—1908 гг. специальную теорию относительности изложил в новой математической форме немецкий ученый Г. Минковский. Он предложил рассматривать мир как четырехмерный пространственно-временной континуум (связность), в котором время является четвертой координатой. Этим не отрицался факт трехмерности реального пространства, в котором существует все материальное, но подчеркивалось наличие неразрывной связи между пространством и временем. Дальнейшим шагом была общая теория относительности, разработанная Эйнштейном к 1916 г. (отдельные ее положения намечались и в более ранних трудах ученого, начиная с 1907 г.). Специальная теория относительности распространялась лишь на прямолинейные равномерные движения. Общая теория относительности охватывала и ускоренные непрямолинейные движения и привела к выводам о еще более тесной связи свойств пространства и времени с движущейся материей. Сам Эйнштейн выразил эту мысль в 1921 г. в полушутливом ответе на наивную просьбу изложить в нескольких фразах сущность теории относительности: «Прежде считали, что если все материальные тела исчезнут из Вселенной, время и пространство сохраняется. Согласно же теории относительности время и пространство исчезнут вместе с телами». Один из важнейших моментов общей теории относительности — принцип эквивалентности, утверждающий физическую неотличимость поля тяготения (гравитационного) и поля, создаваемого ускоренным движением (инерционного). Силовое поле можно называть гравитационным или инерционным в зависимости от выбора системы отсчета. На смену ньютоновскому закону всемирного тяготения Эйнштейн выдвигал новое, в высшей степени оригинальное объяснение явлений взаимного притяжения материальных объектов. Наличие гравитационных полей в некоторой области пространства он объяснял наличием локальной кривизны пространства. Это понятие означает, что метрика пространственно-временного континуума отступает от евклидовой (например, траектория луча света отклоняется от прямой при наличии поблизости материального тела). Таким образом, общая теория относительности впервые реально истолковала неевклидову геометрию. Расстояния в пространстве и расстояния во времени, т. е. метрические характеристики реального мира, определяются наличием гравитационных полей. Астрономия. Для развития астрономии этого периода характерно возникновение особой отрасли, пограничной с физикой,—астрофизики. В астрономии использовались все более совершенные приборы и методы наблюдения. Исключительно важные результаты были достигнуты применением в астрономии спектрального анализа. При помощи спектрального анализа, открытого еще в 1859 г., английский астроном Дж. Локьер (1836—1920) в 1868 г. обнаружил в солнечном спектре линию, не принадлежавшую ни одному из известных тогда земных элементов, и назвал соответствующий этой линии элемент гелием (от греческого слова «гелиос» — солнце). Кроме солнца, спектральный анализ начали применять к изучению звезд, в химическом составе которых астроному У. Хеггинсу (1824—1910) удалось обнаружить наличие большинства земных элементов. Хеггинс положил начало спектральному изучению туманностей за пределами Галактики. Методом спектрального анализа стали определять температуру звезд и направление их движения. Все более широко применяется фотографирование при поисках новых малых планет (астероидов), изучении солнечных протуберанцев и составлении звездных каталогов. Материалы, собранные в 1885—1896 гг. директором обсерватории на мысе Доброй Надежды Д. Гиллем, легли в основу большого звездного каталога (455 тыс. звезд Южного полушария), составленного голландским астрономом Я. К. Каптейном в 1896—1900 гг. На Международном астрономическом конгрессе в 1887 г. в. Париже было принято решение о создании всеобъемлющего каталога звезд. В этой работе приняли участие 18 обсерваторий различных стран, в том числе и Пулковская. Под руководством русского астронома О. А. Баклунд (1846—1916) там был составлен список звезд, вошедших в пулковские каталоги 1900 и 1905 гг. Он был принят в качестве международного списка фундаментальных звезд. Дополненный списком звезд южного неба, составленным Хофом, этот список звезд Баклунд — Хофа определил главное содержание работы всех основных астрономических обсерваторий земного шара на последующие 15—20 лет. В Пулково и Московской университетской обсерватории с 1870 по 1916 г. под руководством астронома В. К- Цераского (1849— 1925) проводилась тщательная разработка астрофотометрии. Це-раский создал уникальную коллекцию фотоснимков переменных звезд, которая используется до сих пор. Ему удалось впервые дать в 1895 г. надежную и близкую к действительности нижнюю оценку температуры Солнца. В результате исследований Э. Герцшпрунга, Г. Рессела и других была уточнена классификация звезд по их размерам, температуре ; поверхности и т. д. Астрономы пришли к выводу, что звезды не являются стабильными, а подвержены определенным законам развития. Новую эпоху в небесной механике вообще и решении задачи трех тел в частности открыл А. Пуанкаре. В 1890 г. он показал, что бесконечные тригонометрические ряды, определяющие движение трех тел, будучи расходящимися, могут использоваться для вычисления положения небесных светил только для ограниченных промежутков времени и с тем большей точностью, чем меньше эти промежутки. Пуанкаре создал теорию периодических траекторий, характеризующихся тем, что абсолютная или относительная конфигурация системы периодически повторяется. Методы Пуанкаре оказали существенное влияние на все дальнейшее развитие небесной механики и до настоящего времени вместе с капитальными исследованиями А. М. Ляпунова составляют основы качественной теории дифференциальных уравнений. В это время возникают новые космогонические теории. Небулярная гипотеза Канта — Лапласа ' не выдержала испытания временем. В 1906 г. Т. К. ЧемберлиниФ. Р. Мультон выдвинули новую гипотезу происхождения планетных систем вокруг звезд (прежде всего речь шла о Солнечной системе). Они предположили, что в свое время к Солнцу приблизилась какая-то звезда. Силы тяготения вызвали на обеих звездах такие гигантские протуберанцы, что после расхождения звезд из языков вырвавшегося звездного вещества образовались планеты, которые и начали вращаться вокруг своих «родителей». Эта гипотеза держалась почти 40 лет. В 80—90-е гг. работами Ф. А. Бредихина (1831 — 1904) были созданы теория кометных форм и теория происхождения метеорных потоков и образования периодических комет. Свои исследования Бредихин проводил в Пулковской обсерватории, руководителем которой он был с 1890 по 1895 г. Благодаря исследованиям А. А. Белопольского (1854—1934), Б. Б. Голицына (1862—1916) и других был собран обширный материал, касающийся движения материи на Солнце, Юпитере и Сатурне. Плодотворно используя так называемый принцип Допплера ', устанавливающий связь между изменением частоты колебаний, воспринимаемых приемником, и скоростью этого приемника относительно источника волн, Белопольский измерил лучевые скорости (т.е. скорости движения вдоль направления, по которому ведется наблюдение) большого числа звезд. Его наблюдения над переменными звездами 2 составили важный этап в развитии звездной астрономии. Выдающимся вкладом в астрофизику явилось экспериментальное доказательство в 1900 г. А. А. Белопольским справедливости принципа Допплера для световых волн.   1          К- Допплер   (1803—1853) —австрийский физик и астроном — установил этот принцип в 40-х гг. XIX в. 2          Переменной называется звезда, яркость которой периодически меняется, на пример Бета Персея (Алголь), которой в древности и в средние века приписывались самые зловещие магические свойства. Каждые трое суток ее яркость быстро падает, а затем снова возрастает до исходной. Переменные звезды именуются также цефеидами по названию первой изученной звезды такого типа — Дельты Цефея.

    

Химия

 

Открытие новых химических элементов. Для развития теоретической химии этого периода исходным и основополагающим было создание Д. И. Менделеевым его периодической системы. Гениальное творение русского ученого наложило печать на развитие химической науки в двух аспектах. Во-первых, пустые клетки таблицы Д. И. Менделеева (в 1871 г. было известно только 63 элемента) заполнились в результате открытий ученых различных стран, причем блестяще подтверждались предположения Менделеева о свойствах некоторых из этих неизвестных тогда элементов. До 1917 г. таблица пополнилась многими вновь открытыми элементами. Во-вторых, развитие теории строения атома помогло по-новому объяснить физический смысл периодической системы элементов. Выяснилось, что и порядковый номер элемента, и его атомный вес являются характеристиками строения атома данного вещества. Периодическая система элементов нашла подтверждение в работах многих ученых. В 1875 г. французский химик П. Э. Лекок де Буабодран (1838—1912) получил новый элемент — серебристый легкоплавкий металл, названный в честь родины ученого галлием. Практическое применение галлия относится лишь к нашему времени. В 1878—1879 гг. швейцарский химик Сорэ и шведский ученый П. Т. Клеве (1840—1905) обнаружили и получили небольшое количество солей элемента, окрашенных в оранжевый цвет. Этот элемент был назван гольмием в честь столицы Швеции Стокгольма, в старину называвшейся Гольмия (или Хольмия), где и были найдены эти редкоземельные минералы. В те же годы П. Клеве при активном участии физика Талена открыл тулий, названный учеными в честь античного наименования сказочной северной страны Туле (в данном случае отождествленной со Скандинавией). Еще в 1839 г. шведский химик Мозандер выделил новую «лантановую землю», которая, как выяснилось впоследствии, представляла собой смесь нескольких веществ. Мозандер назвал ее дидймием (от греческого слова «дйдимос» — двойник). В середине XIX в. «дидимиеву землю» стали получать из самарскита, открытого русским горным инженером В. М. Самарским-Быховцем (1803—1870) в Ильменских горах. В 1879 г. Лекок де Буабодран из «дидймиевой земли» выделил новый элемент, названный им самарием, подчеркнув, что элемент был получен из самарскита. В том же году Ж. де Ма-риньяк и Лекок де Буабодран выделили из дидимия еще одну «землю», названную ими гадолинием в честь финского химика XVIII в. Гадолина. Последующие исследования «дидймиевой земли» привели в 1882 г. австрийского химика К. А. фон Вельсбаха к открытию еще двух редкоземельных элементов — празеодима, названного так за свой светло-зеленый цвет (от греческого слова «прасинос» — зеленый, как лук), и неодима (от приставки «нео», т. е. новый, и последнего слога дидимия — «дим»). Таким образом, в начале 80-х гг. дидимий, значившийся в первых вариантах периодической системы Д. И. Менделеева химическим элементом, исчез, а вместо него образовалось четыре новых лантаноида: празеодим, неодим, самарий и гадолиний. В 1886 г. Лекок де Буабодран с помощью спектроскопического анализа «гольмиевой земли» открыл элемент, названный им диспрозием, также относящийся к лантаноидам. Это название было производным от греческого слова «дюспроситос» — труднодоступный. Лишь в 1906 г. Ж. Урбёну (1872—1938) удалось получить диспрозий в чистом виде. В начале XX в. поиски новых лантаноидов продолжались. В 1896—1900 гг. Э. Демарсэ в результате длительных опытов выделил из «самариевой земли» новый элемент, названный им в 1901 г. европием, в честь континента Европа. Открытие лютеция было связано с изучением иттербия. В 1907 г. Урбену удалось независимо от австрийского химика К- А. фон Вельсбаха открыть этот новый элемент. Лютеций получил свое название от древнеримского названия Парижа (Lutetia Parisorum). Чешский химик Б. Браунер (1855—1935), которому принадлежит большая заслуга по дальнейшему подтверждению и обоснованию периодической системы, выделил все редкоземельные элементы в особую группу, впоследствии названную лантаноидами   Сейчас лантаноиды широко применяются в виде металлов, сплавов и химических соединений в различных отраслях техники. В 1886 г. А. Муассан получил свободный фтор, который вскоре приобрел широкое применение в технологии. В 1894 г. У. Рамзай (Рэмзи) в сотрудничестве с Дж. Рэлеем (Рейли) (1842—1919) открыл ранее неизвестную составную часть воздуха — газ аргон. Позднее аргон нашел широкое использование в термической обработке легко окисляющихся металлов, в электроосветительных устройствах и т. д. В предыдущей главе уже упоминалось, что в 1868 г. астрономы обнаружили в солнечном спектре линии прежде неизвестного элемента, который был назван гелием. В 1895 г. Рэмзи выделил гелий из некоторых земных веществ. Он оказался инертным газом в 7 раз легче воздуха. Первое практическое применение этого легкого и невоспламеняющегося газа было осуществлено в Германии во время первой мировой войны для наполнения дирижаблей (вместо водорода). В 1898 г. Рэмзи совместно с М. Траверсон открыл криптон, ксенон и неон. Эти инертные газы применяются главным образом в электротехнической промышленности для изготовления неоновых ламп. Последним инертным газом явился радиоактивный радон, открытый Э. Дорном в 1900 г. Радон в наши дни применяется в медицине (радоновые ванны и т. п.). В 1900 г. бельгийский химик Л. Эррер предложил свести эти «благородные», или инертные, газы в особую, нулевую группу периодической системы элементов. Первым в нулевой группе был поставлен гелий. Сейчас весь вертикальный столбец, составивший нулевую группу, входит в VIII группу элементов. Напомним, что в начале рассматриваемого нами периода убеждение в неизменности элементов было почти всеобщим. Но Менделеев предвидел, что это воззрение будет поколеблено. «...Было бы весьма интересно,— писал он в 1898 г.,— присутствовать при установке данных для доказательства превращения элементов друг в друга, потому что я тогда мог бы надеяться на то, что причина периодической законности будет открыта и понята». Это предвидение оправдалось. Конец XIX и начало XX в. было временем открытия радиоактивности таких ранее известных тяжелых элементов, как уран и торий. В 1900 г. Крукс открыл первый изотоп урана — уран-Х В 1913 г. Фаянс и Геринг доказали, что уран-Х превращается в новый изотоп (уран-Хг) в результате радиоактивного распада. Радиоактивность тория была обнаружена супругами Кюри в 1898 г. В 1902 г. Резерфорд и Содди выделили изотоп тория (торий-А^). В 1898 г. супруги Кюри открыли радий ', а в 1902 г. выделили первые 0,1 г чистого препарата радия, опеределив его атомный вес — 225. В последующий период радий применялся как источник у-лучей для просвечивания металлических изделий, изготовления светящихся красок, а в медицине — для лечения злокачественных опухолей, кожных и других заболеваний. В 1898 г. М. Склодовская-Кюри открыла другой радиоактивный элемент — полоний '. Он стал использоваться только в последние годы как нейтронный источник в ядерных реакторах. В 1899 г. Добьёрн, сотрудник Кюри, открыл еще один радиоактивный элемент — актиний (от греческого слова «актис» — излучение) . По имени этого элемента весь ряд радиоактивных трансурановых элементов получил потом название «актиноиды». В 1903 г. Рэмзи доказал, что гелий — это продукт" радиоактивного распада радия. В 1914 г. англичанин Ф. Содди теоретически обосновал открытия многочисленных разновидностей радиоактивных веществ, указав, что существуют элементы, почти не отличающиеся друг от друга по химическим свойствам и занимающие одно и то же место в периодической системе элементов, но различающиеся по своему атомному весу,— изотбпы. В 1915 г. Содди экспериментально получил радий из урана. Дальнейшие исследования радиоактивности урана позволили сделать вывод, что актиний — это продукт одного из превращений урана и что могут существовать другие элементы уранового ряда. Подтверждение этому нашли австрийский физик Л. Майтнер (1878—1968) и немецкий химик О. Ган (1879—1968), открыв в 1917 г. протактиний. Благодаря открытию радиоактивного распада элементов, созданию электронной теории и новой модели атома, сущность и значение периодического закона Менделеева предстали в новом свете. Было установлено, что порядковый (атомный) номер элемента в периодической системе (он обозначается «Z») имеет реальный физический и химический смысл: он соответствует общему числу электронов в слоях оболочки нейтрального атома элемента и положительному заряду ядра атома. В 1913—1914 гг. английский физик Г.Г. Дж. Моз-ли (1887—1915) обнаружил прямую связь между спектром рентгеновских лучей элемента и его порядковым числом. К 1917 г. усилиями ученых разных стран было открыто 24 новых химических элемента, а именно: галлий (Ga), скандий (Sc), германий (Ge), фтор (F); лантаноиды: иттербий(Yb), гольмий (Но), тулий (Ти), самарий (Stn), гадолиний (Gd), празеодим (Рг), диспрозий (Dy), неодим (Nd), европий (Ей) и лютеций (Lu); инертные газы: гелий (Не), неон (Ne), аргон (Аг), криптон (Кг), ксенон (Хе) и радон (Rn) и радиоактивные элементы (к которым относился и радон): радий (Ra), полоний (Ро), актиний (Ас) и протактиний (Ра). Количество химических элементов в периодической системе Менделеева увеличилось с 63 в 1869 г. до 87 в 1917.   За всю историю периодической системы элементов было несколько сот вариантов ее графического изображения. Известны ее изображения в виде различных геометрических фигур: пространственных, плоскостных, аналитических фигур-спиралей. Наибольшее распространение получили три формы: короткая, предложенная Менделеевым и получившая всеобщее признание, длинная и лестничная. Длинную также разрабатывал Менделеев, а в усовершенствованном виде она была предложена в 1905 г. А. Вернером. Лестничная форма разрабатывалась английским ученым Т. Бейли (1882), датским ученым Ю. Томсоном (1895), а позднее была усовершенствована Н. Бором (1921). Развитие общей и неорганической химии. Для рассматриваемого периода характерно еще более тесное, чем прежде, сближение химии с физикой и приближение химии к уровню строго математической науки. К началу 70-х гг. в физике было завершено создание термодинамики, электродинамики, развиты исследования в области спектроскопии. Успехи в развитии химии и физики расширили область собственно физико-химических исследований и завершили процесс становления физической химии как самостоятельной науки. Главную роль в этом сыграли Н. Н. Бекетов (1827—1911) и немецкий ученый В. Ф. Освальд (1853—1932). Бекетов впервые сформулировал и обосновал положение, что физическая химия — это самостоятельная наука, основная задача которой .состоит в изучении связи химических и физических свойств веществ, химических и физических явлений и процессов.   В конце XIX в. в результате работ М. Бертло (1827-—1907), Ю. Томсона (1826—1909), В. Ф. Лучинина (1834—1911) и Н. Н. Бекетова была создана термохимия, изучавшая закономерности в теплотах образования и тешютах сгорания веществ в зависимости от их химического строения. Благодаря исследованиям Дж. Гиббса (1839—1903), Я- Г. Вант-Гоффа (1852—1911), В. Г. Нернста (1864—1941) и других ученых со второй половины XIX в. начинает развиваться химическая термодинамика, изучавшая энергетические эффекты, сопровождающие химические процессы. В 70-х гг. Гиббс сформулировал правило фаз, по которому всякое вещество (система) имеет несколько состояний, разделенных между собой границами (фазовыми границами). Так, вода состоит из трех фаз: льда, воды и водяного пара. В начале XX в. В. Нернст обнаружил, что по мере приближения к температуре абсолютного нуля тепловой эффект и движущая сила химических реакций все более приближаются друг к другу, а при температуре абсолютного нуля — совпадают. Благодаря тепловому закону стал возможен точный расчет химических равновесий. В области учения о растворах французский физик Ф. М. Рауль (1830—1901) и ученик Менделеева Д. П. Коновалов (1856—1929) установили законы давления пара над растворами (1881). В 1890 г. Коновалов дал общее определение осмотического давления, которое и сейчас лежит в основе вычисления величин осмотического давления в термодинамике. Разработке осмотической теории растворов способствовали работы Вант-Гоффа, Освальда и шведского химика С. А. Аррёниуса (1859—1927). В 1888 г. Освальд открыл названный затем его именем закон разбавления — частный случай общего закона действия масс, который он использовал для объяснения электролитической диссоциации. Согласно этой теории вещества раствора, через который проводят электрический ток, в процессе электролиза распадаются на ионы, т. е. электрически заряженные частицы. Было доказано, что ион отличается от нейтральной частицы избытком или недостатком электронов. Разработкой теории электролитической диссоциации  занимались  в  России  И. А. Каблуков (1857—1942) и В. А. Кистяковский (1865—1952). В 1889 г. Каблуков обнаружил явление аномальной электропроводности в неводных растворах. Изучение свойств кристаллов наряду с другими физико-химическими исследованиями способствовало возникновению стереохимии. Исследованиями общих закономерностей, управляющих химическими процессами, заинтересовалась возникшая в конце XIX в. крупная химическая индустрия. От изучения скорости и направления химических реакций, влияния на эту скорость среды и других факторов зависела производительность химической промышленности. Всеми этими проблемами стала заниматься новая наука — химическая кинетика.   Начало систематическому изучению химических реакций было положено Н. А. Меншуткиным (1842—1907) в 1877 г. В теории гальванических элементов были даны представления об электронных потенциалах (В. Нернст), Вант-Гофф окончательно сформулировал и детально разработал основные принципы формальной кинетики, Аррениус ввел представление об энергии активации. В 90-х гг. русский ученый А. Н. Бах (1857—1946) создал теорию медленного окисления. В 1905 г. Н. А. Шилов (1872—1930) подробно изучил механизм сопряженных реакций, особое внимание придавая промежуточным продуктам в кинетике сопряженных реакций окисления. Д. П. Коновалов положил начало исследованиям по физико-химической теории катализа. В 1885 г. он впервые ввел понятие активной поверхности, сыгравшее важную роль в развитии теории катализа. Теорией катализа занимался в 1886 г. Менделеев. За рубежом С. Оствальд в 1888 г. независимо от Д. П. Коновалова вывел формулу скорости автокаталитических реакций. В начале XX в. исследованием хода каталитических реакций занялся в России В. Н. Ипатьев (1867—1952). Он исследовал каталитическое действие оксидов металлов при высоких давлениях и температурах и в 1911 г. обнаружил, что при использовании смеси катализаторов их действие усиливается. В 1878 г. в США Дж. У. Гиббс установил основные законы поверхностных явлений и адсорбции (поглощение вещества из газовой или жидкой среды поверхностным слоем твердого тела — адсорбента). Русскими учеными Н. Д. Зелинским, Н. А. Шиловым, А. В. Ра-ковским (1879—1941) и другими был изучен ряд важных процессов адсорбции на углях и других адсорбентах. В 1903 г. физиолог и биохимик растений М. С. Цвет (1872—1919) открыл способ хромато-графического адсорбционного анализа, получившего в дальнейшем широкое практическое применение для различения веществ, близких по свойствам. В 1879 г. норвежские ученые К. М. Гульдберг (1836—1902) и П. Вааге (1833—1900) открыли закон действия масс, представив его в математической форме, и развили теорию скоростей химических реакций. Химическое равновесие рассматривалось ими не как статический, а как динамический процесс. В 1884 г. француз А. Л. Ле Шательё (1850—1936) сформулировал общий закон смещения химического равновесия в зависимости от внешних факторов (принцип Ле Шателье). В 1884 г. Вант-Гофф, опираясь на выведенное Гульдбергом и Вааге кинетическое выражение закона действия масс, обосновал важнейшие положения теории химической кинетики. В конце XIX — начале XX в. в России Н. С. Курнаков (1860— 1941) для исследования различных металлических, солевых и органических веществ разработал основы физико-химического анализа. В 1903 г. он сконструировал прибор для определения термических превращений в металлах, а в 1906 г. ввел измерение электропроводности как метод изучения изменения свойств материалов в зависимости от их состава. Методы физико-химического анализа, разработанные Курнаковым, позволяли проводить исследования материалов без их разрушения, что было совершенно недоступно для применявшихся тогда приемов химических исследований. С помощью своих методов в 1917 г. Курнаков обнаружил залежи калийных солей в районе Соликамска, что сыграло заметную роль в промышленном освоении богатейших калийных месторождений. Органическая химия. Вследствие быстро возраставшего количества новых данных, интенсивного накопления фактического материала все более настоятельной становилась необходимость создания единой теории строения органических соединений. В 1861 г. А. М. Бутлеров (1828—1886) первым четко сформулировал определение понятия химического строения как способа связи атомов в молекуле. Он считал, что химический характер веществ зависит от природы и количества его элементарных составных частей и химического строения соединений. Им была создана теория строения органических соединений. По сравнению с идеями, выдвигавшимися ранее (теория типов Ш. Жерара, структурная теория А. Кёкуле), эта теория в большей степени способствовала систематизации органических соединений. С ее помощью стало возможным объяснение изомерии и предсказание неизвестных соединений. Структурные формулы наглядно отражали связи между формулой и свойствами вещества. К середине 60-х гг. теория химического строения была подтверждена экспериментально. Дальнейшее развитие теории Бутлерова связано с именем В. В. Марковникова (1837—1904). В 1869 г. он установил порядок присоединения различных веществ к ненасыщенным углеводородам. Это способствовало более глубокому пониманию строения молекул органических соединений и природы их способности к реакциям. Немаловажное значение для разработки теории органической химии имело возникновение стереохимии. Еще в 1874 г. ВантТофф и француз А.-Ж. Ле Бель (1847—1930) независимо друг от друга выдвинули теорию о различном пространственном распределении атомов в молекулах кристаллов одинакового химического состава в тех случаях, когда эти кристаллы обладают различными оптическими свойствами. Таким образом, было расширено представление об изомерии и установлено несколько ее видов. Наряду с изображением химических связей в виде двухмерных «структурных формул» (как это делалось прежде) появились формулы стереохимические, принимавшие во внимание расположение атомов в трех измерениях. Дальнейшие исследования в области стереохимии продолжил немецкий химик А. Байер (1835—1917). В 1885 г. он на основе своих работ с бензолом предложил «теорию напряжения». В 1888 г. В. Майер назвал строение молекул с учетом их геометрического расположения «стереохимическим строением» и дал тем самым название новой области химии. В 1890 г. А. Ганч и швейцарец А. Вернер (1866—1919) распространили стереохимические представления на азот. В том же году К. А. Бишоф (1855—1908) выдвинул гипотезу об отсутствии свободного вращения вокруг простой углеродной связи вследствие влияния заместителей, которая затем была развита в современном учении о поворотной изомерии. В 1895 г. П. Вальден открыл оптический круговой процесс («вальденовское обращение») и установил, что на величину оптического вращения влияет химическое строение радикалов, связанных с асимметрическим атомом углерода. Дальнейшее развитие стереохимии стало возможным благодаря открытию электрона и созданию теории строения атомного ядра. Успехи теории химического строения органических соединений, появление стереохимии, развитие теории валентности стали предпосылками создания химии комплексных соединений. В 1891 — 1893 гг. А. Вернер выдвинул координационную теорию. В России этой теории придерживался Л. А. Чугаев (1873—1922) —основатель отечественной школы химии комплексных соединений. В 1905 г. он открыл реактив для определения никеля, а в 1915 г. синтезировал предсказанное Вернером аммиачное соединение платины. Исследования Чугаева помогли решить многие задачи разделения и получения платиновых металлов в чистом виде, имевших практическое значение для развития платиновой промышленности. Успехи химии обеспечили в конце XIX— начале XX в. разработку различных методов органического синтеза. В 1874 г. немец Ф. Тиман (1848—1899) синтезировал ванилин. В 1877 г. француз Ш. Фридёль (1832—1899) и американец Дж. М. Крафтс (1839—1917) предложили способ получения ароматических соединений. В Германии К- Фальберг и А. Рёмсен в 1879 г. синтезировали сахарин, который в 500 раз был слаще сахара. Для производства сахарина в Магдебурге был построен завод «Фальберг, Лист и К0»- В 1883 г. А. Байер сумел синтезировать индиго. Синтез антипирина — жаропонижающего средства — осуществил Л. Кнорр, получивший также синтетическим путем аспирин, антифебрин, сульфонал и трионал. В 1884 г. Э. Г. Фишер (1852—1919) синтезировал фруктовый и виноградный сахар. Продолжая свою работу, он получил важные сведения о моносахаридах и строении Сахаров. Исследования мочевой кислоты позволили ученому установить, что в ее основе лежит аурин — широко распространенное азотосодержащее основание, входящее во многие соединения (кофеин, теобромин, гуанин, адеин, ксантин и др.). Эти исследования подвели Фишера к изучению белка в конце XIX в.1. В 1897 г. поляки М. В. Ненцкий (1847—1901) и Л. Мархлевский установили химическое родство двух природных пигментов — гемоглобина и хлорофилла, а С. Костанецкий выяснил химическую природу желтых красящих веществ, распространенных в растениях. В 1887 г. ученик Бутлерова И. Л. Кондаков синтезировал изопрен. Ему удалось установить способность всех диенов г с сопряженной системой связей к полимеризации с образованием каучуков В 1910 г. О. Г. Филиппов крекингом паров этилового эфира над металлическим алюминием получил бутадиен. В 1913 г. И. И. Остромысленский (1880—1939) предложил несколько способов синтеза бутадиена. Однако фундаментальные исследования в области химии диеновых углеводородов принадлежат С. В. Лебедеву, который в 1902 г. вскрыл основные закономерности явлений полимеризации органических молекул. Особенно плодотворным оказался метод французского ученого В. Гриньяра (1871 —1935). Пользуясь им, можно было синтезировать большое число разнообразных органических веществ. За свои разработки Гриньяр в 1912 г. был удостоен Нобелевской премии. В период с 1870 по 1917 г. началось исследование многих сложнейших природных веществ. Одним из таких природных продуктов, содержащих большое число разнообразных углеводородов и других органических соединений — ценнейших материалов для синтеза, стала нефть. Начал глубокое исследование нефти В. В. Марковников. В 1881 — 1904 гг. он развернул широкие работы по химии и технологии нефти. Изучая кавказскую нефть, Марковников установил в составе фракций нефти присутствие нового класса углеводородов — нафтёнов. В те же годы немец О. Баллах (1847—1931) и русский ученый Е. Е. Вагнер (1849—1903) исследовали терпены и сделали вывод, что это особый класс органических соединений, входящих в состав эфирных масел, и ими обусловлен смолистый запах хвойных деревьев. Баллах указал на генетическую связь терпенов с изопреном. За это открытие в 1910 г. он был удостоен Нобелевской премии.