МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ ФИ́ЗИКА

МОЛЕКУЛЯ́РНАЯ ФИ́ЗИКА, раз­дел фи­зи­ки, в ко­то­ром ис­сле­ду­ют­ся фи­зич. свой­ст­ва тел на ос­но­ве рас­смот­ре­ния их мо­ле­ку­ляр­но­го строе­ния. В М. ф. изу­ча­ют­ся: строе­ние ве­ще­ст­ва и его из­ме­не­ние под влия­ни­ем внеш­них фак­то­ров (дав­ле­ния, темп-ры, разл. фи­зич. по­лей), яв­ле­ния пе­ре­но­са энер­гии, им­пуль­са и ве­ще­ст­ва, фа­зо­вое рав­но­ве­сие и фа­зо­вые пе­ре­хо­ды 1-го и 2-го ро­дов, по­верх­но­ст­ные яв­ле­ния на гра­ни­цах раз­де­ла фаз, яв­ле­ния, свя­зан­ные с умень­ше­ни­ем ха­рак­тер­ных раз­ме­ров тел.

Пер­вые пред­по­ло­же­ния о дис­крет­ном строе­нии ве­ще­ст­ва воз­ник­ли в глу­бо­кой древ­но­сти (Лев­кипп, Де­мок­рит). В 17 в. эти идеи воз­ро­дил П. Гас­сен­ди. В 1660 Р. Бойль вы­пол­нил опы­ты по сжи­мае­мо­сти га­зов и пред­ло­жил объ­яс­не­ние на­блю­дае­мых свойств на ос­но­ве пред­став­ле­ния о мель­чай­ших час­ти­цах га­зов, ко­то­рые он, сле­дуя Гас­сен­ди, на­звал мо­ле­ку­ла­ми. Тео­ре­тич. объ­яс­не­ние за­ко­нов, ус­та­нов­лен­ных Бой­лем, на ос­но­ве ги­по­те­зы мо­ле­ку­ляр­но­го строе­ния ве­ще­ст­ва впер­вые дал Д. Бер­ну­лли (см. в ст. Бер­нул­ли). Он вы­ра­зил (1738) дав­ле­ние га­за че­рез чис­ло столк­но­ве­ний мо­ле­кул со стен­кой и при­шёл к вы­во­ду о воз­рас­та­нии ско­ро­сти мо­ле­кул га­за с рос­том темп-ры.

В 18–19 вв. мо­ле­ку­ляр­ная тео­рия строе­ния ве­ще­ст­ва бы­ла раз­ви­та в ра­бо­тах М. В. Ло­мо­но­со­ва, Дж. Джо­уля, Р. Клау­зиу­са, Дж. К. Мак­свел­ла и Л. Больц­ма­на. Пря­мая экс­пе­рим. про­вер­ка тео­ре­тич. вы­во­дов о рас­пре­де­ле­нии мо­ле­кул га­за по ско­ро­стям бы­ла про­ве­де­на ме­то­дом мо­ле­ку­ляр­ных пуч­ков франц. фи­зи­ком Л. Дю­ну­айе (1911) и О. Штер­ном (1920).

Раз­ви­тию М. ф. спо­соб­ст­во­ва­ли так­же ис­сле­до­ва­ния бро­унов­ско­го дви­же­ния, впер­вые опи­сан­ные Р. Бро­уном (1827). Тео­ре­тич. обос­но­ва­ния ги­по­те­зы о мо­ле­ку­ляр­ной при­ро­де бро­унов­ско­го дви­же­ния бы­ли да­ны в ста­ти­стич. тео­рии А. Эйн­штей­на (1905) и М. Смо­лу­хов­ско­го (1908). Бле­стя­щая экс­пе­рим. про­вер­ка спра­вед­ли­во­сти этой тео­рии, вы­пол­нен­ная в ра­бо­тах Ж. Пер­ре­на (1908–1913) и Т. Свед­бер­га (1906–11), при­ве­ла к при­зна­нию мо­ле­ку­ляр­но-ки­не­ти­чес­кой тео­рии строе­ния ве­ще­ст­ва. В про­цес­се раз­ви­тия ки­не­ти­че­ской тео­рии га­зов ра­бо­та­ми Дж. К. Мак­свел­ла, Л. Больц­ма­на, Дж. У. Гиб­бса бы­ла соз­да­на клас­сич. ста­ти­стич. фи­зи­ка.

Ко­ли­че­ст­вен­ные пред­став­ле­ния о взаи­мо­дей­ст­вии мо­ле­кул на­ча­ли раз­ви­вать­ся в тео­рии ка­пил­ляр­ных яв­ле­ний. Клас­сич. ра­бо­ты в этой об­лас­ти, вы­пол­ненные А. Кле­ро (1743), П. Ла­п­ла­сом (1806), Т. Юн­гом (1805), С. Пу­ас­со­ном (1831), К. Га­ус­сом (1830–31), бельг. учёным Ж. Пла­то (1843), Дж. Рэ­ле­ем (1890) и др., по­ло­жи­ли на­ча­ло тео­рии по­верх­но­ст­ных яв­ле­ний. Меж­мо­ле­ку­ляр­ные взаи­мо­дей­ст­вия бы­ли уч­те­ны Й. Д. Ван дер Ва­аль­сом при объ­яс­не­нии фи­зич. свойств ре­аль­ных га­зов и жид­ко­стей (1873), а так­же при по­строе­нии тер­мо­ди­на­мич. тео­рии ка­пил­ляр­но­сти (1894). Идеи Ван дер Ва­аль­са о ква­зи­ас­со­циа­ци­ях мо­ле­кул, вы­зван­ных меж­мо­ле­ку­ляр­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем, бы­ли ис­поль­зо­ва­ны в од­ном из осн. под­хо­дов ста­ти­стич. ме­ха­ни­ки ре­аль­ных га­зов – в ви­ри­аль­ном раз­ло­же­нии, пред­ло­жен­ном Х. Ка­мер­линг-Он­не­сом (1901) и обос­но­ван­ном англ. ма­те­ма­ти­ком Х. Ур­сел­лом (1927) и амер. фи­зи­ко­хи­ми­ком Дж. Май­е­ром (1937).

Во­прос о при­ро­де меж­мо­ле­ку­ляр­ных взаи­мо­дей­ст­вий впер­вые был по­став­лен П. Н. Ле­бе­де­вым (1894), ко­то­рый ука­зал на их элек­тро­маг­нит­ный ха­рак­тер. В 20 в. ко­ли­че­ст­вен­ная тео­рия мо­ле­ку­ляр­ных сил раз­ви­ва­лась в ра­бо­тах Ф. Лон­до­на (1930), ни­дерл. фи­зи­ков Х. Ка­зи­ми­ра и Д. Поль­де­ра (1948) и в даль­нейшем бы­ла при­ме­не­на при по­строе­нии мик­ро­ско­пич. тео­рии мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ни­дерл. фи­зи­ка Х. Га­ма­ке­ра (1937) и мак­ро­ско­пич. тео­рии мо­ле­ку­ляр­но­го взаи­мо­дей­ст­вия ме­ж­ду кон­ден­си­ро­ван­ны­ми те­ла­ми Е. М. Лиф­ши­ца (1954). Пря­мые экс­пе­рим. из­ме­ре­ния сил мо­ле­ку­ляр­но­го при­тя­же­ния в за­ви­си­мо­сти от рас­стоя­ния ме­ж­ду те­ла­ми впер­вые бы­ли вы­пол­не­ны рос. учё­ны­ми Б. В. Де­ря­ги­ным и И. И. Аб­ри­ко­со­вой (1951) и по­ка­за­ли ко­ли­че­ст­вен­ное со­гла­сие с раз­ви­той позд­нее мак­ро­ско­пич. тео­ри­ей И. Е. Дзя­ло­шин­ско­го, Е. М. Лиф­ши­ца и Л. П. Пи­та­ев­ско­го (1959), обоб­щив­шей под­ход Лиф­ши­ца на слу­чай взаи­мо­дей­ст­вия тел че­рез про­слой­ку кон­ден­си­ро­ван­ной фа­зы.

Раз­ви­тие М. ф. при­ве­ло к вы­де­ле­нию из неё са­мо­сто­ят. раз­де­лов: ста­ти­сти­че­ской фи­зи­ки, ки­не­ти­ки фи­зи­че­ской, фи­зи­ки кон­ден­си­ров. со­стоя­ния ве­ще­ст­ва и др. На ос­но­ве об­щих тео­ре­тич. пред­став­ле­ний М. ф. по­лу­чи­ли раз­ви­тие фи­зи­ка по­ли­ме­ров, кри­стал­ло­фи­зи­ка, фи­зи­ка плаз­мы, кол­ло­ид­ная хи­мия, тео­рии мас­со- и те­п­ло­пе­ре­но­са, фи­зи­ко-хи­мич. ме­ха­ни­ка, фи­зи­ка на­но­раз­мер­но­го со­стоя­ния ве­ще­ст­ва. При всём раз­ли­чии объ­ек­тов и ме­то­дов ис­сле­до­ва­ния в этих раз­де­лах нау­ки со­хра­ня­ет­ся гл. идея М. ф. – опи­са­ние мак­ро­ско­пич. свойств ве­ще­ст­ва на ос­но­ве мик­ро­ско­пич. (мо­ле­ку­ляр­ной) кар­ти­ны его строе­ния.

За­да­чи М. ф. свя­за­ны с изу­че­ни­ем дви­же­ния и взаи­мо­дей­ст­вия час­тиц (ато­мов, мо­ле­кул, ио­нов, элек­тро­нов), со­став­ляю­щих фи­зич. те­ла. Для ре­ше­ния этих за­дач при­ме­ня­ют­ся тео­ре­тич., экс­пе­рим. и чис­лен­ные ме­то­ды ста­ти­стич. и кван­то­вой ме­ха­ни­ки, тер­мо­ди­на­ми­ки и фи­зич. ки­не­ти­ки, элек­тро­ди­на­ми­ки, спек­тро­ско­пии. Раз­ви­тые в 20 в. экс­пе­рим. ме­то­ды, та­кие как элек­трон­ная и атом­но-си­ло­вая мик­ро­ско­пия, масс-спек­тро­мет­рия, разл. ви­ды спек­тро­ско­пии (ра­дио­час­тот­ная, оп­тич., рент­ге­нов­ская) и ядер­ный маг­нит­ный ре­зо­нанс, по­зво­ля­ют с вы­со­кой точ­но­стью оп­ре­де­лять строе­ние и раз­ме­ры ато­мов и мо­ле­кул, изу­чать за­ко­но­мер­но­сти их взаи­мо­дей­ст­вия.