Mekanistik Sains, Termodinamika,dan Industri di AkhirAbad kesembilan belas1. PerkenalanTeori-teori fisik yang dikembangkan selama dekade pertama abad kedua puluh memilikimemperkenalkan cara baru yang radikal mempertimbangkan baik fenomena alam dan strukturdan tugas dari penjelasan ilmiah. Albert Einstein dapat dianggap sebagai ayah dari inirevolusi dalam fisika, setelah memperkenalkan beberapa konsep yang paling inovatif dan teori:meskipun, pada akhirnya, ia sangat menentang drift resmi ekstrim dari "ortodoks"formulasi mekanika kuantum oleh sekolah Copenhagen.Tingkat abstraksi dan pengobatan matematika yang dicapai oleh teori terakhirmembuatnya tidak hanya sangat sulit bagi orang awam untuk memahami, tetapi juga bermasalahuntuk mengajar kepada siswa di bidang ilmiah yang tidak memerlukan basis matematika yang mendalam dankapasitas abstraksi yang kuat. Kesulitan terakhir ini menyiratkan kontradiksi serius dengan hormatuntuk difusi tumbuh dan laju kemajuan teknologi, sejak kuantumTeori adalah abad tua, adalah alat fundamental dalam bidang ini, dan karena itu harus memilikidifusi lebih dalam.Ini tidak membantu, dalam hal ini, untuk menunjukkan, karena kebanyakan fisikawan lakukan, bahwa strukturmekanika kuantum adalah salah satu yang sesuai dengan sifat-sifat dunia atom. Kitatidak mempertanyakan keberhasilan dari teori kuantum, tapi kami berpendapat bahwa di jalur yang menuju keperumusan, pilihan tertentu dibuat, terkait dengan lingkungan sosial dan budayadan arus, dan penyebaran, pertumbuhan dan evolusi Revolusi Industri diEropa Barat [25]. Kegiatan ilmiah jelas memiliki kekhususan sendiri, tetapi para ilmuwanmempelajari hukum alam tidak terisolasi dari dunia luar, mereka bukanorang waktu mereka, terlibat dengan masalah sosial, mental, paradigma budaya danarus filosofis. Sebuah rekonstruksi rasional lingkungan ini dan pilihan inimaka dapat membantu dalam tugas sulit membuat struktur akhir dan konsep kuantummekanik lebih dapat diterima.Bab ini menyajikan analisis historis, membahas bagaimana revolusi abad kedua puluhdalam fisika adalah hasil dari evolusi yang panjang dan rumit, dari awal empirisdan formulasi fenomenologis berdasarkan bukti eksperimental dan data, terhadap struktur semakin kompleks dan formal berdasarkan model [1]: model matematika difisika, model molekul dan reaksi kimia, struktur hipotetis lainnya dicabang lainnya. Evolusi ini terbalik hubungan antara ilmu pengetahuan dan teknologi,dan mengubah pertama menjadi kekuatan produktif yang kuat: drift terhadap formalisasimembuat ilmu alat yang fleksibel, yang berlaku untuk setiap bidang, sementara produksi tumbuhmenjadi sistem yang kompleks dari cabang semakin khusus. Pada saat yang sama,organisasi penelitian ilmiah berubah dari salah satu ilmuwan individu menyelidikiatas dasar sumber daya mereka pribadi dan kepentingan, untuk struktur yang kompleks yang dibiayaioleh Negara atau perusahaan; sarana dan instrumen material menjadi semakinberbelit-belit, mencapai dimensi laboratorium besar dengan status internasional. Dijalannya proses tersebut, pemahaman, dan kontrol atas, fenomena alamtelah memperdalam mengherankan, seperti di bidang aplikasi teknis dan inovasi.Evolusi ini adalah tidak linear atau sepenuhnya dimengerti pada murni "internal"dasar, dalam arti bahwa perubahan dan pilihan yang terlibat hampir tidak direduksi menjadi murnipersyaratan ilmiah.2. Keterbatasan Pendekatan Ilmiah Awal fenomenologisTahap pertama dari industrialisasi, dimulai dengan abad kedelapan belas Revolusi Industridi Inggris, pada dasarnya berdasarkan penemuan empiris. Inovasi teknis(seperti mesin uap, atau banyak proses kimia dasar) tidak bisa mengandalkan sebelumnyapengetahuan ilmiah dan bukan berasal dari cipta individu dan kreativitas.Selama paruh pertama abad kesembilan belas, pengembangan ilmu pengetahuan tetapsubstansial tergantung pada inovasi teknis, dan difungsikan sebagai alat untuk memberikan pemahamandan basis sounder untuk prinsip-prinsip yang mendasari, untuk memungkinkan lebihperbaikan. Pengetahuan ilmiah tidak diragukan lagi menjadi semakin sistematis, sebagaicabang ilmiah tertentu yang diperoleh otonomi yang lebih besar dan yayasan ketat. Thesikap ilmiah yang berlaku itu namun masih berdasarkan pada resep ketat sesuaiuntuk tujuan dan baik dipastikan fakta eksperimental dan data, menghindari jalan setiapkonsep atau entitas yang tidak langsung terukur.Resep ini jarang sepenuhnya dilaksanakan dalam praktek, karena tidak dapat dihindariKehadiran akal sehat, atau konsep ideologis, seperti "analogi hidrolik" diadopsioleh Sadi Carnot pada tahun 1824, atau penjelasan dari interaksi dalam hal gaya yang bekerja pada

jarak. Namun, itu adalah reaksi yang sehat untuk penggunaan sembarangan metafisikspekulasi di masa lalu, meskipun sangat terbatas kemungkinan berlangsung ataumeramalkan sifat benar-benar baru atau fenomena, dan hampir tidak bisa menyebabkan benar-benar baruperangkat teknologi. Salah satu contoh yang paling eksplisit adalah penolakan umummodel atom, meskipun Dalton sudah merumuskan konsep atom dimulai dari abad kesembilan belas, dan Avogadro (1811) dan amper (1814) telah memperkenalkanhipotesis molekuler. Seperti penolakan tertunda, misalnya, pengembangantermodinamika dan konsep energik (yang telah diperkenalkan oleh JohnSmeaton secara empiris di paruh kedua abad kedelapan belas): termodinamikalahir terutama sebagai ilmu mesin uap, dan pengembangan lebih lanjuttidak mengatasi cakrawala ini sampai paruh kedua abad kesembilan belas. Kimia,di sisi lain, meskipun penyelesaian kuantitatif memiliki pasti mengatasi batas-batasalkimia, mempertahankan sikap empiris dan fenomenologis, yang membuktikan hambatan besar untuk memahami sifat zat kimia danmekanisme proses kimia. Hal ini terutama jelas dalam kasus organikkimia: sekali ide dari kekuatan vital non-fisik diatasi, Gerhardt diusulkan(pada tahun 1844) klasifikasi berdasarkan "jenis struktural", "tanpa perlu beralih ke hipotesis,tapi ketat menjaga dalam batas-batas pengalaman "[18]. Klasifikasi Gerhardt initernyata secara substansial menyesatkan, karena tidak adanya model molekulstruktur

3. Mid-Century New Breath (1850-1870): Dari Empirisme ke TeoritisModelSikap ilmiah ini berubah sekitar pertengahan abad, ketika pendekatan awalilmu abad kesembilan belas menunjukkan ketidakmampuan dalam menghadapi perubahan sosialdan situasi budaya dan struktur produktif.Joule sudah disebut model materi dan atom dalam penyelidikan mendasarpada "teori mekanik" panas (1842-1848), meskipun ia membatasi diriuntuk kwalitatif pertimbangan dalam rangka mendukung konsep baru. Dekade berikutmelihat menjengkelkan sebenarnya dari yayasan metodologis sebelumnya, dengan pengenalanmodel kedua, dan hampir bersamaan, dalam fisika dan kimia, untuk mencapaipemahaman yang lebih dalam proses yang dipelajari, dan untuk mendapatkan hasil yang baru: inimodel dirumuskan secara kuantitatif, istilah matematika.Di depan sosial dan ekonomi, pada paruh kedua abad kelas menengahdidirikan kekuatannya di Eropa Tengah; dan dalam dua dekade pertama periode ini barusituasi sosial mulai mempengaruhi setiap aspek kehidupan - sosial, budaya dan praktis.Kekalahan kelas bangsawan lama dan pembentukan ekonomi kapitalistikdan sistem industri yang ditimbulkan kebutuhan, sebelum kemungkinan, untuk langkah besar ke depandi segala bidang. Pada abad sebelumnya, pencapaian sistem industri harusterbatas pada Inggris, yang telah mengembangkan kekuatan industri mengesankan; awalindustrialisasi mulai berkembang di Perancis setelah revolusi 1789, tapi hampirmampir Pemulihan. Ketika kelas menengah tertular mencapai kondisi untukmengembangkan kegiatan ekonomi dan kewirausahaan di negara-negara Eropa Tengah(pada dasarnya daerah berbahasa Jerman), masalah bersaing dengan luar biasaKekuatan industri dan ekonomi Inggris menimbulkan masalah dan tantangan yang diatasimelalui inovasi di segala bidang: praktis, budaya dan ideologi. Protektionismemulai menurun, dan area internasional perdagangan bebas didirikan. Ini gratisperusahaan didorong dan ditingkatkan dengan pengaturan dari bentuk-bentuk baru dari kredit dan olehperkembangan baru dalam sistem perbankan.Perubahan ini disertai dengan inovasi teknis yang cukup. The teknologiModel pertama Revolusi Industri terbukti semakin ketatuntuk persyaratan baru: sejumlah hambatan harus diatasi dengan caramelompat teknologi. Dalam dua dekade setelah 1850 ada peningkatan spektakuler ditingkat penemuan dan inovasi, meskipun mereka masih tetap dasarnya independendari kemajuan ilmiah.Mari kita membatasi diri di sini untuk beberapa contoh yang relevan. Teknik baru diperkenalkanuntuk produksi baja (Bessemer, Siemens, Gilchrist-Thomas). Tidak seperti industri Inggris- Yang telah dikembangkan dalam perjalanan abad sebelumnya menjadi besar,

struktur yang agak kaku, yang terbukti menjadi cukup sulit untuk mereorganisasi - baja Jermanindustri pada dasarnya dikembangkan atas dasar proses-proses baru: di awalabad kedua puluh pabrik baja rata Jerman sekitar empat kali ukuran

satu Inggris, sementara produksi Jerman menyalip produksi Inggris.Hal serupa terjadi di produksi soda ketika Solvay memperkenalkan baru danjauh lebih efisien metode sintesis. Industri Inggris, berdasarkan Leblanc tuaproses, mengadakan monopoli produksi soda dunia, tapi itu tidak cukup fleksibel untukmerespon dengan cepat untuk proses baru, berusaha bukan untuk meningkatkan proses yang lama sejauhmungkin. Industri Jerman yang muncul, di sisi lain, menggunakan proses baru,dan melampaui produksi Inggris dalam beberapa dekade, menjadi produsen utama dunia.Produksi bahan kimia pada umumnya maju pesat di Jerman, khususnya organikkimia, dan industri pewarna yang baru lahir. Misalnya penting dari inovasiadalah penemuan mesin pembakaran internal.Seiring dengan proses ini, bagaimanapun, kesadaran tumbuh dalam memimpin teknologibidang yang meninggalkan proses inovasi untuk kegiatan hampir serampangan atau kecerdikanpenemu tidak memadai. Beberapa jenis panduan untuk inovasi teknis dan industrisekarang diperlukan, dan panduan tersebut hanya dapat diberikan oleh penelitian ilmiah, jikabisa mengatasi pendekatan empiris yang substansial sangat terbatas kemungkinandari hasil baru atau menemukan proses baru. Perlu dicatat di sini bahwa perubahan ini tidakbukan hasil dari keputusan sadar: bukan itu merupakan tanggapan terhadap semangat baru penyelidikandan penyelidikan fenomena alam yang pecah dengan yang lama, metode tradisional,dan mencerminkan partisipasi ilmu pengetahuan dan teknologi di masyarakat baru dan ekonomi.Itu adalah proses pematangan umum yang tercermin dirinya dalam semua aspekaktivitas anggota kelas yang muncul.Sikap baru ini disebabkan renovasi metodologis yang mendalam dalam penyelidikan danpenjelasan tentang fenomena alam yang ternyata praktek ilmiah dari halfcentury sebelumnyaterbalik. Dengan demikian model berdasarkan entitas non-diobservasi mulai diadopsisebagai alat yang berguna untuk mengarah pada prediksi sifat baru atau penemuan fenomena baruatau fakta empiris. Untuk tujuan ini, bagaimanapun, model tidak bisa lagi digunakan dalambentuk spekulatif, tetapi harus dirumuskan dan dikembangkan dalam hal matematika dalam rangkauntuk diuji ketat. Sebuah teori fisika baru sehingga lahir, berdasarkan hypotheticaldeductive sebuahPendekatan. Prediksi baru, mencapai atas dasar model ini, mungkinberubah menjadi benar atau salah ketika diuji terhadap percobaan: dalam kasus pertama, modelitu harus dianggap sebagai substansial yang benar, dalam kasus kedua itu harus ditolak,ditingkatkan atau diubah. Dalam kasus apapun, wawasan dan kemajuan dibuat dalam pemahamandan kontrol praktis proses atau fenomena, atau fenomena baru diprediksi.Salah satu contoh yang paling menakjubkan, seperti yang kita akan melihat lebih detail, adalah Maxwellprediksi gelombang elektromagnetik, yang dimungkinkan oleh representasi matematisdari medan elektromagnetik dalam hal cairan.Ini adalah simbol bahwa perubahan ini terjadi hampir bersamaan di fisika dankimia selama tahun 1850-an, dimulai dengan penerapan teori molekul atom.a) Fisika. Dalam fisika, ini dimulai dengan penjelasan tentang sifat termodinamika dihal struktur atom materi. Kronig pada tahun 1856 dan Clausius pada tahun 1857 diturunkanekspresi tekanan dalam gas ideal melalui pengobatan matematika rata-rataefek dari guncangan elastis atom gas pada dinding sebuah wadah, sehingga memberikanpembenaran dari persamaan dasar keadaan gas ideal. Perlu dicatat bahwab) Kimia. Perubahan kimia mengikuti garis yang sama. Pada tahun 1859, pada internasionalPertemuan diadakan di Karlsruhe, Stanislao Cannizzaro reproposed hipotesis Avogadrodari perbedaan antara atom dan molekul [7]: bertentangan dengan apa yang telah terjadisetengah abad sebelumnya, sekarang model atom-molekul materi itu tidak hanyasegera diterima di negara-negara berbahasa Jerman (di Perancis, misalnya, initeori masih bertemu dengan oposisi, menunjukkan lag ilmiah dan teknologi akumulasioleh negara ini setelah kemegahan paruh pertama abad), tetapi menjadidasar semacam "rekayasa molekuler" yang dipromosikan teknologi kimia danproduksi, memberikan Jerman keunggulan yang jelas dalam bidang ini. Model struktur internalmolekul kompleks secara sistematis dikembangkan, menghubungkan makroskopikproperti untuk struktur tersebut, atau untuk kelompok atom tertentu: ini memungkinkan desain,di satu sisi, molekul baru dengan sifat kimia tertentu, mulai dari yang diketahuikelompok atom, dan, di sisi lain, proses industri yang lebih efisien dari sintesis.Salah satu hasil paling mengejutkan adalah Model hexagonal Kekulé dari molekul benzena[23] (1865; Lampiran, 7), yang menjadi dasar untuk klasifikasi yang modernsenyawa organik. Meskipun model ini bahan kimia tidak matematika diarti ketat, tingkat baru abstraksi dan penalaran formal yang jelas.Lain muka mendasar dimungkinkan oleh konsepsi baru adalah konsepkesetimbangan kimia. Sebelumnya, hanya proses sederhana hingga kelelahan

reaktan telah dikembangkan, namun pengembangan senyawa organik yang terlibat lebihreaksi kompleks yang sering bahkan tidak terjadi dalam kondisi normal dan termodinamikamembutuhkan tekanan dan suhu nilai yang luar biasa. Konsep kesetimbangan kimiadiperkenalkan untuk pertama kalinya pada tahun 1864 oleh Guldberg dan Waage, dengan mempertimbangkanKombinasi kegiatan reaktan dan produk reaksi: itu sangat berharga menekankan bahwapengobatan mereka, meskipun dirumuskan dalam istilah yang agak jelas, disajikan analogi yang kuatdengan formulasi Boltzmann teori gas (lihat Lampiran, 6).Singkatnya, fitur utama dari pendekatan ilmiah baru yang diperkenalkan setelah 1850adalah bahwa semua sifat-sifat fenomena, dan parameter karakteristik mereka danfungsi yang secara matematis atau secara resmi menyimpulkan atas dasar model mikroskopis merekastruktur dan interaksi antara SD, komponen tidak teramatidari sistem (atom dan molekul dalam materi, cairan dalam gelombang dan fenomena elektromagnetik).Pendekatan baru ini memungkinkan lompatan besar dalam pemahaman dan pengobatansistem fisik dan kimia, memperkuat keyakinan bahwa interpretasi mekaniksemua proses alam dapat diberikan.Penggunaan hipotesis dan model juga menjadi biasa di ilmiah lainnyadisiplin, sesuai dengan tingkat mereka telah mencapai, dan memungkinkan kemajuan penting.Misalnya, dalam teori evolusi biologis (Darwin, 1859) kemajuan besar adalahdimungkinkan oleh penggunaan sadar hipotetis, tapi ketat (namun kualitatif)pertimbangan:Saya selalu menganggap doktrin seleksi alam sebagai hipotesis bahwa, jika seharusnyamenjelaskan perintah macam fakta, akan pantas untuk dianggap sebagai teori yang layak penerimaan [94 Triumph dan Kontradiksi MekanismePerkembangan terhubung dengan metode baru yang diperoleh paling luar biasa ilmiahHasil dalam dekade terakhir abad kesembilan belas. Kemajuan ini dibuka baruperspektif ilmu pengetahuan dan teknologi, yang mengarah ke menjungkirbalikkan dari hubungan sebelumnya ketergantungan bekas pada yang terakhir. Ini berlangsung di pergantianabad, ketika sebuah fase baru industrialisasi, berpusat di Jerman, melepas. ilmu menjadipanduan yang efektif untuk inovasi teknis dan pengembangan produktif, yaitu nyatakekuatan produktif.Hal ini penting untuk dicatat bagaimanapun, bahwa rute diikuti oleh fisika dan kimiamenyimpang: sementara fisika melanjutkan mengembangkan dan menyempurnakan teori diperkenalkan selamatahun 1850-an dan 1860-an, kimia, seperti yang akan kita bahas pada bagian berikutnya, mengambil yang berbedaPendekatan yang diantisipasi revolusi dalam fisika dari awal kedua puluhabad. Mari kita mulai dengan fisika.Kemajuan yang mengesankan dalam fisika menyebabkan pembangunan intensif mendasarteori yang memberi kesan bahwa hampir semua fenomena alam fundamentaltelah dasarnya dipahami dan dijelaskan. Lapangan dan peduli adalah dua dasaraspek (dikotomi yang kritik adalah dasar dari Einstein 1905 kertas pada "cahayaquanta "). Di satu sisi, teori elektromagnetik Maxwell, berdasarkan elektromagnetiketer, memenuhi penyatuan medan listrik dan magnet, memberikan dasar untukpengobatan setiap aspek dari fenomena ini (Lampiran, 8). Di samping itu,Teori kinetik Boltzmann tersedia secara umum untuk perhitungan termodinamika yangsifat gas, dan penjelasan tentang ireversibilitas dan prinsip kedua:oleh karena itu tampaknya membuka jalan untuk generalisasi termasuk setiap aspek materi.Konstruksi teoritis ini mengesankan itu, bagaimanapun, dirusak oleh intrinsikkontradiksi. Ternyata pada kenyataannya sebagai kemenangan mekanik, menyediakan mekanikpenjelasan dari semua fenomena alam yang dikenal. Tapi filsafat mekanis ini yang mendasarisangat terbatas potensi, serta memimpin pada saat yang sama untuk paradoks dalam dan tak terduga.Akhir abad kesembilan belas dengan demikian menandai waktu kemenangan dan krisis untukfilsafat mekanistik.Perkembangan penuh dari teori kinetik gas, dilakukan dengan Boltzmann [8],tampaknya memenuhi ideal pengurangan lengkap termodinamika untuk mekanik, berhasilmenjelaskan dan menghitung semua sifat-sifat gas dalam hal interaksidan tabrakan atom penyusunnya dan molekul. Boltzmann dipertahankan sepertiSikap terlepas dari kemajuan lebih lanjut ia sendiri telah membuat tahun 1877 dengan pengenalandari interpretasi probabilistik [4].Kritik pertama telah dibuat tahun sebelumnya oleh Loschmidt (meskipun denganniat positif), dengan pernyataan bahwa proses mekanis yang reversibel, sedangkanPersamaan Boltzmann diprediksi perilaku ireversibel, sesuai dengan prinsip keduatermodinamika (reversibilitas paradoks). Untuk mengatasi kritik ini,Boltzmann memperkenalkan konsep dasar baru, menunjukkan entropi yang dapat diberikan

interpretasi probabilistik, dan keadaan akhir dari evolusi termodinamika, yaitu yangkesetimbangan gas, dapat diperoleh sebagai negara yang paling mungkin (lihat Lampiran, 3).Namun, tampaknya bahwa Boltzmann tidak sepenuhnya merasakan terbalik dasarhubungan antara mekanika dan termodinamika tersirat oleh pengenalanprobabilitas, meskipun lebih lanjut, dan fundamental, perkembangan dia dibawa ke iniKonsep di tahun-tahun berikutnyaTapi kontradiksi dan konsekuensi paradoks yang diajukan oleh teori kinetik melakukantidak berakhir di sini. Dalam dekade terakhir abad kesembilan belas, teori kinetik adalah tunduk padahujan kritik dan serangan yang menyebabkan Boltzmann untuk menyatakan pada tahun 1896: "Saya sadar menjadihanya seorang individu lemah melawan arus waktu "[5]. Bahkan, tahun sebelumnyaZermelo telah menunjukkan paradoks kedua teori kinetik, yang dikenal sebagai paradoks kekambuhan. Dalam rangka untuk menghargai relevansi kritik ini, harus diingat bahwaZermelo adalah asisten dari Planck, dan Boltzmann menyadari bahwa di balik kritik iniberbaring sikap negatif Planck dirinya untuk pendekatan kinetik dan filosofiDi balik itu. Paradoks berasal dari teorema terbukti dengan Poincaré untuk (dibatasi) mekaniksistem, yang menurut sistem tersebut harus kembali ke negara sewenang-wenang dekatsatu awal selama periode yang cukup lama: perilaku ini tampaknya menyiratkan bahwaentropi tidak bisa terus berkembang sampai menjadi konstan, tapi itu cepat atau lambatharus kembali ke nilai dekat dengan nilai awalnya. Boltzmann, marah dan tertekan oleh inikritik, menjawab bahwa pertimbangan sebelumnya belum dipahami, menegaskan kembalibahwa evolusi sistem menuju kesetimbangan adalah proses probabilistik, dandievaluasi bahwa "waktu kambuh" untuk sistem makroskopik adalah sangat panjang,lebih dari kehidupan alam semesta. Terlepas dari relevansi pertimbangan sepertidan perhitungan, ia tampaknya kehilangan titik fundamental, yang adalah bahwa Poincaré initeorema bersangkutan "negara mikroskopis" dari sistem, tetapi tidak ada hubungannya dengan"Makroskopik" satu, karena yang terakhir didefinisikan dalam hal sebuah ensemble dari mikroskopisnegara, kompatibel dengan satu makroskopik. Pertimbangan tersebut akan dibukacara untuk perspektif yang lebih luas, di mana sifat dinamis seperti kekambuhan bisadipandang sebagai manifestasi dari fluktuasi termodinamika, tapi satu harus menunggu Einsteinuntuk mencapai kesadaran penuh ini.Ada lebih banyak masalah yang diangkat oleh teori kinetik, seperti yang berkaitanuntuk memanaskan spesifik gas, yang nilainya diprediksi dengan benar, atas dasarteorema ekuipartisi dari energi (Lampiran, 1), dengan memperhatikan hanyaderajat translasi dan rotasi kebebasan atom dan molekul. Tapi internalstruktur komponen ini perlahan-lahan sedang ditemukan, dan tampaknya kontradiksi yang fatalbahwa masuknya mereka dalam formalisme kinetik akan menyebabkan nilai-nilai yang tidak dapat diterimauntuk memanaskan tertentu. Kontradiksi semacam itu harus dipecahkan hanya ketika teori kuantummenunjukkan bahwa derajat kebebasan internal adalah "beku" (yaitu mereka tidak bisa senang dengangerakan termal) pada suhu biasa (lihat Lampiran, 2).Hal tersebut adalah penting untuk berkomentar di sini bahwa kritik dari dan serangan terhadap kinetikTeori tidak berasal hanya dari kontradiksi tersebut, tetapi berakar dalam yang lebih umumfilosofis dan metodologis sikap. The milieus budaya di Eropa Tengah yangdidominasi oleh arus pemikiran yang menolak wawasan baru ke dalam fenomena alamdan sangat legitimasi menggunakan model berdasarkan entitas non-diobservasi. Mereka kritisre-diperiksa filsafat positivistik, mendukung pendekatan ilmiah terbatas diamatifenomena dan data. Yang paling mendalam, berwibawa dan berpengaruh saatitu empirisme kritis, dirumuskan oleh Ernst Mach dan Avenarius, yang menyangkal realitasdari apa pun di luar bukti empiris langsung, yang pada gilirannya mengurangi sensasi.Sudut pandang ini - meskipun juga menghasilkan hasil yang penting, seperti studi pada koneksiantara sensasi dan persepsi, dan pengembangan psychophysics -menyebabkan penolakan realitas atom, dianggap sebagai "ekonomis" alat, dan idealisposisi menyangkal materi itu sendiri. Namun demikian polemik anti-mekanistik mencapaitingkat mendalam kesadaran kritis; begitu banyak sehingga Einstein mengakui utang ke arahMach di retrenching peran mekanik [11]. Kesimpulan tidak jauh berbedadari Mach dicapai oleh yang berbeda, teori banyak kasar bernama "energetika", dirumuskanoleh kimiawan Ostwald, yang berpura-pura untuk mengurangi setiap fenomena manifestasienergi. Planck sendiri mengecam keras konsepsi ini, tapi ingatdalam memoarnya bahwa itu hampir mustahil untuk didengar terhadap Mach dan otoritas Ost wald ini. Boltzmann menuduh filsafat Mach mencapai steril solipsistikkesimpulan, dan memiliki perselisihan langsung dan keras dengan Ostwald, yang menyangkal kemungkinanmemberikan penjelasan mekanik ireversibilitas.Satu dapat melihat bagaimana tema interpretasi mekanik merupakan inti dari budaya

dan perdebatan ilmiah pada akhir abad kesembilan belas, dan benar-benar lemahsisi teori fisik yang paling canggihDalam konteks yang sama, kita juga dapat mendiskusikan kesulitan yang muncul di elektromagnetikteori, seperti yang dirumuskan atas dasar eter elektromagnetik atau, lebih tepatnya,jenis tertentu "mekanik" ether, dipahami sebagai cairan klasik. Yang paling umumdikenal adalah paradoks yang dikenal sebagai "angin eter" (Lampiran, 9). Ini dapat digambarkansebagai hamil eter sebagai semacam kerangka acuan mutlak: interpretasisesuai dengan formulasi mekanika Newtonian, salah satu yang Einsteinmengkritik dalam perumusan tentang teori relativitas khusus pada tahun 1905. Pada akhirabad kesembilan belas itu tampak jelas (selain yang matematis ditunjukkan menggunakanhukum transformasi Galilean untuk terjemahan seragam) bahwa perilaku elektromagnetikfenomena itu berubah dengan gerakan peralatan eksperimen (atauBumi) sehubungan dengan eter, seperti yang kita alami angin ketika bergerak melaluiatmosfer. Pada tahun-tahun serangkaian percobaan mencoba untuk mengukur efek seperti, yang berpuncakdalam hasil negatif dari Michelson dan Morley percobaan (dari tahun 1881 sampai dengan1904). Di sini sekali lagi kontradiksi itu tidak melekat dalam teori elektromagnetik Maxwell,tetapi dalam interpretasi mekanik, seperti Einstein menunjukkan pada tahun 1905. Bahkan MaxwellTeori bertemu dengan banyak perlawanan, meskipun keberhasilan dan aplications untuk elektromagnetikperangkat. Setelah semua, salah satu fitur umum dari kemajuan spektakuler dalam fisika diakhir abad kesembilan belas adalah dasar mekanik dan reduksionis, yang merupakanpenting untuk memahami dasar dari revolusi abad kedua puluh dalam fisika,dan pergantian formal dan abstrak itu diperkenalkan. Pada akhir abad kesembilan belasfilsafat mekanis berhasil dalam pembangunan gedung besar yang tampakuntuk menunjukkan kemenangan mekanika: yang terakhir memberikan dasar umum untukmeningkatkan proliferasi dan spesialisasi cabang ilmu alam. Perkembangan tersebutmembawa peningkatan kompleksitas matematika: model dan teori Namun,berdasarkan konsep mekanik yang jelas, tumbuh menjadi sistem yang sangat formal dari diferensialdan persamaan integral (seperti persamaan Maxwell untuk medan elektromagnetikdan persamaan Boltzmann untuk gas langka).Sehubungan dengan kontradiksi yang diangkat oleh end-of-abad fisika reduksionis, itu adalahpenting untuk menekankan bahwa yang terakhir terdapat kemungkinan solusi mereka - namunterlibat mereka mungkin muncul - yang akan merupakan rute yang berbeda dari satuyang akhirnya menang. Rute-rute terganggu oleh awal twentiethcentury yangrevolusi dalam fisika, tetapi penting untuk menyatakan bahwa evolusi ilmumenyiratkan pilihan yang tidak hanya yang bersifat ilmiah, tetapi melibatkan faktor yang lebih umum.Dalam dunia termodinamika Boltzmann, seperti telah kita lihat, bereaksi terhadap kritikmemperkenalkan perkembangan mendasar baru teori kinetik, yaitu probabilistikpertimbangan, bahwa sangat diperkaya dasar mekanik teori.Pertimbangan nya pada "waktu kambuh" dan ketergantungan pada seberapa dekat harusyang kambuh keadaan awal, bisa saja kinetik ditafsirkan dalam hal fluktuasi,dengan frekuensi terbalik untuk amplitudo mereka: berbaliknya tren probabilistik, danterulangnya konfigurasi molekul mikroskopis keadaan awal bukan tidak mungkin,hanya sangat tidak mungkin (dalam arti yang sama seperti monyet acak mengetik akan menulis, meskipun itu akan mengambil waktu yang sangat lama, urutan huruf dariDivina Commedia). Agar kursi untuk bangkit secara spontan, semua molekul di udaraharus bergerak ke atas bersama-sama, sebuah acara yang sangat mustahil, tapi tidak mustahil: jikatidak mungkin, gerak Brown tidak akan ada. Banyak poin Boltzmann pandangberada dalam perjanjian dengan perkembangan modern dalam dinamika sistem yang kompleks.Boltzmann adalah seorang tokoh yang dramatis, karena ia memperkenalkan pendekatan dan konsep baruyang tetap pilar dalam ilmu alam, tetapi ia tetap substansial terkuncike posisi reduksionis yang mencegah dia dari sepenuhnya memanfaatkan hal baru dari baruhipotesis pada awal abad kedua puluh, bahkan mereka langsung terhubung denganproposal sendiri. Dia sangat marah dengan serangan terhadap pekerjaannya, dan ini tampaknyatelah menjadi salah satu alasan yang menyebabkan dia untuk bunuh diri pada tahun 1906.

Untuk elektromagnetisme dan masalah eter, situasi dikembangkan lebih jauh.Lorentz bekerja "teori elektron" [26], di mana materi dipahami sebagaiterdiri dari biaya listrik dasar yang bersifat corpuscular (ini hipotesis yangdidahului penemuan elektron oleh J.J. Thomson pada tahun 1897; Lampiran, 9). Teori inidalam arti dilengkapi teori Maxwell dari medan elektromagnetik, dengan menyatukandengan teori materi: persamaan dasar teori elektron sebenarnya Maxwellpersamaan bersama-sama dengan persamaan Lorentz untuk gerak sebuah partikel bermuatan dalam

medan elektromagnetik. Teori semacam itu sehingga memiliki struktur reduksionis, yang berdasarkan interaksiantara komponen dasar dari sistem: dalam arti itu adalah elektromagnetikVersi teori mekanik. Teori Lorentz, yang diwujudkan konsepeter, cukup sukses: itu diprediksi, dari sifat elektromagnetik dari berinteraksi dengankekuatan dalam materi, kontraksi tubuh dalam arah gerakan mereka melaluieter (Lorentz kontraksi), yang persis mengimbangi "angin ether". Kontraksi Lorentz initidak (seperti yang kadang-kadang disajikan) hipotesis ad hoc, tapi ketat diikutidari teori elektromagnetik: itu adalah sama seperti yang diperkirakan dari teori Einsteinrelativitas khusus, yang mempertahankan elektromagnetik sementara menolak mekanika Newtondan transformasi Galileo [3]. Pada saat itu, semua percobaan membenarkan teori elektronjuga sesuai dengan relativitas khusus, dan sebaliknya. Bagaimana itu bisa terjadi,kemudian, bahwa yang terakhir digantikan teori elektron Lorentz ini? Pertanyaan ini akan terjawabdi bawah ini.Terlepas dari kesulitan fisik yang diangkat oleh filsafat mekanistik, itu sangat berhargaberkomentar bahwa sikap seperti itu menderita kontradiksi internal, dan keterbatasan pentingdari potensi sendiri: pada kenyataannya, setelah jalan lain untuk model telah diadopsi sebagaicara yang ampuh untuk menyelidiki dan meramalkan sifat baru dan fenomena, pembatasanuntuk model mekanik merupakan pembatasan dibenarkan potential.We penuh mereka akanmenganalisis aspek ini secara lebih rinci pada bagian selanjutnya.Selain itu, sementara fisikawan sedang membuat usaha untuk menyelesaikan ini mekanikbangunan, untuk mencoba dan mencapai penjelasan akhir dari fenomena alam, serangkaian benarproses baru yang ditemukan. Penemuan sinar-X, radioaktivitas,sinar katoda dan elektron (yang hanya kemudian diakui sebagai hal yang sama),dari struktur internal atom, dan penentuan spektrum lengkap elektromagnetikradiasi menciptakan kebutuhan untuk konsep fisik baru dan frame teoritis.Ini berarti bahwa kesulitan dan kontradiksi harus diatasi dalam sekali berbedakonteks, dan ini adalah untuk memperkenalkan perubahan lebih lanjut dalam di sangat dasar ilmu pengetahuan,menandakan istirahat pertama dengan filosofi mekanistik.

5. Kedua Revolusi Industri dan pergantian anti-mekanistik dari JermanKimiawanAhli kimia Jerman adalah yang pertama untuk memecahkan dengan dasar mekanik ilmu diakhir abad kesembilan belas. Hal ini terjadi tanpa diskusi dramatis, dan munculmenjadi pilihan yang logis berhadapan dengan masalah yang akan terlalu sulit, jika tidakmungkin, untuk memecahkan menggunakan pendekatan mekanis.Untuk memahami evolusi ini, kita harus memasukkannya ke dalam konteks ekonomidan perubahan sosial yang terjadi pada akhir abad kesembilan belas. Akhir SipilPerang di Amerika Serikat dan penyatuan Kekaisaran Jerman pada tahun 1871, diikuti olehkrisis ekonomi dan depresi besar 1873-1896, membuka pintu untuk pengembangandari proses industrialisasi begitu baru dan begitu cepat bahwa itu benar-benar sebuah revolusi.Urutan negara industri paling maju benar-benar marah dalam waktu singkatdari hanya beberapa dekade: sekitar tahun 1850 Inggris telah memimpin, dan Perancisberada di tempat kedua, namun pada awal abad kedua puluh mereka telah diambil alih olehJerman dan Amerika Serikat, ketika beberapa dari sektor produktif terkemuka di Inggris hampirruntuh, dihadapkan dengan meningkatnya kepemimpinan teknis Jerman dan kompetisi. Juga,materi dan teknis basis produksi radikal berubah selama beberapa dekade ini: daribatubara, kayu, beberapa sederhana produk kimia, besi dan beberapa empiris diproduksibaja, listrik, diproduksi industri baja, kuantitas peningkatan kimia yang kompleksproduk dan minyak. Kekuatan Kekaisaran Jerman baru bersatu (mengikutiPerang Austria-Prusia tahun 1866) segera terwujud oleh routing kekaisaranTentara Perancis dalam perang Perancis-Prusia (1870-1871), ketika baru berdiri Kruppbesi disediakan tentara Jerman dengan 300 senjata baru.Perkembangan ilmiah mengambil cukup program yang berbeda di negara yang berbeda, sebagai konsekuensinyavariasi dalam situasi sosial-ekonomi masing-masing. Ilmu Jerman mengakuisisikepemimpinan dunia selama setengah abad, dalam fisika, kimia dan matematika (sampai"brain drain" di bawah rezim Nazi). AS, di sisi lain, berkatsumber daya alam yang sangat besar, tertinggal di belakang dalam ilmu sampai dekade pertama abad dua puluhabad, dan mengembangkan sikap technicistic dan pragmatis, mengabaikan umumkerangka teoritis dan penyelidikan sistematis [31]. Gerhana sains Inggrisdan teknologi di paruh kedua abad kesembilan belas jelas dirasakan, menceladan dianalisis di Inggris: beberapa Komisi Parlemen ditunjuk didekade ini, untuk menyelidiki alasan untuk penurunan mengkhawatirkan ini dan menyarankan solusi.

Seorang ahli kimia Jerman, A.W. Hoffmann, diangkat sebagai direktur Royal CollegeKimia di London. Sementara itu, fisika Inggris tetap terikat dengan mekanikmodel. Perancis juga kehilangan posisi ilmiah terkemuka itu telah menikmati di babak pertamaabad kesembilan belas: ada beberapa kepribadian Perancis unggulan (Poincaré misalnya),tetapi secara umum ilmu Perancis tertinggal di belakang; khususnya, untuk waktu yang lama Peranciskimiawan tidak menerima teori atom, di bawah otoritas M. Berthelot.Ekonomi Jerman ditandai oleh pertumbuhan yang cepat dari industri modernsistem, berdasarkan terus memperbaharui proses, pada intensif dan terprogram teknologikemajuan, dan penyelidikan ilmiah, baik fundamental dan diterapkan. Theindustri kimia (terutama kimia organik, dan khususnya industri pewarna, yangmenyumbang 85-90% dari output dunia pada akhir abad kesembilan belas) dan listrikindustri adalah sektor unggulan. Perusahaan-perusahaan kimia modern yang baru-baru ini didirikan(BASF, Hoechst, Geigy) tumbuh sangat pesat dalam beberapa dekade ini [22], membangun Tories labora besar dan penyelidikan ilmiah intensif dikembangkan. Di sinilah industri diasumsikanstruktur modern, berdasarkan program investigasi tim, dan secara bertahap bergeserarah menuju laboratorium penelitian. Laboratorium penelitian modern yang berbentukindustri berbasis ilmu pengetahuan ini. Persentase pekerja dengan gelar universitas diperusahaan kimia Jerman pokok pada akhir abad ini adalah sebanding dengan hari iniangka (tahun 1900 industri kimia Jerman yang dipekerjakan 3.500 ahli kimia dari total80.000 karyawan, 40% di antaranya bekerja di pabrik dengan lebih dari 200 karyawan). Sangatkontak dekat dan kolaborasi didirikan oleh perusahaan-perusahaan ini dengan universitas terkemukapeneliti. Program ilmiah teknis utama yang dilakukan, seperti BASFPenyelidikan tujuh belas tahun, biaya £ 1.000.000, ke dalam sintesis industrinila, dan "fiksasi nitrogen" (atau sintesis amonia) yang dilakukan pada tahun 1913 olehkimiawan akademik Fritz Haber dan BASF kimia C. Bosch. Proses terakhir diizinkanJerman, sementara benar-benar dikelilingi, untuk terus menahan selama bertahun-tahun selama PertamaPerang Dunia, karena dapat mensintesis bahan peledak dan pupuk (satu-satunya sumber lain yangguano dari Chili, yang tunduk pada kontrol Inggris dari laut, dan apalagitunduk pada kelelahan: ini telah sebenarnya motivasi utama di balik Jermanmengembangkan metode baru sintesis). Ketika Sekutu memeriksa pabrik Oppauuntuk produksi amoniak pada tahun 1919, mereka menemukan kemajuan teknis yang besar yang memilikitelah dibuat. Dalam hubungan ini, perlu mengingat keterlibatan langsung Haber dalam perangpenelitian, sebagai penyelenggara, dan ayah kandungnya (melanggar hukum internasional) dari Jermanpembuatan dan penggunaan senjata kimia (di Ypres pada tahun 1915): peran yang ia mengklaim diNobel Kuliah (1918).Banyak penelitian juga terjadi dalam industri listrik Jerman. DiBerlin pada tahun 1884 yang besar dan sangat maju Physicalische Technische Reichsanstalt adalahdidirikan, di mana langkah-langkah mendasar pada spektrum radiasi elektromagnetikdiperoleh pada tahun 1900.Salah satu faktor utama yang didukung semua perkembangan: Jerman mengambil keuntungan dari nyasistem pendidikan sangat canggih, yang dapat memenuhi kebutuhan yang berkembang untuk khususdan dilatih ilmuwan dan teknisi. Selain universitas, yang telah secara radikal dimodernisasilaboratorium dan metode pengajaran, ada sistem politeknik(Technische Hochschulen) tidak dikenal di negara-negara lain, yang disiapkan sangat berkualitasteknisi dengan pendidikan universitas dalam penelitian terapan. Baik di tingkat yang disebutkan di atasbekerja sama dengan perusahaan-perusahaan utama dijamin kontak dekat dari akademikmilieus dengan masalah konkret produksi dan inovasi teknis. Jermansekolah kimia menjadi yang paling maju di dunia, dan hampir semua ahli kimiayang ingin pelatihan yang menyeluruh pergi untuk belajar di Jerman.Banyak cabang penting fisika muncul dari dinamika inovasi teknisdalam kimia. Masalah energi elektromagnetik radiasi dan radiasi benda hitam(Lampiran, 10) - yang berada di dasar revolusi kuantum di awalabad berikutnya - berasal langsung dari metode spektroskopi analisis kimiadiperkenalkan oleh Bunsen dan Kirchhoff pada tahun 1860 (yang menyebabkan penemuan beberapaunsur kimia). Studi tentang sifat termodinamika sistem fisik disuhu tinggi dan tekanan didorong oleh penemuan kimia yang kompleksreaksi (seperti sintesis amonia) yang tidak terjadi dalam kondisi normal.Masalah katalisis merangsang produksi paduan baru (seperti yang chromium-paduan nikel disediakan oleh Krupp), dan pemahaman yang lebih baik dari metalurgi. Penelitiandalam fisika dari suhu yang sangat rendah pada gilirannya mendorong maju dengan masalah dalam pencairan gas dan distilasi fraksional dari udara, untuk mendapatkan oksigen murahdan nitrogen untuk industri kimia

Konsekuensi utama situasi ini dalam ilmu mendasar adalah perubahan dalamdasar kimia dan termodinamika. Pencarian senyawa semakin halusitu menjadi tanpa henti: molekul yang lebih kompleks harus disintesis melaluioperasi semakin canggih dari "rekayasa molekuler" yang melibatkan lebihReaksi kompleks dalam kondisi semakin sulit kesetimbangan kimia, terkemukakondisi yang tidak biasa dari tekanan dan temperatur, sangat jauh dari yang normal.Situasi ini pasti mempengaruhi tidak hanya sikap praktis ahli kimia, tetapijuga cara mereka membentuk pengobatan ilmiah proses ini. Kimiawan yangmenghadapi masalah baru kesulitan belum pernah terjadi sebelumnya, dan tunduk pada peningkatantekanan dan urgensi. Pendekatan mekanik, yaitu pembangunan termodinamikasifat mulai dari interaksi komponen mikroskopis materi, mengungkapkandirinya sebagai tidak memadai untuk mengatasi kedua kompleksitas proses ini dan tingkat baruinovasi dan pengembangan industri kimia. Dengan kata lain, mekanik memilikimemberikan kerangka acuan alami selama sebagai dasar teknis produksi danorganisasi kerja telah mempertahankan struktur mekanik, tetapi pengembangansiklus produksi bahan kimia industri modern (terutama organik) disajikan kompleks,struktur sistemik, menunjukkan keterbatasan elaborasi ilmiah yang bisadidasarkan pada mekanik, dan menunjukkan perlunya baru, pendekatan yang lebih kompak.Contoh dari ini adalah perhitungan kondisi untuk keseimbangan kimia dalam kompleksreaksi. Pendekatan diperkenalkan oleh Guldberg dan Waage bisa pada prinsipnyadikembangkan dalam hal tabrakan antara molekul; Namun, proses itu terlalurumit untuk mencapai hasil yang nyata, terutama karena bahkan reaksi sederhana melanjutkanmelalui urutan dekomposisi dan rekombinasi tahap parsial, sangat tergantungpada kondisi termodinamika: ini akan menyebabkan kompleksitas yang luar biasa dalamdinamika tabrakan aktivasi molekul.Dalam situasi ini, ahli kimia adalah yang pertama untuk meninggalkan pendekatan mekanis, danmengubah bukannya menuju termodinamika, karena itu lebih fleksibel. Hukum termodinamikayang largelymodel-independen (ingat bagaimana Sadi Carnot mengadopsi "analogi hidrolik" untukpanas, sementara Joule telah disebut pertimbangan mekanik: analisis ini jelaskontradiksi dipimpin Kelvin dan Clausius untuk perumusan prinsip kedua sekitar1850). Mereka memungkinkan satu untuk tidak peduli dengan program khusus dari reaksi, karenapengobatan dalam hal fungsi negara tergantung hanya pada awal dan akhir negara. Didekade terakhir abad kesembilan belas teori fungsi negara energi bebasdikembangkan (istilah "potensi termodinamika" diciptakan bagi mereka adalah simbol)dalam rangka untuk mengobati kondisi keseimbangan dalam sistem heterogen, yang paling khasaplikasi adalah untuk reaksi kimia. Setelah kontribusi parsial oleh Van't Hoff, LeChatelier dan lain-lain, teori umum dirumuskan pada tahun 1876 oleh Willard Gibbs [19],orang yang sama yang kemudian dirumuskan mekanika statistik.Konstitusi atom dan molekul itu jelas tidak ditolak, dan sering adaadalah kebutuhan untuk menggunakan pertimbangan mikroskopis (misalnya, untuk menghitung reaksikecepatan): ini namun tidak lagi dilakukan atas dasar mekanik, tetapi hanya setelah umumfitur dari proses telah didirikan menggunakan pengobatan termodinamika. Dibeberapa pengertian, termodinamika mengambil tempat mekanika sebagai panduan dan referensi bingkaiuntuk bekerja di luar properti dan hukum proses: jalan terbuka untuk hamilkelas yang berbeda, lebih umum dan fleksibel model dan teori-teori dari yang reduksionis mekanik. Pengakuan eksplisit dari pergeseran ini dapat dirasakan, misalnya,dalam pendekatan Van't Hoff untuk kinetika reaksi, properti dinamis yang tidak bisadisimpulkan dari termodinamika:Dalam batas-batas pengetahuan kita tentang hukum teoritis, kecepatan reaksi dapat didekatidari dua sudut pandang yang berbeda. Pertama-tama, kita menemukan dukungan dari termodinamika, karenahukum yang mengatur kecepatan harus sesuai dengan hukum keseimbangan yang didirikanpada akhirnya. Kedua, satu mungkin, atas dasar konsep kinetik sederhana, meramalkan hukumyang selalu memiliki up to date konfirmasi eksperimental yang baik. Kami akan mengembangkan berturut-turut:

(a) kecepatan reaksi dan keseimbangan; (b) kinetika reaksi [35].

6. Take-off dari Revolusi Twentieth Century-dalam Fisika: Planck, Gibbs,Einstein dan NernstBagian ini menganalisis perkembangan dalam fisika pada awal abad kedua puluh.Menurut analisis kami, esensi (atau setidaknya pra-kondisi) dari revolusi initerdiri dari menggantikan dari mekanik dan reduksionis methods.Martin J. Kleintelah dibahas peran yang dimainkan oleh termodinamika dalam metode Planck dan Einstein dankonsep [24]; Navarro benar menambahkan bahwa, sebagaimana akan kita lihat, itu, lebih tepatnya,

formulasi statistik termodinamika yang penting untuk Einstein kerja [30].Revolusi ini menghasilkan tiga teori fisika: mekanika statistik, khususteori relativitas dan teori kuantum. Einstein memainkan peran penting dalam semua tiga, baiksebagai pelopor dan sebagai penulis beberapa ide utama. Kami tidak akan mengikuti ketaturutan kronologis.Ide-ide baru yang berasal dari akuisisi anti-mekanistik dan antireductionistsikap. Prinsip-prinsip baru, bukannya dibangun dengan cara reduksionis,diekstraksi dari data fenomenologis dengan memilih beberapa properti umum menjadidiangkat pada tingkat prinsip mendasar. Seringkali masalah besar yang sama itu, seperti yang kitatelah melihat, mengganggu fisikawan yang terbalik dan hanya dihilangkandengan asumsi mereka untuk menjadi prinsip validitas umum, dikonfirmasi oleh keseluruhan eksperimentalBukti: kesepakatan dengan kerangka teoritis tradisional sehingga dianggaptidak perlu.Sikap ilmiah Einstein mengubah kriteria metodologis penjelasan ilmiah.Salah satu kekhawatiran yang konstan dan kriteria membimbing adalah dengan simetri memerlukan KASIH dari hukum-hukum fisika dan aspek fisik alam. Ini adalah titik awalkedua pada 1905 makalah tentang relativitas khusus ("Hal ini diketahui bahwa elektrodinamika Maxwell[. . . ] Bila diterapkan menggerakkan tubuh menyebabkan asimetri yang tidak muncul untuk menjadimelekat dalam fenomena ") dan satu di kuantum cahaya [15] (" Perbedaan formalpenting ada antara konsepsi yang mendukung fisikawan sehubungan dengangas dan mayat bahan lain, dan teori Maxwell tentang elektromagnetikproses dalam apa yang disebut vakum ").Fitur metodologis dasar dalam perumusan teori relativitas khusustelah diantisipasi beberapa tahun sebelumnya dalam perumusan mekanika statistik,oleh Gibbs [20] pada tahun 1902, dan oleh Einstein sendiri dalam serangkaian makalah independenditerbitkan pada 1902-1904 [17]. Dalam hal ini peran dasar termodinamika jelas.Hukum umum termodinamika untuk sistem heterogen sudah ditetapkan,dan telah menunjukkan kegunaannya dalam pengobatan sistem yang kompleks, dibandingkandengan pendekatan reduksionis, yang pada dasarnya tetap terbatas pada gas langka. Thewaktu itu sehingga matang untuk kemajuan teoritis umum, menyediakan landasan yang lebih dalam untuktermodinamika. Gibbs 'dan Einstein formulasi secara substansial setara dengan statistikmekanik terbalik pendekatan mekanik untuk termodinamika: fundamentalfungsi negara termodinamika dan sifat mereka (mempersatukan Prinsip Pertama dan Kedua)dipertahankan sebagai hubungan dasar, diperkenalkan dalam bentuk yang kompak melalui tepatdefinisi dari fungsi probabilitas umum di ruang abstrak, memiliki nomordimensi dari urutan nomor Avogadro. Ekspresi probabilitas inijustru apa yang mendefinisikan fungsi termodinamika karakteristik (lihat Lampiran, 4),yang karenanya diperkenalkan dan dihitung dengan cara murni formal, bukannya"Dibangun" dari interaksi dari komponen dasar, atau "mengurangi" kepada mereka.Dengan formulasi mekanika statistik, kontradiksi antara termodinamika(dalam perumusan kinetik) dan mekanik hanya menghilang, dan mereka menjadidua teori independen dan saling melengkapi. Ketika sistem terdiri dari sejumlahpartikel yang lebih kecil dianggap, hanya satu dari dua deskripsi komplementer dapatdiadopsi:• salah satu menentukan negara mikroskopis, atau mekanik, didefinisikan oleh tepatnilai dari posisi dan kecepatan dari semua partikel: Negara seperti mematuhihukum mekanika, reversibel, dan pameran properti kekambuhan Poincaré ini; atau• satu mendefinisikan negara makroskopik, atau termodinamika, dalam hal probabilitasbahwa partikel jatuh ke kecil tapi terbatas interval (sel) dari koordinat: dikasus seperti itu, negara mikroskopis tidak lagi ditentukan, hukum mekanikaOleh karena itu tidak lagi berlaku, evolusi dari negara makroskopik adalahireversibel dan mematuhi hukum termodinamika.Satu dapat mengamati bagaimana konsep ini telah diantisipasi oleh Boltzmann yang, bagaimanapun,dipelihara posisi ambigu di atasnya: pada kenyataannya, ia tampaknya tidak menghargai pendahuluanmekanika statistik (sehingga ia tidak pernah mengakui rumus Planck untuk hitamradiasi, meskipun ia telah aktif bekerja pada itu, berasal disebut Stefan-Hukum Boltzmann untuk daya emisi total).Adapun Einstein, penting untuk berkomentar bahwa, meskipun formulasi tentang statistikmekanik adalah setara dengan Gibbs, ia mengembangkan apresiasi yang lebih dalam dariaspek probabilistik termodinamika [29]. Bahkan, sementara Gibbs puas denganbukti bahwa fluktuasi dapat diabaikan ketika sistem terdiri dari sejumlah besar partikel, Einstein, di sisi lain, tertarik singling keluar situasi fisik (ditandai

dengan jumlah yang relatif kecil dari partikel) di mana fluktuasi tidak lagidiabaikan, untuk melacak mereka kembali ke struktur atom dari sistem. Hal ini menyebabkan diauntuk pengobatan gerak Brown (Lampiran, 5) pada tahun 1905 memoar ketiga [14], danmemberikan dasar untuk metode untuk menentukan bilangan Avogadro.Kontribusi Einstein teori kuantum dibahas dalam Bab 8 dan 9, jadi kamiakan berakhir di sini dengan apresiasi orisinalitas nya. Planck umumnya memuji untukpengenalan awal hipotesis kuantum dalam makalah terkenal dari tahun 1900, tetapi tampaknyasulit untuk mempertahankan tesis ini: sementara itu harus mengakui bahwa ia diperkenalkan pertamaPendekatan non-mekanistik dalam studi masalah fisik. Dari akhir abad kesembilan belasabad, tidak setuju dengan penafsiran probabilistik Boltzmann, Planck telah dikembangkanpendekatan berdasarkan termodinamika murni, dan ia telah menguasai termodinamika yangteori bidang bercahaya. Pada tahun 1900, segera setelah hasil eksperimen baru pada penuhspektrum radiasi rongga telah disajikan, ia berasal radiasi mendasarformula dalam dua makalah berturut-turut [33]: di pertama (sekarang benar-benar lupa) melaluiparametrisation murni dari fungsi termodinamika bidang radiasi (Lampiran, 11).Mencari kemudian untuk penjelasan formula (bukan karena kegagalan RayleighPendekatan, yang ia tidak pernah dikutip), ia terpaksa di kertas kedua Boltzmann formalisme,digunakan dalam heterodoks, cara non-reduksionis. Dia kemudian menyebut ini "tindakan putus asa" -asumsi ekspresi eksotis untuk probabilitas (yang seperempat abad kemudian menjadiStatistik Einstein-Bose [2], tetapi pada tahun 1900 itu tidak masuk akal). Di sini, dalam rangka untuk memperhitungkandistribusi yang berbeda dari energi kontinum pada osilator materi diskrit, ia menggunakanprosedur diskritisasi yang cukup umum pada waktu itu [10]: sebagai untuk "kecilbagian "energi - sebanding dengan frekuensi untuk alasan termodinamika belaka, ε0 = hν,nilai "konstanta Planck" h yang ditentukan oleh cocok dengan kurva eksperimental -ketika rasio Eν / hν "tidak integer, satu mengambil nomor integer terdekat". Saat iakemudian menulis :"Sejak pencipta hipotesis memiliki kebebasan penuh apriori dalam perumusannya, ia memilikifakultas memilih yang dia suka konsep dan proposisi, asalkan tidak mengandungkontradiksi logis "[32].Einstein 1905 hipotesis dari "kuantum cahaya" itu tidak berarti perkembanganide Planck (yang "tampaknya saya bahkan berlawanan dengan saya", karena ia menulis sebagai berikuttahun [13]), dan harus diakui sebagai pengenalan sejati kuantum sebagaientitas fisik yang mendasar.Analoginya kita telah ditarik antara istirahat dengan mekanisme dalam kimia dandalam fisika dikonfirmasi oleh 1.906 formulasi Nernst dari prinsip ketiga termodinamika:dia benar-benar seorang ahli kimia, tetapi menyadari bahwa menghilang dari memanaskan tertentupada temperatur rendah, yang mengikuti dari prinsipnya, telah diramalkan oleh Einstein di1907 [12], ia berubah menjadi pendukung teori kuantum baru, dan melanjutkan untuk mempublikasikanbeberapa karya penting dengan Einstein.PengakuanSaya berterima kasih kepada Silvio Bergia untuk informasi.LampiranDalam Lampiran ini kita akan meringkas beberapa aspek dari fenomena, masalah ilmiahdan teori-teori yang telah kita bahas dalam bab ini: kami akan mengikuti logis bukannyaAgar sejarah, pengelompokan argumen di bidang ilmu yang berbeda.Termodinamika, Kinetic Teori dan Mekanika statistik1. teori Kinetic. Titik awal dari model kinetik adalah penafsirantekanan yang diberikan oleh gas sebagai kekuatan rata-rata per terkesan permukaan satuan dan waktu dengantabrakan elastis dari molekul di dinding. Model menafsirkan mutlaksuhu T sebagai sebanding dengan energi kinetik rata-rata dari molekul? ε? ≡12m? v2 ?: untuk gas monoatomik? ε? = 3/2 · KBT, di mana kB = R / NA adalah Boltzmannkonstan (R = 8,31 J / K · mol adalah konstanta gas ideal, dan NA = 6 · 1023 Avogadronomor, yaitu jumlah molekul per mol). Konsekuensi mendasar lainnya adalahteorema ekuipartisi dari energi: energi rata-rata 1/2 · KBT dikaitkan dengansetiap derajat kebebasan molekul (jumlah gerakan independen: tigayang translasi untuk molekul monoatomik, dua gerakan rotasi tambahan untukmolekul diatomik: ketika mereka dianggap masing-masing sebagai bola kaku dan kakudumbbell, lihat point 2). Perhatikan bahwa energi molekul rata-rata tumbuh secara linear dengan(absolut) suhu.2. memanaskan spesifik, kuantisasi dan "beku" derajat kebebasan. Penerapanteorema ekuipartisi dari energi memberikan hasil yang tepat untuk memanaskan spesifik

gas monoatomik dan diatomik, asalkan molekul mereka diperlakukan masing-masing sebagaibola kaku atau dumbel. Tapi atom memiliki struktur internal, dan ikatan kimiajauh dari kaku: ini diperkenalkan lebih lanjut (internal) derajat kebebasan, yang kontribusinyaatas dasar ekuipartisi memodifikasi hasil tersebut. Kesulitan ini diselesaikan olehteori kuantum, yang menurutnya keadaan energi dari (dibatasi) sistem fisikyang quantised, dan pemisahan antara negara-negara quantised tergantung pada spesifiksistem. Mengingat bahwa energi molekul rata-rata? Ε? tumbuh secara linear dengan suhu,celah energi antara negara-negara rotasi molekul lebih rendah dari? ε? pada suhu kamar,sehingga mereka dapat gembira dengan gerak termal. Negara-negara elektronik dari atomdan molekul dan negara-negara getaran dari molekul diatomik dipisahkan oleh energikesenjangan lebih tinggi dari? ε? pada suhu kamar, sehingga mereka tidak bisa bersemangat, dan munculharus "dibekukan": mereka mungkin bersemangat pada suhu yang lebih tinggi (natrium ditempatkan pada apimenunjukkan warna kuning, atau karakteristik garis spektral, karena eksitasi elektronnegara; dalam inti bintang, mencapai jutaan derajat, atom-benar terionisasi,dan negara-negara nuklir bersemangat).3. landasan probabilistik Boltzmann termodinamika. Reaksi Boltzmann untukkritik membawanya ke pengenalan konsep probabilistik dalam teori kinetik: pada tahun 1877ia dikaitkan W probabilitas dengan "termodinamika" keadaan gas, didefinisikan sebagaijumlah yang sesuai, yang berbeda "mikroskopis" negara itu. Ia mendefinisikan entropi sebagai S =kB · ln W, ditafsirkan berbaliknya sebagai evolusi menuju negara lebih mungkin (entropipertumbuhan), dan berasal negara termodinamika keseimbangan sebagai yang paling mungkin salah satu4. Termodinamika dan termodinamika statistik (mekanik). Dalam rangka untuk menghargaipengembangan dalam termodinamika statistik (1902-1904) sehubungan dengan reduksionisPendekatan teori kinetik, pertimbangkan misalnya ansambel kanonik, yangmenggambarkan sistem makroskopik dalam kesetimbangan termal dengan termostat, yang sesuaiFungsi termodinamika adalah energi Helmholtz gratis, F = U - T · S, di manafungsi negara F, U, S tergantung pada variabel negara V, T, N. Let E (q, p) menjadienergi total sistem dalam hal set {q, p} koordinat kanonik dariN partikel konstituen mikroskopis (nomor sN diberikan untuk masing-masing kanonik yangkoordinat, s menjadi jumlah derajat kebebasan partikel: s = 3 untukgas monoatomik): q1, q2,. . . , QsN; p1, p2,. . . , PSN. Fungsi probabilitas yang mendasardalam ruang abstrak 2sN dimensi (-space) subtended oleh set koordinatdiasumsikan memiliki ekspresi-66-di mana F energi bebas langsung dimasukkan sebagai konstan normalisasi (probabilitasyang dinormalisasi dengan resep

ρ (q, p) · dsNq TNDS = 1) dan oleh karena itu secara langsung adalahterkait dengan (bukan "disimpulkan dari") probabilitas kanonik ini melalui integrasi diyang -space abstrak-66-Ekspresi probabilitas ρ abstrak (q, p) karena itu seperti untuk sesuaiuntuk energi bebas: perhatikan ρ yang merupakan fungsi dari koordinat mikroskopis, sedangkan F tergantungpada variabel keadaan makroskopik (V, T, N), dan karena itu "konstan" dalam ruang. ρ (q, p) adalah generalisasi dari Boltzmann probabilitas W, dan yang paling nyamandijelaskan dalam hal sebuah ensemble dari sistem yang identik di makroskopik yang samanegara, melelahkan semua negara mikroskopis yang berbeda; seperti pengobatan dapat diperpanjang untuknegara makroskopik lainnya (ensemble microcanonical, ensemble gran-kanonik). DidalamPendekatan, konstitusi atom dari sistem jelas diasumsikan, tapi termodinamika yangSifat tidak lagi dibangun dari dinamika interaksi antaraini konstituen mikroskopis: mekanik memainkan peran dalam perilaku termodinamika.Korespondensi langsung ini probabilitas dengan fungsi termodinamika menunjukkan bahwamantan mempertahankan ekspresi fungsional yang sama dalam termodinamika statistik kuantum.5. gerak Brown. Sementara solusi mengandung molekul tersebar di tengah molekul, disuspensi (koloid) partikel tersebar adalah agregat dari dimensi mikroskopistetapi terdiri dari sejumlah besar molekul (partikel Brown, darinama penemunya mereka Brown, 1836). Partikel seperti menunjukkan gerakan zigzag teratur.Pada tahun 1905 Einstein benar dijelaskan perilaku mereka sebagai proses acak, yang berasal darikasual, tabrakan asimetris molekul sekitarnya pada partikel tersebut (ditafsirkansebagai penyimpangan, yaitu fluktuasi, dari distribusi statistik isotropik).Kimia6. Analogi antara teori kinetik dan konsep kesetimbangan kimia. Dasar

alat dalam teori gas Boltzmann adalah fungsi f (r, v, t), menetapkan nomor (atauprobabilitas) dari molekul dengan posisi r dan kecepatan v, dan hipotesis dasar adalah bahwatingkat tabrakan antara molekul dengan kecepatan v dan u hanya sebanding denganproduk dari probabilitas individu f (r, v, t) · f (r, u, t) (chaos hipotesis molekul:kita telah membahas keterbatasan dan masalah yang diangkat oleh hipotesis tersebut). Guldbergdan Waage menganggap bahwa dalam reaksi kimia seperti A + B ↔ C + D kecepatan darireaksi langsung dan terbalik masing-masing sebanding dengan produk dari konsentrasi(yaitu jumlah molekul) [A] [B], dan [C] [D] - analogi dengan BoltzmannAsumsi ini jelas - mengakibatkan konstanta kesetimbangan diberikan oleh rasio[C] [D] / [A] [B]. Kita akan melihat bahwa kedua formulasi harus mengungkapkan keterbatasan umumterdiri di alam secara substansial mekanik mereka7. Kekulé Model hexagonal dan kimia organik. Penawaran kimia organik dengan karbonsenyawa. Klasifikasi zat tersebut didasarkan pada struktur internalmolekul mereka. Perbedaan dasar adalah antara asiklik (atau alifatik) seri - sepertimetana atau etana, yang memiliki molekul rantai terbuka - dan siklik (atau aromatik)seri (selain dua yang kecil, alisiklik dan seri heterosiklik). Senyawa sikliksangat stabil, karena struktur tertutup molekul mereka, berasaloleh yang paling sederhana, yaitu struktur heksagonal benzena, C6H6, yang merupakan segi enamenam atom karbon, masing-masing terkait dengan atom hidrogen luar.Elektromagnetisme, Ether dan Relativitas Khusus8. persamaan Maxwell dan gelombang elektromagnetik. Persamaan Maxwell membangunhukum dasar medan elektromagnetik: mereka mewakili teori terpadu pertama difisika, karena mereka menyatukan fenomena listrik dan magnet. Ini mengikuti dari mereka, untukMisalnya, bahwa variabel listrik (magnet) medan magnet menghasilkan variabel (listrik)bidang (hukum Faraday, dan yang simetris). Ini adalah prinsip generasibolak arus listrik dan gelombang elektromagnetik, yang terdiri dari listrik danmagnet berosilasi lapangan di fase, timbal balik dan terus menghasilkan satu sama lain,tegak lurus antara mereka dan ke arah propagasi, dengan kecepatan c.9. "angin Ether", teori elektron Lorentz dan relativitas khusus Einstein. Maxwelldidirikan persamaan nya atas dasar model, di mana listrik dan magnetikbidang diidentifikasi dengan negara cairan (eter). Namun, interpretasiTeori Maxwell dalam konteks filsafat mekanis yang dihasilkan beberapa masalah,paling umum dikenal yang disebut "angin eter": sebagai angin yang dialami saatbergerak melalui udara masih, orang akan berharap perilaku fenomena elektromagnetikdipengaruhi oleh gerak relatif terhadap eter. Ini, bagaimanapun, tidak diamati(Michelson-Morley percobaan). Dalam teori elektron Lorentz ini, sifat elektromagnetikinteraksi dalam hasil materi di kontraksi dalam arah seragamgerak ("Lorentz kontraksi") yang persis mengimbangi "angin eter": dipenyelidikan ini ia memperoleh apa yang disebut "Lorentz transformasi", meskipun iatidak menganggap mereka makna mendasar.Sebaliknya, 1905 teori relativitas Einstein khusus diasumsikan bahwa eterangin tidak ada, dan dia berdasarkan keyakinan ini pada dua prinsip: prinsip relativitas, yang menyatakan bahwa tidak ada percobaan yang dilakukan di dalam sistem dapat mengungkapkan gerakan seragam;dan keteguhan dari kecepatan cahaya c, yang merupakan kecepatan maksimum dicapaidi alam. Atas dasar ini Einstein menolak konsep Newton ruang mutlak dan waktu,menyimpulkan bahwa gerakan seragam digambarkan oleh Lorentz bukannya transformasi Galileo:kontraksi jarak (dan dilatasi interval waktu) dalam arahgerak mengikuti, serta kesetaraan massa-energi E = mc2. Persamaan Maxwellberubah menjadi benar Lorentz kovarian, sedangkan dinamika Newton harus digantioleh dinamika relativistik, yang mendekati untuk kecepatan kecil dibandingkan denganc cahaya.Radiant Energi dan Planck 1900 Papers10. energi Radiant terdiri dari gelombang elektromagnetik, yang juga merambat dalam ruang hampa.Setiap permukaan memancarkan energi radiasi, yang karakteristik spektrum frekuensi dikesetimbangan termal dimulai dari nol dan meluas ke frekuensi yang lebih tinggi sebagai yang mutlakpeningkatan suhu T (total energi yang dipancarkan per satuan permukaan dan waktu yang proporsionaluntuk T 4; hukum Stefan-Boltzmann): pada suhu kamar itu terbatas pada inframerahwilayah, dan hanya di ribuan derajat apakah itu mencapai band terlihat (kita tidak bisa melihatbenda di malam hari). Bentuk spektrum ini ditentukan secara eksperimental pada tahun 1900,itu heuristik dijelaskan oleh Planck, dan dipelajari oleh Einstein, yang memperkenalkan"Kuantum cahaya" (1905) dan dualisme gelombang-partikel (1909).1900 kertas pertama 11. Planck. Planck diperlakukan bidang radiasi pada dasar

fungsi termodinamika, turunan kedua dari s entropi osilator digabungkandengan lapangan, sehubungan dengan ε energi: (∂2S / ∂ε2)-1. Ungkapan ini mungkinditampilkan untuk mewakili fluktuasi mean square dari energi osilator. Planck sudahdiidentifikasi ekspresi Wien umum diterima untuk spektrum, E (υ, T) =aυ3 · exp (-b (υ / T)), dengan parametrisation sederhana, berpose fungsi ini hanya sebagaisebanding dengan ε energi osilator (mengintegrasikan sekali, dan mengidentifikasi turunan pertamaentropi dengan kebalikan dari temperatur absolut T). Ketika hasil eksperimen barudibantah rumus Wien, pada tahun 1900, Planck hanya mencoba parametrisation berikutnya,yaitu kombinasi linear dari ε dan ε2, dan mendapat formula: E (ν, T) = aυ3ebυ / T -1, a dan b makhlukdua konstanta yang dalam makalah kedua ia berhubungan dengan konstan h Planck = 6 · 10-34 J · s,dan konstanta Boltzmann kB. Sangat menarik untuk dicatat bahwa parametrisation ini dapatditafsirkan a posteriori sebagai interpolasi antara formula Wien dan Rayleigh untukdua ekstrem dari spektrum, istilah dalam ε2 pemberian hanya yang kedua, tetapi Planckbahkan tidak menyebutkan rumus Rayleigh. Parametrisation Planck juga menyiratkan wavelengthdualitas partikel, sebagaimana dibuktikan oleh Einstein pada tahun 1909.1900 kertas kedua 12. Planck. Keberhasilan formula menyebabkan Planck untuk mencaripenjelasan, beralih ke pendekatan statistik Boltzmann (yang ia sebelumnya tidakditerima), tapi dia tidak menggunakan ekspresi Boltzmann untuk jumlah partisi yang berbedapartikel N dalam sel k, W = N! ·ki = 11ni! . Sebaliknya ia diasumsikan, tanpa eksplisitpembenaran, ekspresi yang berbeda secara radikal: W =ki = 1(ni + zi)!ni! zi! , Zi menjadi nomorosilator bahan dalam sel saya, di mana ni quanta didistribusikan.