Was waren die vorherrschenden nichtatomaren Theorien der Materie im 19. Jahrhundert?

Alle Theorien der Materie, beginnend mit den antiken griechischen Philosophen, können entweder als kontinuierlich oder diskret (dh partikulär) klassifiziert werden. Diese Dichotomie ist auf Aristoteles zurückzuführen.

Aristoteles vertrat die Auffassung, dass Materie kontinuierlich ist: unendlich teilbar. Aristoteles glaubte, dass ein Vakuum unmöglich sei (tatsächlich behauptete er, dies zu beweisen). Da eine Teilchentheorie ein Vakuum zwischen den Teilchen voraussetzt, schloss dies für Aristoteles und seine Anhänger den Atomismus aus. Die Stanford Encyclopedia of Philosophy ist ein guter Ausgangspunkt für Aristoteles' Philosophie der Materie; hier sind die Abschnitte über Hylomorphismus und Substanz am relevantesten. Aristoteles' Gedankengang ist wie üblich kompliziert: Er ließ zu, dass es bei manchen Stoffen (z. B. Blut, Knochen) eine kleinste Menge davon gibt, die den Charakter der Masse behält.

Der Atomismus geht auf die alten Griechen zurück, wobei Leukippos und seinem Schüler Demokrit Anerkennung zuteil wurde. Diese beiden Gedankenströmungen bestehen, wie Sie sagen, bis ins 20.

Galileo diskutiert in einer langen Passage im Dialog über die zwei Hauptweltsysteme materielle vs. abstrakte Formen, zB eine mathematische Kugel vs. eine Kugel aus Bronze. Gelten die Sätze der Geometrie für materielle Objekte? Galileo (durch sein Sprachrohr Salviati) sagt ja. Es ist wahr, dass die Bronzekugel wahrscheinlich nicht perfekt ist, aber sie entspricht perfekt einer mathematischen Form. Außerdem gibt es keinen prinzipiellen Grund, warum wir nicht eine Bronzekugel haben könnten, die perfekt zur mathematischen Kugel passt . Offensichtlich sind diese Meinungen mit der atomaren Sicht der Materie unvereinbar.

Theorien der Massenmaterie, wie Fluiddynamik oder Festkörpermechanik (gemeinsam als Kontinuumsmechanik bezeichnet), verwenden kontinuierliche Materiemodelle. Heutzutage gelten diese als bequeme Fiktionen. Ich bin mir der Ansichten der Pioniere hier nicht sicher (Hooke, Euler, Ricatti, Young). Galileos Arbeit darüber, wie Stärke von Größe abhängt, ist bekannt, und wie bereits erwähnt, war er kein Atomist.

Sprung ins 19. Jh.: Das Kapitel "Die Realität der Moleküle" in Pais' Einstein-Biografie " Subtil ist der Herr..." bringt es auf den Punkt. Auf der Seite des Atomismus scheinen Daltons Gesetz der multiplen Proportionen und Gay-Lussacs Gesetz der Kombination von Volumen beide starke Argumente für den Atomismus zu sein. Prouts Hypothese (dass alle Atomgewichte ein Vielfaches des Atomgewichts von Wasserstoff sind) scheint ebenfalls eindeutig atomistisch zu sein. Aber Pais schreibt:

Doch Prout betrachtete seine Hypothese nicht als Hinweis auf die Realität der Atome. "Das Licht, in dem ich es immer gewohnt war, es [die Atomhypothese] zu betrachten, war ... als ein herkömmlicher Kunstgriff, der für viele Zwecke äußerst bequem ist, aber die Natur nicht repräsentiert."

Um Pais noch einmal zu zitieren: „Der Hauptdiskussionspunkt unter Chemikern war, ob Atome reale Objekte oder nur mnemotechnische Geräte zur Codierung chemischer Regelmäßigkeiten und Gesetze sind.“ Mit anderen Worten, sagt uns die Atomhypothese irgendetwas Neues über das hinaus, was wir bereits direkt aus den Gesetzen von Dalton und Gay-Lussac ableiten können?

Unter den Physikern drehte sich der Streit um die kinetische Theorie der Gase. Mach und Ostwald waren die bekanntesten Gegner des Atomismus. In einer Rede, die Ostwald 1895 hielt, griff er den Atomismus mit einem Argument an, das bereits zwanzig Jahre zuvor von Loschmidt vorgebracht wurde: Auf der mikroskopischen Ebene sind alle bekannten Gesetze der Physik zeitumkehrbar, doch auf der makroskopischen Ebene haben wir Entropie und offensichtliche Irreversibilität.

Sie fragen nach wissenschaftlichen Vorteilen von Kontinuumstheorien gegenüber Atomismus. Wir sollten darauf achten, moderne Vorstellungen von wissenschaftlichen Beweisen nicht pauschal in frühe Perioden zu importieren (eine Sünde, die Historiker Präsentismus oder Whiggismus nennen). Was wir als metaphysische oder vielleicht sprachliche Argumente abtun, hatte während des größten Teils der Wissenschaftsgeschichte großes Gewicht. Parmenides Argument gegen das Vakuum – um von einem Ding zu sprechen, muss man von einem existierenden Ding sprechen – war für viele überzeugend. Während Aristoteles das Argument von Parmenides zurückwies, hatte er seine eigenen philosophischen „Beweise“ für die Unmöglichkeit einer Leere, basierend auf seinen Bewegungstheorien.

Ein metaphysisches Argument, das für moderne Ohren schmackhafter ist, ist Occams Rasiermesser: „Entitäten sollten nicht ohne Notwendigkeit multipliziert werden“. Mit anderen Worten, stellen Sie nicht die Existenz von etwas auf, es sei denn, es gibt überprüfbare Konsequenzen. Dies ist das Argument, das in der Relativitätstheorie gegen den absoluten Raum und in der Quantenmechanik gegen klassische Teilchenbahnen verwendet wird. Mach und viele Chemiker waren der Ansicht, dass die Atomhypothese nichts über die Regelmäßigkeiten (wie die Gesetze von Dalton und Gay-Lussac), die als Argumente dafür verwendet wurden, lieferte.

Kuhn wies darauf hin, dass hoch artikulierte, einheitliche Theorien immer einen Vorteil gegenüber weniger entwickelten Theorien mit mehreren Varianten haben. Im 19. Jahrhundert bildeten die "Atomisten" keineswegs eine einheitliche Front. Waren Atome teilbar oder nicht? Was genau war der Unterschied zwischen einem Atom und einem Molekül? Chemiker sprachen von der Unterscheidung zwischen chemischen und physikalischen Molekülen, ohne sich darüber einig zu sein, was der Unterschied war oder ob es überhaupt einen gab. (Heutzutage sagen wir keinen Unterschied.) Die Arbeiten von Maxwell und Boltzmann zur statistischen Mechanik schienen nur mit großen mathematischen Schwierigkeiten Ergebnisse zu reproduzieren, die man leicht mit der klassischen Thermodynamik, einer kontinuierlichen Theorie, erhält.

Schließlich betrachteten viele Physiker (wie viele Jahre lang Planck) den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik als absolut und nicht nur statistisch wahr. Das vernichtende Argument von Loschmidt habe ich bereits zur Kenntnis genommen.

Ich schließe mit einer augenzwinkernden Bemerkung. Wenn die Stringtheorie gilt, bedeutet das vielleicht, dass die Kontinuumsmasse die ganze Zeit Recht hatte?