Італійський учений Амедео Авогадро - сучасник А. С. Пушкіна - був першим, хто зрозумів, що кількість атомів (молекул) в одному грам-атом (молі) речовини однаково для всіх речовин. Знання ж цього числа відкриває шлях до оцінки розмірів атомів (молекул). За життя Авогадро його гіпотеза не отримала належного визнання. Історії числа Авогадро присвячена нова книга Євгена Залмановича Мейліхова, професора МФТІ, головного наукового співробітника НДЦ «Курчатовський інститут».
Якби в результаті якої-небудь світової катастрофи всі накопичені знання виявилися б знищеними і до прийдешніх поколінь живих істот прийшла б тільки одна фраза, то яке твердження, складене з найменшої кількості слів, принесло б найбільшу інформацію? Я вважаю, що це - атомна гіпотеза: всі тіла складаються з атомів - маленьких тілець, які перебувають в безперервному русі.
Р. Фейнман, «Фейнмановские лекції з фізики»
Ця константа названа на честь відомого італійського хіміка Амедео Авогадро (1776-1856), який хоча сам цього числа і не знав, але розумів, що це дуже велика величина. На зорі розвитку атомної теорії Авогадро висунув гіпотезу (1811 рік), згідно з якою при однакових температурі і тиску в рівних обсягах ідеальних газів міститься однакове число молекул. Пізніше було показано, що ця гіпотеза є наслідок кінетичної теорії газів, і зараз вона відома як закон Авогадро. Його можна сформулювати так: один моль будь-якого газу при однакових температурі і тиску займає один і той же обсяг, при нормальних умовах дорівнює 22,41383 л (нормальним умовам відповідають тиск P0 = 1 атм і температура T0 = 273,15 К). Ця величина відома як молярний обсяг газу.
Першу спробу знайти число молекул, що займають даний обсяг, зробив в 1865 році Й. Лошмідт. З його обчислень слід, що кількість молекул в одиниці об'єму повітря одно 1,8 × 10 18 см -3. що, як виявилося, приблизно в 15 разів менше правильного значення. Через вісім років Дж. Максвелл привів набагато ближчу до істини оцінку - 1,9 × 10 19 см -3. Нарешті в 1908 році Перрен дає вже прийнятну оцінку: NA = 6,8 × 10 23 моль -1 числа Авогадро, знайдену з експериментів по броунівському русі.
З тих пір було розроблено велику кількість незалежних методів визначення числа Авогадро, і більш точні вимірювання показали, що в дійсності в 1 см 3 ідеального газу при нормальних умовах міститься (приблизно) 2,69 х 10 19 молекул. Ця величина називається числом (або постійної) Лошмідта. Їй відповідає число Авогадро NA ≈ 6,02 × 10 23.
Число Авогадро - одна з важливих фізичних постійних, які відіграли велику роль у розвитку природничих наук. Але чи є вона «універсальної (фундаментальної) фізичної постійної»? Сам цей термін не визначений і зазвичай асоціюється з більш-менш докладної таблицею числових значень фізичних констант, які слід використовувати при вирішенні завдань. У зв'язку з цим фундаментальними фізичними постійними часто вважаються ті величини, які не є константами природи і зобов'язані своїм існуванням лише вибраній системі одиниць (такі, наприклад, магнітна і електрична постійні вакууму) або умовним міжнародним угодам (така, наприклад, атомна одиниця маси) . У число фундаментальних констант часто включають багато похідні величини (наприклад, газову постійну R. класичний радіус електрона re = e 2 / mec 2 і т. П.) Або, як у випадку з молярним об'ємом, значення деякого фізичного параметра, що відноситься до специфічних експериментальним умовами, які обрані лише з міркувань зручності (тиск 1 атм і температура 273,15 К). З цієї точки зору число Авогадро є істинно фундаментальна константа.
Історії та розвитку методів визначення цього числа і присвячена ця книга. Епопея тривала близько 200 років і на різних етапах була пов'язана з різноманітними фізичними моделями і теоріями, багато з яких не втратили актуальності й донині. До цієї історії доклали руку найсвітліші наукові уми - досить назвати А. Авогадро, Й. Лошмідта, Дж. Максвелла, Ж. Перрена, А. Ейнштейна, М. Смолуховського. Список можна було б і продовжити.