Глава одиннадцатая. Возникновение теории твердого тела

Развитие кристаллографии

Открытие электронов и квантов дало возможность поставить вопрос о теоретическом истолковании свойств твердого тела. В течение XIX в. эти свойства описывались чисто эмпирически. Тем не менее уже со времен Гюйгенса была ясна идея о правильной периодической структуре кристаллов. Однако кристаллография, опирающаяся на изучение внешних форм кристаллов, считалась отраслью не физики, а минералогии и была также описательной наукой. В качестве такой науки она существовала с древнейших времен. Впервые, по-видимому, Кеплер в сочинении "О снеге" (1615) высказал мысль о том, что форма кристаллов определяется законами геометрии, и высказал для снега закон постоянства гранных углов. Гассенди, исходя из атомистических представлений, предположил, что в основе структуры данного кристалла лежат атомы, имеющие форму, одинаковую с формой данного кристалла. Кристалл построен слоями, каждый слой состоит из одинаковых многогранников.

Важный труд Николая Стенсена, датского анатома, вышедший в 1669 г., содержал первую точную формулировку закона постоянства гранных углов. Кристаллические многогранники с одинаковыми гранными углами, хотя и обладают разной формой граней,, тождественны.

Бартолин, открывший двойное преломление в исландском шпате" открыл также свойство спайности кристаллов.

Как мы уже говорили, Христиан Гюйгенс впервые высказал идею периодического внутреннего строения кристалла, молекулы которого имеют определенную форму и расположены параллельными рядами.

Французский военный инженер Ромэ-Делиль был первым кристаллографом, применившим для измерения углов между гранями кристалла прибор гониометр. Он первым пытался систематизировать кристаллические формы.

Наиболее существенный вклад в кристаллографию внес французский аббат Гаюи. В его фундаментальном труде "Опыт теории строения) кристаллов", вышедшем в 1784 г." он сформулировал открытый им закон параметров, т. е. закон простых целочисленных отношений между параметрами граней одного и того же кристалла. Гаюи открыл также закон повторяемости элементов многогранника и понял значение симметрии в учении о кристаллах. Именно Гаюи принадлежит важная мысль о тесной связи между внешней формой кристалла и его внутренней структурой.

В первой половине XIX в. кристаллография стала отраслью минералогии и чисто описательной наукой. Идеи Гаюи о связи внешней формы кристалла с его внутренней структурой были оставлены; на первый план выдвигалась задача описания и систематизации кристаллических форм. Профессор Берлинского университета Христиан Вейсс, занимаясь описанием кристаллических форм, ввел в кристаллографию представление об осях. Развивая идею симметрии, он впервые устанавливает в 1815 г. основные шесть кристаллических систем. Вейссу принадлежит также введение в кристаллографию понятия зон.

Описательная кристаллография разрабатывалась также Нейманом в Кенигсберге и Миллером в Кембридже. Миллер ввел систему обозначения кристаллических плоскостей ("индексы Миллера").

Кропотливая работа по кристаллографическим исследованиям привела к важным обобщениям. Так, Ф. Гессель, исходя из законов симметрии, установил 32 независимых кристаллических класса. Огюст Бравэ ввел представление о кристаллической решетке ("решетка Бравэ") в своем знаменитом сочинении "Кристаллографические этюды".

Математическая кристаллография к концу XIX в. получила завершение в классических работах Е. С. Федорова и математика Шенфлиса. Глубокое развитие учения о симметрии содержится в работах Пьера Кюри.

В XX в. произошло превращение кристаллографии из описательной науки в физическую. "Кристаллография, - писал в 1904 г. известный советский ученый В. И. Вернадский, - имеет своей задачей исследование свойств и законов, присущих твердому веществу, выяснение его строения". Но Вернадский отмечает также, что исторически кристаллография развивалась отдельно от физики, в тесной связи с минералогией. "До сих пор в огромном большинстве университетских кафедр всего мира в преподавании кристаллографии эта связь ее с минералогией не порвана ...". Однако Вернадский продолжает: "... но с последних десятилетий прошлого века эта связь нарушается чрезвычайно быстро и неуклонно".