Становлення та розвиток статистичної фізики в Україні (30–60 рр. ХХ ст.)

Размещено на http://www.allbest.ru

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ЦЕНТР ДОСЛІДЖЕНЬ НАУКОВО-ТЕХНІЧНОГО ПОТЕНЦІАЛУ ТА ІСТОРІЇ НАУКИ ІМ.Г.М.ДОБРОВА

Литвинко Алла Степанівна

УДК 53(477)(091)

СТАНОВЛЕННЯ ТА РОЗВИТОК СТАТИСТИЧНОЇ ФІЗИКИ В УКРАЇНІ (30-60 рр. ХХ ст.)

спеціальність - 07.00.07 - Історія науки і техніки

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора історичних наук

Київ-2009

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Центрі досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М.Доброва НАН України

Науковий консультант: доктор фізико-математичних наук, професор

Храмов Юрій Олексійович,

Центр досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України, завідувач відділу історії науки і техніки

Офіційні опоненти:

доктор історичних наук, професор

Савчук Варфоломій Степанович,

Дніпропетровський національний університет, професор кафедри квантової макрофізики

доктор фізико-математичних наук, професор

Ранюк Юрій Миколайович,

Національний науковий центр „Харківський фізико-технічний інститут”, начальник лабораторії 35-01

доктор фізико-математичних наук, професор

Шендеровський Василь Андрійович,

Інститут фізики НАН України, провідний науковий співробітник відділу теоретичної фізики

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Центру досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М.Доброва НАН України за адресою: 01601, м. Київ-01, вул. М.Грушевського, 4

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.Г.Гармасар

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Історико-фізичні дослідження відіграють важливу методологічну роль у сучасній науці та теорії пізнання. Знайомство з історією фізики - фундаментальної науки сучасного природознавства, яка визначає його розвиток, дає змогу комплексно побачити місце предмету дослідження в науковій картині світу, обумовлює формування механізмів логічного мислення та наукового світогляду, сприяє поглибленню розуміння фундаментальних наук та збільшенню зацікавленості щодо їх вивчення, формує синтез природничо-наукової, технічної та гуманітарної культур.

Еволюція та значення фундаментальних фізичних теорій завжди були та залишаються предметом гострих і плідних дискусій. Серед ключових теорій сучасної теоретичної фізики є статистична фізика, яка описує закономірності поведінки багаточастинкових систем у природі, тобто досліджує практично всі види матерії - тверді тіла, рідини та полімери, рідкокристалічні та міцелярні системи, електроліти, гази, плазму, макромолекули, важкі ядра. Методи статистичної фізики застосовуються в молекулярній фізиці, фізиці твердого тіла, ядерній фізиці, радіофізиці, астрофізиці, оптиці, біофізиці, техніці. Діапазон явищ, які вивчає статистична фізика, надзвичайно широкий і визначає поведінку речовини при низьких температурах у рідкому гелії, властивості високотемпературної плазми, агрегатні стани речовини, фазові переходи, електропровідність, теплоємність тіл, флуктуації, рух електронів у металах.

Статистична фізика як мікроскопічна теорія вивчає специфічні закономірності макроскопічних систем, що складаються з дуже великого, практично незліченного числа однакових частинок (атомів, молекул, електронів, фотонів, квазічастинок), виходячи з властивостей цих частинок та взаємодії між ними. Таким чином, вона надає метод дослідження співвідношень між мікроскопічним та макроскопічним рівнями опису дійсності. Саме величезна кількість частинок обумовлює виникнення характерних закономірностей у поведінці таких систем -- статистичних законів, яким притаманний ймовірнісний характер. Ці закони неможливо звести до динамічних законів, оскільки вони стають беззмістовними при переході до систем з малою кількістю частинок. Для розв'язання задач статистичної фізики як теорії багаточастинкових систем використовуються методи теорії ймовірностей та опис елементів системи в рамках гамільтонівського формалізму в 6N-вимірному фазовому просторі. Важливими поняттями статистичної фізики є ймовірність, фазовий простір, функція розподілу ймовірностей, інтеграл станів, статистична вага.

До побудови статистичної механіки у 60-ті рр. ХIХ ст. фізична картина світу була заснована на класичній механіці та понятті причинності, відповідно до якого можна було, використовуючи формалізм диференціальних рівнянь, однозначно обчислити стан ізольованої системи в будь-який момент часу, якщо відомі початкові умови (лапласів детермінізм). У статистичній фізиці поняття причинності набуло іншого тлумачення, оскільки в ній явища природи розглядаються як колективний процес -- синтез множини елементарних явищ. Дана теорія запровадила у фізику також розуміння, що необоротні процеси відіграють основоположну та конструктивну роль у фізичному світі. З часом визначилось, що ймовірнісна концепція, яка виникла при створенні статистичної механіки, є фундаментальною і характеризує саму природу речей. Це виявилось після побудови квантової механіки, закони якої передбачають принципову статистичність у поведінці мікрооб'єктів.

В останні роки коло застосувань статистичної фізики продовжує розширюватись. Наприкінці ХХ ст. як її далекосяжне узагальнення сформувалась нова міждисциплінарна галузь науки -- синергетика (започаткована Г.Хакеном та І.Пригожиним), що вивчає самоорганізацію складних систем та перетворення хаосу на порядок, розглядає виникнення та еволюцію Всесвіту, обґрунтовує необоротність нелінійного світу. Головними ідеями синергетики, на основі яких формується тенденція щодо побудови глобального еволюційного синтезу в природознавстві, є рівноправність процесів еволюції та деградації; творча роль хаосу на шляху до порядку незалежно від характеру систем; розвиток через нестійкість системи; нелінійний характер еволюції більшості складних систем та наявність кількох варіантів їх розвитку; закономірність виникнення структур зростаючої складності; включення випадковості у механізм еволюції. До ключових результатів тут слід віднести дослідження динамічного хаосу, які бурхливо розвиваються в останні десятиріччя та набувають застосувань у багатьох розділах науки і техніки, наприклад, в теорії хімічних реакцій, радіотехніці, фізиці плазми, теорії прискорювачів заряджених частинок тощо.

Значуща роль статистичної фізики для розвитку наукових знань визначила увагу істориків науки та вчених-фізиків до процесів її формування та розвитку. Проте, незважаючи на широке коло висвітлених питань, на сьогодні не існує комплексного дослідження становлення та розвитку статистичної фізики в Україні, яке б містило у собі її передісторію та розглядало ці дослідження в Україні як органічну складову розвитку світової науки. Ключова роль статистичної фізики в системі наук, а також те, що в цій галузі вченими України одержані фундаментальні результати, які не знайшли належного відображення в історико-науковій літературі, визначає безумовну актуальність дослідження становлення та розвитку даної галузі фізики в Україні. Саме таке дослідження вперше проводиться в дисертаційній роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами й темами. Тема дисертації є складовою тематичного плану відділу історії науки і техніки Центру досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М.Доброва НАН України, а саме, таких тем: “Розробка методологічних та методичних основ створення “Біографічного словника діячів природознавства і техніки України” (номер державної реєстрації 0101U002614), “Фундаментальні ідеї та теорії сучасного природознавства (історико-культурний та світоглядний контекст)” (номер державної реєстрації 0104U006358), „Історія НАН України у суспільно-політичному контексті” (номер державної реєстрації 0107U001830). Напрям - вивчення генезису та еволюції фундаментальних ідей та теорій сучасного природознавства, побудова повної та об'єктивної історії фізики в Україні в контексті світової науки. статистичний фізика наука україна

Метою дослідження є історико-фізичне вивчення процесів становлення та розвитку в Україні в контексті логіки розвитку світової науки в 30_60-ті рр. ХХ ст. одного з розділів сучасної теоретичної фізики -- статистичної фізики.

Для досягнення мети в роботі були поставлені та розв'язані такі основні завдання:

1. Виявити стан розробки проблеми у вітчизняній і зарубіжній історіографії.

2. Провести аналіз предмету, задач та методології статистичної фізики як наукової галузі.

3. З'ясувати місце статистичної фізики в структурі сучасної наукової картини світу.

4. Увести до наукового обігу маловідомі імена та факти з історії статистичної фізики.

5. Розкрити та обґрунтувати передумови виникнення статистичної фізики, встановити основні етапи та пріоритетні результати, що визначають ці етапи.

6. Побудувати періодизаційну схему передісторії, становлення та розвитку статистичної фізики.

7. Розглянути передісторію статистичної фізики в Україні. Проаналізувати експериментальні результати та перші теоретичні узагальнення ймовірнісних уявлень, одержані в Україні до 30-х рр. ХХ ст., які сприяли становленню та розвитку досліджень у галузі статистичної фізики в Україні.

8. Здійснити послідовну історико-фізичну реконструкцію становлення та розвитку статистичної фізики в Україні в 30_60-ті рр. ХХ ст. в контексті еволюції світової науки.

9. Вивчити діяльність та проаналізувати внесок українських вчених у формування уявлень сучасної статистичної фізики, її теоретичних методів та застосувань.

10. Виявити наукові центри - інститути, університети та наукові школи, де проводилися дослідження в галузі статистичної фізики в Україні у 30-60-ті рр. ХХ ст.

11. Провести ідентифікацію ряду неформальних творчих колективів в Україні з науковими школами в галузі статистичної фізики.

Об'єктом даного дослідження виступає процес генезису та еволюції статистичної фізики. Предмет дослідження -- становлення та розвиток статистичної фізики в Україні.

Робота ґрунтується на комплексному використанні принципів історизму та об'єктивності, які обумовлюють методи дослідження: порівняльно-історичний, предметно-логічний, системно-функціональний. Так, порівняльно-історичний метод дає можливість дослідити виникнення, формування та розвиток процесів і подій у хронологічній послідовності з метою виявлення внутрішніх та зовнішніх зв'язків, закономірностей та протиріч.

Предметно-логічний метод передбачає фізичний аналіз змісту оригінальних монографій та статей з точки зору сучасної науки, історико-науковий аналіз зіставлення різних джерел одне з одним та з загальною ситуацією в науці в певні хронологічні періоди, а також порівняльний аналіз праць українських та зарубіжних вчених з метою визначення внеску вітчизняних фізиків у світову науку, встановлення пріоритетів та порівняння основних результатів з наявними відомостями в сучасній довідковій, біографічній та історико-науковій літературі.

Системно-функціональний підхід полягає у комплексному дослідженні великих і складних об'єктів (систем) (зокрема, такими системами виступають фізична наука в цілому, її галузі, наукові напрями, ідеї та теорії, процес інституціоналізації науки, наукові школи, особистість у науці тощо) та вивченні їх як єдиного цілого з узгодженням функціонування всіх елементів і частин системи. Такий підхід передбачає дослідження кожного елементу системи в його зв'язку та взаємодії з іншими елементами, виявлення впливу властивостей окремих частин системи на її поведінку в цілому, встановлення оптимальних та граничних умов функціонування системи.

Поєднання декількох із розглянутих методів дослідження дозволяє, не обмежуючись тільки систематизацією численного фактологічного матеріалу, максимально повно й всебічно вивчити предмет дослідження та вийти на рівень узагальнень.

Хронологічні рамки визначаються 30-60-ми рр. ХХ ст. Нижня межа пов'язана з періодом роботи у Харківському Фізико-технічному інституті Л.Д.Ландау, працями якого були започатковані систематичні дослідження в галузі статистичної фізики в Україні. Верхня межа визначається формуванням наукових шкіл статистичної фізики в Україні.

Наукова новизна полягає насамперед у тому, що вперше в історіографії проведено комплексне дослідження становлення та розвитку статистичної фізики в Україні в 30_60-ті рр. ХХ ст. як органічної складової розвитку світової науки, з урахуванням її передісторії; здійснено порівняльний аналіз визначень предмету статистичної фізики та виявлено найбільш загальні з них за глибиною тлумачення предмету дослідження та за відображенням принципового для цієї галузі взаємозв'язку між мікрорівнем та макрорівнем опису дійсності; запропоновано методологічний критерій виявлення фундаментальних ідей і теорій сучасного природознавства, а саме: вважати фундаментальними ті ідеї та теорії, з появою яких пов'язана зміна наукових картин світу та оновлення категоріальних структур наукового знання; побудовано періодизаційну схему розвитку статистичної фізики; вперше з урахуванням контексту світової науки показано передісторію статистичної фізики в Україні; вперше створено наукові біографії фізиків-теоретиків Т.О.Афанасьєвої-Еренфест та М.М.Пирогова, показано результати в галузі розбудови методів статистичної фізики та їх застосувань, одержані у ряді наукових центрів (Харківський, Дніпропетровський та Донецький фізико-технічні інститути, Інститут математики, Інститут фізики, Інститут теоретичної фізики, Інститут металофізики, Інститут фізики конденсованих систем, Інститут проблем матеріалознавства, Інститут фізики напівпровідників, Фізико-технічний інститут низьких температур, Харківський, Київський, Одеський та Львівський університети), де працювали такі вчені, як В.І.Данилов, Л.Д.Ландау, О.І.Ахієзер, І.М.Ліфшиць, М.М.Боголюбов, О.Г.Ситенко, В.Г.Бар'яхтар А.А.Смирнов, І.Р.Юхновський, Д.Я.Петрина, С.В.Пелетмінський, О.З.Голик, С.Д.Герцрікен, А.Ю.Глауберман, А.В.Свідзинський, Г.М.Зинов'єв, Б.В.Струминський та інші; висвітлено результати теоретичних наукових шкіл: О.І.Ахієзера, І.М.Ліфшиця, М.М.Боголюбова, В.Г.Бар'яхтара, О.Г.Ситенка в галузі розбудови методів статистичної фізики та їх застосування; вперше ідентифіковано неформальні творчі колективи, керовані академіками НАН України І.Р.Юхновським та С.В.Пелетмінським, з науковими школами в галузі статистичної фізики. Встановлено персональний склад, характерні риси, стиль та методи, а також внесок у науку даних наукових шкіл; переважна більшість архівних документів до наукового обігу вводиться вперше.

Наукове та практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що положення та висновки дисертації сприятимуть подальшому історико-науковому дослідженню генезису та еволюції фізичної науки в цілому, зокрема, фізики твердого тіла, ядерної фізики, фізики плазми. Широке застосування матеріалів роботи доцільне при викладанні курсів загальної фізики та історико-фізичних дисциплін в університетах, технічних та педагогічних вузах, а також у шкільних курсах фізики. Матеріали дослідження з 2003 р. використовуються при викладанні курсу “Історія розвитку основних фізичних уявлень” на фізико-математичному факультеті Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. А.С. Литвинко в співавторстві було видано методичний посібник з даного курсу, а також науково-методичну працю “Поради щодо підготовки кандидатських і докторських дисертації з історії фізики”.

Апробація роботи. Основні положення та результати дисертації обговорювалися та отримали позитивну оцінку на засіданнях відділу історії науки і техніки Центру досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М.Доброва НАН України, у доповідях на понад 20 наукових міжнародних і вітчизняних форумах: конгресах Міжнародної спілки з історії технології (Санкт-Петербург 2003, Бохум (Німеччина) 2004, Лестер (Велика Британія) 2006, Копенгаген (Данія) 2007), Міжнародній школі з історії науки (Уппсала (Швеція) червень 2006), конгресі Європейської фізичної освітньої мережі (Варна (Болгарія) 2003), 3-й конференції Європейського товариства історії науки (Відень (Австрія) 2008), ХХIII Міжнародному конгресі з історії науки і техніки (Будапешт (Угорщина) 2009), Міжнародних київських симпозіумах з наукознавства, Всеукраїнській науково-методичній конференції “Викладання історії науки і техніки в університетах України” (Харків 2006), Науково-практичних конференціях “Історія науки, техніки і освіти” (Національний технічний університет України, 2003-2009 рр.).

Публікації. Основні результати та висновки дисертаційного дослідження опубліковані в 2 монографіях: Литвинко А.С. Становлення статистичної фізики в Україні (30-40 рр. ХХ ст.) / А.С.Литвинко. _ К:Фенікс, 2009. -- 220 с.; Литвинко А.С. Микола Миколайович Боголюбов та статистична фізика в Україні / А.С.Литвинко. _ К:Академперіодика, 2009. -- 304 с., а також у 31 статті у фахових виданнях та в 30 інших виданнях - 2 науково-методичних працях, збірниках наукових статей, журналах і матеріалах конференцій. Ці матеріали достатньою мірою відображають зміст роботи.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел і літератури. Обсяг основного тексту - 392 сторінки. Список джерел і літератури має 1019 позицій. Загальний обсяг - 472 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми, визначено об'єкт і предмет дослідження, його хронологічні рамки, сформульовано мету й завдання дисертаційної роботи, окреслено її наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, зазначено зв'язок роботи з науковими програмами, планами й темами, відзначено особистий внесок здобувача, вказано, де проводилася апробація результатів пошуку.

У першому розділі „Історіографія та джерельна база дослідження” проведено історіографічний аналіз досліджень різних аспектів історії статистичної фізики та суміжних галузей, що дало уявлення про ступінь вивчення наукової проблеми, дозволило систематизувати та критично оцінити використані джерела, виділити головне в сучасному стані вивчення теми та результатах попередників, чітко визначити питання, котрі залишились не висвітленими. Аналіз глибини наукової розробки історії розвитку досліджень у галузі статистичної фізики в Україні в 30-60-ті рр. ХХ ст. показав, що дана тема є недостатньо вивчена, і ще не була предметом дисертаційного дослідження.

Історіографія дисертаційної роботи охоплює джерела, що відображають історичні, біографічні та спеціально-професійні питання еволюції статистичної фізики. Зокрема, вони дають загальну характеристику досліджуваної галузі та показують її місце в системі фізичних наук; класифікують основні напрями досліджень зі статистичної фізики та висвітлюють стан їх розробки з погляду світової науки; відображають різні підходи до розгляду процесів зародження та розвитку ймовірнісних уявлень.

Вибір джерельної бази було обумовлено темою та завданнями дисертаційного дослідження, при цьому враховувались як внутрішні, так і зовнішні чинники, що впливали на процес формування та розвитку статистичної фізики в Україні в 30-60_ті рр. ХХ ст. По-перше, комплексний аналіз формування та розвитку статистичної фізики в Україні в 30-60-ті рр. ХХ ст. передбачав узагальнення та систематизацію матеріалу щодо розвитку всіх напрямів статистичної фізики в світі в контексті загальної еволюції теоретичної фізики. По-друге, ґрунтовне дослідження генезису статистичної фізики в Україні обумовило необхідність розгляду її передісторії, тобто зародження у попередній період щодо хронологічних рамок дослідження, а також стану статистичної фізики на початок 30-х рр. ХХ ст., коли почалося становлення даної галузі в Україні. Нарешті, дослідження було б не повним без висвітлення загальних особливостей розвитку фізичного знання, зокрема, історії основних фізичних напрямів та інституцій в Україні на тлі поступу світової науки. Щоб урахувати все викладене вище, було опрацьовано значну кількість різноманітних джерел, як опублікованих, так і неопублікованих. Зазначимо, що не всі вони увійшли до тексту дисертації.

Джерельну базу дослідження складають історіографічна література; довідкові та енциклопедичні видання; оригінальні праці вчених -- наукові монографії, статті у періодичних наукових виданнях (журнали, збірники), дисертації; автобіографічна, меморіальна та ювілейна література; матеріали документального характеру; архівні джерела; наукове листування вчених; результати проведеного нами інтерв'ю та анкетування вчених у галузі статистичної фізики.

Частково питання формування та розвитку статистичної фізики були висвітлені в працях фізиків -- А.Пуанкаре, Г.Лоренца, Г.Герца, М.Планка, Н.Бора, М.Борна, Е.Шредінгера, П.Дирака, В.Гейзенберга, П.Ланжевена, В.Вайскопфа, А.Ейнштейна, А.Зоммерфельда, Л. де Бройля, О.І.Ахієзера та С.В.Пелетмінського, М.Каца, М.І.Каганова та В.Я.Френкеля, П.Л.Капіци, а також у курсах з історії фізики П.Лакура та Я.Аппеля, Ф.Розенбергера, Я.Г.Дорфмана, Б.І.Спасського, П.С.Кудрявцева, М.Льоцци, М.Лауе, П.Таннері, Г.Ю.Тредера, Б.Г.Кузнецова, Х.А.Агабатова, К.Н.Андрієвського і Э.Г.Шипатова, Ф.М.Дягилева, А.І.Ансельма, Ю.О.Храмова.

Історія розвитку фундаментальних принципів статистичної фізики, її обґрунтування та ряд методологічних питань досліджувались у працях С.Браша, Я.М.Гельфера, О.В.Кузнецової, Н.В.Вдовиченко, Б.Лавенди, Г.Я.Мякішева, І.П.Базарова, А.А.Гухмана, К.Каратеодорі, Е.Монтролла. Серед даних бібліографічних джерел перш за все слід зазначити фундаментальну монографію Я.М.Гельфера „Історія і методологія термодинаміки та статистичної фізики” у якій досліджено питання виникнення та еволюції основних понять, принципів й методів термодинаміки і статистичної фізики; розглянуто загальні тенденції розвитку цих дисциплін як розділів сучасної теоретичної фізики, а також як методу дослідження явищ; висвітлено формування феноменологічної термодинаміки та її синтез з молекулярно-кінетичною теорією, який виявився ключовим чинником для виникнення статистичної фізики. Особливо цікавими є розділи монографії, що стосуються застосування статистичних методів для вивчення властивостей речовини та випромінювання -- в теорії критичного стану, теорії електрики та магнетизму, електронній теорії, теорії теплового випромінювання. Показано вплив на статистичну фізику квантової гіпотези, значення створення квантових статистик, перш за все, для подальшого розвитку фізики твердого тіла.

Питанням історії статистичної фізики багато уваги приділялось відомим істориком фізики С.Брашем, в працях якого подано історію кінетичної теорії газів та атомістики. Слід зазначити також узагальнюючу монографію, видану Інститутом природознавства і техніки РАН „Фізика XIX--XX ст. в загальнонауковому та соціокультурному контекстах. Фізика XIX століття”, де викладення історії наукових ідей, методів та теорій поєднується з питаннями науково-дисциплінарної історії науки, яка враховує аспекти професіоналізації та інституціалізації науки, тенденції розвитку системи наукової освіти, формування наукового співтовариства, особливості системи наукових комунікацій, соціокультурні обставини. Два розділи даної праці, а саме “Математика в класичній фізиці” (В.П.Візгін) та “Вчення про теплоту у XIX ст.: атомістика, термодинаміка і класична механіка” (О.В.Кузнецова) безпосередньо торкаються питань становлення статистичної фізики. Тут окреслено стан вчення про теплоту на початку XIX ст., обговорено працю Н.Карно (1824 р.), яка започаткувала термодинаміку як нову наукову дисципліну, описано відкриття першого та другого законів термодинаміки та дискусію на шляху побудови статистичного пояснення другого закону термодинаміки, вказано на важливе значення кінетичної теорії газів та молекулярно-кінетичних уявлень у цілому для побудови статистичної фізики, а також обґрунтовано етапний характер робіт Дж.Максвелла, Л.Больцмана та Дж.Гіббса для формування ймовірнісних уявлень у фізиці.

Важливими для розуміння ключових етапів формування даної галузі та значення для цього процесу атомістичних уявлень про будову речовини є монографії О.В.Кузнецової “Історія обґрунтування статистичної механіки” та “Атомістичні концепції будови речовини в XIX ст.”⁴¹, а також Н.В.Вдовиченко “Розвиток фундаментальних принципів статистичної фізики у першій половині ХХ ст.”. Остання монографія присвячена проблемі виникнення, сприйняття та розвитку статистичної концепції, а також перетворенню її на розвинену теорію. В ній автор охоплює проблему обґрунтування статистичної механіки, броунівський рух, теорію теплового випромінювання, проблему питомої теплоємності, рівняння стану реальних газів. Проте, незважаючи на наведені у назві хронологічні рамки, в які входить формування квантових уявлень, дослідження у монографії обмежено чисто класичним підходом, а про квантові уявлення згадують подекуди.

Ґрунтовному огляду історії розвитку математичних методів у статистичній механіці у СРСР присвячено два розділи, написані О.І.Ахієзером та А.В.Свідзинським, у IV томі чотиритомної монографії “Історія вітчизняної математики”. Тут вказано на фундаментальну роль робіт Л.Д.Ландау з теорії рідкого гелію, М.М.Боголюбова з теорії конденсації неідеального бозе-газу, О.С.Давидова з побудови теорії екситонів, І.М.Ліфшиця з теорії конденсованих систем, С.І.Пекара з відкриття та дослідження поляронів.

Ключові етапи розвитку статистичної механіки відображені у низці наступних праць, зокрема, у статті Е.Монтролла “До 100-річчя статистичної механіки”⁴⁴. Методологічні проблеми статистичної фізики і термодинаміки показані у книзі І.П.Базарова та монографії Г.Я.Мякішева “Від динаміки до статистики”, зміст базових постулатів термодинаміки обговорено у монографії А.А.Гухмана “Про основи термодинаміки” та однойменній праці К.Каратеодорі, питанням ймовірнісного тлумачення законів природи присвячено книгу Б.Лавенди “Статистична фізика. Ймовірнісний підхід”, співвідношення динамічного та статистичного методів у теорії нерівноважних процесів розглядав Ю.Л.Климонтович, а зв'язок термодинаміки, статистики та інформації -- Л.Бріллюен.

Дослідженням історії окремих питань статистичної фізики також присвячено наукові розробки. Так, проблема еволюції поняття причинності у фізиці розглядається у праці В.Фока, В.Бояринцева, Х.М.Нуссенцвейга; історія теореми Карно - Б.І.Спасського; історія побудови квантових статистик - Л.Беллоні; побудова нерівноважної статистичної фізики -- Л.Онсагера, І.Пригожина, Г.В.Смирнова, С.Д.Хайтуна; генезис та розвиток термодинаміки Дж.Гіббса - Д.М.Зубарєва, А.Я.Кіпніса, М.Гольдберга; значення принципу доповнюваності для статистичної фізики - І.П.Базарова; помилкові судження у термодинаміці - І.П.Базарова та В.В.Толмачова; питання статистичної теорії рідин - Й.З.Фішера; проблеми запровадження стохастичних методів до фізики та астрономії -- С.Чандрасекара; еволюція поняття фазового переходу -- Я.Г.Синая, Г.Стенлі, П.Фльорі.

Значення методу М.М.Боголюбова для розвитку кінетичної теорії виклав К.П.Гуров, про важливість концепції квазісередніх М.М.Боголюбова для теорії невпорядкованих систем писали В.П.Ковров та А.М.Курбатов, ймовірнісні аспекти квантової теорії розглядав А.Холєво, математичні засади статистичної механіки досліджував О.Я.Хінчин, підсумкам кінетичної теорії присвятила праці Т.О.Афанасьєва-Еренфест, узагальнення законів фізичної статистики для опису таких актуальних об'єктів сучасної науки, як ударні хвилі і надгуста речовина, наведено О.С.Компанейцем, зв'язок стохастичних автоколивань та турбулентності розглядав М.І.Рабінович. Можливості використання полімерних матеріалів у фізиці, обчислювальній техніці та біології, а також особливості фазового переходу, який відбувається при полімеризації, обговорюються в статті В.Я.Френкеля.

Сучасному узагальненню нерівноважної термодинаміки - синергетиці - присвячена численна література. Це, наприклад, стаття Р.Р.Мухіна “До історії розвитку нелінійної динаміки”, монографія Г.Шустера “Детермінований хаос”, книга А.М.Косевича та О.С.Ковальова “Вступ до нелінійної фізичної механіки”, монографії І.Пригожина: “Від існуючого до виникаючого”, “Самоорганізація в нерівноважних системах”, “Сучасна термодинаміка від теплових двигунів до дисипативних структур”, “Порядок з хаосу”. Подальшому дослідженню самоорганізації присвячено статтю Б.С.Кернера та В.В.Осипова, синергетичні стратегії в освіті вивчав В.Буданов. Ряд питань щодо внеску українських вчених у молекулярну фізику та термодинаміку досліджували А.М.Павленко, В.М.Коновалов та Г.Г.Кордун, Ю.О.Храмов, Н.П.Форостяна.Таким чином, проаналізований і використаний у дисертації масив джерел є репрезентативним і дозволяє комплексно розглянути численні аспекти становлення та розвитку статистичної фізики в Україні. Внаслідок опрацювання історіографії та джерельної бази дослідження було зроблено висновок, що, незважаючи на широке коло висвітлених питань, нині немає цілісного аналізу передісторії, становлення та розвитку статистичної фізики в Україні в контексті генезису та еволюції світової науки.

У другому розділі „Аналіз предмету, задач та методології статистичної фізики” обговорюється та галузь фізичної науки, історія якої досліджується -- статистична фізика. Показано місце статистичної фізики в системі наук, сферу її застосування, задачі та методологію. На прикладі статистичної фізики як фундаментальної теорії сучасного природознавства розглядаються численні концептуальні підходи до тлумачення феномену науки в цілому та критерії визначення фундаментальних ідей та теорій. В роботі ми пропонуємо віднести до фундаментальних ідей та теорій природознавства ті, з появою яких пов'язана зміна наукових картин світу та оновлення категоріальних структур наукового знання. До таких ідей належить, зокрема, ймовірнісна ідея розгляду законів природи, а до теорій - статистична фізика.

Ключове значення статистичної фізики для формування міждисциплінарного синтезу знань та імовірнісного стилю наукового мислення, її фундаментальна роль у науковій картині світу визначаються тим, що дана теорія встановлює зв'язок між мікроскопічними та макроскопічними властивостями матерії, дає відповідь на питання про причини еволюції та деградації систем. Роль статистичної фізики не обмежується розвитком власного формалізму та конкретних застосувань. Розглядаючи колективні властивості систем, які не залежать від специфікації частинок, вона пов'язує між собою різні галузі природознавства та здійснює перенесення ідей між ними. Методи, розвинуті у статистичній фізиці, використовуються при моделюванні хімічних, біологічних, економічних та суспільних процесів.

При дослідженні сучасного розуміння предмету статистичної фізики нами було проаналізовано більше ніж 150 енциклопедичних та монографічних видань і знайдено 22 визначення поняття „статистична фізика”. Виявилось, що вони суттєво розрізняються як за глибиною тлумачення предмету дослідження, так і за відображенням принципового для цієї галузі взаємозв'язку між мікро- та макрорівнем опису дійсності. У хронологічно більш ранніх визначеннях (до кінця 60-х рр. ХХ ст.) статистичною механікою називають розділ фізики, який вивчає тільки рівноважні властивості динамічних систем, пізніше переважно стверджується, що статистична фізика складається з рівноважної та нерівноважної статистичної фізики. Така зміна опису предметної галузі статистичної фізики розглядається нами як результат усвідомлення принципової ролі нерівноважних процесів та відображення загальнонаукової тенденції побудови єдиного підходу до опису явищ природи.

Створення статистичної механіки у 60-ті рр. XІX століття на основі уявлення про те, що існують принаймні два рівні опису природи -- макроскопічний і мікроскопічний, призвело до глибоких і всеосяжних змін усієї схеми фізичного пояснення явищ та самого методу наукового мислення. При формуванні статистичної фізики вперше було введено об'єктивну випадковість, при цьому необхідності, які покладено у її основу, подаються розподілом ймовірностей. Таким чином, загальний принцип причинності набув нового розвитку і збагатився новим змістом. Сучасна наука розглядає динамічні і статистичні закономірності як невіддільні і водночас такі, що не зводяться одна до одної. Динамічні закономірності відображають такі випадки причинного зв'язку, за яких основну роль у поведінці системи відіграють початкові умови, а статистичні закономірності -- випадки, що обумовлені переважно колективним характером явищ або процесів.

Рівноважний стан системи залежить тільки від таких загальних характеристик початкового стану, як кількість частинок, їх сумарна енергія тощо. Кількість молекул в об'ємі змінюється внаслідок їх руху і носить характер хаотичних коливань відносно деякого середнього значення -- флуктуацій. Існування флуктуації має принципове значення, оскільки безпосередньо доводить статистичний характер термодинамічних закономірностей. Крім того, флуктуації відіграють роль шуму, який заважає фізичним вимірюванням та обмежує їх точність. Так, важливою є теорія флуктуації для статистичної радіофізики, яка охоплює дослідження статистичних закономірностей у коливальних і хвильових процесах (когерентність, взаємодія сигналів та шумів у нелінійних системах). Електричні флуктуації, обумовлені фундаментальними фізичними процесами в речовині, є причиною виникнення флуктуацій напруги та токів у радіопередавачах та радіоприймачах, обмежують сприйнятливість перших і гранично допустимі монохроматичність та стабільність частоти других. Флуктуаційні явища при поширенні радіохвиль в атмосфері пов'язані з тим, що показник заломлення тропосфери й іоносфери зазнає нерегулярних змін.

Статистичний підхід при розгляді взаємодії світла з речовиною привів до формування статистичної оптики. Статистичний характер світлових полів зумовлений тим, що джерела світла зазвичай складаються з великої кількості хаотично розташованих у просторі і незалежних випромінювачів (атоми, молекули), випромінювання яких має ймовірнісний характер. Флуктуації виникають і при поширенні світла в середовищі під час його розсіяння на хаотично розташованих частинках, або на таких частинках, що рухаються хаотично. Ці методи стали також важливими для нових типів квантових джерел -- лазерів та квантових підсилювачів, випромінювання яких має суттєво статистичні властивості, а також при застосуванні до задач голографії та нелінійної оптики.

Флуктуації також можна спостерігати при розсіянні світла, наприклад, випадкові зміни густини середовища внаслідок флуктуацій викликають випадкові зміни за об'ємом показника заломлення. Отже, в однорідному середовищі або навіть у хімічно чистій речовині розсіяння світла може відбуватися так само, як і у каламутному середовищі (критична опалесценція). Флуктуації тиску виявляються при броунівському русі змулених у рідині чи газі малих частинок під впливом нескомпенсованих ударів молекул оточуючого середовища. У квантовій теорії поля важливими є флуктуації вакууму, які пов'язані з можливістю народження та поглинання віртуальних частинок, що призводить до зміни значень маси і заряду частинок. Зв'язок між флуктуаціями системи у рівноважному стані та її нерівноважними властивостями показує флуктуаційно-дисипативна теорема, яка була встановлена Х.Калленом та Т.Уелтоном у 1951 р.

Принциповий результат статистичної фізики - це встановлення статистичного змісту термодинамічних величин, що дає можливість вивести закони термодинаміки з основних уявлень статистичної фізики та обрахувати термодинамічні величини для конкретних систем. Наприклад, внутрішня енергія ототожнюється з середньою енергією системи, а перший закон термодинаміки пояснюється як вираз закону збереження енергії при русі частинок, з яких складається тіло. Особливого значення набуває статистичне тлумачення ентропії як величини, що пропорційна статистичній вазі макроскопічного стану, тобто його ймовірності. Рівноважний стан при цьому має максимальну статистичну вагу, тобто виявляється найбільш ймовірним станом. Процес переходу від нерівноважного стану до рівноважного є процесом переходу від менш ймовірних до більш ймовірних станів, тому ентропія замкненої системи може тільки зростати.

Доречно навести висловлювання (записані авторкою дисертації) сучасних українських вчених, які працюють в галузі статистичної фізики. Так, академік НАН України С.В.Пелетмінський, розмірковуючи про місце статистичної фізики в системі наук, зазначає: “Ця галузь науки стосується всіх наук -- фізики твердого тіла, фізики плазми, теорії фазових переходів тощо. Все це статистична фізика. Тому, якщо треба пояснити фізичні явища, то без статистичної фізики тут не обійтись, її методи та ідеї відіграють ключову, визначальну роль для розуміння практично всіх явищ природи, вона дає також філософські узагальнення. Методи статистичної фізики застосовують у космології, теорії Великого вибуху, моделях елементарних частинок. Широко використовуються такі нові поняття, як струни та брани, до яких застосовують теорію фазових переходів, що відбувалися протягом тисячних часток секунди від початку виникнення Всесвіту”.

Академік НАН України В.Г.Бар'яхтар підкреслював, що статистична фізика розглядає різні проблеми фізичної науки: “Результати зі зростання ентропії мають загальнофілософське значення у фізиці. Сьогодні проблема переходу від упорядкованого руху до хаосу є однією з центральних, викликає надзвичайну зацікавленість бозе-ейнштейнівська конденсація. Зростання ентропії -- це шлях, за яким можна прослідкувати, як з механіки, здавалося б, оборотної, виникають необоротні явища, як виникає стріла часу”.

Представник львівської школи статистичної фізики член-кореспондент НАН України І.М.Мриглод писав: ”Статистична фізика є однією із ключових галузей сучасної теоретичної фізики, яка описує закономірності поведінки багаточастинкових систем у природі. Згідно з таким визначенням до переліку об'єктів її вивчення потрапляють практично усі різновиди матерії - від газів, плазми та простих рідин і до полімерів, скла, рідкокристалічних і міцелярних систем. Традиційне коло явищ, що описує ця наука, охоплює сьогодні практично все, що відносилося раніше до хімічних та біологічних наук. Внаслідок значної загальності розвинутих тут підходів і методів в останні роки отримали бурхливий розвиток такі екзотичні напрямки статистичної фізики, як фізика складних систем, економічна фізика, фізика комплексних мереж тощо, де слово фізика часто використовується лише для позначення методів і мови, які притаманні більше саме статистичній фізиці”.

Член-кореспондент НАН України Ю.В.Слюсаренко писав, що “статистичну фізику часто називають “царицею наук”, відзначаючи її роль у формуванні наукового світогляду та методології наукових досліджень”.

Член-кореспондент НАН України М.Ф.Головко також підкреслює фундаментальне значення статистичної фізики для нового міждисциплінарного синтезу у природознавстві: ”Статистична фізика встановлює зв'язок між мікроскопічними та макроскопічними властивостями. Методи, розвинуті у статистичній фізиці, використовуються нині при моделюванні економічних й суспільних процесів”.

Професор В.В.Красильников також вважає, що „статистична фізика є одним з фундаментальних наріжних каменів у науковій картині світу. Але її не можна вважати чимось закінченим та непорушним. Вона постійно розвивається, поглиблює та уточнює наше уявлення про світ. Людство пізнає світ саме методами статистичної фізики”, -- підкреслював він.

У третьому розділі „Передісторія статистичної фізики в Україні (XIХ-20_ті рр. ХХ ст.)” детально висвітлено етапи формування статистичної фізики, тобто контекст розвитку світової науки, а також стан статистичної фізики на початку 30_х рр. XX ст. З'ясовується та обґрунтовується значення для формування статистичної фізики ідеї атомізму, молекулярно-кінетичної теорії та її синтезу з термодинамічними уявленнями наприкінці XIX--на початку XX ст. Прослідковується зародження поняття статистичного закону, а також узагальнення поняття причинності у фізиці, результатом якого стало створення нових квантових статистик Бозе-Ейнштейна та Фермі-Дірака і квантової механіки, які відіграли важливу роль у розвитку фізики конденсованих середовищ та теорії твердого тіла.

Для розгляду процесу еволюції статистичної фізики нами пропонується наступна періодизаційна схема:

Передіcторія статистичної фізики

Виникнення атомістичних уявлень

(IV ст. до н.е. (Античність) - XVII ст.)

(Демокріт, Епікур, Лукрецій Кар, Г.Галілей, І.Ньютон)

Створення основ молекулярно-кінетичної теорії

(кінець XVII ст.-початок XIХ ст.)

· Створення теоретичних засад молекулярно-кінетичної теорії (Д.Бернуллі, Л.Ейлер, М.Ломоносов)

· Створення експериментального підґрунтя молекулярно-кінетичної теорії (Р.Бойль, Е.Маріотт, Д.Дальтон, Ж.Гей-Люссак, А.Авогадро)

Формування термодинаміки як науки

(20-50-ті рр. XIХ ст.)

(Н.Карно, Р.Майєр, Дж.Джоуль, Г.Гельмгольц, Р.Клаузіус, В.Томсон)

Формування рівноважної статистичної фізики як синтез молекулярно-кінетичних та термодинамічних уявлень

(кінець 50-х рр. XIХ ст.-20-ті рр. ХХ ст.)

· Створення засад класичної рівноважної статистичної фізики

(кінець 50-х рр. XIХ ст.-початок ХХ ст.)

(А.Крьоніг, Р.Клаузіус, Дж.Максвелл, Л.Больцман, Дж.Гіббс)

· Створення засад квантової рівноважної статистичної фізики

(1900-1932)

(М.Планк, А.Ейнштейн, Ш.Бозе, Е.Фермі, П.Дірак, Дж. фон Нейман)

Створення нерівноважної статистичної фізики

(30-60-ті рр. ХХ ст.)

· Формування засад класичної нерівноважної статистичної фізики

(30-50-ті рр. ХХ ст.)

(В.Паулі, Л.Онсагер, Л.Д.Ландау, М.М.Боголюбов, І.Пригожин)

· Формування засад квантової нерівноважної статистичної фізики

(50-60-ті рр. ХХ ст.)

(Л. Ван Хов, Р.Кубо, М.М.Боголюбов)

Коментуючи дану періодизаційну схему, зазначаємо, що статистична фізика виникла в середині XIX ст. завдяки перш за все працям з молекулярної фізики, а також спробам вчених пояснити на механічній основі закони термодинаміки (насамперед другий закон). Підґрунтям для розуміння необхідності запровадження ймовірнісних уявлень при формулюванні законів природи стало передбачення, що макроскопічні властивості, які спостерігаються в реальному досліді, обумовлені мікроскопічними процесами, що розвиваються на атомно-молекулярному рівні. Результатом синтезу молекулярно-кінетичних та термодинамічних уявлень в середині XIX-на початку ХХ ст. в працях Дж.Максвелла, Л.Больцмана та Дж.Гіббса, де було встановлено зв'язок між тепловою та механічною формами руху матерії, стало виникнення статистичної фізики як самостійного розділу науки. Так, з праці Дж.Максвелла 1860 р. у розвитку кінетичної теорії починається новий етап, пов'язаний з систематичним застосуванням теорії ймовірностей. Після встановлення закону розподілу молекул газу за швидкостями (розподіл Максвелла), він вперше висловив сумнів у правомірності застосування законів класичної механіки до опису руху атома і зазначив, що розглядав свою модель тільки як математичну аналогію реальності.

Невдовзі дослідження Дж.Максвелла продовжив Л.Больцман. На основі сформульованої ним у 1877 р. Н-теореми він одержав кількісний закон, який інтерпретував другий закон термодинаміки в термінах теорії ймовірностей, проаналізував межі застосування поняття ентропії та показав неможливість повної оборотності молекулярного руху. Ідея статистичної закономірності дозволила Л.Больцману показати, що енергія переходить з менш ймовірної форми в більш ймовірну і якщо початковий розподіл енергії в тілах був менш ймовірний, то надалі ймовірність розподілу буде збільшуватися. Таке розуміння суттєво відрізнялось від поглядів Максвелла і Клаузіуса, які розглядали статистику як метод розрахунку середніх величин.

Інший підхід до побудови статистичної фізики запропонував американський фізик Дж.Гіббс, сучасник Больцмана. Статистична механіка вперше розглядалася ним як самостійна наука і одержала обґрунтування, застосовне для довільних, а не тільки для газоподібних систем. Гіббс вводить ансамбль однаково розподілених за різними фазами механічних систем, який залежно від способу фіксації макроскопічного стану систем розрізняє макроскопічний статистичний ансамбль, канонічний статистичний ансамбль та великий канонічний статистичний ансамбль. Дослідження властивостей канонічного ансамблю дозволило Дж.Гіббсу показати аналогію статистичних та відповідних термодинамічних рівнянь. При цьому були простіше, порівняно з Максвеллом та Больцманом, сформульовані принципи статистичної механіки та виявлені певні вади класичної статистичної фізики, зокрема, неможливість створення послідовної теорії теплового випромінювання. Це вдалося подолати лише на наступному етапі розвитку статистичної фізики, пов'язаному з появою квантової механіки.

Квантова ера у фізиці почалась в грудні 1900 р. з відкриття М.Планком дискретної природи випромінювання. Введена гіпотеза кванта, а також одержаний ним закон розподілу енергії у спектрі випромінювання абсолютно чорного тіла, стали ключовими моментами у розвитку статистичної фізики та започаткували квантову статистику -- теорію поведінки фізичних систем, що складаються з величезної кількості мікрочастинок. У 1905 р. А.Ейнштейн дав повне пояснення винайденому у 1827 р. броунівському руху -- одному з найбільш наочних підтверджень уявлень молекулярно-кінетичної теорії та реального існування атомів. У 1906 р. М.Смолуховський незалежно розробив теорію броунівського руху на основі своєї теорії флуктуацій.

Індійський фізик Д.Бозе, розглядаючи теплове випромінювання як газ фотонів, вказав, що до фотонів не можна застосовувати закони статистики як для звичайних матеріальних частинок, та вніс поправку на нерозрізненість фотонів. Зіставляючи результати Ш.Бозе та Л. де Бройля і застосовуючи нові статистичні закони до ідеальних газів, у двох статтях 1924 та 1925 рр. А.Ейнштейн побудував квантову теорію одноатомного газу і дав статистичне обґрунтування фазового переходу, який зараз називають конденсацією Бозе--Ейнштейна. Ще одна квантова статистика, яка застосовується до частинок з напівцілим спіном, зокрема, до електронів, була створена в 1926 р. незалежно італійським фізиком Е.Фермі й англійським фізиком П.Діраком (статистика Фермі--Дірака).

Квантова статистика відіграла важливу роль у розвитку фізики конденсованих середовищ, і, насамперед, теорії твердого тіла. У подальшому її було застосовано при створенні електронної теорії металів, загальної теорії електропровідності твердих тіл, включаючи напівпровідники, використано при поясненні природи рідкого стану, вивченні стану речовини при низьких температурах (пояснення третього закону термодинаміки, надпровідності, надплинності), побудові теорії фазових переходів ІІ роду.

У цьому розділі дисертаційної роботи також розкривається передісторія статистичної фізики в Україні у хронологічних межах XIX--20-ті рр. XX ст. З'ясовано, що вперше спробу пояснити будову матерії було зроблено в Україні у XVII-XVIII ст. професорами Києво-Могилянської академії І.Гізелем, Ф.Прокоповичем, М.Козачинським, Г.Кониським та Г.Щербацьким, які важали матерію основою природних речей і головним об'єктом фізики та сформулювали погляд про її єдність і однорідність. Таке розуміння матерії створило передумови для виникнення на теренах України механіко-матеріалістичних концепцій, відповідно до яких матерія сприймалась як сукупність незмінних первинних елементів Всесвіту. На початку ХIX століття ідеї атомної будови матерії також підтримувало ряд вчених в Україні. Одним з них був вчений-природознавець Т.Ф.Осиповський, який розглядав речовину як сукупність частинок, що взаємодіють одна з одною внаслідок сил тяжіння та відштовхування. Прихильником реальності атомів, кінетичної теорії теплоти, хвильової теорії світла та противником теорії теплороду був завідувач з 1839 р. кафедри фізики Харківського університету В.І.Лапшин. Курс механічної теорії теплоти у Київському університеті читав професор М.І.Тализін, перший вітчизняний фізик, керівник кафедри фізики у 1858--1865 рр. Як викладач і вчений у Львівському університеті активно працював А.Гандль.

Пізніше, протягом другої половини XIX ст., було виконано ряд експериментальних робіт, які стали підґрунтям сприйняття статистичної фізики в Україні, сприяли осмисленню статистичного підходу та усвідомленню сфери його застосування. Це праці в галузі критичного стану речовини професора Київського університету, засновника першої в Україні науково-дослідної лабораторії експериментальної фізики М.П.Авенаріуса; праці з молекулярної фізики, реології дисперсних систем та високомолекулярних сполук ректора Одеського університету Ф.Н.Шведова; праці в галузі термодинаміки та дифузії професора Одеського університету М.О.Умова, праці з термодинамічного потенціалу професорів Харківського університету М.Д.Пильчикова та О.П.Грузинцева. Так, з 1873 р. інтереси М.П.Авенаріуса зосередилися на вивченні рідкого стану і пари при зміні температури і тиску. Він перший вказав, що у критичній точці прихована теплота випаровування дорівнює нулю, а також запропонував новий метод визначення критичної температури для ряду рідин. Протягом 1875--1889 рр. М.П.Авенаріус зі своїми учнями В.І.Зайончевським, О.Е.Страусом, К.М.Жуком та О.І.Надєждіним виконав цикл досліджень критичних значень для багатьох речовин, які довго залишалися незмінними, встановив формулу теплового розширення рідин.

Ф.Н.Шведов перший спостерігав (1889 р.) пружність форми й аномалію в'язкості колоїдних розчинів, вивчав процес релаксації напруг у колоїдах, вивів рівняння стаціонарного в'язко-пластичного плину речовини. Суттєве значення для опису нерівноважних станів мали праці М.О.Умова, де запроваджувалось поняття густини та потоку енергії, теплових напруг. Він також виконав експериментальні дослідження дифузії водневих розчинів та явищ поляризації світла в каламутних середовищах. Засновником вітчизняних досліджень термодинаміки процесів у електролітах став М.Д.Пильчиков, розробка теорії хімічних реакцій, що базується на методі термодинамічного потенціалу (1914 р.), належить О.П.Грузинцеву. Причому вчений при розрахунках внутрішньої енергії використовував квантову теорію твердого тіла, яка саме тоді створювалась П.Дебаєм, М.Борном і Т.Карманом.

На цій основі були сформульовані теоретичні узагальнення ймовірнісних уявлень. Одним з перших, хто працював у Львівському університеті протягом 1898-1913 рр. та створив у 1906 незалежно від А.Ейнштейна теорію броунівського руху, був Маріан Смолуховський. Наочна теорія Смолуховського, хоч і є більш наближеною, дозволила детально прослідкувати механізм явища броунівського руху і пояснити його не лише як результат теплового руху молекул навколишнього середовища, а й кількісно обґрунтувати реальність молекул. Зокрема, вченим було показано, що внутрішнє тертя постійно зменшує миттєву швидкість частинки в рідині, тоді як невпорядковані співудари поновлюють її.