Основы организации мышления, или Сколько будет 2+2 Елизаров Евгений
Но не таков был Кеплер, чтобы пренебречь даже столь незначительным отклонением от расчетного. Он сам потом писал, что если бы желал пренебречь восемью минутами долготы, то давно закончил бы свой труд. Но пренебречь ошибкой для него было невозможно. И в конечном счете именно это расхождение привело его к одному из самых грандиозных открытий в науке. Девять лет аналитической работы увенчались созданием трех законов движения планет. Ничтожные восемь минут окончательно изменили всю картину мира.
Позднее предсказанные именно его законами отклонения траекторий движения небесных тел послужили индикатором того, что за орбитой Урана должна существовать еще одна массивная планета. И вот в 1846 году И. Галле по теоретическим предсказаниям У. Ж. Леверье и Дж. К. Адамса открывает Нептун, удаленность которого от Земли до того препятствовала его обнаружению.
Таким образом, результат любого сложения не может быть ограничен пустыми рамками какого-то абстрактного, отвлеченного от чего бы то ни было вообще «количества». Он всегда обязан учитывать качественные характеристики как того круга вещей, в котором он непосредственно выполняется, так и той ступени классификации явлений, на которую он экстраполируется нами.
Другими словами, получаемый результат еще подлежит определенному истолкованию. Только в контексте этого истолкования, которое обязано принимать в расчет решительно все, что отличает сформированную нами модель от того среза объективной реальности, на которую мы хотим его распространить, достигается и однозначность прочтения, и точность. Взятый же сам по себе, вне какой бы то ни было интерпретации, он не говорит почти ни о чем. А зачастую, несмотря на совпадение с прогнозируемым итогом нашего «сложения», лишь заводит в тупик мысль исследователя, ибо это совпадение может быть и случайным.
Впрочем, трудности не ограничиваются только сказанным. До сих пор мы говорили о том, что приведение разнородных явлений к какому-то единому качеству достигается на пути последовательного обобщения данных. Однако часто приходится искать решение вовсе не на пути обобщений, но погружением на какой-то более фундаментальный уровень строения вещества. Строго говоря, именно это и является основным путем научного исследования.
Заметим: теоретический результат интерпретации и обобщения данных, полученных в каком-либо эксперименте, как правило, не имеет почти ничего общего с самими данными. Несколько утрируя действительное положение вещей, можно сказать, что в ходе опыта исследователь имеет дело лишь со стрелкой какого-то прибора, поэтому непосредственным результатом научного эксперимента является лишь совокупность каких-то абстрактных цифр или отображаемых графиками кривых. Так, например, астроном направляет свой телескоп на объект, удаленный от Земли на огромное расстояние. Свет, поступающий в телескоп, он запечатлевает на фотографической пластинке. После этого он пытается придать смысл тем точкам и пятнам, которые отпечатываются на ней, теоретизируя по поводу того, каким может быть источник света. Английский астрофизик, сэр Артур Стенли Эддингтон (1882–1944) отмечал: «Для читателя, решившего сторониться теории и признавать только точные факты, которые являются результатом наблюдений, все книги по астрономии неприемлемы. Не существует никаких чисто экспериментальных фактов о небесных телах. Астрономические измерения все, без исключения, представляют собой измерения явлений, происходящих в наземной обсерватории или станции; только посредством теории их превращают в знания о внешней Вселенной.»
Словом, задача исследователя состоит в построении такой категориальной системы, которая, не противореча результатам предыдущего опыта поколений его предшественников, объясняла бы и эти цифры, и эти кривые, и эти пятна. При этом в возводимой им теоретической конструкции каждая из этих цифр, кривых или точек на фотографическом слое обязана быть строго закономерной и необходимой. Кроме того, эта система должна обладать прогнозирующими свойствами, другими словами, быть в состоянии предсказывать появление каких-то новых цифр или каких-то новых графиков при изменении условий опыта.
Ясно, что все это возможно только в том случае, если мы точно определим и глубоко осознаем в первую очередь качественную составляющую результата.
В общем, высшее мастерство исследователя как раз и заключается в способности интерпретировать результаты наблюдений, и чем большая дистанция разделяет масштаб самого эксперимента и масштаб той действительности, на которую распространяются вытекающие из него выводы, тем более велик сам ученый.
Легенда, когда-то пущенная в оборот Вольтером, гласит, что закон всемирного тяготения появился как результат размышлений Ньютона над падающим яблоком.
Джон Дальтон (1766 – 1844), английский химик и физик, обнаружил всего лишь неодинаковые пропорции углерода и водорода в различных компонентах газов. Но именно это наблюдение в конечном счете привело его к мысли о том, что газы должны состоять из мельчайших частиц – молекул, которые, в свою очередь, должны содержать в себе еще меньшие неделимые далее элементы. Не имея возможности наблюдать их, Дальтон тем не менее установил даже относительные веса многих атомов. Кстати, его имя известно также и в среде дилетантов: ведь именно он первым в 1794 году описал дефект зрения, которым страдал сам, именно этот дефект позже был назван дальтонизмом.
В серии опытов Альберта Абрахама Майкельсона (1852-1931), американского физика определялась лишь скорость прохождения луча света в перпендикулярных направлениях. Самый знаменитый из этих экспериментов был проведен им вместе с Морли в 1887 году. Созданная ими интерферометрическая установка, как известно, была призвана определить скорость движения земли в мировом эфире. Полученный результат был совершенно неожиданным. Он говорил о том, что никакого движения нет и в помине, и что, напротив, вся Вселенная, включая Солнечную систему, вращается вокруг маленькой неприметной планеты по имени «Земля». К чести Майкельсона, никто из физиков не усомнился в методологической выверенности эксперимента. Однако конечный вывод, который был сделан из этого результата позднее, был еще более ошеломляющим. Именно он стал одним из краеугольных камней того фундамента, на котором была построена теория относительности. Кстати, именно за эти опыты в1907 году Майкельсону была присуждена Нобелевская премия.
Сотрудником Резерфорда Марсденом было обнаружено, что всего-навсего одна из примерно 20 тысяч альфа-частиц, проходя сквозь золотую фольгу, отклоняется на угол больше 90 градусов. Сам Резерфорд поначалу не поверил результату, но строгость эксперимента не оставляла возможности для сомнений. И вот рассеяние альфа-частиц золотой фольгой были, наконец, объяснены тем, что они проходят на весьма малом расстоянии от других положительно заряженных частиц, размеры которых значительно меньше размеров атомов. Это и было рождением учения об атомном ядре.
Все это примеры ярчайших побед человеческой мысли. Но ведь все эти победы начинались с осмысления тех количественных аномалий, которые возникали вопреки абсолютно безупречной логике и технике проводимого исследования.
Заметим, что и сегодня материала для размышлений, которые могут привести к формированию каких-то новых взглядов на устоявшиеся истины, вполне достаточно.
Вот пример. Считается, что возраст нашей планеты составляет около 4, 5 миллиардов лет. Этот вывод сделан на основе анализа каких-то общих космологических представлений. Но можно ли как-либо проверить этот вывод? Восхождение к каким-то еще более общим теоретическим конструкциям уже невозможно. Но точно так же невозможно и построить эксперимент, условия которого соответствовали бы специфическим условиям миллиардолетий космогенеза. Ведь в нашем распоряжении лишь годы, в лучшем случае десятилетия.
Таким образом, необходимо построение условной теоретической модели, качественные характеристики которой могли бы с точностью воссоздать основные параметры истории нашей планеты. Понятно, что уровень тех явлений, которые могут быть положены в основание количественных сопоставлений, будет значительно ниже глобальных вселенских процессов. Но вот беда – практически все попытки верификации дают не стыкующиеся не только с принятым возрастом, но и друг с другом, результаты.
Приведем несколько примеров.
1. В 1960 году было подсчитано, что на Землю ежегодно выпадает от 5 до 15 миллионов тонн частиц межзвездной космической пыли. Если согласиться с тем, что возраст нашей планеты и в самом деле составляет около 4, 5 миллиардов лет, то Земля должна быть покрыта слоем космической пыли толщиной в 20–60 метров. При этом известно, что космическую пыль довольно легко отличить от земной: первая содержит примерно в триста раз больше никеля. Поэтому даже в случае ее перемешивания с земной пылью присутствие космической было бы сравнительно нетрудно обнаружить. Однако в действительности такого мощного слоя пыли нигде на Земле обнаружено не было. Кроме того, весьма ограниченное содержание никеля в земной коре, в свою очередь, свидетельствует, что космическая пыль выпадала в куда меньших масштабах, чем это предполагается расчетным возрастом нашей планет. Другими словами, в контексте этой модели она должна быть намного моложе.
2. Считается, что Земля и Луна – это небесные тела примерно одного возраста. Правда, сила тяжести на нашем спутнике существенно меньше земной, но и в этом случае за миллиарды лет на ней должен был накопиться довольно мощный ее слой. Поэтому, когда планировался запуск американских космических аппаратов на Луну, высказывалось вполне обоснованное сложившимися теоретическими представлениями опасение, что они могут просто утонуть в многометровой толще пыли. Именно по этой причине ноги спускаемого устройства снабжались широкими пластинами, которые должны были препятствовать погружению. Известно, что еще раньше, когда планировалась посадка на Луну советского аппарата, возникали точно такие же опасения. Но в конструкторском деле все теоретические сомнения обязаны принимать форму тех или иных инженерных решений. Здесь же отсутствие надежной информации вело к тому, что инженерное решение принималось чисто волевым порядком: рассказывают, что генеральный конструктор дал своеобразную расписку: «Луна твердая», которая обязала проектировщиков игнорировать лунную пыль.
Противоречащая устоявшимся взглядам интуиция не подвела знаменитого конструктора, и впоследствии обнаружилось, что Луна и в самом деле была твердой: слой пыли не превышал одного сантиметра.
Но это вновь означает, что результат значительно расходится с тем, который принят в науке.
3. При превращении урана в свинец выделяется гелий. Со временем он улетучивается из породы и попадает в атмосферу. Таким образом, за расчетное время существования Земли в ее атмосфере должно накопиться довольно большое количество гелия. Однако все инструментальные замеры упрямо свидетельствуют об обратном: фактическое его содержание отклоняется от предсказываемого теорией в десятки тысяч раз. То есть на такую величину, которая никак не может быть игнорирована.
При этом еще необходимо считаться с тем, что гелий мог присутствовать в атмосфере планеты уже при ее рождении. Мало того: земная атмосфера по-видимому способна поглощать гелий из космоса. Словом, наличное его содержание очень плохо согласуется с теми расчетами, которые основываются на господствующем предположении о возрасте Земли.
4. Наблюдения показывают, что все реки мира постоянно выносят в мировой океан огромное количество глины, солей, песка и многих других веществ. Объем каждого вещества, ежегодно смываемого в моря, в принципе может быть измерен. А это значит, что, установив общее их содержание в морях, можно рассчитать и то, как долго шел процесс вымывания, другими словами, установить приблизительный возраст самой Земли.
Здесь, правда, нужно учесть по меньшей мере два обстоятельства. Во-первых, то, что в мировом океане уже с самого момента его формирования могло содержаться определенное количество вымываемых веществ, во-вторых, в начале вынос каждого из них должен быть более интенсивным, чем впоследствии. Но даже с учетом этих обстоятельств получается, что возраст Земли не должен превышать нескольких миллионов лет. Так, например, количество соли указывает на возраст в 260 миллионов лет, количество никеля соответствует 9 тысячам, количество свинца – всего 2 тысячам лет. Количество же песка и глины, которое несут с собою водные потоки таково, что все земные континенты были бы попросту смыты в море уже через несколько миллионов лет.
5. Установлено, что напряженность магнитного поля Земли со временем постепенно снижается. Измерения, проводившиеся более века, показали, что интенсивность затухания удваивается в течение каждых 1400 лет. Если экстраполировать эти данные в прошлое нашей планеты, то окажется, что 10000 лет тому назад она должна была представлять собою что-то вроде магнитной звезды. Впрочем, скорее всего она бы просто взорвалась, ибо магнитное поле, которое должно было существовать согласно этим выкладкам в прошлом, предполагает столь высокую температуру планеты, которая несовместима с ее существованием как твердого тела.
Генри Моррис, один из виднейших представителей того учения, которое и сегодня отстаивает ту мысль, что наш мир – это не продукт эволюционного развития, но результат Божественного творения, используя обширный пласт источников, свел в единую таблицу результаты определения возраста нашей планеты, полученные с помощью разных методик (Моррис Генри, Библейские основания современной науки, СПб, 1995, с. 472–474).
Процесс
Расчетный возраст
1. Ослабление магнитного поля Земли
10.000
2. Накопление радиоактивного углерода на Земле
10.000
3. Осаждение метеоритной пыли из космоса
Слишком мал для вычисления
4. Вынос первозданной воды в океан
340.000.000
5. Извлечение магмы из мантии для образования земной коры
500.000.000
6. Возраст старейшего из существующих элементов биосферы
5.000
7. Появление человеческих цивилизаций
5.000
8. Проникновение гелия-4 в атмосферу
1.750–175.000
9. Количество людей на Земле
4.000
10. Вынос осадка по рекам в океаны
30.000.000
11. Эрозия материковых отложений
14.000.000
12. Вымывание натрия из материков
32.000.000
13. Вымывание хлора из материков
1.000.000
14. Вымывание кальция из материков
12.000.000
15. Вынос карбонатов в океан
100.000
16. Вынос сульфатов в океан
10.000.000
17. Вынос хлора в океан
164.00.000
19. Вынос урана в океан
1.260.000
20. Выход нефти на поверхность под давлением
10.000–100.000
21. Образование радиоактивного свинца путем захватывания нейтронов
Слишком мал для измерения
22. Образование радиоактивного стронция
Слишком мал для измерения
23. Ослабление природного остаточного палеомагнетизма
100.000
24. Распад углерода-14 в докембрийскую эпоху
4.000
25. Распад урана с исходным «радиоактивным» свинцом
Слишком мал для измерения
26. Распад калия с содержанием аргона
Слишком мал для измерения
27. Образование речных дельт
5.000
28. Выход нефти со дна океана
50.000.000
29. Распад природного плутона
80.000.000
30. Смещение линий галактик
10.000.000
31. Расширяющийся межзвездный газ
60.000.000
32. Распад комет малого периода обращения
10.000
33. Распад комет большого периода обращения
1.000.000
34. Притяжение небольших частиц к Солнцу
83.000
35. Максимальное время метеоритных дождей
5.000.000
36. Накопление пыли на Луне
200.000
37. Нестабильность колец Сатурна
1.000.000
38. Утечка метана с планеты Титан
20.000.000
39. Замедление вращения Земли приливным трением
500.000.000
40. Охлаждение Земли из-за утечки тепла
24.000.000
41. Накопление известковых отложений на дне моря
5.000.000
42. Вынос натрия в океан через реки
260.000.000
43. Вынос никеля в океан через реки
9.000
44. Вынос магния в океан через реки
45.000.000
45. Вынос кремния в океан через реки
8.000
46. Вынос калия в океан через реки
11.000.000
47. Вынос меди в океан через реки
50.000
48. Вынос золота в океан через реки
560.000
49. Вынос серебра в океан через реки
2.100.000
50. Вынос ртути в океан через реки
42.000
51. Вынос свинца в океан через реки
2.000
52. Вынос олова в океан через реки
100.000
53. Вынос алюминия в океан через реки
100
54. Вынос лития в океан через реки
20.000.000
55. Вынос титана в океан через реки
160
56. Вынос хрома в океан через реки
350
57. Вынос марганца в океан через реки
1.400
58. Вынос железа в океан через реки
140
59. Вынос кобальта в океан через реки
18.000
60. Вынос цинка в океан через реки
180.000
61. Вынос рубидия в океан через реки
270.000
62. Вынос стронция в океан через реки
19.000.000
63. Вынос висмута в океан через реки
45.000
64. Вынос тория в океан через реки
350
65. Вынос сурьмы в океан через реки
350.000
66. Вынос вольфрама в океан через реки
1.000
67. Вынос бария в океан через реки
84.000
68. Вынос молибдена в океан через реки
500.000
Результаты говорят сами за себя: при желании возраст нашей планеты может быть равен чему угодно.
Но мы видим, что разногласие результатов во многом вызвано тем, что качественные параметры, фигурирующие в расчете, не совпадают с качественными параметрами действительного генезиса Земли. Поэтому несовпадение в первую очередь свидетельствует именно о той «качественной пересортице» или, другими словами, «дельты качества», что упоминалась нами выше.
Анализ же проявляющейся здесь «пересортицы» заставляет всерьез задуматься о том, действительно ли история происхождения и развития нашей Вселенной именно такова, какой она предстает в теории «большого взрыва»? И вот сегодня вновь возрождается взгляд на мир как на продукт Божественного творения. Кстати, приведенный здесь перечень методик фигурирует в одном из самых фундаментальных трудов одного из виднейших сторонников современного креационизма. Фигурирует именно в качестве опровержения господствующей сегодня теории всеобщего эволюционного развития.
Больше того, сказывающееся здесь проявление «дельты» какого-то неизвестного еще «качества» заставляет задуматься и о более фундаментальных началах нашего мира. Ее воздействие дает основание усомниться в справедливости причинной детерминации явлений, в жесткой однозначности причинно-следственной связи. Другими словами, предположить, что не только причина обусловливает следствие, но и следствие оказывает свое воздействие на причину и деформирует ее. Подробней об этом говорится в другом месте («Сотворение мира или эволюция?»)
Словом, в системе наших знаний и сегодня еще очень много такого, что требует вдумчивого анализа, что содержит в себе возможность какого-то нового взгляда на природу вещей…
Выводы
1. Мы обнаружили, что любой результат исчислений верен лишь для того уровня явлений, на котором он был получен. Поэтому, как только мы совершаем его экстраполяцию на какую-то иную совокупность объектов материальной действительности, должна обнаруживаться та или иная количественная аномалия. Правда, не всегда это бывает, случается, что итог совпадает с тем, который предсказывается законами математики. Но если мы хотим остаться верными строгим методологическим принципам, мы обязаны понимать, что при обращении к более широкому кругу явлений такое совпадение может быть чисто случайным.
2. В том случае, если сравниваемые нами начала качественно неоднородны, все логические операции, которые предшествуют собственно количественному анализу, имеют своим результатом ту или иную деформацию присущей им качественной определенности. Поэтому любая до-количественная обработка изучаемого предмета – это не только исключение специфических, индивидуальных характеристик вещей, но и выявление каких-то дополнительных (до поры вообще неизвестно откуда возникающих) свойств. Вследствие этого конечный результат количественного анализа всегда будет испытывать воздействие какой-то «дельты качества», и обязанностью исследователя является выявление степени этого воздействия, выявление того, что именно вносит новое «качество» во все производимые нами расчеты и измерения.
3. Собственно математический объект, иными словами то, над чем и совершаются все математические действия, – это чистая абстракция, он не имеет абсолютно никакого физического аналога. Но это еще не значит, что и все результаты вычислений представляют собой голую фикцию. Математика вправе рассматриваться нами как ключевой элемент некоторой общей методологии научного исследования. Поэтому любое противоречие тому результату, который прогнозируется ею, выступает не столько индикатором ошибки, сколько сигналом необходимости движения в каком-то новом направлении. Важно понять, что несоответствие результата «сложения» любой заранее затверженной истине – это далеко не всегда дефект измерения или расчета, и способность разглядеть в нем ориентир поиска того, «что» именно «будет» в результате этой операции, – это обязательный элемент квалификации исследователя. Если нет такой способности, нет и настоящего исследователя, есть лишь ремесленник.
4. Отсюда получается, что «2+2=4» – это вовсе не знак запечатленного итога какого-то сложного расчета, но символ никогда не кончаемого процесса. Уже это наводит на мысль о том, что и сама истина, которая является целью любого познания, – это вовсе не застывшая «фотография» умосостояния научного сообщества на какой-то фиксированный момент времени, но подчиненный строгой методологии и устремленный в будущее процесс.
Глава 3. Два с какого края?
Оглянемся на пройденный нами путь. Это необходимо сделать уже хотя бы для того, чтобы разрешить возникающее здесь сомнение. Ведь мы, как кажется, совершили в своих рассуждениях нечто вроде замкнутого круга, ибо по существу вернулись к тому, что было известно и без нас.
Анализ каких-то общих практически никогда не формулируемых явно условий выполнения операций количественного сравнения, а также обращение к фактам, накопленным в разных областях человеческого знания, позволили сделать нам вывод: «два плюс два» не равно «четырем»! Или, по меньшей мере, равно «четырем» далеко не во всех случаях.
Однако затем, во второй главе, мы обнаружили, что итог «сложения» все-таки должен соответствовать усвоенной еще в детстве истине. А если он не отвечает ей, необходимо искать причины возникающего противоречия и начинать новый виток нескончаемой спирали исследований.
Таким образом, получается, что мы противоречим сами себе. Подвергнув едва ли не категорическому отрицанию известные всем истины, под давлением и каких-то других основоположений, и каких-то других фактов мы оказываемся вынужденными затем опровергать уже самих себя и все-таки соглашаться с гранитной незыблемостью всего того, что ранее было отринуто нами, Но можно ли вообще при таком непостоянстве доверять получаемым здесь выводам?
На первый взгляд, подобные повороты сюжета и в самом деле способны скомпрометировать любой анализ. Но все это только на первый, ибо в действительности ничего порочащего методологическую строгость рассуждений в таком «опровержении опровержений» нет. В сущности этот замкнутый круг является не чем иным, как «стандартной» траекторией познания. И если ход наших рассуждений описывался именно этой спиралью, можно утверждать, что с методологической стороны он не содержал никаких ошибок.
В философии пройденный нами путь называется «отрицанием отрицания». Ведь философское отрицание – это вовсе не бездумное отбрасывание чего бы то ни было и не механическая замена его чем-то противоположным. Напротив, все то, что отрицается нами, в каком-то преобразованном, переосмысленном виде сохраняется во всех дальнейших теоретических построениях. Другое дело, что на новом уровне познания все старые истины понимаются нами уже не как всеобщие и безусловные императивы сознания, но как положения, остающиеся справедливыми лишь в сравнительно ограниченном круге условий. И кстати, развитие науки показывает, что никакая новая теория, как правило, не расстается с основополагающими выводами, установленными в далеком прошлом, но включает их в себя. Такие «закрытия», как исключение «теплорода» или мирового «эфира» – в науке вещь крайне редкая. Кстати, здесь и один из незыблемых критериев истинности и любой новой концепции, которая выдвигается взамен старому объяснению фактов. Тому новому, где полностью отрицается всякая преемственность с традицией научной мысли, где решительно и безоговорочно отбрасывается все то, что прочно вошло в аксиоматический фонд нашего сознания, никакого доверия нет, и радикальная революционность новой теории выдает лишь дилетанта.
Классическими примерами философского «отрицания отрицания», иными словами примерами гармонического согласия старых и новых истин являются соотношение ньютоновской и эйнштейновской механик, геометрии Евклида и геометрий, построенных для иных пространств, о существовании которых даже не задумывались в античности. Так, например, в теории относительности полностью сохраняет свою справедливость все то, что было установлено Галилеем и Ньютоном, но эта справедливость в современной физике ограничивается диапазоном сравнительно невысоких скоростей. Точно так же и все теоремы Евклида сохраняют свое действие в новой геометрии, но только там, где кривизна пространства становится равной нулю.
Вывод, к которому мы пришли во второй главе, – это вовсе не механическое возвращение к исходной точке анализа. Мы и в самом деле воспроизвели известное, но уже совсем на другом уровне постижения истины. Мы сумели гораздо глубже понять то, что первоначально подвергалось вполне обоснованному сомнению. Нам открылось, что ответ на поставленный вопрос обязан учитывать не только абстрактные правила чистой математики. В расчет должны приниматься также и конкретные условия всех совершаемых нами операций и в первую очередь такие – далекие от всего количественного – начала, как сугубо качественные характеристики анализируемых явлений. Словом, совершенный круг рассуждений – это совсем не возвращение к исходной точке, ибо перед нами уже не та пустая убогая абстракция, которая подразумевалась в начале, но некоторое развернутое обогащенное знание.
В философии это называется восхождением от абстрактного к конкретному. Мы ведь ищем истину, между тем истина, – гласит эта древняя наука, – всегда конкретна. И тот факт, что результат, полученный нами, это уже совсем не та пустота, с которой начинался наш путь, лишь подтверждает его право на существование.
Но все же установленное нами еще не дает возможности с исчерпывающей точностью и полнотой ответить на исходный вопрос о том, сколько же будет «два плюс два»? Поэтому продолжим анализ.
Мы увидели, что всякое «качество» обладает своим «количеством», и наоборот. Мы согласились с тем, что каждое новое «количество», которое объемлет собой уже приведенный к какому-то единому основанию круг явлений, все-таки обязано подчиняться основополагающим законам математики. Но полной ясности здесь все же нет, ибо все базовые математические соотношения могут соблюдаться только в том случае, если одноименные доли этого «количества» будут равны друг другу при любых обстоятельствах. А вот всегда ли они равны – мы с уверенностью сказать не можем.
Обратимся к известному.
В 1720 году немецкий физик Габриель Д.Фаренгейт (1686-1736) предложил принять в качестве двух фиксированных точек температурной шкалы температуру человеческого тела и температуру замерзания какой-нибудь смеси. Несколько позднее, в 1742 году, теперь уже шведский астроном и физик Андерс Цельсий (1701-1744) предложил использовать для маркировки температурной шкалы точки кипения и замерзания воды. Первой он приписал значения 0, второй – 100 градусов. Именно эта, только перевернутая, шкала теперь и принята повсеместно. Используются, правда и другие шкалы (того же Фаренгейта, Кельвина), но все они легко приводятся к шкале Цельсия.
Но вот вопрос: все ли градусы (или, вернее сказать, то, что стоит за ними) разных этих шкал в точности равны друг другу, равен ли градус, измеренный вблизи одной из критических точек, градусу, измеренному вблизи какой-то другой? Ведь если это не так, все расчеты, использующие данную шкалу, могут содержать в себе математическую ошибку.
Вопрос отнюдь не риторичен, он настоятельно требует точного и конкретного ответа. Ведь в действительности для измерения температуры во всем диапазоне ее известных сегодня значений подходящих средств у нас до сих пор нет. Под подходящими средствами имеется в виду некий единый «термометр», одинаково пригодный для измерений во всем интервале, то есть и в области абсолютного нуля и в области «звездных» температур. На самом деле сегодня мы пользуемся целой системой измерительных инструментов, каждый из которых способен давать удовлетворительные результаты только для определенных долей «полного количества» этого явления, иными словами, лишь в сравнительно узком интервале температур. Состыковать же результаты измерений, выполненных разными инструментами, так чтобы они ничем не противоречили друг другу, сегодня практически не удается. В особенности это касается тех случаев, когда сопоставлению подлежат значительно отстоящие друг от друга участки единой температурной шкалы.
Впрочем, строго говоря, нет и единой шкалы, есть лишь своеобразные «лоскуты», из которых мы и кроим некое подобие целого. А если так, то сформулированный выше вопрос о том, равен ли градус, измеренный вблизи одной критической точки, градусу, измеренному вблизи другой, вполне закономерен. Больше того, остается сомнение не только в точности расчетов, но и в том, что мы сумели понять самое существо того таинственного начала, которые мы пытаемся измерять с помощью различных температурных шкал. Все эти шкалы градуируют вовсе не его «качество», но «качества» совершенно иных образований. Между тем до тех пор, пока не установлено его «полное количество», его «мера» (мы еще будем говорить об этих категориях), выносить окончательное суждение о нем преждевременно. Подлинная его природа хранит еще немало загадок.
Обратимся к другой шкале.
В 1770 году французский геодезист и путешественник Ш. Де ла Кондамин (1701-1774) приказал замуровать в церковной стене своего родного городка собственноручно изготовленный им бронзовый стержень и установить в этом месте мраморную плиту с надписью, гласящей о том, что здесь хранится экземпляр одной из возможных естественных единиц измерения, которая способна стать универсальной.
Ученый предлагал заменить десятки произвольно выбранных и не всегда поддающихся согласованию между собой единиц измерения – фунтов, локтей, дюймов и так далее, которые использовались в тогдашней Европе, одной универсальной и естественной мерой. В качестве такой вполне отвечающей духу Просвещения меры им предлагалась длина экваториального маятника, то есть маятника, который, будучи установлен на экваторе, совершает ровно одно качание за секунду.
Горячую приверженность Кондамина к такому средству измерения легко понять, если представить себе, какой уникальный прибор представляет собой сам маятник. Действительно, подвешенный в том месте, где сила тяжести может считаться строго неизменной, он способен сформировать точный эталон времени. После этого, если его доставить в любой другой район планеты, он по времени своего качания, позволит с точностью определить силу тяжести в нем. А если сила тяжести известна нам заранее, и одновременно удостоверено точное время качания, то отсюда нетрудно определить и длину маятника. Словом, один и тот же прибор годится для точного измерения и времени, и пространства, и силы.
Кстати, применение универсальных мер, служащих для измерения одновременно разных и, казалось бы, несопоставимых друг с другом величин, известно давно. Еще в древнем Китае один и тот же инструмент служил для измерения и длины, и объема, и высоты музыкального тона. В качестве такого инструмента выступало «стандартное» колено бамбука. Конечно, точность оставляла желать лучшего, но все же изящность физического решения по праву заслуживает очень высокой оценки, к тому же нужно сделать и какую-то скидку на историческую эпоху.
Поэтому и идея измерения времени, пространства и силы тяжести с помощью маятника принадлежит, разумеется, не одной только Франции: о ней заговорили и в Лондонском королевском обществе, практически сразу же после того, как знаменитый голландский механик и математик Х.Гюйгенс (1629-1695) изобрел свои знаменитые часы и написал фундаментальный доклад о маятнике.
Тогда же французский математик Г.Мутон (1618-1694) предложил сохранить за маятником значение контрольного аппарата, но в основу универсальной системы мер все же положить другое – уже принятую единой для ведущих морских держав, Англии, Голландии и Франции, морскую милю – часть дуги меридиана.
В конечном счете возобладала чисто пространственная величина. Сыграли, конечно, свою роль и политические разногласия (против революционной Франции к тому времени ополчилась практически вся Европа) и чисто технические трудности, помноженные на другие, политические же, обстоятельства. Ведь для принятия эталонной меры всеми государствами нужен свободный доступ и для ее проверки, и для калибровки национальных эталонов, создаваемых по ее результатам. Но проверить длину дуги без согласия правительств тех стран, на территории которых он проходила (речь идет о Франции и Испании), не всегда возможно.
Однако идея использования колебательного процесса для создания естественного эталона длины все же не умерла. В 1827 году французский физик Ж.Бабине предложил использовать для этого несколько иной колебательный процесс – длину световой волны. Спустя 75 лет А.Майкельсон видоизменил идею Бабине, предложив определять эталонный метр числом укладывающихся в него длин волн монохроматического света. Совершенствование этой идеи привело к новому определению последнего. Если до того под метром понималась одна сорокамиллионная часть дуги меридиана, проходящего через Барселону и Дюнкерк, то в 1960 году метром стали называть длину, равную 1 650 763, 73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона-86.
Читать бесплатно другие книги:
