Техника - молодёжи 1970-01, страница 44

при радиоактивном распаде обнаружили «невидимку».

Скрупулезно уточнять каждый последующий десятичный знак в наши дни перестало быть скучным уделом педантов от науки. Эксперимента, повышающего точность измерения на несколько порядков, ждут порою с замиранием сердца: не потребует ли он радикального пересмотра существующей теории?

Постоянство массы движущихся (со скоростью ие выше 100 км/сек) тел, вытекающее из ньютоновой механики, подтверждается с точностью до одной миллионной. Но мы теперь знаем, что именно эта миллионная доля достоверности таит в себе заряд страшной силы, потрясающий все основы физики. Как тут не вспомнить известные слова, приписываемые Майкель-сону: «Будущие истины физической науки следует искать в шестом знаке десятичных дробей».

Новые цифры после запятой буквально определяют наше мировоззрение. Вспомним историю моделей вселенной. Астрономы трех крупнейших американских обсерваторий, изучив за 20 лет око\о 800 галактических объектов, в 1956 году пришли к общему заключению: у нашего пространства положительная кривизна, иначе говоря, вселенная замкнута. Некоторые коллеги не согласились с ними. Оппоненты проде\али электронно-оптические измерения более удаленных, хотя и не столь многочисленных галактик. Наше пространство вовсе не искривлено, считают они. Спустя годы обе модели были перечеркнуты радиоастрономическими исследованиями. Наблюдения за весьма удаленными объектами наводят на мысль об отрицательной кривизне пространства. Какой же вывод сделают завтра?

Смертельная доза точности

Проникнувшись состраданием к древнегреческим мыслителям, мы решили им помочь. Отправим на «машине времени» в античную эпоху самые точные, самые прецизионные приборы. То-то семимильными шагами двинется вперед наука!

БИП-БИП: «Прибор, который измерял бы с неограниченной точностью, в итоге не измерял бы ничего» — как это понять?

ЛЮБОЗНАЙКИН: Проще простого. Смоделируем на человеке: если дилетант знает «ничего» обо всем, то узкий специалист — все «ни о чем».

Трудно представить бедствие страшнее, чем претворение в жизнь нашего опрометчивого пожелания. Та точность измерений, к которой наука стремилась и рвалась многие века, убила бы ее в колыбели. Даже не нужно забираться в глубь столетий. Мы лишились бы многих научных достижений, снабдив гигантов мысли XVI—XVII веков современной измерительной аппаратурой.

Ньютон, исследуя свет, пользовался плохим монохроматором: от взора гения ускользнуло явление флуоресценции. А из-за недостатков примитивного «спектроскопа» он проглядел темные линии поглощения в солнечном спектре. Но это не помешало ему сформулировать важнейшие положения оптики. Наоборот, если бы Ньютон обнаружил и флуоресценцию и линии поглощения, он столкнулся бы с неимоверными трудностями, разрабатывая свое учение о свете. «Перед нами нередкий пример того, как несовершенство опыта способствует развитию науки, — замечает по этому поводу академик С. Вавилов. — Трудно представить себе путаницу оптических представлений, которая возникла бы, если бы смещение Стокса (явление, связанное с флуоресценцией. — А. Ш.) открыли в XVII веке».

До сих пор неточность эксперимента рассматривалась лишь как неизбежное зло, как досадное препятствие. Но, оказывается, своевременное зло оборачивается добром. Ученые утонули бы в первозданной сложности и многогранности результатов опытов, если бы не спасительная грубость прибора. Скрадывая множество тонких эффектов, он позволяет проследить среди аморфной груды эмпирических наблюдений главную тенденцию. Так творится точное знание из неточного измерения.

У Галилея, изучавшего свободное падение тел, не было механических часов. Ему приходилось всячески хитрить, измеряя небольшие промежутки времени. Ученый наливал в бак с маленьким отверстием в дне воду. Перед опытом он закрывал отверстие пальцем. Когда тело начинало двигаться, Галилей убирал палец, и вода выливалась на весы. Тело падало на землю—отверстие закрывалось. По весу вытекшей воды можно было судить о длительности движения. По таким несовершенным «часам» Галилей установил, что ускорение свободного падения тела приблизительно постоянно. Ученый был убежден: если бы не сопротивление воздуха, ускорение было бы действительно постоянным. Когда изобрели вакуум-насос и провели более точные измерения в разреженной атмосфере, это подтвердилось. Насколько затруднилась бы задача Галилея, если бы тонкие эксперименты с самого начала показали

зависимость ускорения свободного падения от географической широты и от высоты, с которой падает тело. Трудно прийти к выводу о постоянстве явно непостоянной величины. Трудно сформулировать закон сразу со всеми его ограничениями и исключениями.

Вспомним еще раз, но теперь с иной позиции, о наблюдениях Тихо Браге. Немецкий ученый А. Зом-мерфельд в свое время заметил: если бы Кеплер не опирался на достаточно неточные и грубые (!) измерения Тихо Браге, он никогда не открыл бы законы движения планет. Ему не под силу было бы разобраться в сложнейшей иерархии тесно переплетенных главных и побочных зависимостей. Какую сумятицу мыслей вызвало бы у Кеплера движение перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты) Меркурия, считающееся лучшим подтверждением общей теории относительности! Даже позднее астрономы не могли разобраться во всех тонкостях поведения этой планеты. Некоторые считали, что вблизи Солнца находится еще какое-то небесное тело, влияющее на Меркурий. Путаница была устранена только теорией тяготения Эйнштейна.

Такова оборотная сторона точности. В лучшем случае ее преждевременный избыток оказывается бесполезным и бесплодным. Интерференция и дифракция были открыты примерно за полстолетия до Ньютона. Великий ученый был хорошо знаком с необычными световыми явлениями. Но сам факт существования этих свойств, присущих только волнам, не оказал какого-либо влияния на его корпускулярную теорию света. Лишь почти столетием позже, в работах Т. Юнга и О. Френеля, интерференция и дифракция нашли верную трактовку.

«Вообразим на минуту в качестве иллюстрации, что новейшие экспериментальные открытия эффектов электронной дифракции и фотонов, которые так хорошо укладываются в символизм квантовой механики, были сделаны до работ Фарадея и Максвелла, — пишет Н. Бор. — ...Каково было бы в этом случае состояние науки? Я думаю, не будет преувеличением сказать, что мы были бы дальше от непротиворечивого взгляда на свойства материи и света, чем Ньютон и Гюйгенс».

Это не апология приземленности и несовершенства научных приборов! Экспериментаторы ведут свой поиск между Сциллой и Харибдой. Стоит немного ослабить усилия — и с головой погружаешься в зыбкую трясину всепоглощающей погрешности измерения. Тогда единственное спасение — точность приборов. Точность, но в меру. Ибо избыток ее меняет знак с «плюса» на «минус» и равносилен неточному знанию