| · Для любознательных |  |
|
- Прежде, чем ответить на этот вопрос, напомним, что людей, занимающихся
наукой, часто спрашивают о практическом применении результатов их деятельности.
У физики здесь все в порядке. Только за последнее десятилетие в повседневную
жизнь вошли мобильные телефоны, интернет,
многоканальное телевидение. Все
это основано на достижениях физики. Они же, в свою очередь, основаны
на полученных ранее знаниях. 30-40 лет проходит обычно с момента получения знания о каком-либо явлении до его широкого применения. Так первая в мире радиопередача, состоявшая из двух слов, была проведена в 1896 году. Спустя 30 лет мальчишки во всем мире строили детекторные приемники. Первые эксперименты с радиоактивностью в начале 20-го века имели излишне яркие последствия: взрыв ядерной бомбы в 1945 году. Пока физика людей не подводила: по крайней мере, в течение 200 лет новшества, основанные на полученных ею знаниях, появляются в нашей жизни непрерывно. Именно знания и получают в физических институтах. Современная наука сложна, непросто устроено и ее практическое применение. Получением знаний и их приложениями сегодня занимаются разные люди. При необходимости эти виды деятельности могут совмещаться. Так было в 40-х годах XX века, во время II Мировой войны, когда в СССР и в США велись работы по созданию ядерной бомбы. Разумеется, не все добытые знания получают практическое приложение. Но часто нельзя предсказать, какой именно расчет или эксперимент найдет применение, а какой просто увеличит наши познания. Иногда, впрочем, решение прикладных задач оборачивается получением фундаментальных знаний о природе. Классическому примеру более двух тысяч лет. Все помнят закон Архимеда. Он был придворным ученым при наместнике римского императора на острове Сицилия. Придворному ювелиру было поручено изготовить для наместника корону из чистого золота. Когда работа была готова, наместник заподозрил, что ювелир присвоил часть золота, заменив его в короне более легким металлом. Наместник поручил проверку Архимеду. О том, что удельный вес можно определить, разделив вес на объем, древние греки знали, но как найти объем тела неправильной формы? Архимед придумал погрузить корону в сосуд, наполненный водой, а вытесненную воду перелить в сосуд цилиндрической формы. Объем цилиндра вычислять умели. Так нашли средний удельный вес вещества, из которого сделана корона. Попутно Архимед и сделал свое наблюдение о выталкивающей силе, действующей на тело, погруженное в жидкость, благодаря которому он и известен до сих пор. По способу получения знаний физики резко делятся на две части: экспериментаторы и теоретики. Первые используют приборы разной степени сложности и сообщают о результатах наблюдений. Вторые используют только авторучки и компьютеры. Часто теоретики подсказывают экспериментаторам, что именно стоит измерять, где можно увидеть интересный эффект. В свою очередь, некоторые данные теоретики могут получить только из экспериментов. Я попробую показать, как работают те и другие на очень упрощенном примере, для понимания которого почти ничего не нужно знать. Представим себе, что экспериментатор и теоретик собираются изучать свободное падение тел под действием сил земного притяжения, то есть пытаются выяснить, какова траектория полета, и как зависит время падения от высоты, веса тела и его формы. С первого взгляда экспериментатору кажется, что из приборов ему понадобится лишь секундомер. Он берет три предмета, например, металлический шарик, воздушный шарик (то есть та же форма, но другая масса) и свернутую газету такой же массы, как металлический шарик. Поднимаясь на балконы, например, 4-го, 8-го и 12-го этажей, бросая эти предметы вниз (предварительно убеждаясь в отсутствии прохожих), он пытается определить траекторию и время падения. Получит он такие результаты. Металлический шарик падает вертикально вниз. Газета - почти вертикально. У воздушного шарика оказывается более сложная траектория, и каждый раз - разная. Что до времени, то для металлического шарика оно почти точно пропорционально корню квадратному из высоты, для газеты эта закономерность выполняется гораздо менее точно, а для шарика - совсем не выполняется. Немного подумав, наш экспериментатор поймет, что он решал другую задачу: движение тела вблизи поверхности Земли. И, кроме силы тяготения, на его «пробные тела» действовало еще и сопротивление воздуха. Для решения первоначальной задачи он должен заставить тела падать в каком-то устройстве, из которого выкачан воздух. То есть, придется позаботиться о специальной аппаратуре. После этого он и получит искомый результат: все тела под действием только земного притяжения падают вертикально, время падения пропорционально квадратному корню из высоты. Теперь посмотрим, как подходит к задаче теоретик. Допустим, он начал исследовать вопрос о движении под действием силы тяжести. Он должен сразу сообразить, что существует другая, родственная задача о движении вблизи поверхности Земли, и что вторая задача - более сложная. Обратите внимание, что для экспериментатора ситуация обратная - более сложной была первая задача. Итак, теоретик решает первую задачу. Допустим, он знает только закон всемирного тяготения, в который входит
расстояние между центрами тяжести тел, то есть расстояние до центра
Земли. То, что тела будут падать вертикально, он получит сразу, а вот
о том, как найти время падения, можно немного поговорить. Чтобы не отвлекаться,
давайте считать, что Земля - однородный шар. Теперь,
если не требовать большой точности (эту оговорку мы обсудим), задачу
решить легко. Вспомним, что нас интересует движение вблизи поверхности
Земли. То есть высота над Землей много меньше ее радиуса, составляющего
Кроме того, теоретик, даже не зная, как учесть силу сопротивления воздуха, должен многое сказать и о второй задаче. Во-первых, время падения всех тел будет больше, чем в безвоздушном пространстве. Во-вторых, в случае с металлическим шариком влияние воздуха будет минимальным, и время падения будет ближе всего к вычисленному для случая без воздуха. А насколько близко - можно выяснить более сложным вычислением или поинтересоваться результатом эксперимента. Вычислить время падения газеты, пожалуй, невозможно. Но можно поставить вопрос: насколько реальное время падения больше вычисленного для безвоздушного пространства? В два раза, в 10 раз? Ответит только эксперимент. А вот для воздушного шарика теоретик должен, прежде всего, сообразить, что, если он заполнен газом, менее плотным, чем воздух, то он вообще, в силу закона Архимеда для газа, не упадет на поверхность Земли, так же как не утонет в воде щепка. И движение шарика с более плотным газом будет определяться не столько притяжением Земли, сколько потоками воздуха, и предсказать его невозможно. Таким образом, эксперимент и теория развиваются параллельно, взаимно дополняя друг друга. Но у кого приоритет? В древности, как ни странно, первенство отдавалось теоретическому познанию. Обычно связано это с именем Аристотеля и объясняется, видимо, тем, что древние греки создали прекрасную науку, совершенно не опирающуюся на опыт - эвклидову геометрию. Первенство теории признавалось и в средние века. Только в эпоху Ренессанса заговорили о первичности экспериментального познания. Пионером считается английский философ Френсис Бэкон, энтузиастами этого тезиса были известные вам Галилей и Ньютон. По иронии судьбы они оба, особенно Ньютон, внесли огромный вклад в теорию. Уже в двадцатом веке первенство эксперимента отстаивал немецкий физик Штарк нобелевский лауреат 1919 года, результаты его работ вошли в учебники. К сожалению, он защищал свои взгляды недостойными методами. Работая в нацистской Германии, Штарк, объявил эксперимент «подлинно арийским методом науки». Д-р физ.-мат. наук Е. Г. Друкарев Из лекции, прочитанной
гимназистам. Продолжение следует. |
||
Мы
начинаем новую рубрику, рассчитывая, что читателями ее будут школьники,
перед которыми стоит вопрос выбора, какой области трудовой деятельности
посвятить себя. В