Реферат: Бессилие от знания или может ли история помочь физикам?
Реферат: Бессилие от знания или может ли история помочь физикам?
Научно - значит, опровергаемо.
Математика - наука точная и неопровержимая.
История развития физики насыщена острыми ситуациями, в процессе разрешения которых сталкиваются человеческие судьбы, и при этом проявляются величие духа одних, и очень, порой, несимпатичные свойства других ученых. С течением времени личные трагедии и заблуждения забываются, и множество отдельных, местных революций воспринимаются потомками как плавное, эволюционное, поступательное движение процесса познания. В современных учебниках излагается уже логичная и благообразная, но не история, а всего лишь информация о результатах этой эволюции.
Мне представляется, что такое сглаживание и выхолащивание истории развития науки отнюдь не способствует привлечению в научную деятельность молодежи. В самом деле, если науку действительно делали лишь непогрешимые титаны и рыцари без страха и упрека, то нужно иметь изрядное мужество, чтобы сделать попытку приобщиться к этой когорте. А вместе с тем, знание ошибок и заблуждений наших предшественников зачастую может оказаться полезным не только при обучении, но и оказать неоценимую услугу при разрешении весьма острых и вполне современных ситуаций.
Так, например, как следует из энциклопедии, "Своими экспериментами Герц подтвердил великую догадку Максвелла о распространении электромагнитной энергии в вакууме..." Что можно извлечь для себя из этой фразы? Преклонение перед гениями может вызвать в лучшем случае зависть. Пусть и белую. А ведь на самом деле все было отнюдь не так.
Не было у Герца намерения подтвердить догадку Максвелла. Но мало того, не было и у Максвелла никакой догадки по этому поводу.
Уравнения Максвелла оказались намного мудрее своего создателя. Получив чисто математически, из соображений симметрии уравнений, необходимость существования тока, протекающего в диэлектрике, Максвелл и сам этому удивился, и снабдил соответствующий этому току член уравнения индексом как бы в порядке своего извинения. Дескать, я и сам понимаю, что ток через диэлектрик течь не может, и, скорее всего, это какая-то математическая абстракция.
Были попытки и при жизни Максвелла со стороны его поклонников (весьма немногочисленных, кстати) представить этот момент как теоретическое предвидение. И надо сказать, что сам автор охлаждал пыл своих почитателей напоминанием того, что в теорию математика превращается только тогда, когда описывает экспериментально наблюдаемый факт. В данном же случае построение пока что является не теоретическим, а сугубо гипотетическим.
Вот это высший класс методологической грамотности!
А что же Герц?
Дело в том, что немецкий физик Генрих Герц был глубоко убежден, что сколько-нибудь серьезное научное открытие может быть сделано только немцами. И если с открытиями англичанина Фарадея он еще как-то мог смириться, потому что Фарадей, как известно, был слабым математиком, и все его работы были чисто экспериментальными (а следовательно, как бы второсортными), то уж шотландец Максвелл вызывал у него резкое и нескрываемое раздражение. Делом своей жизни Герц считал экспериментальное доказательство заблуждения Максвелла, и современники не раз отмечали весьма некорректные его высказывания в адрес уже покойного ученого.
К чести Герца, следует сказать, что, получив вместо опровержения экспериментальное подтверждение теории Максвелла (ибо с этого момента построение Максвелла уже являлось теорией), Герц публично принес свои извинения. Но главное во всей этой истории то, что оба ее участника одинаково относились к математике, настаивая на том, что в физике лишь та математика важна и незаменима, которая описывает реально существующие процессы. То есть когда оба высказывания, вынесенные в качестве эпиграфов, сосуществуют диалектически.
Ведь что греха таить, эта точка зрения присуща далеко не всем ученым. Сплошь и рядом, чуть приоденут мысль в математические одежды, и уже теорией называют. А то, что экспериментатор - ученый второго сорта, это мнение и сегодня в науке очень популярно.
Несмотря на то, что всем нам неоднократно приходилось слышать утверждение о том, что и эксперимент без математического осознания - тоже не наука, позволю себе с этим не согласиться. Наука, по определению Менделеева, это поиск истины. Сама же истина - уже не наука, а скорее, памятник ей.
Физика, по определению, есть не что иное, как совокупность эффектов и явлений. Уровень понимания различных эффектов очень неодинаков. И чем меньше эффект осознан, тем больший научный процесс он представляет. Абсолютно, досконально понятых и осознанных эффектов нет и быть не может в силу бесконечности познания. Вот поэтому-то у меня вызвало некоторую настороженность известное мнение о том, что целая область знания - теоретическая акустика - завершила свое развитие как раздел физики. Дело в том, что, как полагают, с помощью волнового уравнения (а это основной инструмент данной области знания) можно описать любые явления в акустике. На основании этого был сделан вывод, что как теоретическая акустика, так и ее основная практическая ветвь - сейсморазведка, как бы перешли в компетенцию математики.
Но зачем, казалось бы, мне, радиоинженеру, имеющему достаточный опыт работы в схемотехнике, эта информация? Однако Случаю было угодно, чтобы в 1973 году мне пришлось заменить основного преподавателя шахтной геофизики, доцента Ленинградского горного института (ЛГИ), которого внезапно отправили в Москву на 6 месяцев, на повышение квалификации.
Рассуждать было некогда, семестр уже начинался, и после краткого инструктажа этого самого доцента я, обложившись всей существующей литературой, кинулся в этот омут, из которого мне не было суждено вынырнуть.
Любая геофизика, в том числе, и шахтная - на 90% сейсморазведка. Если открыть любой геофизический сборник или материалы какой-нибудь конференции - все сплошь сейсморазведка. Более того, примерно то же соотношение и в денежном соотношении: все страны, позволяющие себе роскошь содержать собственную геофизику, тратят на сейсморазведку более 90% всех геофизических денег. Так что и мне пришлось штудировать главным образом именно эту область знания.
Впрочем, эта область знания оказалась весьма специфической. Прежде всего, отсутствием соответствующих лабораторных работ. Их не было ни в наследстве, оставленном мне покинувшим нас штатным преподавателем, ни, как ни странно, на кафедре геофизики ЛГИ. Так что если по электроразведке, магниторазведке, радиоактивным методам и т.д. мы на лекциях анализировали задачи, смоделированные в лаборатории, то по сейсморазведке все ограничивалось моим говорением и трехэтажными формулами.
Это шло вразрез с моим радиотехническим воспитанием. Для радиофизиков ведь существует только один авторитетный человек, да и тот осциллограф. А если в слово геофизика вторая и бóльшая его составляющая попала не случайно, то каждое ее утверждение должно наглядно иллюстрироваться реально существующим эффектом.
Идея сейсморазведки действительно элементарно проста. Именно поэтому она была описана Пуассоном в начале XIX века, еще за 100 лет до проведения первых практических измерений. Волновое уравнение, написанное им, позволило выйти на описание различных типов упругих волн. Но ведь для того, чтобы иметь отношение к физике, математическое уравнение, какое бы оно ни было красивое, должно содержать аргументы, которые могут быть определяемы в эксперименте. В данном случае, к сожалению, это оказалось не так. Аргументами в волновом уравнении, описывающем поле упругих колебаний, являются параметры движения колеблющихся частиц и/или давление в упругой волне. Ни то, ни другое определить в эксперименте даже на сегодняшний день нельзя, так как в Палате Мер и Весов не существует эталонов и соответствующих датчиков этих субстанций. А следовательно, к полю упругих колебаний как физической реалии волновое уравнение просто не имеет отношения.
Вообще говоря, проблема датчика является в физике ключевой. Нет датчика - нет и научной проблемы. Мы будем относиться с юмором к экстрасенсам до тех пор, пока не существует датчика биополя. Так что же, акустика находится на уровне науки о биополе? Не совсем. Существующие геофоны, гидрофоны, сейсмоприемники и т.д. действительно не являются датчиками каких бы то ни было базисных параметров поля упругих колебаний, но они являются датчиками наличия либо отсутствия самого акустического сигнала, а также источниками информации о спектре этого сигнала. Как увидим дальше, этого оказалось достаточным для разработки научного подхода при изучении поля упругих колебаний.
Впрочем, как бы то ни было, заявить о неправомерности применения волнового уравнения, используемого для описания поля упругих колебаний, после 150 лет его непрерывного использования - шаг непростой. Но давайте посмотрим с другой стороны. Ведь волновое уравнение имеет бесчисленное количество решений, и выбрать необходимое можно лишь задав соответствующие граничные условия. Однако, не имея соответствующих датчиков, нельзя определить и граничные условия. Таким образом, задавая граничные условия умозрительно, нельзя претендовать на реальность получаемых при решении уравнения результатов.
В электродинамике волновое уравнение также является основным инструментом. Однако там базисные параметры электромагнитного поля определяются в эксперименте на нормальном метрологическом уровне, и это, собственно, и определяет правомерность использования волнового уравнения, а также прогресс электродинамики и уровень ее практического использования.
Но, в конце концов, учитывая эффективность сейсморазведочных методов, может быть, можно снизить требования к ее теоретическому обоснованию? Мы ведь все знаем, что основные заслуги при поисках нефти и газа принадлежат сейсморазведке. Да, в самом деле, сейсморазведка не входит в компетенцию метрологов, но ведь главное-то - практические ее результаты.
