Страница 124 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен

Метод моделей делает ошибки обязательной позитивной составляющей науки. Развитие науки и человеческого общества состоит в том, что путём последовательных приближений из этих ошибок запоминаются такие, которые получают статус абсолютной истины в том смысле, в котором это понятие введено определением 6 в параграфе 3 этой главы. Накопление знаний есть процесс последовательных приближений в познании природы и в технологиях.

Все выдающиеся открытия в физике были дискуссионными утверждениями, претендующими на совершенно не апробированное в научной литературе. Они, как правило, содержали грубые ошибки иногда с точки зрения современной им науки, иногда не устранённые и до сегодняшнего дня – около столетия или намного больше. Сегодня понимание этой особенности науки утрачено полностью.

Непреходящее для всей прошлой и будущей истории человечества открытие Коперника полтысячелетия назад о том, что Земля не есть центр мироздания, сегодня можно считать одной из немногих абсолютных истин. Однако в момент своей формулировки оно являлось дискуссионным, совершенно не апробированным в науке утверждением, содержавшим ошибки. Они были как по отношению к бесспорному в науке его времени, так и выявлялись при её последующем развитии.

До Коперника движение планет по звёздному небу описывалось теорией Птолемея, изложенной им в “Альмагесте” во II веке нашей эры. По Птолемею все планеты движутся по сферам – эпициклам. Период вращения основного эпицикла один год. Каждая планета относительно основного эпицикла движется дополнительно по малым сферам-эпициклам. Такая теория совпадала с наблюдениями, но была громоздкой.

Коперник обратил внимание на то, что если основной эпицикл заменить вращением Земли вокруг Солнца, то наблюдаемое движение планет относительно звёзд можно описать с существовавшей точностью, но появится простота устройства мира. Коперник сумел определить расстояния планетных орбит от Солнца в единицах радиуса земной орбиты (с точностью 2 – 3% по отношению к современным данным). Получалось, что суточные движения огромной сферы с прикреплёнными к ней планетами требуют невероятно больших линейных скоростей. Это были решающие соображения у Коперника для замены существовавшей геоцентрической системы, на гелиоцентрическую.

Серьёзные возражения против гелиоцентрической системы были у самого Коперника. Главное – отсутствие в наблюдениях параллакса звёзд, который должен был бы существовать при их наблюдениях с противоположных точек орбиты вращения Земли вокруг Солнца (разделённых интервалом в полгода). Точность наблюдений самого Коперника не была высокой. Это было для него оправданием отсутствия параллакса. Кстати, измерить этот параллакс удалось только в 1837 – 1839 г.г.

Возражения в стиле современных рецензентов в научных журналах были намного более звонкими. Например. Если Земля движется, то птицы не могут вернуться в свои гнёзда, так как они переместились на новые места. Куда делся ветер от движения Земли? Если Земля не центр Вселенной, то люди на противоположной её стороне ходят вниз головой. Это сейчас такие возражения кажутся смешными. Почитайте сегодняшние рецензии на действительно новые работы – они чаще всего именно про “гнёзда птиц”. И этого не избежали работы большинства сегодня признанных классиков науки, среди них не только А. Эйнштейна.

Не признавал теорию Коперника великий астроном конца ХVI века Тихо Браге. Он соглашался, что планеты вращаются вокруг Солнца, но само Солнце считал движущимся вокруг неподвижной Земли. Для того, чтобы оценить вес его отрицательного мнения надо напомнить, что И. Кеплер провёл точные расчёты движения планет в гелиоцентрической системе, исходя из модели круговых орбит Коперника. Они не совпали с измерениями Тихо Браге всего на 8 угловых минут. Кеплер сказал, что его учитель ошибаться не может. Выбросил все свои расчёты. Ввёл эллиптические орбиты планет и признал результаты новых вычислений окончательными, получив совпадение с наблюдениями Тихо Браге.

Круговые орбиты не единственная ошибка Коперника, выявленная потомками. Например, он считал величины радиусов планетных орбит результатом свойств сфер, вписанных и описанных относительно правильных многоугольников. И Солнце сегодня не осталось центром мироздания. Оно само движется вокруг центра нашей Галактики. Но и она не есть центр Вселенной. Кстати, красное смещение, вызванное разбеганием галактик, имеет центр на Земле, хотя Копернику это не противоречит.

Квантовая механика есть ещё один пример ошибки, справедливо имеющей статус абсолютной истины. П. Дирак с помощью удачных обозначений сделал эффективным для науки и практики частный язык. Он называется квантовой механикой, но не имеет даже намёков на логические обоснования. Из фактов и методов современной науки следует, что такие обоснования должны существовать и должны быть сформулированы явно. Ещё лет пятьдесят назад это было предметом споров и точкой развития науки. Сегодня попробуйте хоть заикнуться об этом – получите отпор, которого не было у Коперника при жизни. К его работам тогда положительно относились иерархи церкви, включая папу Павла III. Только спустя 100 – 200 лет открытие Коперника стало крамолой.

Канонизация заведомо модельных результатов, с которой можно сравнить только ортодоксальную религиозную канонизацию, стала в современной науке системой.

Это не означает отсутствия в науке бесспорных элементарных ошибок, в том числе в работах известных и заслуженно почитаемых людей. Пример есть изданная в 1905 г. статья К.Э. Циолковского “Второе начало термодинамики”, опровергающая второе начало термодинамики в той его формулировке, которая утверждает невозможность получить из тепла работу, когда нет разности температур. Эта статья Циолковского существует в странном положении уже почти столетие – она не пропагандировалась, но и нет явно написанных обязательных слов, что она является непростительной элементарной ошибкой.

Смысл работы Циолковского можно изложить в нескольких словах. При хаотическом движении молекул в изотермическом газе, находящемся в поле тяготения, направления вверх и вниз неравноправны. При движении вниз над молекулой работает сила тяжести, а потому в конце пути её скорость должна быть больше, чем при движении вверх. Столкновения термализуют дополнительную кинетическую энергию, полученную молекулой за счёт потерянной ею потенциальной энергии. Поэтому по мнению Циолковского в изотермическом газе, помещённом в поле тяготения, стационарно должна возникать и вечно поддерживаться разность температур со всеми вытекающими из этого последствиями – можно заставить работать за счёт этой разности температур тепловую машину на основе цикла Карно и непрерывно получать энергию из поля тяготения в изотермических внешних условиях. Долой второе начало термодинамики, если оно мешает облагодетельствовать человечество дармовым источником энергии, да ещё без теплового загрязнения Земли – заявляют люди, которые сегодня оживляют статью Циолковского.

С тем, что поле тяготения может и должно работать над молекулами в процессе их теплового движения, спорить нечего – факт бесспорный. Ещё до работы Циолковского это было учтено Л. Больцманом, который подробно рассмотрел такую задачу и получил (названное его именем) известное распределение молекул по величине энергии в потенциальном поле, в частности, в поле тяготения – давление изотермического газа меняется с высотой, а температура остаётся постоянной. Его часто называют барометрической формулой. Самолётные высотомеры её используют без проблем. Она подробно рассмотрена, например, в учебнике [174] – “Молекулярная физика” глава 1, §8, §12. Это не останавливает “изобретателей”, возможно, потому, что в этих параграфах следовало бы явно упомянуть об ошибке Циолковского, а это не сделано.

Можно и более наглядно объяснить ошибку Циолковского, действуя от противного. Пусть Циолковский прав – поле тяготения может создать и непрерывно поддерживать разность температур в изотермических условиях (или даже против градиента температуры). Изготовим циклическую тепловую машину, которая будет работать, используя ту разность температур, которую поддерживают в строго изотермической внешней среде силы гравитации. Сама такая машина второму началу термодинамики не противоречит, а откуда взялась разность температур – ей безразлично. Если Циолковский прав, то такая машина работоспособна. Дело нешуточное. Дрова жечь не нужно. Нефть не нужна. Атомная энергетика не нужна. А работы новая машина даёт сколько угодно. В первую очередь её надо засекретить. Но ведь пропадёт тогда приоритет и сенсация – объявить о машине необходимо. Выход один. Берём ящик. Закрываем им “машину Циолковского” и пломбируем его от происков шпионов. Единственное, что торчит из ящика – вал машины. Надписываем на ящике T = const, чтобы было ясно, что окружающая среда изотермическая. Для сомневающихся устанавливаем, где они хотят и сколько хотят, термопары, чтобы сами проверяли изотермичность. Включили машину. Вал вертится. Мощь невероятная. Восторг. Аплодисменты. Вот только какой-то пятиклассник плачет – это они у М.Я. Перельмана из “Занимательной физики” украли – там внутри своего ящика они спрятали колесо с откидывающимися рычагами или шары на призме с разным наклоном граней. Только почему этот Перельман запутал всех, утверждая, что такие машины работать не могут? Вечными двигателями их обозвал.

Прав-то, пятиклассник! Всё дело в том, что статья Циолковского ко второму началу термодинамики отношения не имеет. Она противоречит закону сохранения энергии. Невозможно циклическое получение работы, использующее изменения только единственной формы энергии. Связь этого утверждения с законом сохранения энергии подробно объяснялась в главе VI.

Как отличить ошибки, являющиеся величайшими достижениями человечества, от бесспорно грубых ошибок, не оставляющих малейших надежд на изменение их статуса? Ответ содержится в другом вопросе – “для чего”, собственно, человек имеет разум?

Страница 124 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука