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

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?