Когда-то Диоген якобы «искал человека» - днём - и с факелом в руке . Таким же образом можно было бы искать новоявленных Коперников или Галилеев. Они периодически рождаются. Но в каком веке и в каком тысячелетии? В какой стране?
Мы обречены ждать Коперников, но не знаем, как их зовут
Новый взгляд на нечто общеизвестное чем-то напоминает знаменитую сказку Андерсена про новое платье короля. Все видят знакомое явление, все описывают его так, как принято его описывать, но вдруг кто-то замечает абсолютную несуразность описываемого события.
Знаменитая сказка Андерсена про голого короля играется в нашем обществе каждый день с новыми и новыми вариациями. Ткачи-обманщики могут считать себя совершенно честными людьми, в то время как другие могут видеть в них голых королей. Те, которых мы считаем неспособными королями, могут на самом деле быть очень способными обманщиками. Вариациям нет числа. Даже если ограничиваться только миром науки, число этих вариантов вряд ли значительно уменьшится. Но в мире науки роль голого короля могут играть не только люди, но и давно признанные идеи.
Самая интересная в подобной ситуации, конечно, роль мальчика. Исполнять её должен, как правило, уже взрослый человек, и, быть может, даже отягощённый сединами. Возьмём, например, Коперника (1473-1543). Занят своей идеей он был почти всю свою жизнь, у него были сторонники, но опубликовал он свою книгу только в самом конце своей жизни. Но не надо думать, что после её публикации все сразу вскричали: «Да, да, король голый!» У его идеи было полно противников, и, разумеется, им было что сказать. Ему тогда поверил далеко не каждый.
Другим «мальчиком» или, если хотите, Коперником, был Галилей (1564–1642). Он показал, что древние греки были совершенно неправы в своих воззрениях на механику. С точки зрения сказки Андерсена их можно было бы назвать обманщиками. Но можно ли так назвать того же Аристотеля, одного из ярких представителей древних греков? Нет, конечно. Галилей, который был вынужден исправлять их ошибочные воззрения, говорил, разумеется, об их заблуждениях, а не об их обмане. Но Галилей был одновременно одним из тех, кто защищал идеи Коперника. Можно сказать, что он был не только «мальчиком», но и одновременно голосом из «толпы», который кричал «Да, да, король голый!» Причём эту «толпу» он изображал чуть ли не в единственном числе, хотя и родился почти на 100 лет позднее Коперника.
В случае ошибки, сделанной более двух веков тому назад в электростатике, и приведшей к тому, что мы до сих пор имеем совершенно неправильное представление о нашем мире (см. об этом ниже), обманщиками можно было бы назвать известных математиков, о которых принято говорить только уважительно:
«Основание электростатики положили работы Кулона; найденный последним закон электрических взаимодействий дал возможность Грину, Гауссу и Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию».
Как хорошо сказано: «изящную в математическом отношении»! Не более.
Математики были в то время чрезвычайно в моде не только благодаря Ньютону, но и по той причине, что совсем недавно появилась так называемая высшая математика. Математики научились с большой точностью вычислять многое из того, для чего ранее имелись в лучшем случае только приближённые методы. Они научились совсем по новому преобразовывать и анализировать функции, что давало им возможности, о которых они раньше не могли даже и мечтать.
К числу новоявленных волшебников, освоивших эти новые методы, относились и Грин, Гаусс и Пуассон. Они любили считать, считать и считать — всё то, что раньше никто сосчитать не умел. Кто мог им, столь уважаемым специалистам, посоветовать, прежде чем начать считать, разобраться как следует с физикой изучаемого процесса?
Как истые математики, они взяли за основу известный экспериментальный факт, предоставленный Кулоном, и, не позаботившись о его правильном физическом толковании, вбили человечеству в голову своё ущербное видение проблемы. Этим самым они не только обманули нас, но и самих себя, создав ошибочные теории. Подобно древним астрономам, имевшим весьма превратное понимание об устройстве нашего мира, они, тем не менее, с большой точностью определяли свои «затмения планет». И их, как и древних астрономов, никто даже и не думал уличать в неправильном видении мира.
А потом все привыкли к принятому методу изложения электростатики, никто не подвергал сомнению правильность изложения самих её основ, которые в известном смысле не имели никакого отношения к самой математике.
Конечно, Грин, Гаусс и Пуассон рисковали прослыть весьма поверхностными исследователями, которые не видят дальше своего носа. Но они об этом риске не знали. Прошло два века, но никому до сих пор и в голову не приходит отозваться о них столь непочтительно. В числе «пособников» этих «обманщиков» можно назвать весь цвет науки двух последних веков, в том числе Фарадея и Максвелла, великого Теслу и т. д.
В том, что все они могли заметить ошибку, которая будет названа чуть позже, просто смешно сомневаться, так как эту ошибку мог заметить любой школьник. Но не заметил никто. Ни профессора, ни школьники.
Этим вовсе не утверждается, что в 19-20 столетиях не было умных и наблюдательных людей. То, что заметил Галилей, живший немного ранее эры электричества, тоже мог заметить не только любой из его современников, но и любой из современников Аристотеля. Чтобы Вы поверили в это, я приведу простой факт, который не замечали древние греки, причём и все великие греки тоже. В их времена считалось, что предмет (повозка) движется до тех пор, пока к ней приложена сила. Если говорить о повозке, то греки были абсолютно правы (для своего времени). Но разве не летит по инерции (без наличия приложенной по направлению движения силы) копьё, брошенное сильной рукой спортсмена или воина, или камень, выпущенный из пращи? Полёты подобных предметов видели все греки, но никто не замечал, что это противоречит их мировоззрению. Подобное являлось, по-видимому, нормой поведения человечества не только во времена древних греков, но и в наши времена.
Если бы в своё время не появился Галилей, то кто знает, может быть мы все до сих пор придерживались бы в вопросах механики того же мнения, которого придерживались когда-то древние греки.
Рис. 1-1. Здесь а) электрическое поле одиночного положительного заряда: (графическое представление) б) электрическое поле одиночного отрицательного заряда, в) электрическое поле двух противоположных по знаку зарядов. г) электрическое поле двух положительных зарядов.
Кто-то из весьма известных якобы сказал: «Для того, чтобы что-то заметить, надо об этом знать». Эта фразочка ничто иное, как знаменитое «противоречие в себе». Ведь речь здесь идёт не о потерянной кем-то золотой монете, которую заметит каждый. Эту фразу на русский язык надо перевести примерно так: «Чтобы заметить, что здесь что-то не так, надо знать, что это не так». Или же «Чтобы заметить ошибку, надо знать, что это ошибка».
Для тех, кто всё ещё не понял, что это «противоречие в себе», можно дать третий вариант: «Для того, чтобы заметить сороку на дереве, надо знать, что она там сидит». Глупость этой фразы уже очевидна. Как вы можете заранее знать, что сорока в данный момент будет сидеть на данном дереве?
Но ситуация описана абсолютно точно: «Для того, чтобы что-то заметить, надо об этом знать». Галилей стал замечать ошибки древних греков только после проведения определённых экспериментов, то есть, после того, как он уже знал, что это ошибки.
А что же было до этого? А до этого у него были только смутные сомнения, заставившие его в один прекрасный день провести определённые опыты. Иногда эти смутные сомнения называют озарением. Помните Архимеда, выскочившего из ванны с криком «Эврика!» («Нашёл!»)? До этого момента Архимед сотни раз принимал ванну без подобных озарений. А в тот момент его мозг был занят определённой задачей, про которую он не мог забыть, даже принимая ванну. И, благодаря тому, что он в тот момент находился в ванне, его подсознание неожиданно подкинуло ему решение. Так рождаются идеи.
Одним словом, утверждение о том, что любой мог бы заметить «простую» ошибку, которую человечество не замечает веками, по-видимому, является слишком большим комплиментом нам с вами. Очень возможно, что для этого всё-таки нужны Коперники и Галилеи — мальчики, не только замечающие, что король голый, но и не боящиеся сказать об этом.
В заключение приведу картинки, которые многие помнят со школьной парты.
Именно эти рисунки привели к тому, что мы сейчас неправильно представляем наш мир. Если Вы сможете догадаться, почему они с точки зрения физики вводят нас в заблуждение, то, возможно, у Вас есть данные Коперника или Галилея. Только, пожалуйста, не теряйте время на обращение к физикам или математикам. Они вам помочь, скорее всего, не смогут.
Тех же из вас, кто сам сможет понять, почему эти рисунки с точки зрения физики не совсем корректны, прошу не забывать о том, что ни Копернику, ни Галилею никто не подсовывал воззрения древних греков с выражением сомнения в их правильности.
Задачу о двух бассейнах иногда трудно узнать
Этим наше предисловие всё ещё не закончилось. Обратимся ещё раз к задаче Коперника. Конечно, мы сейчас с лёгкостью можем объяснить все его проблемы. Наши же далёкие предки, жившие намного раннее древних греков, строили каменные обсерватории во всех частях света для того, чтобы изучать движение точки заката или восхода солнца вдоль линии горизонта и гадали о том, что бы это движение могло означать. В те времена появились понятия о летнем и зимнем солнцестоянии, люди научились определять начало времён года. И даже если бы в те времена жил сам Коперник, он вряд ли смог бы дать с разбегу правильное объяснение. Но, если бы и смог, ему надо было бы ещё и убедить других в правильности своего понимания. А это ой как нелегко. Выше уже говорилось о том, что Галилею приходилось защищать идеи Коперника через 100 лет после публикации его книги. Но это ещё не срок! Знаменитый опыт Фуко с маятником был проведен в Париже в 1851 году, через 200 с лишком лет после смерти Галилея, через 300 лет с гаком после смерти Коперника! Этот опыт доказывает вращение Земли. Удивительно здесь не только то, что этот опыт вызвал большой интерес просвещённой публики Парижа, но и то, что Фуко находил необходимым проведение такого эксперимента.
Но ведь догадаться надо было не только о вращении Земли, но и о наклоне её оси вращения при движении вокруг Солнца. Если бы только это! Надо было понять, что планеты могут свободно перемещаться и вращаться в пространстве, не имея никакой опоры. Нам сейчас это кажется пустяком, а тогда это было нечто непредставимое и Вам бы никто не поверил, сколько бы вы об этом ни заикались. Все знали, что планеты движутся по ХРУСТАЛЬНЫМ сферам. Многие поэты даже слышали их мелодичный звон.
Переубедить человека в противоположном тому, во что он верит — это нечто невероятное. Помните слова «мужик что бык, втемяшится в башку какая блажь, колом её оттудова не выбьешь». Причём так ведёт себя не только мужик (крестьянин), но и практичеки любой учёный муж. Поэтому нет ничего удивительного в том, что ещё в прошлом веке находились антикоперники, доказывавшие, что Земля плоская.
Всё это я говорю в оправдание Максвелла и Фарадея, а также других не менее уважаемых корифеев науки. Вполне нормальным явлением было то, что в изображении электрического поля, показанном на рис. 1-1 никто не видел ничего особенного. Все привыкли считать эти изображения за истину — и этого было вполне достаточно на веки вечные.
Коперника не мучило непреодолимое желание прославиться. Он был астрономом и его заставили задуматься некоторые неувязочки практики наблюдений с теорией. Некоторым подобного вполне достаточно для того, чтобы сделать выяснение причин замеченных несуразностей делом всей своей жизни. На таких людях держится развитие науки, развитие наших знаний.
С человеком, заметившим, что рис. 1-1 не может соответствовать действительности, было несколько иначе. Он захотел объяснить, как могут появляться силы притяжения и отталкивания между заряженными телами. Причём это должно было происходить под действием некоторых гипотетических частичек, сталкивающихся с телами зарядов. Нужно было найти такие свойства этих частичек, чтобы их взаимодействие с зарядами позволяло получить силы притяжения между разноимёнными и силы отталкивания между одноимёнными зарядами.
Когда наконец-то были определены необходимые свойства таких частичек, встала другая проблема. Надо было доказать, что подобные частички, помещённые в нашу вселенную, не изменят её привычных нам свойств. Эта задача оказалась намного сложнее первоначальной. В один из моментов полного отчаяния ему пришла в голову «сумасшедшая» мысль: «Если бы эти частички можно было бы заменить частичками электрического поля, проблема бы исчезла». И вот тогда будущий автор новой теории посмотрел на картинки, показанные на рис. 1-1, и... пришёл в ужас: Ни одна из этих картинок не могла соответствовать действительности...
- Почему же нет?
- Обратите внимание на стрелки, которыми снабжены линии электрического поля. Они означают некоторое движение: втекание и вытекание - частичек электрического поля.
- Да, ну и что?
- Из конечного объёма не может вечно что-то вытекать. В конечный объём не может вечно что-то втекать...
- Школьная задача о двух бассейнах...
- О двух или об одном — не имеет значения. Бассейн когда-нибудь опустеет или когда-нибудь переполнится. Вечно подобное длиться не может.
- Это действительно мог заметить любой школьник... Все ситуации, показанные на рис. 1-1, являются невозможными. Но, с другой стороны, они соответствуют результатам многочисленных экспериментов. Как это противоречие можно объяснить? Ведь природа всегда логична и ошибаться не может.
- Естественно, природа ошибаться не может. Если мы видим в природе нечто противоречивое, надо исходить из того, что мы обманываемся. Например, мы видим явление только кажушееся. Точно также, как и восход и заход солнца. Нам кажется, что движется Солнце, но на самом деле это только следствие того, что Земля вращается вокруг своей оси.
- Но в случае электростатики ничто не вращается, ничто не движется.
- Ничто, кроме частичек электрического поля. То, что мы видим на рис. 1-1, этого быть не может. Значит, нам это только кажется. Так, как нам кажется, что Солнце движется по небу.
- Ну, хорошо. Нам кажется, что там что-то втекает и вытекает. А что же происходит на самом деле?
Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса? (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды. Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
