Речь, произнесённая при открытии Московского Общества изучения и распространения физических наук, 18 ноября 1912 г.
Милостивые Господа!
Мы собрались здесь, объединённые задачей изучения и распространения физических наук. Задача имеет высокую важность по многим причинам: физические науки дают основы приспособления сил природы к повышенным потребностям людей и ставят краеугольные камни миропониманию. Но захват такого обширного круга материальных и духовных интересов человечества мог осуществиться лишь благодаря обычаям и навыкам, развившимся под сенью естествознания. Эти обычаи и навыки имеют особую привлекательность для нас, педагогов, и необходимо отметить их высокую ценность, так как в них залог прочности культурных завоеваний. Успехи физического знания находятся в тесной связи с использованием основных факторов экономической жизни народов, - источников энергии, подчинённых человеку в данную эпоху. Раскрытие этой связи даст нам материал для суждения о культурной роли физических наук, предмет нашей краткой беседы.
Я должен исключить из рассмотрения те источники энергии, которые присущи всем временам и всем нациям: сюда относятся энергия свободных людей и энергия животных. Припомним условия ценности источника энергии. Она определяется, во-первых, - способностью к перемещению, перемещаемостью, сообразно экономическим и географическим условиям; во-вторых, - его гибкостью и податливостью воле человека, в особенности в механизмах, связанных с преобразованием сил и скоростей; в третьих
, - его постоянством или отсутствием случайных перерывов в его пользовании; в четвёртых, - его мощностью.
Источниками энергии в древности были: сила воды, ветра и институт рабства.
На земле водяная сила заключает в себе громадные запасы мощности, но наиболее значительные из них географически распределены совершенно несоответственно экономическим потребностям населения. Широкое использование их стало возможным только в настоящее время благодаря открытию электрической передачи силы, сообщившей перемещаемость водяным мощностям. В древности отсутствовали все условия, благоприятные их пользованию; к неблагоприятным присоединялась ещё неустойчивость и изменчивость границ народностей.
Водяные двигатели, в форме подливных колёс, имели очень малое распространение; они ставились в реках или каналах, подводивших воду, приспособлялись к незначительным падениям воды. Устройство было несовершенно и применение к размолу зерна ограничено, в виду более дешёвого и производительного труда животных и рабов. При подсчёте источников энергии в древности, мы оставим по этим причинам в стороне водяную силу.
Переходя к силе ветра, мы должны исключить её применения на суше в форме ветряных двигателей. Ветряные мельницы были неизвестны ни древним азиатским народам, ни древним грекам и римлянам. Остатков старых мельниц не имеется на востоке. Сила ветра находила себе применение в передвижении по большим водным поверхностям, в плавании по рекам и морям. Отметим, прежде всего, случайность этой силы и особенности древнего мореплавания. Оно происходило по преимуществу вдоль берегов и притом днём; на ночь судно вытаскивалось обыкновенно на берег. Эти обстоятельства требовали употребления вёсел и человеческого труда. Кроме купеческих трирем, имевших три яруса вёсел, гиганты древности, суда Герона Сиракузского с водоизмещением в 2700 тонн, имели по три мачты и по 20 ярусов вёсел. В виду исключительности применения силы ветра в далеко не обширной в то время отрасли народного хозяйства, мы также не введём её в наш подсчёт. Таким образом, фундаментом экономического прогресса древности является энергия рабов. Она и наиболее удовлетворяет тем условиям, которые должны выполняться источниками энергии. Какую энергию может дать человек-машина?
* * *
Остановимся на человеке средней силы. Пища, им принимаемая в течение дня, развивает в теле от 3000 до 4000 больших калорий, что эквивалентно приблизительно полутора миллионам килограммометров. Свободный человек в 10-ти часовой рабочий день может произвести работу в 290.000 килограммометров, что соответствует восьми килограммометров в секунду или мощности в 0,1 лошадиной силы. Полезное действие или экономический коэффициент машины-человека представится отношением произведённой работы к потребленной энергии; оно равно 19%. Сравнительно с современным состоянием техники, это - в высокой степени совершенный двигатель; полезное действие в 19% является почти пределом для лучших паровых двигателей. Древность и современность в этом отношении стоят одинаково. Наукой установленная норма для мёртвой машины и свободного человека
считается недостаточной для раба и из него выколачивается повышение коэффициента полезного действия. Этим определяются и способы управления энергией в древности, ничего общего с наукой и современной техникой не имеющие. Энергия в древности, не привлекала научного ума для изучения её законов; она привлекала неистощимый арсенал насилий.
Благодаря специальному характеру главного источника энергии в древней физике и отсутствовало то учение, которое составляет основной фон физических теорий нашего времени и которое обусловило их расцвет, - учение об энергии. Не поднимался и вопрос, встающий с неудержимой императивностью в настоящее время: вопрос об истощимости запасов энергии на Земле. Рабов непрерывно рождали природа и война.
Рабство, как институт, постепенно чахло и, наконец, пало. Но что сделало возможным это падение, и не вернётся ли когда-нибудь позорное учреждение на нашу Землю? Ответы на эти вопросы может дать только современное развитие физических наук и их намечающееся будущее.
Оценим меркою древнего мира, меркою раба результаты пользования современными нам источниками энергии, наукою подчинёнными воле человека.
Я говорил о морских гигантах древности в 2700 тонн водоизмещения с тремя мачтами и двадцатью ярусами вёсел. Наибольшее современное нам морское судно “Император”, заканчивающееся своей постройкой, в 0,25 версты длиною, имеет 65.000 тонн водоизмещения, машины в 70.000 лошадиных сил, принимает 4100 пассажиров и обслуживается экипажем в 1100 человек. Если бы пар мы хотели заменить рабами, численность последних должна простираться до 700.000 человек... Энергия рабов менее податлива, чем энергия пара, в преобразованиях сил и скоростей; и для перевода медленной работы рук человеческих в работу быстро вращающихся мореходных винтов нужно было бы устроить по меньшей мере 70 заводов по 10.000 человек в каждом. Такой громоздкий механизм поглотит немалую долю энергии; и число рабов должно быть значительно увеличено. Чтобы держать в повиновении это население - нужен экипаж не в 1000 человек. Для заводов, тюрем, помещения населения со стражей и администрацией, магазинами для запасов пищи и т.д. Нужен не корабль, а нечто такое, что по своей колоссальности не могло бы быть приведено в движение своим населением, если бы даже было построено. Мы можем вообще утверждать, что задачи современной техники не разрешимы без привлечения сил мёртвой природы.
Как поступил бы современный инженер, если бы ему пришлось демонстрировать воскресшему мудрецу древности Маллетовский локомотив, развивающий до 3000 лошадиных сил, а временно - и до 4000? Чтобы быть понятым, он скажет: вот машина, приводимая в движение 30.000 рабов, несущихся с головокружительной скоростью экспрессов.
Предложим далее вниманию мудреца проект электрической передачи мощностью в 250.000 лошадиных сил от водопадов реки Замбези на расстояние 1100 километров в мины Наталя и Трансвааля электрическим током в 150.000 вольт напряжения. На чертежах проекта инженер укажет металлическую проволоку, по которой моментально на 1000 вёрст переносятся 2,5 миллиона рабов со всем запасом пищи, необходимым для их труда.
В этих рассказах мудрец усмотрит кощунство над истиной и воскликнет в праведном гневе: это буйство мысли, перешедшей все пределы разумности и очевидности. Действительно, - разум естествознания есть буйство мысли перед судом спокойного разума древности!
* * *
Ещё несколько штрихов, характеризующих эту буйную мысль.
Механическая энергия, потребляемая в настоящее время человечеством, соответствует мощности 225 миллионов лошадиных сил или 2,25 миллиардов рабов, трудящихся за совесть. Но население всего земного шара считает только 1,5 миллиарда людей. Обратив всё это население в рабов, прекратив все другие виды деятельности, мы не получим той механической мощности, которая даётся техникой, созданной современным физическим знанием.
Географы и историки, подсчитывающие население государств древности, включают в него и рабов. Будем же последовательны и определим современное население не в 1,5, а в 3,75 миллиарда. Это совершенно точный подсчёт с точки зрения техника, который в человеке усматривает только рабочую единицу. В течение миллионов веков природа довела население Земли до 1,5 миллиардов, а буйный разум физических наук в полтора столетия создал человечеству почти вдвое большее число сотрудников. С каким удовольствием я перечертил бы те карты, по которым географы учат наших школьников, принявши за единицу расстояния не старосветскую единицу длины, а современную единицу человеческой деятельности, - единицу времени. Изменятся очертания материков и океанов. Сократятся размеры высококультурных стран, свидетельствуя о чрезвычайном росте единения людей, о том, что уму потребно не пространство, а время. И растянутся границы тех, которые мало причастны культурному движению человечества.
Каким образом всё это совершилось? Открытием в теплоте источника энергии. Но первые применения пара к получению механических мощностей около начала 18-го столетия дали только 0,3 % полезного действия, а в настоящее время в наиболее совершенных машинах этот коэффициент доходит до 18%. Успех повышения коэффициента преобразования тепловой энергии в механическую был обусловлен постепенным раскрытием свойств тепловой энергии, изучением управляющих ею законов, открытием цикла Карно, законов сохранения и рассеяния энергии, построением термодинамики. Эти знания, раскрывая природу тепловых процессов, дали возможность управлять ими сообразно этой природе и только этим путём извлекать из них наибольшую пользу. Методика управления источником экономического преуспевания стала диаметрально противоположной той, которая практиковалась в древности. Вместо произвола - изучение и наука, вместо насилия - закономерность и сообразие с природой явлений. Такие приёмы мы называем культурными и их лучшая оценка - в достигнутых ими колoccальных успехах.
* * *
Я должен отметить здесь великую этическую сторону общения человека с мёртвой природой. Свободная, подчинённая своим вечным законам, она склоняется только перед тем, кто соблюдает эти законы: она вынуждает человека к их изучению и внедряет в него культурные навыки. Мы начинаем признавать истину, что силы природы оплодотворяют ниву жизни человеческой лишь в том случае, когда мы сообразуем свою волю с их же закономерностями. Резким диссонансом звучит недостаточное признание этой истины в применении к явлениям той же природы, но живой. И в результатах, и в прививаемых людям духовных навыках открывается глубокий смысл работы и учений физических наук - борьба за культуру человечества. Остановимся ещё на других духовных навыках, утверждаемых в нас физическими науками. Закрывают ли они возможность проявления каким-либо свойствам природы, кладут ли их под спуд, уменьшают ли количественно и качественно переживания человеческого ума?
Нет, нет и нет!
Физические науки придают высокую цену каждому свойству природы и тому, что создаётся этими свойствами. Они знают, что всё, рождаемое природой, при отношении к нему согласном с его законами, может быть обращено на благо человечества. Не довольствуясь тем, что уже есть, наши науки пробуждают к жизни дремлющие силы и своим могучим творчеством наслаивают один на другой новые миры. Они дают уму океан переживаний; и в его бурях и волнах звучит призыв к богатству жизни во всех сферах человеческой деятельности.
Мы неизменно убеждаемся в громадном контрасте между изобилием раскрывающихся свойств природы и скудостью запаса представлений человеческого ума, из которых должны быть построены модели связей природы. Мы высоко ценим поэтому всякую новую мысль, как бы колюча и остра она ни была.
Ей предоставляется возможность свободного развития. Воздвигая ему препятствия, мы нанесли бы ущерб тому освещению, которое необходимо разуму, ищущему истины. Физические науки не знают страха перед мыслью. Этому бесстрашию мы обязаны разработкой представления об электромагнитной массе и теории относительности, коренным образом противоречащим установившимся воззрениям на вещи и совершающееся.
Физические науки и содержанием, и обычаями высоко поднялись над обыденным уровнем мысли и настолько прикоснулись к существенным интересам человечества, что для них афоризм “наука для науки” потерял свой смысл. Как бы ни были специальны идеи, эксперимент и измерение, они, помимо намерений работника знания, послужат или миропониманию, или материальному успеху.
* * *
Физически науки увеличили народонаселение Земли. Но трудящиеся требуют пищи. Допуская, что прирост наших механических сотрудников будет идти даже более медленным темпом, чем в последнее десятилетие, через 1000 лет им предстоит голодная смерть. В этот срок должны истощиться залежи каменного угля, дающие одну из двух составных частей их пищи - угля и кислорода. Мы знаем, что оставшееся в живых население не будет в состоянии произвести потребной для своей жизни механической мощности. Не наступит ли крах культуры и не двинется ли история человечества назад?
В вопросах такой капитальной важности и выступает ценность богатств, накопленных в наших науках естественным, не испытавшим сторонних влияний, процессом ума. Такие процессы как будто управляются бессознательною предусмотрительностью, благодаря которой в момент опасности имеются в наличности
все средства к её устранению. К тому моменту, когда учение о превращении теплоты в механическую энергию отливалось в свои последние формы, в другой области энергии электромагнитной - закладывались основы, которые к нашему времени дают ответ на мучительный вопрос - как быть дальше? На первый раз спасение открывается в умении превращать механическую энергию в электромагнитную и обратно, а также в электрической передаче силы.
Да, теперь, мы можем использовать громадные водяные мощности Земли, разносить их сообразно экономическим потребностям населения, высоко поднять ценность стран, не имевших ранее экономического значения. Водяная мощность определяется приблизительно в 600 миллионов лошадиных сил, что, по человеческой мерке, соответствует приросту населения в 6 миллиардов. То есть в 4 раза более наличного; и притом, что особенно важно, - населения, обеспеченного пищей на всё время, пока над Землёю будет светить Солнце.
Так обстоит дело удовлетворения спроса на механическую энергию. Но запасы угля истощатся к указанному выше сроку не только благодаря ему. На механическую мощность идёт только половина всей добычи угля на Земле. Остальная половина потребляется отоплением, металлургическими и другими промышленными производствами. С истощением залежей угля подымается вопрос не только о снабжении человечества механической энергией, но вообще, - энергией, потребной для его жизни. Водяные мощности соответствуют только половине энергии, пoтpeбляемой на Земле; они даны и не подлежат изменению.
Нужно искать новые источники. Энергия, получаемая из живого мира, водяной cилы, горения, ветра, - представляют собой уловленную и запасаемую естественными процессами Земли энергию солнечныx лучей. Оставляя в стороне энергию космического происхождения, объявляющуюся на Земле приливной и отливной волнами, как мало поддающуюся использованию, и энергию, распада атомов, как чрезвычайно медленно раскрывающуюся, мы можем сказать, что развитие физических наук прошло две стадии: первую - параллельную пользованию по преимуществу энергией процессов живого мира, и вторую - пользованию энергией всех процессов Земли, как её живой, так и мёртвой природы. Этот последний период охватывает немного времени, но подъём его так высок, что уже предвидится частью - конец потребления, частью - недостаточность
энергии процессов на нашей планете.
Остаётся один выход: нужно подняться на следующую, третью ступень - исканий энергии не в запасах Земли, а в сокровищницах небесных пространств - космоса! Этот вывод будет убийственным, будет смертным приговором нашей культуре, если в физических науках мы не найдём обнадёживающих ответов.
* * *
Оказывается, что такие ответы уже подготовлены. Материальная частица классической механики, считающаяся только с себе подобной, безучастная к лучистой энергии и её носительнице, - пустоте, оказалась грубым отвлечением от действительности. Её место занял электрон, связавший материю с той пустотой, которую она игнорировaла, простирающий свои щупальцы - силовые линии - во все страны Вселенной. Вселенная явилась в величественном образе
электромагнитного поля, в котором развёртывается двигатель жизни, - излучение. Изучение свойств и законов лучистой энергии привлекает передовые умы и является злобою дня. Начинается постройка моста от процессов Земли к процессам космоса, моста, по которому пойдут ловцы космической энергии на спасение культуры человечества.
Какими же новыми способностями должен человек одарить свою природу?
Своё зрение он сделал острее зрения птицы, проникнув им в неопределимые глубины пространств; быстрее орлиного полёта несётся его мысль через океаны; в силе мышц и быстроте бега с ним не сравняется ни один зверь, когда-либо живший на Земле. Что же ещё нужно человеку?
Далеко оставив за собой мир животных, человек потянулся за способностью растительного мира непосредственно улавливать своими аппаратами энергию солнечных лучей. Пост человека впереди всех царств природы!
Количество энергии, приносимой солнечными лучами одному квадратному метру поверхности к ним перпендикулярной и отстоящей от Солнца на расстоянии Земли, соответствует 2,6 лошадиных сил. Из этого количества часть поглощается атмосферой, преимущественно водяными парами, угольной кислотой, облаками, пылью и т.д. Под широтой 45 градусов до Земли доходит около одной лошадиной силы на квадратный метр её поверхности. Принимая всё это во внимание, географическое положение, продолжительность инсоляции, можно подсчитать, что на одну Сахару в течение года падает количество энергии в 10.000 раз превышающее всю энергию, потребляемую coвpeмeнным человечеством.
Использование солнечной энергии приёмами, практикуемыми в наших паровых машинах, сосредотачивая лучи Солнца зеркалами на паровых котлах, стоит на неправильном пути. Обращение в механическую мощность только что указанных количеств энергии возможно лишь при утилизации громадного падения температуры от 5000 градусов на Солнце до ничтожной температуры Земли. Этот температурный промежуток, величине которого пропорциональна производительность двигателя, не может быть использован никаким чисто термическим процессом в телах нашей планеты.
Приёмы должны быть иные. Солнечный луч есть электромагнитное явление; и его энергия должна быть уловлена в электромагнитной форме, быть может, - путём термоэлектрических процессов. На решение задач у нас впереди ещё тысяча лет.
Уважаемое собрание!
В той, картине, которая прошла перед вашими глазами, вы усматриваете, что не только Земля тяготеет к Солнцу, но и жизнь земная и разум человека. В дружном единении, - в путь дорогу к животворящему Светилу!
Собрание сочинений профессора Николая Алексеевича Умова, издаваемое Императорским Московским Обществом Испытателей природы и Обществом содействия успехам опытных наук и их практических применений имени Х.С. Леденцова, под редакцией и с примечaниями А.И. Бачинского, Т.3. - Москва, 1916 г.
Знаете ли Вы, что такое "усталость света"? Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г. На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях. Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
