Страница:
Любопытно, что у нас каждый год более ста тысяч авторских заявок на изобретения признаются непатентноспособными по простой причине — повторяют зады! Не будем здесь касаться недостатков в организации научно-технической информации. Без недостатков не обходится ни одно большое дело. И всё же какие россыпи находок ждут вас в реферативных журналах Всесоюзного института научно-технической информации! Сколько сокровищ таят в себе четыре миллиона патентов Московской патентной библиотеки! А тридцать миллионов книг Ленинской библиотеки? Оказывается, треть из них никто никогда даже и не востребовал! Неужели из семи миллиардов людей, населявших нашу планету, во все времена так-таки никому и не приходил в голову вопрос, взволновавший вас? А может, на него уже и ответ найден? Не лучше ли отправиться сперва в библиотеку, чем тотчас, ничтоже сумняшеся с гипотезой в кармане направлять стопы прямёхонько в редакцию журнала?
В статье В. Аграновского «Тайны патентной библиотеки», опубликованной «Экономической газетой» несколько лет тому назад, анализируются движущие мотивы изобретательства. Там приводятся такие, с позволения сказать, объяснения:
Первый изобретатель. Разоружается психика! Мы способны на творческий полёт лишь при условии, если чувствуем себя первооткрывателями. Какие мы к чёрту Колумбы, если вокруг столько «рейсовых» попутчиков!
Второй изобретатель. Помню, в ту пору, когда появились автомобили, я придумал оригинальную конструкцию навесных «дворников». Пришёл в бюро новизны, а мне выкатывают тележку с четырьмя громадными ящиками, полными патентов! Вот когда я по-настоящему понял, что надо иметь много мужества, чтобы заниматься изобретательством в мире, где, кажется, всё уже придумано…
Третий изобретатель. Я жажду эффекта. Я решаю интереснейший ребус. И пусть он кем-то когда-то решён, пусть даже решение запатентовано — страсть к эффекту пересиливает. Сам могу! Сам дошёл! Жаль, говорите, времени? Плевать я хотел на время, если мне интересно.
Платформа у всех высказываний одна — сугубо личная. Государственного подхода к делу нет.
В. Аграновский предлагает ввести во всех технических вузах специальный курс — патентоведение. Думается, школьникам на практических занятиях тоже было бы полезно научиться не только строгать доски и нарезать резьбу, но и грамотно работать со специальной литературой. Быть просто хозяйственником-распорядителем в цехе, чертёжником-копиистом в конструкторском бюро или администратором-столоначальником в управлении — да разве для этого нужно высшее образование? Инженер — это прежде всего творец, изобретатель, энтузиаст технического прогресса. А чтобы ему не ломиться в отпертую дверь, не открывать Америку, он должен чувствовать себя среди потока отечественной и зарубежной информации как рыба в воде. Небезызлишне напомнить, что американские фирмы считают глубокую предварительную разведку в море информации выгодной во всех случаях, когда исследования в совершенно неизведанной области стоят не более ста тысяч долларов. Такую сумму Дин, игнорировавший специальную литературу и предпочитавший поиск вслепую, ухлопал уже к 1960 году.
Вспомните слова Кемпбелла: «Дин вовсе не обязан вникать в теоретические тонкости. Он создал машину. Машина работает. Чего ж ещё?»
Верно, не обязан. До тех пор, пока он числится скромным автором не бог весть какого лентопротяжного механизма. Но как только он объявляет во всеуслышание свой аппарат «летательным», да ещё таким, перед которым якобы пасуют все современные физические законы, тут уж, как говорится, пардон! Прежде чем транжирить десятки тысяч долларов, настырно соблазнять заинтересованные фирмы, с хлестаковской отвагой давать интервью, право, не лучше ли сесть и проштудировать хотя бы учебник физики для колледжа, средней руки?
Пусть читатель не сетует на обилие сентенций. Грустный редакционный опыт водит пером пишущего эти строки.
Рукопись объёмом в 95 страниц. Аккуратно переплетённая. С красивыми чертежами. За солидностью чувствуется большой труд и усердие занятого человека. Заголовок: «Гипотезы». В частности, о магнетизме. На первых же страницах — лаконичные титры тезисов, не оставляющих камня на камне от здания современной физики. Не поздоровилось ни Ньютону, ни Эйнштейну. Библиография работ, от которых отталкивался автор? Не тратьте труда понапрасну на поиски. Вот выдержка из сопроводительного письма Д. из Алма-Аты, автора рукописи: «Я ничего не читал о земном магнетизме по двум причинам, а именно: 1) ничего не нашёл, кроме брошюры о магнитах; 2) особенно и не стремился читать, дабы не сбиться с курса своих домыслов».
Таких рукописей изрядную толику перевидали на своём веку сотрудники любого научно-популярного журнала.
Графомания? Скорей всего людям просто не знаком стиль подлинно научных исследований. И до слёз обидно смотреть, как творческий задор и талант многих выдумщиков и умельцев транжирится впустую по неумению, по неграмотности, из-за легко устранимых препон.
Рождённые летать не должны ползать во тьме голой эмпирики! И помочь им сбросить вериги изобретательского бескультурья — одна из задач школы, вуза, научно-технического общества, домов технической пропаганды, наконец, популярной литературы.
Вот уже несколько лет, как в Москве открыт Университет технического прогресса и экономических знаний. Он создан на общественных началах. Без оплаты читают лекции, проводят семинары и консультации, делятся опытом пятьсот специалистов. На кафедре в аудитории вы увидите академиков А. Берга, В. Каргина, А. Дородницына, Н. Жаворонкова, С. Лебедева, А. Несмеянова, П. Ребиндера, членов-корреспондентов АН СССР Г. Борескова, Б. Сотскова, В. Сифорова, многих других учёных и инженеров. Такие университеты могут быть созданы в любом городе. И кому, как не самим изобретателям, надо бы, отрешившись от кустарщины, келейности, инертности, стать застрельщиками интересного, большого и — не будем бояться громких слов — государственного дела!
Лишь во всеоружии знаний пристало уважающему себя исследователю поднимать руку на грандиозное научное наследие предков. А что в науке нет окаменевших, раз и навсегда установленных истин, — кто же в этом сомневается?
Механика Ньютона, разумеется, также не исключение из общего правила. Не далее как в начале 1963 года, в разгар диновской эпопеи, была официально засвидетельствована существенная поправка к закономерностям, установленным ещё Ньютоном.
Что же это за поправка? Неужто теория Дэвиса, предложившего «четвёртый закон механики»?
«Наука — череда последовательных приближений к познанию реальности, причём количество таких постепенно сокращающихся шагов бесконечно велико, хотя и имеет предел — абсолютную истину.
Для студента-первокурсника физика — очень ясный предмет: факты хорошо известны, соотношения выражены чёткими формулировками, не оставляющими места для разнотолков и сомнений. Проходит не менее трёх лет в аспирантуре, пока, наконец, зарождающийся учёный не прозревает: здание науки, такое стройное и монументальное издали, выглядит растрескавшимся и оседающим сооружением, опирающимся на зыбучие пески непрестанно меняющейся теории. Нет ничего такого, что было бы известно с абсолютной достоверностью. Просто одни вещи более вероятны, чем другие. Теории и законы лишь частично подтверждаются гипотезами, которые сами ждут, когда им на смену придут более совершенные, но опять-таки частично подтверждённые гипотезы. Если мы что-либо и знаем точно о любой теории в современной физике, так это то, что она либо ошибочна, либо по меньшей мере неполна. Рано или поздно кто-то предложит новую, более обобщённую концепцию, где прежняя останется на правах частного случая».
Так начинает свою статью доктор Уильям О. Дэвис, полковник в отставке, бывший сотрудник научно-исследовательской лаборатории в атомном центре Лос-Аламос, ныне директор по научной части крупной нью-йоркской корпорации. Бьющий в нос скепсис, скорее даже пессимизм во взглядах на научный прогресс не помешал автору статьи без тени сомнения, без самомалейшего вопросительного знака, прямо-таки по-солдатски лихо начертать в заголовке три коротких слова, которые способны сразить наповал даже видавшего виды физика: «Четвёртый закон движения».
Классическая физика знала три закона движения.
Вот как сформулированы они у самого Ньютона в его «Математических началах натуральной философии».
Первый: всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние.
Короче — инерция.
Второй закон: всякая сила, действующая на тело, сообщает последнему ускорение, прямо пропорциональное величине силы и обратно пропорциональное массе тела.
В школьных учебниках это записывается формулой: сила равна массе, помноженной на ускорение.
Закон третий: действию всегда есть равное и обратное по направлению противодействие.
Вот и всё. А теперь пусть наука узнает его, Дэвиса, четвёртый! Такого решительного вторжения в ньютонианское миропонимание история не припомнит со времён создания теории относительности и квантовой механики. Откроем маленький секрет: статья Дэвиса напечатана в том же журнале «Аналог», где и статья Кемпбелла, только два года спустя — в августе 1962 года. Но учёный есть учёный, с какой бы трибуны он ни обращался к аудитории со своими идеями. Так что предоставим слово самому Дэвису.
Прочность материалов, говорит Дэвис, зависит от скорости, с какой они деформируются. Баллистика изобилует примерами, когда снаряды продолговатой формы глубоко проникали в мишень благодаря тому, что действовали на неё на манер отбойного молотка. Объяснить подобные эффекты с позиций одной лишь ньютоновской механики трудно.
Исследуя ударные процессы в прессах для бумаги и текстиля, Дэвис обратил внимание, что резкое изменение ускорения сопряжено с интересными явлениями. (Здесь следует, пожалуй, напомнить, что ускорение — это скорость, с какой изменяется скорость движения. Если скорость тела нарастает равномерно, значит ускорение остаётся постоянным. Но оно может и меняться, тогда скорость будет получать с каждой секундой уже не одинаковые, а всё большие или, наоборот, всё меньшие надбавки. Тормозиться тело может тоже как равномерно, так и неравномерно.)
«Интерес к этим вопросам был подогрет дискуссией вокруг машины Дина, начатой Дж. Кемпбеллом на страницах этого журнала в 1960 году. Мои (более ранние) исследования привели к гипотезе, что действие этой машины, если бы она работала, можно в какой-то степени объяснить влиянием скорости, с какой изменяется ускорение. Настоящая статья не ставит своей основной целью объяснить действие «безреактивных» аппаратов, но, безусловно, имеет отношение к оценке устройств этого типа».
Когда ускорение остаётся неизменным или его вообще нет, продолжает Дэвис, системы тел достаточно хорошо описываются законами Ньютона. Трудности возникают лишь в условиях, когда ускорение начинает изменяться.
Ключевым понятием в дэвисовском анализе динамических систем служит одновременность. Законы движения предполагают строгую одновременность действия и противодействия. Иначе говоря, если сила, с которой масса № 1 действует на массу № 2, внезапно изменилась, то и сила воздействия массы № 2 на массу № 1 должна измениться в тот же миг. Так считал Ньютон. Эйнштейн, однако, доказал, что условие одновременности в ньютоновском понимании невыполнимо для тел, разделённых дистанциями астрономического размера, ибо изменения в поле тяготения не могут распространяться быстрее света, а скорость света ограниченна, хотя и чудовищно велика — 300 тысяч километров в секунду. Стало быть, две звезды не могут взаимодействовать мгновенно. Потребуется некоторое время (иногда это миллиарды лет), пока гравитационный импульс распространится от одной звезды к другой. Эта закономерность справедлива и для небольших тел, хотя вскрыть её практически невозможно: настолько ничтожны земные расстояния для скорости 300 тысяч километров в секунду. Понятно, мол, почему ускользнула она от проницательнейшего взгляда Ньютона.
Тем не менее Дэвис узрел неодновременность действия и противодействия и на Земле. «Рассмотрим, например, стальной стержень длиной в метр. Попытаемся сдвинуть его, толкнув с торца. Тотчас же вдоль стержня побежит импульс в виде волны сжатия. Скорость волны около 5000 метров в секунду. Дойдя до противоположного конца стержня, волна отразится, чтобы с той же скоростью возвратиться к точке, где была приложена сила. И до тех пор, пока волна не вернулась, то есть в течение четырёх десятитысячных долей секунды, стержень и не подумает двигаться, как мы ожидаем этого в соответствии со вторым законом Ньютона! Независимо от величины приложенной силы он не подчинится закону раньше, чем через указанный срок.
Полковник Джон П. Стапп, хирург военно-воздушных сил США, подвергал себя действию перегрузок, чтобы оценить опасность, которой подвергается пилот при катапультировании. Он нашёл, что масштабы повреждений, причинённых людям и, оборудованию, зависят от скорости изменения ускорения не меньше, чем от величины самого ускорения. Более того, в наши дни военная авиация устанавливает разумные пределы не только для ускорения, но и для скорости изменения ускорения.
Так вот, чтобы раскрыть загадку аномалий, вызванных резкими изменениями ускорения, логично постулировать, что существует сила, пропорциональная скорости изменения ускорения, равно как и ньютоновская сила, пропорциональная самому ускорению».
Эту добавочную силу Дэвис включает в уравнение второго закона механики в виде дополнительного слагаемого. Далее следует решение дифференциального уравнения третьего порядка; из него автор выводит целый ряд следствий, формулируя четвёртый закон механики, а попутно и четвёртый закон термодинамики.
Один из выводов касается изобретения Дина, вернее даже, как говорит Дэвис, «целого ряда безреактивных машин, которые демонстрировались в последние годы». Дескать, варьируя длительность паузы между действием и противодействием в механизме вибратора, рано или поздно удастся подобрать такой режим, когда при прыжке аппарата кверху добавочная сила, обусловленная изменением ускорения, будет всегда больше, чем при падении вниз. Короче, машина Дина обретёт постоянную подъёмную силу за счёт вращения своих эксцентриков, а изобретатель получит, наконец, долгожданную возможность вознестись в небо над равнодушным Вашингтоном…
«Если устройство описанного типа работает, — оговаривается Дэвис, — что же станется с законами сохранения энергии и количества движения? Примерно сто лет назад искренне верили, будто переменный ток не способен производить полезную работу, ведь средний ток равен нулю! Потом выяснилось, что уравновешивающие друг друга токи не являются равными и противоположно направленными одновременно. Стало быть, работа совершаться может. Чтобы отстоять закон сохранения движения, на подмогу было призвано излучение. Попытаемся и мы прибегнуть к такому же приёму.
Если существует сила, пропорциональная скорости изменения ускорения, то логично допустить, что существует особого вида энергия — назовём её виртуальной. (Конечно, если ускорение постоянно, то добавочный член, описывающий виртуальную энергию, равен нулю, и уравнение немедленно становится ньютоновским.)
А теперь вспомним: движущийся электрический заряд создаёт магнитное поле. Эйнштейн предположил, что движущийся «гравитационный заряд» (масса) тоже образует особое поле, подобное магнитному. Предвидимая напряжённость такого «инерционного» поля исчезающе мала при небольших скоростях — во всяком случае, много меньше, чем у обычного поля тяготения, создаваемого массой и подобного электростатическому. Волны, если они действительно возникают при наложении друг на друга инерционного и гравитационного полей (подобно тому как электромагнитное излучение вызывается взаимодействием электрического и магнитного полей), должны быть столь неощутимыми, что ими можно пренебречь в любой реальной системе.
Я полагаю, однако, более целесообразным постулировать существование такого инерционного поля, которое обусловлено не просто скоростью массы, а её ускорением. Тогда гравитационным зарядом можно представить себе не просто движущуюся массу, а количество движения (произведение массы на скорость).
После всего сказанного легко представить себе совершенно новый вид излучения. Если электрон, когда его ускоряют, испускает электромагнитное излучение, то масса, подвергнутая толчкам, ударам, вибрации с изменением ускорения, породит гравитационно-инерционное излучение. И если излучение, предсказанное Эйнштейном, настолько слабо, что не поддаётся регистрации, то излучение, описанное здесь, должно ясно проявлять себя при соответствующих условиях. В настоящее время в наших лабораториях ставятся опыты, которые, как мы надеемся, в ближайшем будущем подтвердят эту догадку».
«Четвёртый закон» — далеко не первый и, может быть, даже не четвёртый казус в ряду попыток ревизовать Ньютона.
Ещё французские математики XVIII века Клеро и Даламбер предлагали ввести в формулу закона всемирного тяготения добавочный член; им нужно было как-то объяснить загадочные смещения лунного перигея. Знаменитый естествоиспытатель Бюффон возражал против неоправданных посягательств на ньютоновскую формулу. Не прошло и четырёх лет, как сконфуженный Клеро сам же дал верное истолкование странностям нашей космической соседки на основе тех же законов Механики, в справедливости которых сомневался.
Лет через сто снова начались покушения на закон всемирного тяготения. На этот раз астрономов не устраивали расхождения между действительной орбитой Урана и вычисленной по ньютоновской формуле. Иначе подошли к делу Леверье и Адаме. Не вызваны ли возмущения орбиты Урана соседством другого массивного тела? Опираясь на законы механики, они предсказали существование ещё не открытой планеты и точно назвали место, где следовало ожидать её появления. Так в 1846 году был открыт Нептун. Посрамлённые скептики стали свидетелями нового триумфа классической механики.
Спустя почти сто лет, в 1933 году, учёные снова недоуменно развели руками: при бета-распаде, переходя из одного совершенно определённого энергетического состояния в другое, столь же определённое, атомное ядро выстреливало электроны с самыми различными значениями энергии. Опять «не клеилось» с законом сохранения энергии и количества движения (разумеется, с учётом поправок, внесённых теорией относительности и квантовой механикой). Учёным опять пришлось призадуматься. Ревизовать закон? Или последовать примеру Леверье и Адамса? Было высказано предположение: вместе с бета-частицей из ядра вылетают неведомые дотоле частицы — нейтрино. Имеющие ничтожнейшую массу, не несущие заряда, они долгое время оставались невидимками. И лишь в 1962 году их удалось обнаружить экспериментально.
— Значит, поправки к законам Ньютона всё-таки возможны! — не преминет читатель поймать автора на слове. — Разве принцип сохранения материи, установленный Ломоносовым и Лавуазье, не пересмотрен в специальной теории относительности Эйнштейна? Ведь в ядерных превращениях материя, как считали раньше, «исчезает», переходя в излучение! Дабы свести концы с концами, Эйнштейну пришлось сформулировать новый закон, по которому должна сохраняться не просто материя, а сумма масс и энергий. А квантовая механика — разве она не отметает фундаментальных понятий ньютоновской физики, как, например, строгая определённость траекторий? А полупроводники, а лазеры — разве перед ними не капитулирует классическая физика?
Так, может, и Дэвис подметил какие-то парадоксы, обещающие стать вестниками новых открытий? Вдруг «расширенный вариант» второго закона, объясняя и предсказывая какие-то незнакомые явления, сохраняет силу для ранее известных?
Что ж, пусть выскажутся учёные. Они специалисты, им, как говорится, и карты в руки.
Доктор физико-математических наук Г. Ю. Джанелидзе, профессор Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина:
— Не обращая внимания на то, что одних законов Ньютона недостаточно для описания явлений в деформируемых телах (здесь необходимо привлекать теорию упругости и пластичности), Дэвис ставит вопрос: как изменить аксиомы механики, чтобы они описывали поведение протяжённых тел, а не материальных точек? Это приводит к тому, что сложная картина, характерная для деформаций, подменяется формальным введением поправки в закон, описывающий движение материальных точек. Автор ломился в открытую дверь, пытаясь в обход уравнений упругости учесть хорошо известный факт, что скорость распространения упругих волн конечна. Если, исходя из «четвёртого закона», решить задачу о падении материальной точки в пустоте или о колебании груза на пружине, нетрудно прийти к выводу, что предлагаемая Дэвисом формула неизбежно, вступает в противоречие с законом сохранения энергии и допускает возможность построить вечный двигатель.
Академик Б. Константинов:
— Позвольте, отпарируют «горячие головы», машина Дина никакой не вечный двигатель! Она расходует энергию электромотора или, скажем, ядерного реактора. Мол, чтобы объяснить «эффект Дина», достаточно лишь уточнить второй закон Ньютона, приняв во внимание скорость изменения ускорения. Правда, при этом нарушается закон сохранения количества движения (произведение массы на скорость), но ведь не энергии? И ньютоновская и эйнштейновская механика даёт на это один и тот же ответ: несохранение количества движения одновременно означает и несохранение энергии.
А как же с запаздыванием гравитационного взаимодействия? А не будут ли в определённых условиях излучаться гравитационные волны? Возможно, и будут. Но это вовсе не нарушит фундаментальные законы сохранения.
Столь грубый прибор, как аппарат Дина, не может претендовать на уточнение с его помощью законов механики. Даже при распространении ультразвуковых и гиперзвуковых волн, когда ускорения и скорости изменения ускорений в миллиарды раз больше, чем в машине Дина, ничто не подаёт ни малейшего намёка на неточность второго закона движения.
Что же касается гравитационных волн, то их невозможно пока обнаружить даже самыми тонкими сверхчувствительными инструментами…
Да, приходится согласиться с академиком Б. Константиновым: не так-то просто стало делать большую науку теперь, когда её корни крепко сидят в прошлом, а буйно разросшиеся молодые ветви пронизаны тесными внутренними связями.
И тем не менее наука топталась бы на месте, она превратилась бы в вероучение, создай люди культ непогрешимых истин, выведись в один прекрасный день скептики, не оставляющие без внимания ни одного загадочного феномена, умеющие тысячекратно проверять и перепроверять свои и чужие гипотезы.
«Ни одно явление природы не может считаться окончательно изученным, хотя в каждом конкретном случае существует разумный предел, когда дальнейшие уточнения неоправданны», — так считает кандидат технических наук Е. Александров. Именно ему в начале 1963 года председатель Комитета по делам изобретений и открытий Ю. Е. Максарёв вручил диплом на крупное открытие в области механики.
— В чём состоят поправки к законам Ньютона, сделанные вами? — донимали Евгения Всеволодовича.
— Такой вывод могли сделать лишь очень впечатлительные натуры, — отшучивался учёный. Но дотошные журналисты не унимались, и рассказать о своих работах по теории удара ему всё-таки пришлось.
Если в вакууме, ну, к примеру, на Луне, где нет атмосферы, на твёрдый ровный пол уронить твёрдый же шар, как вы думаете, сколько раз он подпрыгнет? Пять? Десять? Сто? Не гадайте: он должен скакать… вечно!
— Дудки! — скажете вы. — Нас на мякине не провести, мы законы физики ещё в школе учили. Вечный двигатель невозможен!
И всё же, если строго следовать взглядам Ньютона на природу твёрдого состояния, придётся всё-таки согласиться, хотя вывод, безусловно, абсурдный, Что попишешь, если Ньютон считал все твёрдые тела абсолютно жёсткими, ибо признавал мгновенность распространения в них сил и напряжений!
Конечно, великий английский учёный не мог не подметить этого противоречия. Как же он вышел из положения?
Ньютон, надо сказать, специально теорией удара не занимался. Наибольший вклад в неё внёс голландский учёный Христиан Гюйгенс. Однако не кто иной, как Ньютон, ввёл понятие «коэффициент восстановления».
Если шар, стержень или иной предмет (назовём его ударником) падает на жёсткую подставку, он подскочит на высоту не большую той, с которой свалился. Отношение скорости тела непосредственно после удара к его скорости непосредственно перед ударом и есть коэффициент восстановления скорости. Если скорость восстанавливается полностью, то, следуя Ньютону, удар называют вполне упругим, если частично — не вполне упругим, а если ударник вообще не отскакивает — вполне неупругим. При оценке коэффициента восстановления Ньютон допускал наличие упругих и пластических свойств, хотя это и было несовместимо с представлениями об абсолютной жёсткости твёрдых тел. Таким образом, здесь создатель классической механики вопреки себе пошёл на компромисс.
В статье В. Аграновского «Тайны патентной библиотеки», опубликованной «Экономической газетой» несколько лет тому назад, анализируются движущие мотивы изобретательства. Там приводятся такие, с позволения сказать, объяснения:
Первый изобретатель. Разоружается психика! Мы способны на творческий полёт лишь при условии, если чувствуем себя первооткрывателями. Какие мы к чёрту Колумбы, если вокруг столько «рейсовых» попутчиков!
Второй изобретатель. Помню, в ту пору, когда появились автомобили, я придумал оригинальную конструкцию навесных «дворников». Пришёл в бюро новизны, а мне выкатывают тележку с четырьмя громадными ящиками, полными патентов! Вот когда я по-настоящему понял, что надо иметь много мужества, чтобы заниматься изобретательством в мире, где, кажется, всё уже придумано…
Третий изобретатель. Я жажду эффекта. Я решаю интереснейший ребус. И пусть он кем-то когда-то решён, пусть даже решение запатентовано — страсть к эффекту пересиливает. Сам могу! Сам дошёл! Жаль, говорите, времени? Плевать я хотел на время, если мне интересно.
Платформа у всех высказываний одна — сугубо личная. Государственного подхода к делу нет.
В. Аграновский предлагает ввести во всех технических вузах специальный курс — патентоведение. Думается, школьникам на практических занятиях тоже было бы полезно научиться не только строгать доски и нарезать резьбу, но и грамотно работать со специальной литературой. Быть просто хозяйственником-распорядителем в цехе, чертёжником-копиистом в конструкторском бюро или администратором-столоначальником в управлении — да разве для этого нужно высшее образование? Инженер — это прежде всего творец, изобретатель, энтузиаст технического прогресса. А чтобы ему не ломиться в отпертую дверь, не открывать Америку, он должен чувствовать себя среди потока отечественной и зарубежной информации как рыба в воде. Небезызлишне напомнить, что американские фирмы считают глубокую предварительную разведку в море информации выгодной во всех случаях, когда исследования в совершенно неизведанной области стоят не более ста тысяч долларов. Такую сумму Дин, игнорировавший специальную литературу и предпочитавший поиск вслепую, ухлопал уже к 1960 году.
Вспомните слова Кемпбелла: «Дин вовсе не обязан вникать в теоретические тонкости. Он создал машину. Машина работает. Чего ж ещё?»
Верно, не обязан. До тех пор, пока он числится скромным автором не бог весть какого лентопротяжного механизма. Но как только он объявляет во всеуслышание свой аппарат «летательным», да ещё таким, перед которым якобы пасуют все современные физические законы, тут уж, как говорится, пардон! Прежде чем транжирить десятки тысяч долларов, настырно соблазнять заинтересованные фирмы, с хлестаковской отвагой давать интервью, право, не лучше ли сесть и проштудировать хотя бы учебник физики для колледжа, средней руки?
Пусть читатель не сетует на обилие сентенций. Грустный редакционный опыт водит пером пишущего эти строки.
Рукопись объёмом в 95 страниц. Аккуратно переплетённая. С красивыми чертежами. За солидностью чувствуется большой труд и усердие занятого человека. Заголовок: «Гипотезы». В частности, о магнетизме. На первых же страницах — лаконичные титры тезисов, не оставляющих камня на камне от здания современной физики. Не поздоровилось ни Ньютону, ни Эйнштейну. Библиография работ, от которых отталкивался автор? Не тратьте труда понапрасну на поиски. Вот выдержка из сопроводительного письма Д. из Алма-Аты, автора рукописи: «Я ничего не читал о земном магнетизме по двум причинам, а именно: 1) ничего не нашёл, кроме брошюры о магнитах; 2) особенно и не стремился читать, дабы не сбиться с курса своих домыслов».
Таких рукописей изрядную толику перевидали на своём веку сотрудники любого научно-популярного журнала.
Графомания? Скорей всего людям просто не знаком стиль подлинно научных исследований. И до слёз обидно смотреть, как творческий задор и талант многих выдумщиков и умельцев транжирится впустую по неумению, по неграмотности, из-за легко устранимых препон.
Рождённые летать не должны ползать во тьме голой эмпирики! И помочь им сбросить вериги изобретательского бескультурья — одна из задач школы, вуза, научно-технического общества, домов технической пропаганды, наконец, популярной литературы.
Вот уже несколько лет, как в Москве открыт Университет технического прогресса и экономических знаний. Он создан на общественных началах. Без оплаты читают лекции, проводят семинары и консультации, делятся опытом пятьсот специалистов. На кафедре в аудитории вы увидите академиков А. Берга, В. Каргина, А. Дородницына, Н. Жаворонкова, С. Лебедева, А. Несмеянова, П. Ребиндера, членов-корреспондентов АН СССР Г. Борескова, Б. Сотскова, В. Сифорова, многих других учёных и инженеров. Такие университеты могут быть созданы в любом городе. И кому, как не самим изобретателям, надо бы, отрешившись от кустарщины, келейности, инертности, стать застрельщиками интересного, большого и — не будем бояться громких слов — государственного дела!
Лишь во всеоружии знаний пристало уважающему себя исследователю поднимать руку на грандиозное научное наследие предков. А что в науке нет окаменевших, раз и навсегда установленных истин, — кто же в этом сомневается?
Механика Ньютона, разумеется, также не исключение из общего правила. Не далее как в начале 1963 года, в разгар диновской эпопеи, была официально засвидетельствована существенная поправка к закономерностям, установленным ещё Ньютоном.
Что же это за поправка? Неужто теория Дэвиса, предложившего «четвёртый закон механики»?
«Наука — череда последовательных приближений к познанию реальности, причём количество таких постепенно сокращающихся шагов бесконечно велико, хотя и имеет предел — абсолютную истину.
Для студента-первокурсника физика — очень ясный предмет: факты хорошо известны, соотношения выражены чёткими формулировками, не оставляющими места для разнотолков и сомнений. Проходит не менее трёх лет в аспирантуре, пока, наконец, зарождающийся учёный не прозревает: здание науки, такое стройное и монументальное издали, выглядит растрескавшимся и оседающим сооружением, опирающимся на зыбучие пески непрестанно меняющейся теории. Нет ничего такого, что было бы известно с абсолютной достоверностью. Просто одни вещи более вероятны, чем другие. Теории и законы лишь частично подтверждаются гипотезами, которые сами ждут, когда им на смену придут более совершенные, но опять-таки частично подтверждённые гипотезы. Если мы что-либо и знаем точно о любой теории в современной физике, так это то, что она либо ошибочна, либо по меньшей мере неполна. Рано или поздно кто-то предложит новую, более обобщённую концепцию, где прежняя останется на правах частного случая».
Так начинает свою статью доктор Уильям О. Дэвис, полковник в отставке, бывший сотрудник научно-исследовательской лаборатории в атомном центре Лос-Аламос, ныне директор по научной части крупной нью-йоркской корпорации. Бьющий в нос скепсис, скорее даже пессимизм во взглядах на научный прогресс не помешал автору статьи без тени сомнения, без самомалейшего вопросительного знака, прямо-таки по-солдатски лихо начертать в заголовке три коротких слова, которые способны сразить наповал даже видавшего виды физика: «Четвёртый закон движения».
Так подтрунивал Пушкин над претензиями одной из своих современниц. Но бравому полковнику не до шуток.
Три грации считались в древнем мире.
Родились вы… Всё ж три, а не четыре!
Классическая физика знала три закона движения.
Вот как сформулированы они у самого Ньютона в его «Математических началах натуральной философии».
Первый: всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние.
Короче — инерция.
Второй закон: всякая сила, действующая на тело, сообщает последнему ускорение, прямо пропорциональное величине силы и обратно пропорциональное массе тела.
В школьных учебниках это записывается формулой: сила равна массе, помноженной на ускорение.
Закон третий: действию всегда есть равное и обратное по направлению противодействие.
Вот и всё. А теперь пусть наука узнает его, Дэвиса, четвёртый! Такого решительного вторжения в ньютонианское миропонимание история не припомнит со времён создания теории относительности и квантовой механики. Откроем маленький секрет: статья Дэвиса напечатана в том же журнале «Аналог», где и статья Кемпбелла, только два года спустя — в августе 1962 года. Но учёный есть учёный, с какой бы трибуны он ни обращался к аудитории со своими идеями. Так что предоставим слово самому Дэвису.
Прочность материалов, говорит Дэвис, зависит от скорости, с какой они деформируются. Баллистика изобилует примерами, когда снаряды продолговатой формы глубоко проникали в мишень благодаря тому, что действовали на неё на манер отбойного молотка. Объяснить подобные эффекты с позиций одной лишь ньютоновской механики трудно.
Исследуя ударные процессы в прессах для бумаги и текстиля, Дэвис обратил внимание, что резкое изменение ускорения сопряжено с интересными явлениями. (Здесь следует, пожалуй, напомнить, что ускорение — это скорость, с какой изменяется скорость движения. Если скорость тела нарастает равномерно, значит ускорение остаётся постоянным. Но оно может и меняться, тогда скорость будет получать с каждой секундой уже не одинаковые, а всё большие или, наоборот, всё меньшие надбавки. Тормозиться тело может тоже как равномерно, так и неравномерно.)
«Интерес к этим вопросам был подогрет дискуссией вокруг машины Дина, начатой Дж. Кемпбеллом на страницах этого журнала в 1960 году. Мои (более ранние) исследования привели к гипотезе, что действие этой машины, если бы она работала, можно в какой-то степени объяснить влиянием скорости, с какой изменяется ускорение. Настоящая статья не ставит своей основной целью объяснить действие «безреактивных» аппаратов, но, безусловно, имеет отношение к оценке устройств этого типа».
Когда ускорение остаётся неизменным или его вообще нет, продолжает Дэвис, системы тел достаточно хорошо описываются законами Ньютона. Трудности возникают лишь в условиях, когда ускорение начинает изменяться.
Ключевым понятием в дэвисовском анализе динамических систем служит одновременность. Законы движения предполагают строгую одновременность действия и противодействия. Иначе говоря, если сила, с которой масса № 1 действует на массу № 2, внезапно изменилась, то и сила воздействия массы № 2 на массу № 1 должна измениться в тот же миг. Так считал Ньютон. Эйнштейн, однако, доказал, что условие одновременности в ньютоновском понимании невыполнимо для тел, разделённых дистанциями астрономического размера, ибо изменения в поле тяготения не могут распространяться быстрее света, а скорость света ограниченна, хотя и чудовищно велика — 300 тысяч километров в секунду. Стало быть, две звезды не могут взаимодействовать мгновенно. Потребуется некоторое время (иногда это миллиарды лет), пока гравитационный импульс распространится от одной звезды к другой. Эта закономерность справедлива и для небольших тел, хотя вскрыть её практически невозможно: настолько ничтожны земные расстояния для скорости 300 тысяч километров в секунду. Понятно, мол, почему ускользнула она от проницательнейшего взгляда Ньютона.
Тем не менее Дэвис узрел неодновременность действия и противодействия и на Земле. «Рассмотрим, например, стальной стержень длиной в метр. Попытаемся сдвинуть его, толкнув с торца. Тотчас же вдоль стержня побежит импульс в виде волны сжатия. Скорость волны около 5000 метров в секунду. Дойдя до противоположного конца стержня, волна отразится, чтобы с той же скоростью возвратиться к точке, где была приложена сила. И до тех пор, пока волна не вернулась, то есть в течение четырёх десятитысячных долей секунды, стержень и не подумает двигаться, как мы ожидаем этого в соответствии со вторым законом Ньютона! Независимо от величины приложенной силы он не подчинится закону раньше, чем через указанный срок.
Полковник Джон П. Стапп, хирург военно-воздушных сил США, подвергал себя действию перегрузок, чтобы оценить опасность, которой подвергается пилот при катапультировании. Он нашёл, что масштабы повреждений, причинённых людям и, оборудованию, зависят от скорости изменения ускорения не меньше, чем от величины самого ускорения. Более того, в наши дни военная авиация устанавливает разумные пределы не только для ускорения, но и для скорости изменения ускорения.
Так вот, чтобы раскрыть загадку аномалий, вызванных резкими изменениями ускорения, логично постулировать, что существует сила, пропорциональная скорости изменения ускорения, равно как и ньютоновская сила, пропорциональная самому ускорению».
Эту добавочную силу Дэвис включает в уравнение второго закона механики в виде дополнительного слагаемого. Далее следует решение дифференциального уравнения третьего порядка; из него автор выводит целый ряд следствий, формулируя четвёртый закон механики, а попутно и четвёртый закон термодинамики.
Один из выводов касается изобретения Дина, вернее даже, как говорит Дэвис, «целого ряда безреактивных машин, которые демонстрировались в последние годы». Дескать, варьируя длительность паузы между действием и противодействием в механизме вибратора, рано или поздно удастся подобрать такой режим, когда при прыжке аппарата кверху добавочная сила, обусловленная изменением ускорения, будет всегда больше, чем при падении вниз. Короче, машина Дина обретёт постоянную подъёмную силу за счёт вращения своих эксцентриков, а изобретатель получит, наконец, долгожданную возможность вознестись в небо над равнодушным Вашингтоном…
«Если устройство описанного типа работает, — оговаривается Дэвис, — что же станется с законами сохранения энергии и количества движения? Примерно сто лет назад искренне верили, будто переменный ток не способен производить полезную работу, ведь средний ток равен нулю! Потом выяснилось, что уравновешивающие друг друга токи не являются равными и противоположно направленными одновременно. Стало быть, работа совершаться может. Чтобы отстоять закон сохранения движения, на подмогу было призвано излучение. Попытаемся и мы прибегнуть к такому же приёму.
Если существует сила, пропорциональная скорости изменения ускорения, то логично допустить, что существует особого вида энергия — назовём её виртуальной. (Конечно, если ускорение постоянно, то добавочный член, описывающий виртуальную энергию, равен нулю, и уравнение немедленно становится ньютоновским.)
А теперь вспомним: движущийся электрический заряд создаёт магнитное поле. Эйнштейн предположил, что движущийся «гравитационный заряд» (масса) тоже образует особое поле, подобное магнитному. Предвидимая напряжённость такого «инерционного» поля исчезающе мала при небольших скоростях — во всяком случае, много меньше, чем у обычного поля тяготения, создаваемого массой и подобного электростатическому. Волны, если они действительно возникают при наложении друг на друга инерционного и гравитационного полей (подобно тому как электромагнитное излучение вызывается взаимодействием электрического и магнитного полей), должны быть столь неощутимыми, что ими можно пренебречь в любой реальной системе.
Я полагаю, однако, более целесообразным постулировать существование такого инерционного поля, которое обусловлено не просто скоростью массы, а её ускорением. Тогда гравитационным зарядом можно представить себе не просто движущуюся массу, а количество движения (произведение массы на скорость).
После всего сказанного легко представить себе совершенно новый вид излучения. Если электрон, когда его ускоряют, испускает электромагнитное излучение, то масса, подвергнутая толчкам, ударам, вибрации с изменением ускорения, породит гравитационно-инерционное излучение. И если излучение, предсказанное Эйнштейном, настолько слабо, что не поддаётся регистрации, то излучение, описанное здесь, должно ясно проявлять себя при соответствующих условиях. В настоящее время в наших лабораториях ставятся опыты, которые, как мы надеемся, в ближайшем будущем подтвердят эту догадку».
«Четвёртый закон» — далеко не первый и, может быть, даже не четвёртый казус в ряду попыток ревизовать Ньютона.
Ещё французские математики XVIII века Клеро и Даламбер предлагали ввести в формулу закона всемирного тяготения добавочный член; им нужно было как-то объяснить загадочные смещения лунного перигея. Знаменитый естествоиспытатель Бюффон возражал против неоправданных посягательств на ньютоновскую формулу. Не прошло и четырёх лет, как сконфуженный Клеро сам же дал верное истолкование странностям нашей космической соседки на основе тех же законов Механики, в справедливости которых сомневался.
Лет через сто снова начались покушения на закон всемирного тяготения. На этот раз астрономов не устраивали расхождения между действительной орбитой Урана и вычисленной по ньютоновской формуле. Иначе подошли к делу Леверье и Адаме. Не вызваны ли возмущения орбиты Урана соседством другого массивного тела? Опираясь на законы механики, они предсказали существование ещё не открытой планеты и точно назвали место, где следовало ожидать её появления. Так в 1846 году был открыт Нептун. Посрамлённые скептики стали свидетелями нового триумфа классической механики.
Спустя почти сто лет, в 1933 году, учёные снова недоуменно развели руками: при бета-распаде, переходя из одного совершенно определённого энергетического состояния в другое, столь же определённое, атомное ядро выстреливало электроны с самыми различными значениями энергии. Опять «не клеилось» с законом сохранения энергии и количества движения (разумеется, с учётом поправок, внесённых теорией относительности и квантовой механикой). Учёным опять пришлось призадуматься. Ревизовать закон? Или последовать примеру Леверье и Адамса? Было высказано предположение: вместе с бета-частицей из ядра вылетают неведомые дотоле частицы — нейтрино. Имеющие ничтожнейшую массу, не несущие заряда, они долгое время оставались невидимками. И лишь в 1962 году их удалось обнаружить экспериментально.
— Значит, поправки к законам Ньютона всё-таки возможны! — не преминет читатель поймать автора на слове. — Разве принцип сохранения материи, установленный Ломоносовым и Лавуазье, не пересмотрен в специальной теории относительности Эйнштейна? Ведь в ядерных превращениях материя, как считали раньше, «исчезает», переходя в излучение! Дабы свести концы с концами, Эйнштейну пришлось сформулировать новый закон, по которому должна сохраняться не просто материя, а сумма масс и энергий. А квантовая механика — разве она не отметает фундаментальных понятий ньютоновской физики, как, например, строгая определённость траекторий? А полупроводники, а лазеры — разве перед ними не капитулирует классическая физика?
Так, может, и Дэвис подметил какие-то парадоксы, обещающие стать вестниками новых открытий? Вдруг «расширенный вариант» второго закона, объясняя и предсказывая какие-то незнакомые явления, сохраняет силу для ранее известных?
Что ж, пусть выскажутся учёные. Они специалисты, им, как говорится, и карты в руки.
Доктор физико-математических наук Г. Ю. Джанелидзе, профессор Ленинградского политехнического института имени М. И. Калинина:
— Не обращая внимания на то, что одних законов Ньютона недостаточно для описания явлений в деформируемых телах (здесь необходимо привлекать теорию упругости и пластичности), Дэвис ставит вопрос: как изменить аксиомы механики, чтобы они описывали поведение протяжённых тел, а не материальных точек? Это приводит к тому, что сложная картина, характерная для деформаций, подменяется формальным введением поправки в закон, описывающий движение материальных точек. Автор ломился в открытую дверь, пытаясь в обход уравнений упругости учесть хорошо известный факт, что скорость распространения упругих волн конечна. Если, исходя из «четвёртого закона», решить задачу о падении материальной точки в пустоте или о колебании груза на пружине, нетрудно прийти к выводу, что предлагаемая Дэвисом формула неизбежно, вступает в противоречие с законом сохранения энергии и допускает возможность построить вечный двигатель.
Академик Б. Константинов:
— Позвольте, отпарируют «горячие головы», машина Дина никакой не вечный двигатель! Она расходует энергию электромотора или, скажем, ядерного реактора. Мол, чтобы объяснить «эффект Дина», достаточно лишь уточнить второй закон Ньютона, приняв во внимание скорость изменения ускорения. Правда, при этом нарушается закон сохранения количества движения (произведение массы на скорость), но ведь не энергии? И ньютоновская и эйнштейновская механика даёт на это один и тот же ответ: несохранение количества движения одновременно означает и несохранение энергии.
А как же с запаздыванием гравитационного взаимодействия? А не будут ли в определённых условиях излучаться гравитационные волны? Возможно, и будут. Но это вовсе не нарушит фундаментальные законы сохранения.
Столь грубый прибор, как аппарат Дина, не может претендовать на уточнение с его помощью законов механики. Даже при распространении ультразвуковых и гиперзвуковых волн, когда ускорения и скорости изменения ускорений в миллиарды раз больше, чем в машине Дина, ничто не подаёт ни малейшего намёка на неточность второго закона движения.
Что же касается гравитационных волн, то их невозможно пока обнаружить даже самыми тонкими сверхчувствительными инструментами…
Да, приходится согласиться с академиком Б. Константиновым: не так-то просто стало делать большую науку теперь, когда её корни крепко сидят в прошлом, а буйно разросшиеся молодые ветви пронизаны тесными внутренними связями.
И тем не менее наука топталась бы на месте, она превратилась бы в вероучение, создай люди культ непогрешимых истин, выведись в один прекрасный день скептики, не оставляющие без внимания ни одного загадочного феномена, умеющие тысячекратно проверять и перепроверять свои и чужие гипотезы.
«Ни одно явление природы не может считаться окончательно изученным, хотя в каждом конкретном случае существует разумный предел, когда дальнейшие уточнения неоправданны», — так считает кандидат технических наук Е. Александров. Именно ему в начале 1963 года председатель Комитета по делам изобретений и открытий Ю. Е. Максарёв вручил диплом на крупное открытие в области механики.
— В чём состоят поправки к законам Ньютона, сделанные вами? — донимали Евгения Всеволодовича.
— Такой вывод могли сделать лишь очень впечатлительные натуры, — отшучивался учёный. Но дотошные журналисты не унимались, и рассказать о своих работах по теории удара ему всё-таки пришлось.
Если в вакууме, ну, к примеру, на Луне, где нет атмосферы, на твёрдый ровный пол уронить твёрдый же шар, как вы думаете, сколько раз он подпрыгнет? Пять? Десять? Сто? Не гадайте: он должен скакать… вечно!
— Дудки! — скажете вы. — Нас на мякине не провести, мы законы физики ещё в школе учили. Вечный двигатель невозможен!
И всё же, если строго следовать взглядам Ньютона на природу твёрдого состояния, придётся всё-таки согласиться, хотя вывод, безусловно, абсурдный, Что попишешь, если Ньютон считал все твёрдые тела абсолютно жёсткими, ибо признавал мгновенность распространения в них сил и напряжений!
Конечно, великий английский учёный не мог не подметить этого противоречия. Как же он вышел из положения?
Ньютон, надо сказать, специально теорией удара не занимался. Наибольший вклад в неё внёс голландский учёный Христиан Гюйгенс. Однако не кто иной, как Ньютон, ввёл понятие «коэффициент восстановления».
Если шар, стержень или иной предмет (назовём его ударником) падает на жёсткую подставку, он подскочит на высоту не большую той, с которой свалился. Отношение скорости тела непосредственно после удара к его скорости непосредственно перед ударом и есть коэффициент восстановления скорости. Если скорость восстанавливается полностью, то, следуя Ньютону, удар называют вполне упругим, если частично — не вполне упругим, а если ударник вообще не отскакивает — вполне неупругим. При оценке коэффициента восстановления Ньютон допускал наличие упругих и пластических свойств, хотя это и было несовместимо с представлениями об абсолютной жёсткости твёрдых тел. Таким образом, здесь создатель классической механики вопреки себе пошёл на компромисс.