Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Автор пользуется случаем, чтобы поблагодарить всех читателей, приславших ему отзывы о книге. Некоторые из их пожеланий были учтены при подготовке настоящего издания. Особую благодарность автор выражает жене, Владилене Николаевне Абрамовой, за ценные советы и большую помощь при подготовке рукописи к изданию.
Автор
5
Измерять, что измеримо, делать измеримым то, что еще не измерено .
Галилео Галилей
ВВЕДЕНИЕ
Когда хотят подчеркнуть, что какой-нибудь предмет очень маленький или, наоборот, очень большой, часто употребляют выражение: "он неизмеримо мал (велик)
На первый взгляд может показаться, что это выражение правильно передает суть дела. Ведь слово "измерить" всегда означает сравнить с какой-то мерой, эталоном. Но о каком сравнении может идти речь, если предмет еле виден глазом? Попробуйте измерить линейкой толщину "веточек" снежинки или взвесить хоботок комара, и тогда выражение "они неизмеримо малы" само придет вам на ум.
Однако физиков подобные выражения удовлетворить не могут. Физика — наука точная. Поэтому любое физическое явление можно считать понятным только в том случае, если его удалось описать точным языком законов, формул и чисел. А для того чтобы выразить физическую величину численно, ее необходимо измерить. Сказать о неизмеримости чего-либо для ученого все равно, что признаться в неспособности проникнуть в тайны природы. Ни один настоящий ученый так никогда и не скажет, а будет стараться найти путь к измерению еще неизмеренных объектов. И неудивительно, что вся история развития экспериментальных наук тесно связана с историей развития техники измерений.
Непосредственно невооруженным глазом можно оценивать размеры предметов примерно до 0,1 мм. С изобретением простых механических инструментов (например, микрометра) эта граница переместилась до одной сотой или нескольких тысячных долей миллиметра. Появление микроскопа со встроенной в него окулярной шкалой позволило измерять размеры
6
предметов, лишь немного превышающие длину волны света, т. е. около 0,0005 мм. Но хотя подобные примеры и говорят о высоком уровне развития измерительной техники, особого удивления они обычно не вызывают: ведь во всех упомянутых случаях экспериментатор, по крайней мере, видит изучаемый предмет. То же можно сказать и об измерении массы. На обычных химических весах взвешивание производится обычно с погрешностью 1—0,1 мг, и эта погрешность связана с тем минимальным отклонением стрелки, которое можно заметить на весах, изготовленных с наивысшей тщательностью. Что касается времени, то здесь наикратчайший измеримый интервал определяется скоростью реакции человека при запуске и остановке секундомера. Опыт показывает, что после хорошей тренировки человеку удается надежно фиксировать начало и конец различных событий с погрешностью порядка 0,1 с.
Мир атомов лежит далеко за пределами возможностей непосредственного восприятия человеческих органов чувств. Так, элементарные частицы имеют размеры порядка 10"13 см*, их массы заключены в пределах 10~27-10"24 г, длительность процесса столкновения частиц друг с другом составляет около 10"2 2 с, а средняя энергия нейтрона в большом энергетическом ядерном реакторе равна примерно 5-Ю"21 Дж. В то же время продолжительность существования некоторых радиоактивных веществ исчисляется многими миллиардами лет. Несмотря на столь непривычные масштабы физики научились измерять эти, казалось бы, неизмеримые величины и притом многие из них с очень высокой точностью. Так, в настоящее время известно, что масса электрона равна 9,109534-10"31 кг, а его заряд составляет 1,602189-10"19 Кл, причем возможная неточность не превышает нескольких единиц в последней значащей цифре.
О том, как сила человеческого разума и самоотверженный труд ученых привели к возможности измерения "неизмеримого", и будет рассказано в этой книге.
* Напомним, что 10 в степени п выражает число, изображаемое единицей с п нулями, а если показатель степени отрицательный, то это число следует записать в знаменателе: 105 = 100000; 10"5 = 1/100000=0,00001; 3,2-104 = 3 2 000; 4,8028-10"10 = 0,00000000048028.
7
ОТ ДЕМОКРИТА ДО РЕЗЕРФОРДА
Глава 1
/
J НА ПУТИ К ЦЕЛИ
КАК ЛЮДИ СНАЧАЛА ДОГАДАЛИСЬ, А ПОТОМ ЗАБЫЛИ О СУЩЕСТВОВАНИИ АТОМОВ
Представим, что перед нами лежит кусок масла. Его можно разрезать ножом пополам, потом еще и еще. При этом каждая отрезанная часть сохраняет все свойства масла - вкус, цвет, запах. До каких же пор возможно гакое дробление вещества - до бесконечности или нет? Иначе говоря: какова структура вещества? Являются ли различные тела частями совершенно однородной бесструктурной материи, какой нам представляются вода, воздух, масло, или же тела состоят из "крупинок", которые невозможно разделить на еще более мелкие части без нарушения их основных свойств?
Над этими вопросами люди задумывались уже в глубокой древности. Техника измерений в то время только зарождалась, точные опыты делать не умели. Некоторые древние ученые тем не менее догадывались о невозможности дробления вещества до бесконечности; они полагали, что любое вещество должно состоять из мельчайших неделимых частиц, которые древние греки называли атомами (греческое слово атоцоо означает неделимый).
