Метрологические ошибки в фундаменте науки? ©Данилюк Анатолий Иванович
Уже столетие не утихают споры вокруг раскола физики на “старую”-классическую и “новую”-неклассическую, похоже, приведшей всю земную Науку в глухой тупик. Причины и возможность такой ситуации еще ждут своих исследователей – историков, психологов и организаторов Науки. Но поскольку тупиковая ситуация зарождалась в физике и стала основным препятствием для техники, то есть смысл посмотреть на ситуацию с технической точки зрения.
Проверки (испытания и измерения) в технике обслуживает отдельный раздел науки и техники – метрология. Современная метрология владеет целым комплексом испытанных правил и методов проверок. Основным правилом метрологии является немедленное вычитание любых обнаруживаемых ошибок и действия помех из результатов любых измерений и наблюдений и определение степени доверия к полученным результатам. Поскольку это правило стало непреложным законом техники уже после раскола физики, то, возможно, никто не делал метрологический анализ исходных данных, использованных для обоснования раскола.
Объявленной причиной раскола была “невозможность объяснения новых экспериментальных данных на основе классических представлений”. Поскольку в основе всех классических представлений лежит представление о Науке как непрерывной совокупности человеческих представлений о непрерывном Мире, то действительной причиной раскола следует считать отход от этого представления и замену его другим представлением о Науке как совокупности разрозненных представлений, группирующихся вокруг никак не связанных между собой и не вытекающих из чего-либо утверждений-постулатов. Именно последнее представление возобладало в последующей Науке, и было названо ее новейшим достижением, хотя, по сути, это был возврат к доклассическим представлениям, используемым еще доисторическими шаманами (Как тут не вспомнить утверждение философов о спиралях развития?). Поэтому, хотя начало раскола Науки часто связывают с появлением теории относительности Эйнштейна, в действительности отсчет времени отхода от классических позиций следует начинать значительно раньше. Эйнштейн и его последователи только довели этот процесс до логичного завершения. Попробуем просто посмотреть на ситуацию с метрологической точки зрения, оставив достаточно нудную и трудоемкую полную метрологическую экспертизу другим, более терпеливым и дотошным исследователям.
Человеческий мозг, как измерительно-регистрационная система, имеет довольно ограниченные параметры. Безусловно удобная в других случаях дискретно-цифровая форма памяти ограничивает возможности счета только натуральными числами, требуя преобразования и сведения к ним результатов любого счета-наблюдения. Ограниченное количество довольно медлительных каналов однотипной информации (нервов, их чувствительных окончаний-датчиков и исполнителей-мышц) делает достаточной для жизни последовательную (поэлементную) обработку всей передаваемой по ним и запоминаемой информации ограниченным количеством более быстродействующих центральных процессоров и контроллеров. Поэтому в основе всей человеческой логики и, соответственно, всех человеческих рассуждений лежат простейшие представления о возможности натурального счета количества объектов или их частей и количественного сопоставления (сравнении) любых двух (не больше и не меньше) однотипных объектов разной величины, отображаемые арифметическими знаками > (больше), < (меньше) и = (равно). Эти знаки изначально предназначены людьми для логических операций только с парами (двойками) объектов, и использование их для одновременного сопоставления большего числа объектов без дополнительных оговорок некорректно. Поэтому любая попытка соединения одним таким знаком больше двух чисел или выражений заведомо обречена на полную неудачу. Поэтому же все, без исключения, используемые в Науке формулы (сокращенные записи утверждений) с этими знаками можно рассматривать только как утверждения, касающиеся только конкретных пар сопоставляемых объектов.
В основе всех “естественных” наук лежит довольно логичное представление о самопроизвольном (самостоятельном) взаимодействии любых “материальных” объектов Мира. Представление о реальной множественности взаимодействующих объектов автоматически приводит к не менее логичному представлению о коллективности их взаимодействия, немедленно вступающему в противоречие с ограниченной человеческой возможностью его описания упрощенными формулами попарного сопоставления объектов. Некоторое ослабление (но не полную ликвидацию) противоречия привносит отказ от очень сложного представления о дальнодействии объектов в пользу несравненно более простого представления об их близкодействии, разрешающем ограничивать неудобное описание коллективного взаимодействия бесконечного множества объектов более удобным описанием существенно меньшего количества соседних (соприкасающихся) объектов. Но это приводит к установлению полного запрета на непосредственное взаимодействие любых удаленных (не соседних) объектов и требует при описании пар таких объектов обязательно учитывать влияние разделяющих их цепочек других объектов. Последнее требование является универсальным, и оно совпадает с основным требованием метрологии. Поэтому все ошибки и неточности, обусловленные невыполнением этого требования можно считать чисто метрологическими ошибками конкретных описаний, но никак не дефектами классических представлений вообще, прямо запрещающих такие ошибки или разрешающих их только в рамках допустимых приближений. И, тем более, запрещающих подмены описаний одних взаимодействующих объектов описаниями других, имеющих к первым, в лучшем случае, косвенное отношение.
Только это противоречие и можно считать основной объективной причиной брожений в физике XIX-XX столетий, но никак не недееспособность классической методологии непрерывной увязки представлений о Мире. Наиболее известная попытка разрешить это противоречие была сделана Галилеем, опубликовавшим в 1636 году свою формулировку принципа относительности. Предложенное Галилеем представление о возможности пренебрежения коллективным (системным) взаимодействием при описании взаимодействия некоторых пар наблюдаемых объектов создавало такие удобства для ученых, что немедленно получило широкое распространение, а затем и название теории относительности, несмотря на явно ограниченную только приближенными описаниями область применения. Такое необоснованно широкое распространение теории относительности (ТО) впоследствии, после выявления назревшей необходимости учета коллективных взаимодействий, создало проблему значительного психологического дискомфорта для многих ученых.
Опыты тех же Кулона, Фарадея и др. уже нарушали установившийся комфорт, но все описания их опытов еще выдержаны в духе попарного описания объектов (см. формулы взаимодействия двух зарядов, двух токов, двух магнитов и т.п.). В порядке платы за спасение привычной формы описаний физике пришлось узаконить представления о передающих взаимодействие промежуточных третьих объектах-полях, фактически использованных еще Ньютоном в описании всемирного тяготения. Теоретические работы Максвелла по электромагнитным взаимодействиям потребовали придания воображаемым посредникам-полям и/или их носителям (эфиру, вакууму и т.п.) статуса реальных (материальных) объектов, отличающихся по форме, но равноправных с другими материальными объектами. Это возвращало физиков к дискомфортной метрологической проблеме учета коллективных взаимодействий и встретило психологически понятное сопротивление многих ученых. Опыты Майкельсона только подлили масла в огонь, но не результатами, а самой попыткой описания наблюдаемого коллективного взаимодействия нескольких объектов (двух лучей волн, эфира и интерферометра с тремя зеркалами) в представлениях попарного взаимодействия. С этой точки зрения, Специальная Теория Относительности и Общая Теория Относительности Эйнштейна, как и широко разрекламированная впоследствии Единая Теория Поля, также являются только очередными попытками спасти субъективные удобства, пренебрегая реальной коллективностью и близкодействием взаимодействий наблюдаемых объектов. Все полученные в их рамках противоречия-парадоксы были неизбежной платой за пренебрежение простым метрологическим требованием учета влияния на результат наблюдения всех непосредственно и одновременно взаимодействующих объектов.
Поскольку по формальному определению гипотезами могут называться только непроверенные утверждения, а теориями – только подтвержденные опытами утверждения, то известность любых логических противоречий в любом умозрительном построении-утверждении автоматически означает невозможность экспериментального подтверждения этого утверждения и исключает его даже из числа гипотез. Поэтому применение названия теории к таким построениям с формальной точки зрения является неправомерным (некорректным, ошибочным). Так же некорректным будет название не только теорией, но даже гипотезой любого другого утверждения, основывающегося на таких самоопровергнутых своими парадоксами утверждениях. Однако, в отличие от простых ложных утверждений, опровергаемых только прямым опытом, любые противоречивые логические построения всегда сохраняют некоторое положительное значение для науки в качестве доказательств от противного, позволяющих оценивать ожидаемый результат без проведения дорогостоящих опытов и, тем самым, экономить материальные ресурсы.
Подобные противоречивые логические построения с времен Древней Греции принято называть софизмами. В основе софизмов всегда лежит малозаметная подмена одних объектов (предметов) рассуждения и/или логических действий другими. При таком определении любые утверждения, базирующиеся на умолчании о каком-либо взаимодействии, автоматически подпадают под определение софизма, так как в них реальная совокупность взаимодействующих объектов подменяется другой совокупностью. Любые существующие и возможные “теории” относительности и единого поля не могут составлять исключение, так как во всех них результат взаимодействия многих объектов всегда представляется как результат взаимодействия только двух избранных из них. То есть, налицо типичная подмена, формально относящая все такие “теории” к обычным софизмам, пригодным только на роль доказательств от противного.
Но кроме логических подмен, сохраняющих некоторую ценность парадоксальных рассуждений-софизмов для науки, можно привести примеры и прямых (явных) подмен в физике, не связанных с объектами типа материального всеохватывающего эфира-вакуума или нематериальной, но сохраняющейся энергии-потенциала, недостаточно известными на момент проведения рассуждений конкретным рассуждающим ученым. К таким явным подменам можно отнести, например, подмену представления взаимодействия трех электрических зарядов (двух положительных и одного отрицательного) в описании опыта Кулона другим представлением о взаимодействии только двух одноименных зарядов.
Декларированной целью опытов Кулона было наблюдение взаимодействия пары электрически заряженных тел сферической формы, удаленных друг от друга на расстояние, предположительно достаточное для пренебрежения взаимными искажениями электрического поля вокруг них. Вследствие предполагаемой неуничтожимости электрических зарядов технология опыта предусматривала перенос части заряда конкретного знака с одного шарика крутильных весов на другой. Это предполагало оставление равного заряда противоположного знака на первом шарике и, при прочих равных условиях позволяло утверждать, что результат наблюдения практически соответствовал поставленной задаче – наблюдению взаимодействия двух электрических зарядов противоположного знака и равной величины.
Применение той же технологии для опытов по наблюдению взаимодействия зарядов с другим соотношением знаков и величины неизбежно требовало использования третьих тел для сбрасывания или заимствования некомпенсированной разности зарядов. В качестве такого буферного тела использовался “заземленный” корпус весов. Таким образом, при декларированном наблюдении двух одноименных зарядов в действительности наблюдалось взаимодействие трех зарядов, двух одноименных и одного заряда, противоположного по знаку и равного по величине сумме двух первых. Результаты наблюдения этих трех зарядов потом без какого-либо обоснования выдавались за результаты взаимодействия только двух одноименных зарядов. Такая подмена уже не может быть оправдана неизвестностью каких-либо параметров опыта, как в предыдущем случае с эфиром, так как описание технологии опыта прямо использует представление о трех неуничтожимых зарядах и их размещении на разных телах. Это позволяет говорить о явном пренебрежении метрологическим требованием учета влияния всех элементов опыта в процессе обработки полученных Кулоном результатов – прямых показаний крутильных весов. Все остальные результаты, включая известные “законы Кулона”, являются не результатами этих опытов, а результатами достаточно вольной обработки результатов опытов и, поэтому, с метрологической точки зрения должны оцениваться как обладающие очень низкой достоверностью.
Если бы такая оценка была сделана 150-200 лет назад, то потребность в теории единого поля, как и во всех теориях относительности, возможно, и не возникла б. Классические представления о единстве мира и наблюдательских свойствах человека уже тогда могли бы прямо привести к представлению о существовании в Мире частиц, способных образовать, по крайней мере, одну непрерывную мировую упаковку-среду, и позволили бы отождествить представление о такой среде с представлением о вакууме-эфире. Вытекающие представления о дефектах этой упаковки хорошо ассоциируются с представлениями о веществе как скоплениях элементарных дефектов этой упаковки, а представления о самопроизвольном однотипном сближении любых дефектов (и вакансий, и включений) хорошо соответствуют представлениям обо всех известных свойствах вещества и, к тому же, позволяют предвидеть неизвестные. Но на прямом пути такого классического развития событий оказалось несколько препятствий, способствовавших уводу авангардной части Науки (физики) в сторону с этого пути. Среди них основную роль сыграло представление об отталкивании одноименных электрических зарядов, полученное в результате простой подмены представлений об опытах Кулона. Оно было чужеродным для физики и, естественно, не могло быть никак увязано никакими «великими объединениями» с другими физическими представлениями без появления противоречий. Его наличие привносило и устанавливало нереальные соотношения в системе физических представлений и заведомо обрекало на неудачу любые попытки построения даже приближенной общей теории, включая единую теорию поля.
Не намного меньшие отрицательные последствия для науки имело пренебрежение метрологическим требованием учета свойств измерительных инструментов при исследовании, например, спектра излучения газов. Все использованные инструменты (спектрофотометры) имеют одну особенность. Они измеряют не частоту падающей волны, а частоты многих составляющих ее гармоник. В результате, для этих инструментов любая одиночная несинусоидальная волна становится неотличимой от множества соответствующих независимых синусоидальных волн. Картина распределения волн по частоте, полученная с помощью такого спектрофотометра, является слишком неопределенной и не может быть (по правилам метрологии) использована для уверенного суждения о свойствах источника волн. Поэтому однозначный вывод Бора о наличии в атомах газа множества квантованных электронных энергетических уровней, сделанный на основании фотографии линейчатого спектра излучения газа, является постулатом, необоснованным с метрологической точки зрения. И он должен был рассматриваться только как одно из многих неравноправных предположений. С большим правом можно было бы утверждать, что в каждом атоме имеется меньшее количество уровней, например, всего 2, но излучаемая волна является достаточно несинусоидальной, так как классическое представление об ограниченности перемещений электрона в атоме и, соответственно, об асимметрии его колебаний требует сделать однозначный выбор в сторону второго предположения. Принцип простоты (бритва Оккама) дополнительно усиливает этот выбор. Да и распределение энергии излучения по частоте для второго предположения получалось бы автоматически без “ультрафиолетовых катастроф” Вина только как результат простого разложения в ряд Фурье реальной несинусоидальной функции излучения, а не на основе отвлеченных моделей для статистики шариков в ящиках. Но сделано то, что сделано. И сегодня вся квантовая механика построена на представлении о множестве квантовых состояний очень сложного атома, переходы между которыми сопровождаются излучением строго монохроматических волн, рассчитываемых с помощью “эмпирических” (подгоночных) коэффициентов.
Недостаточно обоснованным с метрологической точки зрения является и однозначный выбор объяснения “красного смещения” спектров далеких звезд их продолжающимся удалением. На момент обнаружения “красного смещения” классические представления о взаимодействии проходящих волн и осцилляторов позволяли предвидеть удлинение волны за счет отставания по фазе вынужденного последнего колебания осциллятора (вместе со средой) относительно окончания вынуждающих исходных колебаний среды. Наличие отставания конца волны при совпадении начала первого колебания осциллятора с началом первого колебания пришедшей волны означает удлинение волны. Пропорциональность запаздывания конца конкретной волны количеству взаимодействий с осцилляторами и разности частоты волны и резонансной частоты осцилляторов приводит к примерно однотипному поведению наблюдаемых световых волн (одинаковому смещению частот и длин волн в % от их значений пропорционально расстоянию), делая его очень похожим на наблюдаемое. Такое “красное смещение” может наблюдаться и при неподвижных звездах, и даже при их движении в обратную сторону. Кроме того, в арсенале классической физики имелось еще, как минимум, одно представление, позволяющее ожидать похожий эффект. Это зависимость частоты колебаний излучающих волны осцилляторов от жесткости связи их частей, в свою очередь, зависящей от сжатия (давления) окружающей среды (эфира-вакуума). Наблюдаемое пропорциональное расстоянию “красное смещение” излученных когда-то удаленными источниками волн могло бы быть следствием равномерного сжатия этой среды в настоящее время и постоянного повышения частоты излучения используемых нами эталонов. При таком “красном смещении” далекие звезды и галактики должны сейчас приближаться к нам, а не удаляться.
Однозначный выбор объяснения “красного смещения” в пользу эффекта Доплера потребовал введения представления о начале движения, которое, в свою очередь, тоже без достаточного обоснования было использовано для утверждений о Большом Взрыве Проточастицы, создавшем видимую Вселенную. Совокупность этих представлений тоже без достаточного обоснования была объявлена Теорией Большого Взрыва. Необоснованность названия Теории Большого Взрыва сразу двойная. Во-первых, возможность удлинения световых волн атомами межзвездного газа и/или повышения частоты излучения наших измерительных эталонов делает недоказанным расширение видимой части вселенной и лишает права на звание теории любые умозрительные построения с их использованием. Во-вторых, даже в случае доказательства реального расширения Вселенной требуются веские доказательства начала расширения от нуля-Проточастицы, так как их отсутствие тоже возвращает Теорию Большого Взрыва в ранг рядовой рабочей гипотезы.
Количество примеров можно было бы увеличить, но и приведенных достаточно, чтобы уверенно утверждать, что основные представления и результаты экспериментов, положенные в основу “новой” физической науки, были использованы, как минимум, без учета метрологических требований. Поэтому фундамент официальной физики сейчас может содержать грубые метрологические ошибки, которые, в свою очередь, могут быть главной причиной наблюдаемого длительного застоя в Науке. Это требует немедленной перепроверки многих ее представлений на их наличие.
В качестве базового варианта (и пока единственного) новой совокупности представлений, не содержащего этих и многих других ошибок, можно использовать совокупность представлений, приведенную в первой части книги «Элементы виртуальной физики или классические решения неклассических задач», опубликованной 04.03.2003 по адресу http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4727.html [8].
Приведенные там представления хотя и несколько отличаются от общепринятых сейчас, но достаточно просты, логически последовательны, полностью совпадают с классическими и/или вытекают из них и приводят к полному совпадению выводов с наблюдениями (но не неклассическими гипотезами и постулатами) без каких-либо парадоксов. Там же приведены примеры других возможных метрологических ошибок неклассической физики (Раздел 1.7) и предложен компромиссный вариант их оценки и отношения к ним и их авторам со стороны современного общества (Послесловие). Интересно и вытекающее новое представление о человеке и его месте во Вселенной (Краткое заключение).
Впервые опубликовано 01.04.2003 на http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/4904.html Данилюк А.И. Метрологические ошибки в фундаменте науки?
Краткие заметки о метрологии “решающих” физических экспериментов
andan-1@yandex.ru
