Александр Китайгородский - Физика – моя профессия

• Название: Физика – моя профессия
• Автор: Александр Китайгородский
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Физика
• Год: 1965

Автора этой книги, научного исследователя, профессора, доктора физико-математических наук А. И. Китайгородского, никак не упрекнешь в робости. На какие только вопросы не пытается он дать ответ на страницах своей книги! Как найти меру терпения? Возможна ли телепатия? Как оправдываются расходы на научные командировки и конференции? Каков сравнительный вес естественных и прикладных наук? Что значит слово «объяснение»? Есть ли различия между человеком и машиной? Как изменилось физическое мышление со времен Аристотеля? Как юноше выбирать профессию?..

И это только небольшая часть проблем, затронутых автором. Но рассказы о них служат одной цели – показать читателю роль физики в естествознании и роль естествознания в науке и жизни.

---

Занявшись обучением машины переводу, математики-филологи обнаружили, что раньше надо получше самим разобраться в том, как и почему мысль находит свое выражение словами. Надо ответить, почему мы говорим так, а не иначе, почему порядок следования слов в одних случаях фиксирован, а в иных – произволен. Скажем, «он взял чашку со стола», но не «чашку он взял стола». В то же время ничуть не хуже первого варианта – «он взял со стола чашку». Машина должна знать, что второй вариант плохой. Но в процессе ее обучения перед нами, естественно, встает вопрос, а чем же хуже второй вариант?

В поисках удобного языка, обладающего исчерпывающими возможностями для передачи самых сложных мыслей, филологи установили, что правила такого языка могут быть во много раз проще правил живой речи. Сразу же возник вопрос, имеются ли основания для бесконечного числа оттенков, которые могут быть приданы одной и той же мысли игрой словами?

Изучая законы конструирования фраз, филологи приходят к заключению, что природу нельзя упрекнуть в расточительстве. Богатство языка, гибкость речи и многообразие представлений одной мысли являются, как оказывается, способом разгрузки памяти. В ряде последних работ показано, что упрощение языка привело бы к необходимости увеличения «глубины» памяти. Как бы это пояснить?

В языке с упрощенными и однозначными правилами речи нужное слово находится в ящичке мозга, к которому ведет один-единственный путь. Где-то в одном из тупиков лабиринта лежит нужная вещь. Путь к ней только через один вход, остальные ворота не ведут к цели; и, следуя по первому коридору, надо сделать поворот направо, в третий переулок, другие повороты к цели не приведут.

В реальном языке нужное слово спрятано не глубоко; к ящичку, где оно хранится, ведет множество путей. Насколько упрощается поиск нужной вещи, если можно войти в лабиринт через несколько ворот и наткнуться на нужную вам вещь сразу!

Глубина памяти здесь – отрицательное свойство (лучше было бы филологам изменить терминологию, со словом «глубина» ассоциируются комплименты). Она характеризуется «числом поворотов», которые приходится сделать, чтобы добраться до нужного слова. Теория, с которой я познакомился, утверждает, что наш язык (таков, как он есть) позволяет обходиться наименее глубокой памятью.

– Чрезвычайно увлекательные исследования, но при чем здесь физики? – спросит читатель.

Право, чтобы разобраться в проблеме, надо обладать хорошим физическим мышлением. Математическая филология может быть отнесена к естествознанию по той причине, что эти исследования неразрывно связаны с проблемами параллелей в работе мозга и электронно-счетной машины.

…науки о Земле. Он рассказывает о тропических закатах и полярных сияниях, о необитаемых атолловых островах и живописных оазисах в пустыне. Его слушают, ему завидуют. Шутка ли, где только человек не побывал, чего только не видел этот географ-путешественник! А что интересного может рассказать физик, если он ограничен стенами лаборатории?

Такая точка зрения казалась,вполне естественной. И правда, еще не так давно географы-путешественники были монополистами в описаниях сказочных красот земли и необыкновенных и загадочных явлений природы. Но времена переменились! Теперь физики подымаются на аэростатах, плавают на подводных лодках, опускаются в кратеры вулканов. Они зимуют на Северном полюсе, проникают в глубь Антарктиды, совершают кругосветные плавания. А географы? Им приходится проводить время в тиши научных кабинетов, для того чтобы усиленно изучать физику. Иначе они рискуют тем, что физики не будут брать их с собой в милые их сердцу экспедиции.

Пришло время, когда лабораторией физика стал весь земной шар. И опыты в этой лаборатории иногда связаны с такими экзотическими путешествиями, которым могут позавидовать знаменитые первооткрыватели. Пожалуй, морская геофизика в этом отношении вне конкуренции.

На гребнях океанских волн показалось маленькое деревянное судно под парусами! Нет, это не остатки пиратской флотилии XIX века. Чтобы изучить магнитное поле нашей планеты, физики на антимагнитной шхуне «Заря» бороздят Мировой океан. Физика, проплававшего на «Заре», не удивишь никакими рассказами о диковинках заморских стран, о тропических ливнях и тропической жаре, о нравах туземцев на островах Полинезии.

А не заманчивы ли кругосветные путешествия «Витязя» – этой огромной плавучей лаборатории? Физики являются обычно не только участниками походов «Витязя», но диктуют капитану маршруты в соответствии со своими научными планами. Планы же эти многообразны и увлекательны.

Ограничусь лишь одним примером.

Океанские глубины «достигают» высот Эвереста. Покоится или движется вода на дне океана, отдаленном на многие километры от земной поверхности? Может ли частица воды из таких глубин подняться на поверхность или нет? А если может, то сколько времени на это ей понадобится?

«Что за странные вопросы? – спросит читатель. – Кому это нужно знать?»

Еще в сороковых годах отходы атомной промышленности было предложено сбрасывать в глубины океана. Но что, если воды вынесут эту радиоактивную отраву с глубин на поверхность? Что случится с рыбой? А с человеком, съевшим эту рыбу?

Очевидно, вопрос о времени, нужном на такой подъем с глубины на поверхность, является решающим. Если это время оказалось бы значительно больше времени распада радиоактивных атомов, то отходы, достигшие поверхности, были бы уже безвредными. А если нет? Кто отважится тогда сбрасывать радиоактивные отходы в океан?

Так родился интерес к проблеме глубинной циркуляции вод в океанах. Потрудиться пришлось как физикам-экспериментаторам, так и теоретикам.

Экспериментаторам надо было учиться измерению скорости течений на глубинах в несколько тысяч метров да к тому же заранее учитывать, что эти скорости очень невелики – всего лишь несколько сантиметров в секунду. Так как точные измерения трудны, а то и невозможны, сотрудничество теоретиков в расчетах тех же скоростей глубинных вод необходимо. Ответы физиков на поставленный вопрос были жизненно важны для судьбы океана.

Экспериментаторы изобрели поплавки нейтральной плавучести, которые опускались на большие глубины. По их перемещению в течение длительного периода времени удалось определить, что на больших глубинах возможны интенсивные движения вод. Так был впервые зажжен красный свет сбросу радиоактивных отходов в глубь океана. Теоретики хотя и не пришли к вполне согласующимся между собой результатам, однако получили следующий наиболее важный вывод: частицы воды могут подняться с глубин океана на его поверхность за время, сравнимое с временем распада наиболее активных элементов в продуктах отходов.

Итак, теоретики и экспериментаторы установили такой неоспоримый факт: опасность заражения океана в случае использования его как кладбища для радиоактивных отходов существует.

Вот видите, какими важными проблемами занимаются путешествующие физики.

Но для профессии физика не заказана и земная бродячая профессия – геологическая разведка.

В геофизике есть раздел – гравиметрия. Это учение об измерении тяжести. В разных местах земного шара одна и та же граммовая гирька весит (то есть притягивается землей) по-разному. Различия обнаруживаются с помощью на редкость точных приборов, скажем, кварцевыми крутильными весами. Устроены и работают они так. Горизонтально натягивается кварцевая нить, к ней приваривается рычаг. Взвешиваемый груз заставляет рычаг слегка закрутить нить. Силы в миллионные доли грамма измеряются подобными весами.

Со своими приборами физики отправляются в далекие путешествия и там наблюдают за поведением гравитаций. Изменение силы тяжести против «нормы данного места» говорит о том, что под землей есть руда. Местные аномалии (отклонения) силы тяжести служат физику так, как маленькому Муку из сказки Гауфа служила волшебная палочка, стучавшая о землю там, где находилось золото или серебро.

Практическое значение подобные методы разведки имеют для поисков нефти. Гравитационные методы легко обнаруживают подземные соляные купола (сила тяжести понижается в этих местах), а очень часто в местах, где есть соль, оказывается и нефть. Так было открыто «черное золото» в Казахстане.

Конечно, интересно быть геофизиком и иметь возможность много путешествовать. Но ведь в конце концов может надоесть разъезжать по белу свету. Что же тогда? Менять профессию? Нет, геофизик может трудиться и в лаборатории.

Возможно, сочетание слов «геофизик» и «лаборатория» покажется странным. Ведь геофизик исследует природу, его инструменты должны быть установлены на воле и улавливать закономерности в течениях рек, в порывах ветров, в сверкании молний, а это не установишь, работая в четырех стенах. И все же это не совсем верно. Не говоря уже об изготовлении и изучении действия сложной аппаратуры, геофизик может посвятить свою жизнь изучению вселенной путем моделирования природных процессов. Более того, в некоторых случаях такой путь является основным. Конечно, интересно ловить приборами настоящую молнию в грозовых районах. Но грозы бывают не так часто, да и природа предоставляет в наше распоряжение не «чистое» явление, а осложненное массой побочных случайных факторов, затемняющих главное. Поэтому в законах молний не разобраться, если не изучать в лабораторных условиях искусственную молнию. На модельной установке можно по очереди испытать роль разных факторов и лишь потом попытаться проверить установленные правила, изучая природное явление, в котором все факторы действуют одновременно.