- В самом начале нашего семинара автор этой статьи поднял тему «О науке и ненауке» . Растет роль науки в нашем мире. Растет, увы, и значение ее тени – ненауки. Семинару еще не раз придется обсуждать это.
Электрон Добрускин,
редактор
Введение
Призрак бродит по Интернету - призрак конца Света в декабре 2012 г. Здесь и календарь майя, и кометы, и корабли инопланетян, и даже «переворот» Земли по эффекту Джанибекова. Просвещённый люд, образованный читатель со скепсисом читает всё это, но гложет червь сомнения – «а вдруг в этом что-то есть» - и кризис доверия к научным оценкам заставляет нас обмениваться материалами, идти на поводу у жёлтой прессы и её писак.
А если утка, используя наше безусловное уважение, к примеру, к достижениям космонавтики и к людям, слетавшим в космос, прикрывается их авторитетом, то нас охватывает смущение – как же так, как не поверить!
И вот я получаю письмо из Германии от давнего коллеги и друга, внесшего вклад в ракетную технику, профессора физхимии Э. Вайхброта: «Переворот Земли, эффект Джанибекова. Что знают об этом в Израиле? Мне верится с трудом». Затем на сайте появилось полемическое выступление (по работам доктора А. Вильшанского) моего друга и во многом единомышленника по основам естествознания проф. Р. Ровинского ( http://www.elektron2000.com/0222/komm_0222.03.html ), в котором он ссылается на «эффект Джанибекова», как «необъяснимый, с точки зрения современной механики и аэродинамики, эффект».
Ну, что ж, давайте разберёмся – перевёрнётся ли Земля в соответствии с «новым открытием гравитационного взаимодействия» – эффектом Джанибекова. Для этого нам придётся вернуться примерно на 250 лет назад. А воспользуемся для этого мы рассказом из замечательной книгой «Математическое понимание природы» выдающегося математика второй половины ХХ века академика В.И. Арнольда.
Как Леонард Эйлер премию не получил…
Моряки всегда ориентировались «по небу» (даже сейчас во времена GPS идея та же). При этом использовать измерения координат звёзд можно было, только зная точное время, в которое проводились эти измерения. Но хронометр, особенно в длительном плавании, склонен начинать сильно врать. Сказываются и качка, и вращение Земли, и вариации поля тяготения, влияющие на период собственных колебаний маятника, и даже климатические условия (тропическая жара удлиняет маятник, а морозы укорачивают).
Поэтому в середине XVIII века Английское адмиралтейство объявило большую премию за решение проблемы определения точного времени.
Эйлер придумал остроумный путь решения этой проблемы: использовать в качестве часов Луну. Задача была бы решена, если бы была построена достаточно точная теория малых колебаний Луны около своего центра тяжести (с учётом возмущений, вносимых прежде всего Солнцем и Землёй в сложном орбитальном движении Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли).
Вот эту-то теорию Эйлер и решил создать.
Его замечательная работа на эту тему была опубликована в 1765 году — он рассматривал не только Луну, но и движение любого твёрдого тела вокруг своего центра тяжести, прежде всего по инерции, а потом и вследствие возмущающих влияний других тел. Замечательный результат этих исследований Эйлера доставляет, прежде всего, полное решение задачи об инерциальном движении произвольного твёрдого тела вокруг своего центра тяжести (Эйлер нашёл нужную полную систему первых интегралов в инволюции).
Из его результатов вытекало, например, что стационарные вращения вокруг всех трёх осей эллипсоида инерции твёрдого тела существуют, но вращение вокруг средней оси инерции неустойчиво, в то время как и вращение вокруг большой оси инерции, и вращение вокруг малой оси инерции устойчивы.
Это значит, что, например, спичечный коробок, брошенный так, что он вращается вокруг длинной или вокруг короткой оси, так и будет вращаться, а если бросить его, закружив вокруг средней оси, то он будет кувыркаться хаотически!
Такими же телами с тремя осями эллипсоида инерции являются и гайка с барашком, кувыркания которой наблюдал Джанибеков, и Земля (ведь она «круглая», да не совсем). К нашему счастью, Земля вращается вокруг оси с наибольшим моментом инерции, а это устойчивое вращение и никогда Земля сама по себе не переворачивалась и не перевёрнётся! Конечно, подобным телом является и бутерброд и, когда мы его роняем, то он закручивается, как правило, вокруг средней оси (обычно так мы его держим). Поэтому вращение его неустойчиво. Если бы мы закручивали бутерброд вокруг большой оси, то он бы падал всегда маслом вверх, если вокруг малой оси, то в среднем он падал бы «маслом» в ожидаемых 50% случаях, а вот вокруг средней оси это не так и чаще он успевает кувыркнуться один раз на 180% - маслом! Вот народ по наблюдениям и вывел теорему «бутерброда».
Хочу обратить внимание на иллюзию в наблюдениях Джанибекова, что движение тела якобы идёт «без изменений в его характере», а затем «внезапно» происходит кувырок. Дело в том, и это хорошо знают специалисты по устойчивости, что неустойчивость (теория Ляпунова) нарастает во времени по экспоненте – сначала медленное накопление отклонений, затем быстрый переход в новое стационарное (эквивалент понятия «равновесие», которое может быть как устойчивое, так и неустойчивое) состояние, затем случайное возмущение, снова потеря устойчивости и т.д.
Второе замечание. Конечно, закон сохранения момента количества движения выполняется (с точностью до аэродинамических потерь) – величина и направление его вектора неизменны, а вот проекции его на оси меняются (т.е. момент перераспределяется по осям при неизменной векторной сумме).
А что же с премией Адмиралтейства? Её отдали какому – то часовщику, который придумал маятник из нескольких стержней с разными температурными (основная погрешность) удлинениями так, что они компенсировали друг друга.
Эйлер остался без премии, зато оставил нам теорию вращения твёрдого тела («углы Эйлера», «волчок Эйлера»!). Эта классическая теория приводится практически во всех учебниках и пособиях по механике, теормеханике. Дальнейшее развитие теория получила в работах Лапласа («волчок Лапласа»), С. Ковалевской («волчок Ковалевской»)
Эффект можно наблюдать экспериментально
Действительно, для наблюдения эффекта «свободного волчка» совсем не обязательно отправляться в космический полёт.
Во-первых, почти все студенты – механики делают лабораторную работу по измерению моментов инерции твёрдого тела. Для этого тело помещается в карданов подвес. Вот в таком трёхосном подвесе можно наблюдать рассматриваемый эффект.
Однако и в этом нет необходимости – ведь любое свободно падающее тело находится в невесомости. Вот как делал это академик Арнольд: «я не раз демонстрировал студентам на лекции — здесь лучше всего бросать спичечный коробок, упакованную книгу, а не кирпич, и шесть граней бросаемого тела лучше выкрасить по-разному, чтобы неустойчивость была сразу видна».
Добавлю – если будете рассказывать любознательным ребятам, то предупредите, что бросать кирпичи с верхних этажей опасно. И ещё – экспериментируя со спичечным коробком (лучше заполнить его пластилином и воткнуть иголки-оси, которыми и закручивать), упакованной (скреплённой липкой лентой) книгой и т.д., сначала понаблюдать устойчивые движения вокруг большой и малой осей, потом ярче будет наблюдать неустойчивость и хаотичность.
О доверчивости
1. Я не нашёл в Интернете свидетельств участия в поднятой шумихе непосредственно космонавта Джанибекова и его личного отношения к этому. Думаю, что такого участия не было. И вот почему. Конечно, Джанибеков наблюдал поразивший его эффект в полёте, Но после полёта он не мог не поделиться своим наблюдением с окружавшими его специалистами. Любой специалист по гироскопам, а, прежде всего, по СУОС (системы управления и ориентации спутников) объяснил бы ему суть явления. Ведь первая и простейшая система ориентации спутника заключается в закрутке его и каждый специалист знает, что закрутку нельзя ни в коем случае делать вокруг средней оси инерции!
2. Безусловно, любой грамотный читатель, будь он даже специалист высшей квалификации в какой-нибудь смежной отрасли, не может помнить, знать «тривиальных» для профессионала «тонкостей». Однако прежде чем поверить в какую-то сенсацию, он мог бы, опираясь на свой научный уровень, обратить внимание на источник информации, её форму («теория заговора», ссылка на неопределённые институты и прочие атрибуты «запущенных уток» и антинауки).
3. Процесс познания бесконечен, наука всегда находится на марше и в ней всегда будет передний фронт проникновения в непознанное. Так что у учёных всегда будет «работа», пока будет жить цивилизация. Однако это не даёт оснований для заключений с обвинительно - отрицательным уклоном типа «учёные не знают», «наука не может объяснить», «ограниченность наших знаний» т.п. И, тем более, подобные заключения не могут быть поводом для отнесения к научным произвольных построений по принципу «а вот мне пришла в голову мысль, я выдвигаю гипотезу, я наблюдал явление» по крайней мере, до тех пор, пока авторы сами для себя не проверят (и это самая большая проблема ненауки) и не убедят научное сообщество в соответствии своих «теорий» физической реальности.
Гипотеза гипотезе рознь. Да, выдвижение гипотез является рабочим моментом всякой научной деятельности. Они (научные гипотезы) появляются именно на переднем фронте и имеют в своих основаниях проблемы как текущего состояния науки, так и базис в виде твёрдо установленных истин в науке. Такими твёрдо установленными истинами, справедливыми в определённых ограничениях и подтверждёнными (верифицированными) всей практикой человеческой деятельности являются: в физике - классическая физика (механика, электродинамика, термодинамика), теория относительности, квантовая механика; в биологии – принципы эволюции, генетики и т.д.
Опровергнуть твёрдо установленные истины невозможно: с чего бы это объективный мир вдруг начал функционировать по «перевёрнутым» законам?
Вопрос: почему же мы часто попадаемся на доверии или проявляем снисходительность к различным необоснованным и даже фантастическим «теориям»? Неужели только из-за «корректности», юридического права «на свободу слова», или в нашей интуиции сидят некоторые предрассудки, которые мы так и не можем преодолеть на рациональном уровне? При этом происходит своеобразное смешение, уравнивание научных поисков и результатов с квазинаучными измышлениями.
4. В этом плане, не скрою, меня удивило и огорчило указанное выше выступление профессора Р. Ровинского, ещё раз повторюсь – моего друга и близкого мне по основным научным взглядам и подходам учёного.
Поскольку настоящая статья инициирована указанным выступлением Ровинского, в котором имеется ссылка на «эффект Джанибекова», и является в определённом смысле ответом на его выступление, будет уместным кратко остановиться на тех моментах, которые так меня огорчили своей научной непринципиальностью.
Как и почему крупный специалист в области общей физики и квантовой механики, автор книги «Развивающаяся Вселенная» приводит целый перечень ссылок, «отражающих мнения крупных специалистов, непосредственно связанных, среди прочего, и с проблемой природы гравитации, показывают ограниченность наших знаний о ней» (цитата) В ряду этих ссылок – аргументов и «эффект Джанибекова», якобы свидетельствующий о непознанных тайнах гравитации, и который неспециалист вполне мог принять на веру.
Происходит подмена тезиса: вместо анализа и оценки работ по существу, приводятся данные о профессиональной деятельности автора, перечень проблемных вопросов современной физики. Вряд ли можно оправдать доверчивостью, что Ровинский проходит мимо, к примеру, такого факта, что взаимодействие на субатомном уровне рассматривается как упругий или неупругий удар?!
Затруднения профессора Ровинского очень даже понятны – привести хоть какой-то результат по решению проблемы «ограниченности наших знаний» о гравитации (как и других проблем физики и космологии, на «решение» которых претендует «теория», прямо противореча, в том числе, и книге Ровинского!) просто невозможно в силу фрактальной ошибочности, несостоятельности и общей ненаучности этих работ.
Вообще-то, по контексту выступления оно направлено в защиту личности доктора Вильшанского, якобы обиженного мнимой «некорректностью» его оппонентов.
Но ведь профессор Ровинский прекрасно знает какие проблемы с корректностью бывают у самого доктора Вильшанского. Этот доктор (так в Израиле принято называть российских кандидатов наук) в своем письме не забывает сообщить (цитирую) «…что избран академиком Израильской академии, но из скромности предпочитает это не афишировать, чтоб не "давить авторитетом". Но какой тут авторитет, когда так называемая «Израильская Независимая Академия Развития Наук» о которой пишет Вильшанский, не имеет никакого отношения к Израильской академии наук (см. http://www.eleven.co.il/article/11767 ). Сам-то проф. Ровинский отказался от предложения войти в эту группу самоназначенцев.
А чего стоит безобразная по форме и лживая по содержанию статья тогда еще не академика Вильшанского «Главная заслуга Альберта Эйнштейна перед человечеством» (http://www.elektron2000.com/vilshansky_0045.html ) «... я подозреваю, - писал Вильшанский - что Альберт Эйнштейн сумел “крутануть ручку” в правильном направлении. Похоже, что он сознательно выбрал для опубликования ложную теорию, в ущерб адекватной, которая лежала, что называется, на поверхности, и просто не могла ускользнуть от взгляда Эйнштейна». Т.е. великий физик и великий человек представлен удачливым жуликом, ловко обманувшим весь ученый мир, а ученый мир – простофилями, толпой идущей по намеренно «подсунутому» Эйнштейном ложному пути.
5. Что касается конца Света в декабре 2012 г., то мне понравился изящный ответ профессора И. Фейгенберга: «Давайте обсудим это в январе 2013 г.». Очень рекомендовал бы всем относиться с такой же иронией ко всем подобным фантазиям. Правда, боюсь, что в январе 2013г. половина нынешних апологетов скажут, что они к этому прогнозу не имеют никакого отношения, а вторая половина найдёт «веские причины» перенести срок.
Получено от автора 18 мая 2011 г.
Для обсуждения на семинаре