Чтение онлайн

Обратимся к известному.

В 1720 году Фаренгейт предложил принять в качестве двух фиксированных точек температурной шкалы температуру человеческого тела и температуру замерзания какой-нибудь смеси. Несколько позднее, в 1742 году, теперь уже Цельсий предложил использовать для маркировки температурной шкалы точки кипения и замерзания воды. Первой он приписал значения 0, второй - 100 градусов. Именно эта, только перевернутая, шкала теперь и принята повсеместно. Используются, правда и другие шкалы (того же Фаренгейта, Кельвина), но все они легко приводятся к шкале Цельсия.

Но вот вопрос: все ли градусы (или, вернее сказать, то, что стоит за ними) разных этих шкал в точности равны друг другу, равен ли градус, измеренный вблизи одной из критических точек, градусу, измеренному вблизи какой-то другой? Ведь если это не так, все расчеты, использующие данную шкалу могут содержать в себе ошибку.

Вопрос отнюдь не риторичен, ведь в действительности для измерения температуры во всем диапазоне её значений подходящих средств у нас до сих пор нет. На самом деле мы пользуемся целой системой измерительных инструментов, каждый из которых способен давать удовлетворительные результаты только для определенных долей "полного количества" этого явления, иными словами, лишь в сравнительно узком интервале температур. Состыковать же результаты измерений, выполненных разными инструментами, так чтобы они ничем не противоречили друг другу, сегодня практически не удается. В особенности это касается тех случаев, когда сопоставлению подлежат значительно отстоящие друг от друга участки единой температурной шкалы.

Впрочем, строго говоря, единой шкалы нет, есть лишь своеобразные "лоскуты", из которых мы и кроим некое подобие целого. А если так, то сформулированный вопрос вполне закономерен. Больше того, остается сомнение не только в точности расчетов, но и в том, что мы сумели понять самое существо того таинственного начала, которые мы пытаемся измерять с помощью различных температурных шкал. Все эти шкалы градуируют вовсе не его "качество", но "качества" совершенно иных образований. Между тем до тех пор, пока не установлено его "полное количество", его "мера" (мы ещё будем говорить об этих категориях), выносить окончательное суждение о нем преждевременно. Подлинная его природа хранит ещё немало загадок.

Свои шкалы существуют и для измерения других явлений материального мира: времени, пространства, скоростей, масс и так далее. Вообще говоря, всякого рода шкал существует бесконечное множество. Присмотримся пристальней к одной из, может быть, самых известных, во всяком случае одной из тех, к которой мы обращаемся чуть ли не ежеминутно, - к временной шкале.

Для измерения времени в качестве основной единицы сегодня принимается секунда.

Когда-то она определялась как 1/86400 доля средних солнечных суток. Но со временем обнаружилось, что период вращения нашей планеты вокруг своей оси далеко не постоянен. Поэтому течение времени, отсчет которого ведется на основе вращения Земли, иногда бывает ускоренным, а иногда - замедленным по сравнению с тем, которое определяется по орбитальному движению Земли, Луны и других планет. Подсчитано, что за последние 200 лет ошибка в отсчете времени на основе суточного вращения Земли по сравнению с некоторыми умозрительными часами, свободными от любой нерегулярности хода, достигла около 30 секунд.

Различают три типа изменения скорости вращения нашей планеты. Вековые, которые являются следствием приливов под воздействием лунного притяжения и приводят к увеличению продолжительности суток примерно на 0,001 секунд в столетие. Наряду с ними существуют малые скачкообразные изменения продолжительности суток, причины которых точно не установлены. Они удлиняют или укорачивают земные сутки на несколько тысячных долей секунды, причем такая аномальная продолжительность может сохраняться на протяжении нескольких лет подряд. Наконец, отмечаются периодические изменения, главным образом с периодом в один год.

Развитие техники, повышение требований к научным экспериментам привели к необходимости введения более жестких стандартов времени. Поэтому в 1956 году Международное бюро мер и весов дает новое определение секунды: "Секунда - это 1/31556925,9747 доля тропического года для 1900 г. январь 0, в 12 часов эфемеридного времени".

Изобретение атомных стандартов времени и частоты позволило получить ещё более точную шкалу времени, уже независящую от вращения Земли и имеющую значительно большую стабильность. В качестве единицы атомного времени принята атомная секунда, определяемая как "время, равное 9192631770 периодам излучения соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133". Это определение было принято на XIII Генеральной конференции по мерам и весам.

Относительная погрешность атомных часов колеблется от 10-13 до 10-14.

И все же, несмотря на такую точность, полной уверенности в абсолютной точности временной шкалы нет.

Вдумаемся. Все длительные события, которыми оперирует наше знание, измеряются годами, веками, тысячами и миллионами лет. Подсчитано, что наша Вселенная, начало которой полагает гипотетический "Большой взрыв", существует около 15 миллиардов лет. В основе этих величин лежит все тот же астрономический год - один оборот Земли вокруг Солнца. Но ведь за длительный срок само Солнце проходит большой путь и вокруг центра Галактики, и по контуру галактической орбиты, и повинуясь каким-то мегагалактическим законам, и так далее. Оно пересекает, возможно, неоднородные области мирового пространства с совершенно различной концентрацией масс, а значит, с неоднородной метрикой. Отсюда вовсе не исключено, что в пути могут произойти довольно существенные деформации того временного потока, который мы пытаемся градуировать и измерить стандартом земной секунды. Поэтому утверждать, что один год всегда в точности равен другому, мы не можем. Иначе говоря, мы не можем утверждать, что количество "атомных" секунд, в сумме составляющих, скажем, тот астрономический год, в котором было принято приведенное выше определение, в точности равно количеству секунд, которые составят, предположим, 25000 астрономический год, или составляли - астрономический же - 25000 год до н.э.

Правда, здесь можно возразить тем, что погрешность будет очень незначительна. Но, во-первых, цена такому (сегодня практически ничем не доказуемому) возражению не так уж и велика. Во-вторых, мы говорим не о степени физической точности, но о точности логической. Физическая погрешность всегда относительна и в известных пределах, там, где она, перефразируя Эйнштейна, не выходит за пределы шестого знака после запятой, ею можно пренебречь. Погрешность логическая - всегда абсолютна, и сколь бы микроскопичной она ни была, пренебрегать ею совершенно недопустимо. Здесь же логическая погрешность состоит в том, что используются градационные шкалы, призванные дифференцировать принципиально разные "качества". А мы уже хорошо знаем, что они не вправе подменять друг друга. Мы знаем также и то, что там, где подмена все-таки происходит, результаты измерений содержат в себе не только относительную погрешность, обусловленную особенностями инструмента и процедуры измерения, но и гораздо более фундаментальные эффекты, которые связаны с действием какой-то "дельты качества".

Но пойдем дальше.

В контексте времени, легче говорить о прошлом, чем о будущем. Истекшее время ещё поддается какому-то измерению, о будущем же можно только строить гипотезы. Однако факты показывают, что и при таком ограничении мы не достигаем точности.

При обращении в прошлое нашей планеты у нас есть несколько различных оснований датировки: письменные свидетельства, годовые кольца деревьев, пыльца растений.

Ни одно из этих средств не дает абсолютной датировки событий. Несмотря на обилие письменных свидетельств, не всегда возможно установить даже точные даты ключевых для мировой истории событий. Установлено, что многие вечнозеленые лиственные растения способны формировать не одно а целых два кольца за один год. Известны случаи обнаружения пыльцы растений, подобных клену и дубу, ещё в докембрийских породах, то есть в то время, когда существование этих пород было исключено.

Правда, перечисленные примеры, скорее образуют собой исключения из правила, нежели само правило, поэтому принято считать, что датировка, основанная на них, обладает вполне удовлетворительной точностью и поддается перекрестной проверке с помощью других методов измерения. Но все же подчеркнем: связать датировку событий, получаемую с помощью этих методов измерения, с основной единицей времени (секундой) никак невозможно. Поэтому в действительности они представляют собой лишь форму приближения, а не точную оценку.

Но даже эти приблизительные средства эффективны только в пределах нескольких (5-6) тысячелетий.

Для больших сроков используются другие средства измерения, которые в ещё большей степени расходятся с основной единицей времени.

В 1896 году Беккерелем был открыт радиоактивный распад, и уже в 1905 Резерфорд предложил использовать это явление для точных датировок в геологии. Однако технически возможным это стало только в 1937 г.

Сегодня существует несколько разновидностей "часов", использующих радиоактивный распад, которые работают в разных интервалах времени.