VII. ФИЗИКА И ПОЗНАНИЕ МИРА.

VII. ФИЗИКА И ПОЗНАНИЕ МИРА.

1. Как человек познает мир.

Когда первобытный человек бродил в поисках пищи по лесам, полям, горам, по берегу моря, он знакомился с окружающим его миром. Он чутко прислушивался к каждому шуму и шороху, внимательно осматривался по сторонам, умел различать запахи гораздо лучше, чем это мы умеем теперь, ощупывал разные предметы, пробовал некоторые из них на вкус. Таким путем с помощью глаз, ушей, носа, языка, кожи, или, как говорят в науке, с помощью своих органов чувств человек знакомился со свойствами окружающих его предметов, различал опасное для него от безопасного, полезное от вредного, съедобное от несъедобного… Он подмечал связь между различными явлениями природы, их зависимость друг от друга: после дождя, например, бывает мокро, ночь наступает после захода солнца, холодное время года зависит от низкого положения солнца на небе. Выделка различных орудий труда, а также охота и работа с помощью этих орудий — все это расширяло знания человека о различных вещах, их свойствах и взаимоотношениях; человек узнавал мир все больше и лучше. Однако долгое время люди должны были пользоваться для познания мира своими органами чувств такими, как они есть. Они не могли, например, увидеть больше того, что может видеть глаз сам по себе, не могли услышать больше того, что слышит ухо, и так далее. У них не было еще никаких приспособлений для увеличения своей зоркости или обострения слуха.

Наши органы чувств, как каждый знает, далеко не совершенны, даже по сравнению с органами чувств некоторых других животных. Орел видит свою добычу с такой высоты, с которой мы ничего нс различим, кошка слышит тихий шорох, который мы не слышим, собака разбирает запахи; которые мы не разбираем… Немудрено поэтому, что знания первобытных людей об окружающем их мире, а также и о самих себе были далеко не совершенны: во многом они заблуждались, о многом и совсем ничего не знали. Их трудовой опыт был еще слишком мал, он не давал достаточно материала для более правильных и совершенных представлений о природе многих явлений и их взаимоотношениях.

Гораздо вернее, полнее и лучше люди начали узнавать мир тогда, когда они своим трудом все более и более подчиняли себе природу, научились пользоваться ее силами, стали приготовлять более совершенные орудия, различные машины и инструменты. Развивающаяся техника позволила приготовлять и такие физические инструменты, которые в высокой степени усиливают органы чувств человека.

Человек познает мир, пользуясь тем, что дают ему его органы чувств. Что они его не обманывают, это показывает вся человеческая практика. Что бы в самом деле было с нами, если бы наши органы чувств нас обманывали? Мы не видели бы ямы на нашем пути и свалились бы в нее; возводимая нами стена дома казалась бы нам отвесной, тогда как на самом деле она была бы наклонной и обрушилась бы. Но ведь мы уверенно шагаем каждый день, куда нам нужно, выстроенные человеческими руками дома стоит и не падают, пока не наступит их срок… Значит, наши органы чувств дают нам материал для правильных представлений о мире. Дело только в том, что для полного понимании некоторых явлений природы материала, даваемого органами чувств, часто бывает недостаточно. Поэтому-то физические инструменты, усиливая наши органы чувств, дают нам в то же время материал для более совершенного познания мира. Они позволяют нам узнавать то, чего без них мы никогда бы не узнали, они позволяют нам исправлять и многие ошибочные представления о мире, которые были сделаны на основании прежнего недостаточного материала. Таких инструментов в настоящее время существует очень много, для описания их понадобилась бы целая книга. Мы в дальнейшем постараемся только на некоторых примерах выяснить то значение, которое имеют машины и инструменты для правильного познания мира.

2. Физика и познание земли.

Первые человеческие племена на земле знали только сравнительно небольшие участки, по которым они бродили, отыскивая себе пищу. Людей было еще мало, разные племена жили обычно далеко друг от друга, они сравнительно редко сталкивались одно с другим. Но по мере размножения человечества и увеличения потребностей, как мы видели, совершенствовались способы добывания пищи, появились разные ремесла, все лучше и лучше выделывались орудия труда… Вместе с тем различным племенам приходилось все чаще и чаще сталкиваться друг с другом. Вначале это были часто враждебные столкновения. Одно племя нападало на другое, прогоняло его с занятых участков, грабило, убивало… Но с течением времени появились и мирные сношения разных племен друг с другом, имевшие целью взаимный обмен различными продуктами труда. На участке одного племени встречались, например, хорошие материалы для выделки оружия, у другого — какие-нибудь украшения, которые ценились высоко, третьи могли обменивать продукты своей охоты… С целью обмена людям приходилось предпринимать все более и более далекие путешествия, которые расширяли их знания о земле.

Когда люди научились пользоваться силой ветра, поставив парус на лодке, и особенно когда они научились строить большие корабли, — они могли уже пускаться и в далекие путешествия. Ведь по воде на более или менее солидном судне с помощью ветра передвигаться куда удобнее, чем на суше, хотя бы и пользуясь силой животных. Недаром и до сих пор еще перевозки грузов по воде обходятся дешевле, чем даже перевозки по железной дороге.

Несколько сот лет тому назад развившаяся торговля заставила европейские народы искать новые торговые морские пути и новые богатые страны. Предпринимались все более и более далекие морские путешествия. Удалось, наконец, и объехать кругом всей земли. Этот факт окончательно убедил всех в том, что земля не плоская, как думали раньше, а имеет форму шара. С тех пор, по мере усовершенствования морских судов и в особенности со времени применения для их передвижения силы пара, плавания по морям и океанам становились все легче и легче. Благодаря этому, а также и благодаря усовершенствованию сухопутных средств сообщения люди все больше и лучше знакомились с поверхностью нашей планеты.

Первобытному человеку невозможно было проникнуть далеко в глубь земли, не мог он также и подняться на воздух. Ему доступна была, да и то далеко не везде, только поверхность земли. Не то теперь. В погоне за каменным углем, рудами металлов и другими полезными материалами человек проникает глубоко в землю. При прокладывании своих путей сообщения он прорезает насквозь стоящие на его пути горы. Некоторые шахты достигают уже в настоящее время в глубину до двух километров, а есть буровые скважины и еще большей глубины. Длина некоторых туннелей доходит почти до двух десятков километров. Все это дало возможность узнать многое о внутренности твердой коры земли. И все это было возможно, конечно, только благодаря применению усовершенствованных машин, работающих с помощью природных источников энергии.

Воздушные шары, корабли и самолеты дают возможность человеку подняться в воздухе на такую высоту, на которую не залетает и птица. Все эти аппараты имеют большое значение и для изучения земли. С высоты птичьего полета легко осмотреть, зарисовать или снять фотографическим аппаратом такие места, до которых трудно добраться другим путем. Упомянем для примера хотя бы о так называемых "полярных" странах, лежащих далеко на севере и юге в областях вечных холодов. Много делалось попыток проникнуть в них на судах, на санях с помощью собак, пешком, много жертв потребовалось, и только очень немногие из этих попыток были удачны. И, несмотря на некоторые удачи, мы до сих нор знаем только лишь отдельные небольшие места этих стран, большая же их часть нам совершенно не известна.

Однако уже теперь можно с уверенностью сказать, что рано или поздно воздушный корабль и самолет позволят раскрыть все их тайны. В 1897 году к северному полюсу полетел па воздушном шаре шведский инженер Андре и… не вернулся. В 1925 году туда же отправился на самолете норвежский исследователь Амундсен. И хотя он принужден был вернуться, не долетев до полюса двухсот километров, но все-таки ему уже удалось благополучно вернуться. В 1926 году тот же Амундсен и один американский летчик уже добрались до северного полюса.

Эти исследователи — только первые ласточки. Современная техника все более совершенствует летательные аппараты, и нет сомнения, что с их помощью человек исследует и последние уголки земного шара, на которых ему не удалось еще побывать.

3. Физика и познание неба.

Триста лет тому назад в Италии жил один ученый по имени Галилео Галилей (рис. 43). До него дошла весть, что в Голландии изобретен такой инструмент, "с помощью которого можно видеть отдаленные предметы с такой же ясностью, как близкие". Галилей очень заинтересовался этим инструментом и стал пробовать построить его сам, что ему в конце концов и удалось. Вот как он рассказывает об этом:

"Я напал на мысль приладить к обоим концам свинцовой трубки два стекла, одно плоско-выпуклое, другое плоско-вогнутое. Таким образом я увидел предметы втрое приближенными и в девять раз увеличенными. Так как я не жалел ни труда, ни издержек, то я достиг того, что могу видеть предметы в тысячу раз большими и в тридцать раз более близкими, чем при рассматривании невооруженным глазом".

Таким образом Галилей построил то, что мы теперь называем зрительной трубой. Когда он направил свою трубу на небо, то он увидел горы на луне, пятна на солнце, увидел, что некоторые сравнительно близкие к нам светила иногда принимают подобно луне форму серпа или полукруга. Около планеты Юпитер Галилей заметил четыре луны, которые вращались кругом планеты. Одним словом, с помощью зрительной трубы Галилей увидел то, чего никак нельзя рассмотреть простым глазом.

Наблюдения Галилея показали, что появившееся незадолго перед этим учение Коперника правильно. Учение же Коперника состояло в том, что не солнце и другие небесные светила вращаются вокруг земли, как это кажется глазу, а наоборот: сама земля вращается, как волчок, кружась в то же время вокруг солнца. Галилей начал защищать учение Коперника, что очень не понравилось имевшим тогда большую силу попам. Ведь это учение подрывало доверие к "священному писанию", по которому выходило, что земля — самая главная часть вселенной. Попы начали преследовать Галилея, засадили его в тюрьму, грозили сжечь на костре и заставили в конце концов публично "отречься от ереси". Но и после отречения попы не оставили Галилея в покое, преследуя его до самой смерти всяческими стеснениями.

Но никакие преследования не могли, конечно, изменить того, что открывали человеку инструменты, направляемые на небо. Со времени Галилея эти инструменты постоянно совершенствовались. В них начали также с успехом применять кроме выпуклых и вогнутых стекол и вогнутые зеркала. Увеличивались размеры инструментов, для помещения их строились особые башни с подвижными куполами; для передвижения инструментов и вращения купола употреблялись особые механизмы и машины. О величине современных телескопов (так называются инструменты для наблюдения неба) можно судить хотя бы по рисунку 44, на котором изображен телескоп, собирающийся на известном заводе Цейсса в Германии.

Инструменты для наблюдения неба позволили человеку увидеть сотни тысяч невидимых простым глазом звезд. Инструменты дали возможность точно изучить движения небесных светил, рассмотреть подробнее вид ближайших к нам светил. Так, например, поверхность видимой с земли стороны луны изучена, пожалуй, лучше, чем некоторые места поверхности самой земли. А ведь луна находится от нас на расстоянии в 380000 километров! Теперь мы твердо знаем, что наша земля совсем не главная часть вселенной, а всего лишь ничтожная песчинка, затерянная в ее безграничных пространствах. Мы знаем, что земля вместе с небольшим числом других планет вращается вокруг солнца, которое, в свою очередь, не стоит неподвижно, а тоже несется в бесконечные дали мирового пространства. Мы знаем, что звезды, эти серебристые искорки, рассыпанные но ночному небу, в действительности являются огромными солнцами, многие из которых гораздо больше нашего. Мы знаем, что эти искорки удалены от нас на такие невообразимые расстояния, что свет от самой близкой из них идет до земли почти четыре года, а от других — десятки, сотни и даже тысячи лет. Многое еще мы узнали о небе, и все это благодаря тому материалу, который дало нам применение инструментов для его изучения.

Скажем здесь еще несколько слов об одном из таких инструментов. Он позволяет узнавать, из каких веществ состоят небесные светила. Этот инструмент — спектроскоп (рис. 45).

Главной составной частью спектроскопа является стеклянная трехгранная призма (рис. 46). Если через такую призму пропустить солнечный луч, а за призмой поставить, например, лист белой бумаги, то на нем получится разноцветная полоска. Такая же полоска получится, если вместо солнечного света взять свет лампы, свечи и любого раскаленного добела твердого или жидкого тела. Эта разноцветная полоска называется в науке спектром. Совсем, однако, другого вида получается спектр, когда берут свет какого-нибудь газообразного вещества. Если, например, пропустит!» через призму свет от раскаленных паров особого металла натрия, то на белой бумаге будет видна только яркая желтая линия. Какое бы газообразное вещество мы ни взяли, оно всегда даст не сплошной спектр, а одну или несколько отдельных цветных линий.

Теперь интересно вот что. Если свет раскаленного твердого или жидкого вещества проходит сначала, скажем, через раскаленные пары натрия, а потом уже через призму, то получится такая картина. Первое вещество даст обычную радужную полоску, сплошной спектр, но он будет в одном месте пересечен темной линией. И как раз в том месте, где раньше находилась желтая линия натрия. При прохождении света раскаленного твердого или жидкого вещества через какой-нибудь другой газ, в сплошном спектре появляются темные линии как раз в тех местах, где были цветные линии этого газа.

Что же оказывается, когда солнечный свет наблюдают в спектре скопе? Оказывается, что его сплошной радужный спектр пересечен целым рядом темных линий. Остается, значит, измерить положение каждой из этих линий, чтобы узнать — от какого вещества эта линия получилась. А так как свет от раскаленного огненно жидкого солнечного ядра проходит через раскаленную газообразную оболочку солнца, то мы, значит, узнаем, из каких веществ состоит эта оболочка.

Изучение описанных, а также и других сортов спектров небесных светил, позволяет нам судить об их составе. Это изучение показывает, что небесные светила состоят в общем из тех же веществ, которые встречаются и на земле. Вся вселенная, значит, строится из одних и тех же материалов. Стоит вспомнить, что небесные светила удалены от нас на огромнейшие расстояния, что добраться до них мы никак не можем, что нас связывают с ними только слабые лучи света, и тогда станет ясным, каким могущественным средством знания являются в руках человека инструменты!

4. Физика и мир невидимых существ.

Много тайн неба открывает телескоп. И достигается это благодаря нескольким прозрачным стеклам с кривыми поверхностями! Они позволяют нам изучать миры огромных солнц, по сравнению с которыми наша земля оказывается маленькой букашкой. Но такие же стекла, только несколько иначе расположенные, образуют инструмент, раскрывающий нам целый новый мир, например, в ничтожной капельке воды. Этот инструмент — микроскоп (рис. 47).

Если взять каплю воды из какой-нибудь лужи, то на-глаз в ней ничего нельзя заметить Но если ту же каплю рассмотреть под микроскопом, то можно увидеть, что она буквально кишит жизнью. Здесь суетятся странного вида крошечные животные — инфузории, ползают комочки живой слизи — амебы, заметен целый ряд других живых существ в виде шариков, палочек, запятых, расположенных то кучками, то цепочками, — это микробы. Все это питается, растет, размножается, одним словом — живет полной жизнью…

Если рассмотреть под микроскопом нашу кровь, то окажется, что она состоит из прозрачной бесцветной жидкости, в которой плавает множество окрашенных кружков — красных кровяных телец. Если рассмотреть под микроскопом выделения больного холерой, то в них можно найти множество холерных запятых, которые и являются возбудителями этой страшной болезни. Мельчайшие живые существа микроскоп обнаружит и в скисающем молоке, и в заквашенном тесте, и в почве, и в воздухе, и на нашей коже, и у нас во рту, — одним словом, всюду: и вокруг нас и внутри нас. Одни из этих существ полезны для нас, другие являются опаснейшими нашими врагами. Без многих микробов, живущих в почве, остатки умерших животных и растений не могли бы превращаться в вещества, пригодные для питания растений. Микробы являются лучшими могильщиками, без которых вся земля оказалась бы скоро загроможденной трупами. С помощью микробов, вызывающих брожение, мы готовим уксус из вина, простоквашу, спирт… Но микробы же вызывают такие губительные болезни, как чахотка, холера, чума, тиф, дифтерит, столбняк, сибирская язва, сифилис и целый ряд других.

Мельчайшие, невидимые простым глазом живые существа — бактерии—играют огромнейшую роль в природе. Ни наш глаз, ни наши другие органы чувств сами но себе ничего не говорят нам об этом. Но микроскоп позволил открыть этот новый для нас мир и изучить его. Он усилил наше зрение в сотни и тысячи раз. И благодаря этому, например, мы умеем уже теперь успешно бороться со многими болезнями. Сколько людей погибало в прежние времена от какой-нибудь ничтожной раны благодаря тому, что через нее проникали в тело гибельные для жизни человека микробы. После открытия таких микробов научились различными средствами обеззараживать раны, т.-е. убивать попавших туда микробов и не допускать проникновения новых. Благодаря предварительному обеззараживанию раны, всех перевязочных и других материалов, а также и рук врача удается успешно залечивать самые серьезные повреждения и благополучно проводить сложные операции. Изучив микробов, вызывающих заразные болезни, научились и успешно бороться со многими из них. Почти каждому приходилось, вероятно, слышать о предохранительных прививках против таких страшных болезней, как холера, тиф, дифтерит, оспа, бешенство… Введение в кровь человека некоторых составов способствует тому, что в его теле вырабатываются такие вещества, которые убивают проникших в него возбуди — телом той или иной болезни. Открытие таких способом лечения стало, конечно; возможным только после продолжительного изучения с помощью микроскопа мира невидимых простым глазом существ. И это изучение учит нас также тому, насколько важно соблюдать чистоту своего тела, поддерживать чистоту дома и на улице, не плевать куда попало, не пить грязной воды, бороться с паразитами; производить дезинфекцию после заразных больных… Только темный человек, не имеющий понятия о том, чему научил нас микроскоп, может не понимать важного значения соблюдения всех этих мер. Ведь они являются лучшими средствами для борьбы с хотя и незаметными глазу, по тем не менее опаснейшими нашими врагами.

Не только для познания мира невидимых существ служит микроскоп. С его помощью изучают ученые мельчайшие подробности строения и жизни тела животных и растений, изучают тонкое строение различных камней, не обходится без микроскопа и техник. Микроскоп открыл человеку целый мир, тысячи лет остававшийся ему совершенно недоступным.

5. Скрытое становится явным.

В поповских писаниях говорится, что благодаря вере многое тайное становится явным. Но многому ли научила людей вера в богов, злых духов, леших, домовых, ведьм и прочую чертовщину? Конечно, не научила ничему. Тайное для человека становится явным только благодаря науке. Мы уже видели, как открывают тайны неба телескоп или спектроскоп, как открывает тайны невидимых существ микроскоп. Рассмотрим еще несколько примеров того, как физика открывает человеку существование новых, неведомых раньше для него явлений.

Редко кто не знает теперь, особенно если он живет в большом городе, что врачи при некоторых болезнях посылают больного "на просвечивание". В особых помещениях с больного делают такие фотографические снимки которые показывают, что находится внутри его тела.

И это удается увидеть на живом человеке, не вскрывая его внутренностей. Удается благодаря открытию немецким физиком Рентгеном названных по его имени лучей. Эти лучи возникают при некоторых условиях в стеклянной трубке, из которой выкачан воздух и через которую пропускается сильный электрический ток, очень часто меняющий свое направление. Рентгеновские лучи — темные, невидимые, и мы бы их не замечали, если бы они не действовали на фотографическую пластинку. Фотографическая пластинка, как известно, от лучей обыкновенного света темнеет. Темнеет она, оказывается, и от рентгеновских лучей. Но в то время как обыкновенный свет через непрозрачные тела не проходит, рентгеновские лучи через некоторые из них проходят легко, например, через дерево, картон, мясо. Такие же тела, как металлы или кости, эти лучи в большей или меньшей степени задерживают. Потому-то и является возможность фотографировать с помощью рентгеновских лучей внутренности человека: они проходят через мясо и вызывают потемнение фотографической пластинки; а там, где находятся, скажем, кость или попавший в тело кусочек металла, они задержатся, и соответствующее место пластинки останется светлым.

Рентгеновскими лучами пользуются и в технике. С их помощью можно, например, узнать, нет ли в прокованной полосе металла пустот или каких-либо других недостатков. И здесь, следовательно, они делают явным то, что скрыто от нашего глаза.

Рассмотрим теперь другие примеры.

На мощной радиостанции передается концерт. Ваше тело, как и все кругом, пронизывается электрическими волнами, передающими звуки инструментов и голоса певцов. Но вы ничего не чувствуете, у вас нет такого органа, который мог бы непосредственно воспринимать действие этих волн. Зайдите, однако, в клуб, где стоит радиоприемник с громкоговорителем. Эти приборы сделают для вас явным присутствие несущихся со станции волн: вы услышите громкую музыку и пение.

Где-нибудь в далекой Японии происходит землетрясение. Нет такого человека, который мог бы, скажем, в Москве почувствовать колебания почвы, вызванные японским землетрясением. Но в некоторых научных учреждениях той же Москвы есть приборы, сейсмографы, которые сейчас же отмечают эти сотрясения.

Для некоторых научных работ нужна совершенно чистая вода без следа каких-либо посторонних примесей. Для приготовления такой воды ее различными способами очищают. Но бывает так, что, как воду ни испытывай,—она кажется совершенно чистой; начнут, однако, с ней работать, и оказывается, что в ней все-таки есть еще примеси. Как же узнать наверное, чиста ли вода? С помощью некоторых приборов это можно услышать… Да, услышать! Для этого существуют аппараты, работающие с помощью электрического тока. Совершенно чистая вода электрического тока через себя не пропускает. Стоит, однако, попасть в воду ничтожному количеству примеси других веществ, и она начинает уже пропускать ток. Благодаря этому в телефоне аппарата изменяется звук, сила которого и служит для определения степени чистоты воды.

"Чужая душа потемки", говорит пословица. Но некоторые физические инструменты помогают уже проникать и в "чужую душу". На рисунке 48 изображен простенький аппаратик. Он состоит из резиновой груши, соединенной с резиновой трубкой.

Резиновая трубка надета на изогнутую стеклянную трубку, в которой находится столбик воды, изображенный на рисунке черным. Человеку дают в руку резиновую грушу, называют ему несколько слов и предлагают задумать какое-нибудь из них. Потом ему начинают говорить под-ряд все слова. Как только произносится задуманное слово, рука испытуемого невольно делает незаметное движение, которое, однако, сейчас же отмечается движением столбика воды. Таким образом задуманное слово угадывается. Существуют гораздо более сложные и чувствительные аппараты для "отгадывания мыслей", которыми пользуются при распознавании душевных заболеваний.

Примеров того, как с помощью различных физических приборов многое скрытое становится для нас явным, можно привести очень много. И все они показывают, что в руках человека физика является могущественным орудием для изучения мира, позволяя нашему взору проникать в глубочайшие его тайны.