CASTLE.PRI.EE

Записи с меткой «крутильные весы»

Студент Сомневайкин слушал лекцию о природе гравитации. Профессор рассказывал, как Кавендиш в 1798 году провёл первый эксперимент, который доказал наличие гравитационного притяжения между лабораторными болванками.

В голове у Сомневайкина промелькнула мысль: «Это исключительно важный опыт, вероятно имеются его технические и методические подробности. Каждый студент может и должен поставить этот фундаментальный эксперимент».

Профессор продолжал бубнить, что-то про то, как Кавендиш использовал крутильные весы. Такое горизонтальное коромысло с грузиками на концах, подвешенное за свой центр на тонкой упругой струне. Оно может поворачиваться в горизонтальной плоскости, закручивая упругий подвес.

Простейшие крутильные весы были придуманы в 1777 году Шарлем Кулоном. Они состоят из вертикальной нити, на которой подвешено лёгкое коромысло с двумя грузами на концах. Если поднести к грузам два массивных тела, под действием силы притяжения коромысло начнёт поворачиваться. Измеряя угол поворота и связывая его с массой тел, упругими свойствами нити и размерами установки, можно вычислить значение гравитационной постоянной.

Сомневайкин, от удивления, воскликнул: «Как можно решить уравнение, где из четырёх величин известны только две? Такое уравнение имеет безконечное множество решений».

Кавендиш, приблизил к грузикам коромысла пару болванок – с противоположных сторон – и коромысло повернулось на маленький угол. При этом момент сил гравитационного притяжения грузиков к болванкам уравновесился упругой реакцией подвеса на закручивание.

Сомневайкин почесал репу и подумал: «И это всё? А где подробности? Ведь интересно, что там произошло? Какие показания измерений?» Посмотрел учебник, там отсутствовали подробности опыта. «Вероятно, это просто, нужно повторить опыт» – решил он.

Современные молодые люди очень самоуверены. Они считают, что могут обойтись без инструкций. Например, так поступил один молодой человек, специалист по компьютерам. Он купил электроплиту и решил сам её установить. Подумал, что это проще, чем собирать, настраивать и ремонтировать компьютеры. Подключил провод с вилкой, включил. Духовка работает, а конфорки – холодные. Первая мысль: «На заводе – ошиблись, забыли их подключить». Разобрал плиту, проверил все соединения – всё в порядке. Думает, что ещё можно разобрать и проверить. Тут супруга подсовывает инструкцию по установке, которая была в комплекте поставки. Решил сделать одолжение и почитать. Там написано, чтобы заработали конфорки, нужно установить правильное время на часах плиты. Собрал плиту, установил время, всё заработало. Потратил два часа на поиски поломки, вместо одной минуты на чтение.

Наш герой – Сомневайкин, тоже решил, что справится самостоятельно. Он раздобыл настольную установку «для повторения фундаментального эксперимента Кавендиша» фирмы PASCO. В течение недели Сомневайкин самостоятельно пытался повторить опыт Кавендиша. Всё делал правильно, но сила притяжения – отсутствовала. В голове промелькнула кощунственная мысль: «Может Кавендиш – ошибся?» Наконец, Сомневайкин сдался, сходил в библиотеку и прочитал, как Кавендиш проводил опыт. Выяснилось, что они использовали кардинально разные методики.

Крутильные весы Кавендиша – это высокочувствительная система, которая совершает долгопериодические и высокодобротные свободные колебания, которые трудно успокоить.

Сомневайкин делал всё по науке, двигал грузы, ждал затухания колебаний, снова двигал и ждал затуханий, и так далее. В результате сила притяжения – отсутствовала.

Кавендиш же, действовал по-другому. Он передвигал грузы в нужный момент так, чтобы получить имитацию притягивания. Это сложно сделать, но возможно, при желании и должном навыке. В результате подгонки был получен нужный результат. Ведь правдоподобный результат Кавендиш знал заранее, поскольку Ньютон уже предсказал среднюю плотность Земли: «… так как обыкновенные верхние части Земли примерно вдвое плотнее воды, немного ниже, в рудниках, оказываются примерно втрое, вчетверо и даже в пять раз более тяжёлыми, правдоподобно, что всё количество вещества Земли в пять или шесть раз более того, как если бы оно всё состояло из воды».

Сомневайкин пытался найти силу притяжения, а Кавендиш – получить результаты, которые должны были подтвердить существование того, что отсутствовало.

Авторитет Ньютона был велик, поэтому, хотя разные исследователи получали очень разные значения, сообщали они, конечно, только о тех, которые оказывались «правдоподобными». Результат долгого применения такого подхода вполне закономерен: оказалось, что Ньютон «с гениальной прозорливостью назвал, современное значение средней плотности Земли».

Учёные уверяют, что результат Кавендиша был впоследствии много раз повторён его последователями. Вопрос на засыпку: «Если в первом результате, желаемое выдавалось за действительное, то что могло получиться в его повторениях?»

Многие статьи последователей Кавендиша труднодоступны, а если они обнаруживаются, то отсутствует возможность по ним проследить происхождение итоговых цифр. Это похоже на то, когда в математике, например, записано задание, отсутствует запись решения, а дальше следует ответ.

Ещё имеется вариант жульничества, который называют «оптимизации параметров». Он позволяет высоконаучно доказывать наличие эффектов, которые отсутствуют в действительности. Например, записывают сложные, со множеством параметров, дифференциальные уравнения. Далее, желаемый эффект учитывается так, как будто он существует (напоминает решение уравнения с двумя неизвестными). Получают экспериментальные данные. А затем, с помощью быстродействующего компьютера, проводят процедуру оптимизации – подгоняя значения параметров для наилучшего согласия теории, где желаемый эффект есть, с практикой, где отсутствует желаемый эффект. После этого считают, что получено наилучшее согласие теории с опытом – налицо же оптимизация.

Сомневайкин решил продолжить изучение этой темы, и выяснить, кто ошибается и в чём ошибка.

По мотивам статьи Андрея Гришаева «Этот цифровой физический мир».