Бигуди для извилин. Возьми от мозга все!
Шрифт:
14. Мысленный эксперимент
Я уже говорил: значительная — а порою и решающая — часть научного поиска проходит в форме мысленного эксперимента. Здесь же надо подчеркнуть: такой эксперимент полезен не только в науке. Он и в повседневной жизни позволяет свести неизвестное к известному. И тем самым понять — а то и создать — нечто новое.
По большому счёту любая задача, в которую человек вторгается прежде, чем поставит мысленный эксперимент, — это чёрный ящик. И, казалось бы, если не знаешь устройства, что у него внутри, начни копаться — по информации на выходе сообразишь о содержимом «ларчика». Так думает подавляющее большинство, и действие у них опережает мыслительный эксперимент. Так живут и работают годами
Космическая стрельба
Когда я учился то ли в 7-м, то ли в 8-м классе, на республиканской физической олимпиаде предложили одну из легендарных задач академика Капицы. Была даже такая брошюра: «Задачи академика Капицы. Сотня задач и все без решений». Великий физик ценил не столько конкретные знания, сколько умение проникнуть в суть проблемы, а уже оттуда определять, какие именно законы, таблицы и константы нужны для её решения. Потому и придумал задачи, проверяющие и тренирующие это умение.
Итак, нам предложили представить себе космонавта в свободном пространстве — и с двумя пистолетами в руках. И спросили, в каком случае он улетит дальше: если выстрелит из обоих пистолетов одновременно — или сначала из одного, а затем из другого.
Я горжусь тем, что — единственный из участников олимпиады — в своём решении прежде всего оговорил, что задача не имеет однозначного решения в общем случае. Мысленно представив себе всевозможные картины развития событий, я понял: в зависимости от положения пистолетов возможны бесчисленные варианты движения.
Наиболее прост анализ случая, когда космонавт держит пистолеты у пояса — на уровне центра масс — стволами вперёд, как ковбой при стрельбе «от бедра». Если в таком положении выстрелить из одного пистолета, значительная часть усилия отдачи уйдёт на закручивание тела вдоль продольной оси. Соответственно второй выстрел должен будет погасить это вращение. На перемещение же тела как целого уйдёт лишь часть малая импульса отдачи. Если же стрелять из обоих пистолетов сразу, то вращательные моменты взаимно погасятся, и весь импульс уйдёт в продольное движение. Значит, перемещение будет больше.
При других положениях пистолетов можно получить иной результат. Например, если оба раза вытягивать руку так, чтобы ось ствола прошла через центр масс, импульс тоже будет целиком уходить в продольное движение, и последовательные выстрелы дадут тот же результат, что и залп от пояса. Но тогда поза от выстрела к выстрелу будет меняться — а изначальная формулировка неявно подразумевает постоянство позы.
Полив при заморозках
К сожалению, далеко не всегда мысленный эксперимент выстраивается быстро и просто. И тогда новая ситуация надолго остаётся оторванной от уже известных знаний.
Помню одну прогулку с отцом — известным в Узбекистане физиком, заслуженным учителем. Мы проходили мимо яблоневого сада. Стоял мороз: в континентальном климате Узбекистана зимы бывают очень холодны. И я поразился, увидев, что поливальщики пускают по каналам сада воду — таким же щедрым потоком, как летом.
«Что за нелепица?» — спросил я у отца. — «Что, воду девать некуда?»
Он усмехнулся: «Ты же прошёл университетский курс физики. Почему не применяешь знания, полученные на занятиях?» Я сперва даже не понял, какие знания нужны. А отец объяснил: «В данном случае можно обойтись даже школьным курсом. Видишь, какой мороз? Ночью, наверное, будет ещё сильнее. У яблонь корни близки к поверхности. Если они замёрзнут — весь сад погибнет. А вода, замерзая, выделяет очень много тепла. Пока она вся не замёрзнет — температура около неё ниже нуля не опустится. Поливальщики согревают корни».
Я тогда уже окончил физический и биологический факультеты Ростовского университета. Успешно сдал тяжелейшие курсы — вроде термодинамики и статистической физики. Позднейшая работа показала: уровень полученного мною образования был вполне серьёзен. Но в тот момент знания ещё не устоялись в голове, не сложились в цельную систему. Потому и не стыковались с простейшим жизненным опытом.
Тогда я начал понимать, что такое знание, начал задумываться о том, чем знание отличается от информации. И только информация примененная, для сопоставления с реальной действительностью, в виде задачи, того или иного жизненного вывода — и есть знание, как и утверждал профессор Крушинский. Нужно быть как можно ближе к практике. Учитель преподает физику и тут же приводит пример, волнующий школьников (современные автомобили, электромобили и т. д.). Он должен перескакивать на подобные «подтемы». Вот я сегодня, двигаясь на велосипеде с большой скоростью, должен был совершить прямоугольный поворот. Сегодня был дождь, и если вчера я практически тормозов не нажимал, а просто сделал сильный наклон, и это позволило сделать крутой поворот — то сегодня я затормозил. Потому что, как человек понимающий физику в практике, знаю: если сегодня сделать наклон — при очень маленьком коэффициенте трения, то велосипед не удержится, а если я не сделаю наклон, то я не впишусь в поворот. Соответственно мне приходиться гасить скорость. Это самый настоящий жизненный пример, демонстрирующий связь с законами физики. Другое дело с математикой. её сложнее все время соразмерять с практикой. Но математика — это несколько иная наука, которая позволяет человеку развивать мощь абстракции. И это надо объяснить: абстракция позволяет человеку обойти преграды, непреодолимые экспериментально. Не понимая в чем дело, но через поле математики обойти и найти выход. Но в этом-то и есть связь с практикой. Поэтому можно утверждать, что математика нужна каждому, и она примет даже того, кто, казалось бы, находится в совершенно другой области. Неслучайно Ломоносов говорил: «Только для того стоит её изучать, что она голову в порядок приводит».
Еще один пример, того как изобретательский прием работает в повседневной жизни.
Сам я родом из Узбекистана. Страны, традиционно бедной дровами, живущей на привозном угле. И тем не менее, прежде мы пользовались печным отоплением. Топить печь не только трудоемкое, но финансово емкое дело На учительскую зарплату нельзя и по сей день купить столько высоко качественного угля, чтобы хватило на весь отопительный сезон.
И с решением этой проблемы моим отцом связано у меня одно из ярких детских впечатлений. Дело в том, что раньше в Центральной Азии традиционным топливом был так называемый кизяк. В России это добро именуют коровяком. Короче, сушенными коровьими лепешками, если не оскорбить слух иного телезрителя более крепким словом. Их заготавливали в большом количестве пастухи. Для своих очагов. Отец же почти задаром приобрел тонну бросового угольного порошка, заплатил разве только за перевозку. Угольная пыль считалась только отходом, который применяли в специально оборудованных котельных.
Из всего того добра, что накапливалось под нашей коровой, замешав его на угольном порошке, отец делал густую смесь. А мы, дети, помогали ему, специальными формочками делая из неё брикеты. Под жарким южным солнцем брикеты быстро высыхали, так что их можно было складировать в штабеля в сарае. Зимой же я увидел, как они ярко горят, и печь гудела посильнее, чем если бы мы топили дровами или углём. Фактически мы использовали попутное бросовое сырьё. Пыль позволяет осуществить более интенсивную газификацию угля, способствует его полному выгоранию, а органический горючий наполнитель как бы склеивал пыль воедино.
В этом новаторстве действовал принцип объединения в пространстве двух разных, казалось бы, вещей, что и породило новое качество. Точнее, общее, что было у угля и кизяка — это их горючесть. И она была многократно усилена за счёт синергетики — сложения заранее во времени и в пространстве двух способностей к горению. Восстановленная целостность угля позволяла обойтись без того, чтобы распылять уголь каким-то хитрым образом. Устранение мелкодисперсности приводило к тому, что и сгорание дармового «композита» происходило постепенно.