Текст книги "Логика, наука, прогресс"

Ю.П. Попов
Логика, наука, прогресс

© Попов Ю.П., 2022

* * *

Глава I.
Труднейшее это дело наука на окраине цивилизации

В нашей переживавшей в двадцатом веке бурные преобразования стране странным образом в течение всего того периода продержалась земледельческая теория экономики, хотя живем мы не при свечах, сделанных из пчелиного воска, передвигаемся не на лошадях, выращенных, крестьянином, суда бегают по морям вовсе не под парусами. Каждый дом буквально набит до отказа всякого рода техникой. С начала двадцатого века для экономической науки стало окончательно ясно: оплачивать индустриальную продукцию можно только голодом своего народа. Благополучной может быть только индустриальная страна, которая, если и покупает чужие машины, то только на доходы от продажи своей индустриальной продукции. Этим одновременно определено, что любая своя техника означает рост престижа и дохода, любая чужая – дорога вниз. С началом советского времени сознательно выдвигается лозунг «Превратим страну из аграрной в индустриально-аграрную!» Это означало – сначала превратиться в страну индустриальную, то есть начать ввозить продовольствие в обмен на машины (достигнуто в хрущевское время), а затем довести и сельское хозяйство до уровня самообеспечения и вывозить продовольстви только для обмена на производимое другими. Индустриально-аграрная страна в международной торговле ориентируется на равновесие: сколько ввез низкорентабельной продукции, столько и вывез.

Между тем у нас ориентация на земледелие сохранялась не только в досоветское время, но и в последующем белая эмиграция продолжала бубнить про вывоз зерна как про благополучие. И у нашего советского обывателя избавление от вывоза зерна оценивалось только и исключительно как провал. Причем сюда относилось даже большинство интеллигенции, так что безмозглый ельциновский курс «Россия обязательно возродится» сопровождался потоком книг, статей и просто трепатни в средствах массовой информации.

Космос – престиж интеллектуала

Нынешним поколениям небесполезно было бы знать, что открытие ддороги в космос только поначалу вызвало у нас эйфорию ликования и восторгов, но потом наша публика поостыла и даже начала недовольно бурчать. Все такие достижения науки выглядели и выглядят в глазах обывателя пустопорожней тратой средств. Вот как передает такие настроения участница женской команды космонавтов В. Пономарева [8]. Ей, хотя так и не довелось подняться на орбиту, довелось столкнуться в магазине с публикой, обнаружившей, кто находится среди них.

«Толпа в магазине довольно громко роптала», – передает автор книги «Женское лицо космоса» и далее перечисляет возгласы. “Поболтаются сутки-двое на орбите, а потом подавай им все на блюдечке!” “Чем они заслужили?”. «Мужчина интеллигентного вида вполголоса сказал без злобы:

“Стригут купоны”». «Это потрясло меня, – обескураженно заканчивает она, – больше всего».

Злобные реплики «Зачем мы спутники запускаем?» можно было услышать и в любой досужей трепатне, и в «умственных» разглагольствованиях насчет благополучия общественных порядков. Во всем этом все еще проступало старинное представление о земледельческом происхождении всякого богатства, хотя на деле ключевая роль в этом уже давным-давно перешла к индустрии, а вместе с ней и к науке.

И тогда уже выход на орбиту первого искусственного спутника Земли вызвал всепланетное ликование и тем самым сотворил небывало эффективную рекламу отечественной промышленности. Таким путем, экономическую отдачу тот успех дал буквально в первые же дни. К нам, допускаемым до того на иностранные рынки только с сырьем и зерном, теперь посыпались заказы на поставки разнообразной техники и на строительство промышленных предприятий. Самый яркий из таких примеров – индийский металлургический комбинат в городе Бхилаи. На тот заказ зарились многие. Американцы предложили кредит с рассрочкой на тридцать лет из расчета, если не ошибаюсь, одиннадцать с половиной процента годовых. Москва предложила на два процента меньше, но с рассрочкой на пятьдесят лет и перехватила заказ. Это был триумф. Отсталая аграрная страна сделала еще один решительный шаг к превращению в индустриального гигангта.

Телевидение, навигация, связь. Но самый великий в экономическом смысле вклад космонавтика принеслла в радиосвязь, расширив ее возможности прямо-таки беспредельно. Прежде всего телевидение. Оно действовало только на расстояние прямой видимости, потому что ультракороткие волны, на которых оно работает, распространяются прямолинейно, как и солнечный луч. На этих волнах можно связаться с Луной и Марсом, но не свяжешься с местом за горизонтом. Вся радиотехника до спутников работала на коротковолновом диапазоне. Эти волны огибают земную поверхность, хотя и угасают на расстоянии. Но вот в околоземном пространстве повисли ретрансляторы и теперь можно смотреть и футбольный матч в Бразилии, и олимпийские игры в Токио. Такой же распространенной на всю планету стала и телефонная связь. Радары тоже расширили свое действие далеко за пределы прямой видимости и стали указывать пути всем самолетам и пароходам, где бы они не находились.

Еще более безгранично расширилась емкость радиосетей. Для распространения каких бы то ни было радиосигналов на большие расстояния их надо модулировать на высокие частоты, а для этого выделять на всем диапазоне частотные полоски, называемые радиоканалами. Для телефонного сообщения хватит 500 герц, для радиопередачи много больше, а уж у телевидения полоса настолько широкая, что нечего было и думать создавать его на коротких волнах. На ультракоротком же диапазоне одних только телеканалов можно создать несметное число. Ну а что касается каналов телефонных, то их может быть в несколько раз больше, чем людей на всей Земле. Спутник сделал радиосообщение всепланетным как по расстоянию, так и по охвату клиентов – ныне всякий землянин в принципе может поговорить с каждым. И компьютер без освоения такого диапазона остался бы всего лишь усложненнымм арифмометром.

Еще более короткие волны, на которых работают радары, и диапазон которых именуют сверхвысокими частотами, тоже не улетают теперь в безграничные просторы, успев передать полезную информацию только до горизонта. Такая всеохватность, само собой, означает и астрономические доходы, ведь тут предоставляемые населению услуги, которыми каждый землянин пользуется ежедневно и даже чаще, чем ложкой. Но только работу ложкой обеспечивают миллиард крестьян, в то время как интернетные, телевизионные и прочие системы создает, поддерживает и взимает плату со всего многомиллиардного населения планеты какая-нибудь сотня тысяч работников высокой квалификации. Рентабельность прямо-таки фантастическая.

Но это результат видимый сейчас. Однако его препохабное величество обыватель хорошо понимает только работу кувалдой и мотыгой. Умственная работа для него – пустопорожнее прозябание. И потому идет, бывало, какой-нибудь из таких смотреть футбольный матч из Южной Америки и калякает с друзьями на тему: «окому это занадобилось запускать спутники?» Хорошо помню, как при первом сообщении о высадке американцев на Луне оказавшийся рядом старикашка среагировал злобным шипением: «Они думали, она золотая». А в печатном виде такое недовольство высказал в статье «Жить не по лжи» куда как отважный хулитель наших достижений Солженицын: «Ненужное космическое хвастовство при разорении и бедности дома». Во времена того «разорения» при самых высоких в мире темпах жилищного строительства квартиры раздаются задаром.

Ныне бывшее безжизненным околоземное пространство заполнилось потоками информации, потоками жизни. Придет время и Луна, эта «небесная лампада», вдохновительница поэтов и влюбленных, станет таким же работающим спутником нашей планеты, как и спутники искусственные, станет органической составляющей всего околоземного жизненного пространства.

Космический экран против перегрева Земли

Продолжая разговора о роли науки, начатый в разделе о космонавтике полезно сначала вернуться на пару столетий назад ко временам зарождения научно-технического прогресса. Нам представляется наиболее удобным начать его с изобретения подзорной трубы, каковую сотворить можно только при глубоком знании теории оптических явлений и потому никакой умелец вроде Левши не сделает. И она сразу же превратилась в игрушку, за которую любой повелитель обречет своих подданных сгорать на работе и голодать. Можно еще иметь в виду велосипед и швейную машинку, которые тоже продашь в любом конце света. А вот Глава I. Труднейшее это дело наука на окраине цивилизации что касается противоположной отрасли, то сельхозпродукцию производят даже дикари и потому этот товар в любом конце света можно купить. А появления паровой машины и телеграфа даже еще и сотворило отрыв Запада от арабского и прочего восточного мира и в военном отношении, и в экономическом, и вообще во всем.

Земледелие и индустрия. И к началу двадцатого века стало окончательно ясно: несметное множество техники нельзя купить, никакого зерна не хватит. И если элита ввозит в свою страну эти благоприобретения науки, то она оплачивает их голодом и нищетой своего народа. Благополучная страна может быть только индустриальной. Причем нашему П. Столыпину объяснить сию простую истину не смог даже Д. Менделеев в книге «К познанию России».

Двадцатый век это в общем-то соревнование ведущих держав за научно-техническое лидерство. Причем каждое последующее научно-техническое достижение увеличивает разрыв по уровню дохода между передовыми и отсталыми странами. После Второй мировой средний доход двадцати самых богатых народов был в тридцать раз больше, чем у самых остсталых, а к началу нынешнего века эта разница стала уже семидесятикратной и продолжает расти. Благополучие ныне обеспечивает только инженер, в то время как почтенный труженник крестьянин с его продукцией, столь же необходимой, как воздух, сам оказывается в незавидном положении. Ибо теперь сам покупает в городе «железного коня» и много иной техники, поэтому вместо дохода довольствуется одними только убытками и получает дотации. Для прогресса немаловажно и то, что техника каждые пятнадцать-двадцать лет новая и потому главное – участвовать в ее создании так что один раз обгонишь ты, в другой раз – другие.

После автомобиля и самолета еще более резкий рывок ведущим державам доставила сначала космонавтика и потом микроэлектроника. Сколько есть на земле миллиардов населения, практически все используют и телефон, и компьютер, и навигацию. И все это много раз в день с посекундной оплатой. Причем производится такая продукция только на ускорителях и позволить себе эту сверхобильную жатву могут только те, у кого имеются синхротроны – круговые сооружения в километры длиной. Ведущая западная держава США ныне вырабатывает сорок процентов новых технологий на синхротронах. Да, наверно, и космонавтика столько же. Стало быть, сосредоточились на самых обильных направлениях, а доходы отиндустриальных достижений «вчерашнего дня» предоставлены остальным цивилизованным странам.

Выход в Космос вместе с микроэлектроникой может оказаться спасением и от самой грозной ныне проблемы цивилизации – перспективой превращения атмосферы в перегретую духовку. Причем даже простая смена климата с заменой холодных зон на жаркие настолько усложнит экономическую деятельность, что обречет всех на жизнь, близкую к пещерной. В качестве выхода никак не избежать того, чтобы ставить в космосе защитный экран от Солнца на какой-либо стационарной орбите. Если сделать его в виде жалюзи, то это позволит регулировать поступление тепла на Землю.

Перестройка планетной системы. Надо также иметь в виду, что, материалом для космических сооружений может послужить лунный грунт. Для этого достаточно оторвать от нашего естественного спутника взрывом какую-нибудь гору с таким расчетом, чтобы она выскочила на околоземную орбиту. Кроме того, в последнее время стало осознаваться, что принцип инерции нельзя распространять на вращательное движение, потому что его можно увеличивать и уменьшать благодаря гироскопическому эффекту без внешней опоры. Тогда получается, что в принципе можно раскрутить Луну до такой скорости, что центробежная сила уравновесить лунное тяготение. Только вращать необходимо вокруг оси, при которой гироскопический эффект не будет препятствовать движению Луны по орбите, ибо такое изменение повлияет на органику Земли. Вращать придется вручную. Рука, усиленная рычагом, как показывают древние сооружения, может творить чудеса. И для толчка вместо взрыва вполне окажутся пригодными пружины; стягивая их винтом, можно получить толчки любой силы.

Более того, теперь еще и выясняется, что вращательное движение может переходить в поступательное. А это ни мало ни много означает, что вращением или, лучше сказать, кувырканием можно менять орбиты планет, стало быть, в принципе дело может дойти до перестройки нашей планетной системы.

Преобразование вращательного движения в поступательное – принцип движителя без опорной среды

Инерция. Данный раздел делает предметом рассмотрения хорошо всем известный принцип сохранения инерции, согласно которому всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если нет внешнего воздействия. Этот всем со школьных лет памятный закон означает, что нельзя изменить направление и скорость перемещения по пространству, когда нет внешней точки опоры. Вы можете, например, отбросить какой-нибудь тяжелый предмет и получить отдачу в обратную сторону, внеся тем самым изменение в направление и скорость, но в таком случае отброшенный предмет стал внешней точкой опоры. Такой же внешней опорой станет и реактивная струя, вылетающая с вашего устройства. Короче, оставаясь внутри движущегося или покоящегося тела, нельзя повлиять на его перемещение. И хотя попытка что-то уточнить в этой области механики подобна намерению уточнить таблицу умножения, мы все же попытаемся повнимательнее проанализировать здесь некоторые аспекты.

Дело в том, что закон говорит о прямолинейном и равномерном движении, но его автоматически распространяют также и на вращение, основываясь на том, что вращательный аналог импульса – момент вращения – тоже остается сохраняющимся (или выглядит сохраняющимся) в изолированной механической системе.

Между тем легко увидеть, что вращение в неподвижной изолированной сисеме может появиться и может меняться. В самом деле, если вы, находясь в космическом пространстве, начнете вращать что-нибудь массивное, то в виде отдачи ваш аппарат начнет вращаться в обратную сторону. Внешней точки опоры нет, а появилось движение такого рода. Правда, могут возразить, что вращательный импульс одного равен другому и противоположно направлен, так что в сумме они дают ноль. Все так, но ведь одно из них можно и остановить с помощью гироскопического эффекта. Для этого достаточно установить на одной из начавших крутиться частей вашей системы еще один вал поперек ее оси вращения; причем вал может состоять из двух половинок, вращающихся в противоположные стороны и таким образом их вращательные импульсы взаимно нейтрализуются. Зато торможение окажется вполне действенным и через некоторое время в вашей системе сохраниться теперь уже только одно из двух тсозданных вами круговых движений, то есть по отношению к первоначальному состоянию прибавка вращательного импульса окажется не нулевой. А это означает не что иное, как то, что вращательный импульс при желании можно создавать и можно гасить, оставаясь внутри замкнутой и изолированной механической системы. Кроме того, можно менять скорость вращения и одним только переносом массивных предметов от периферии к центру и наоборот, ибо при более массивном центре вращательный момент меньше и тот же импульс дает увеличение скорости, в то время как при перемещении массы на периферию вращательный момент увеличивается и круговая скорость уменьшается.

Так вправе ли мы утверждать, будто без внешнего воздействия механическая система всегда и только пребывает в состоянии покоя? В отношении прямолинейного движения сомнений нет, но есть все основания полагать, что было поспешным относить это к движению криволинейному. Особенно радикальные выводы проистекают из того, что вращательная энергия может переходить в энергию поступательного движения и переходит целиком и без остатка, не рассеиваясь ни на что другое.

Преобразование вращения в прямолинейное движение. Здесь мы попытаемся показать, что есть смысл разработать метод преобразования энергии вращаетельного движения в энергию поступательную. Техника такого рода не потребует какой-то среды в качестве опоры и потому может оказаться применимой для осуществления движения в самых разных средах, не исключая даже обширный космический мир. Более скромное применение тоже, конечно, возможно и во многих тслучаях такой способ приведения в движение выглядит предпочтительнее, скажем, пропеллера или реактивной тяги. Для пояснения теоретической стороны вопроса лучше взять именно какой-нибудть простой случай.

Представим себе на минутку, что мы находимся на качелях и, желая дать им толчок, отбрасываем какой-либо увесистый предмет, который, отлетая, натянет связывающий его с вашими качелями строп. В таком случае, как хорошо известно из кинематики и динамики, ваше устройство сначала получит отдачу в обратную сторону, а затем натянется строп и вернет вас в прежнее положение. На деле, следовательно, толчка не будет и движение не возникнет. Иное дело, если данный увесистый предмет или грузило сначала раскрутить, как пращой, и отпустить, предоставив его действию центробежной тсилы, от которой он получит поступательное движение сам и сообщит тем самым всей системе удар. В таком случае отдачу ваше устройство получает в виде движения вращательного, а прямое воздействие выразится в виде движения поступательного. Причем легко создать вращательное устройство, в котором буксирующие удары станут периодическими и их частота и сила будут определяться числом оборотов.

Две установленные на одной оси крестовины с укрепленными на их концах радиально подвижными грузилами (их удобно называть автобуксирами) будут действием центробежных сил срываться при попадании в один и тот же сектор и возвращаться на место пружинами. Устройство таким образом получает тягу в заданном направлении, так как вращательное движение автобуксиров при каждом их прохождении через упомянутый сектор будет превращаться в движение поступательное без каких-либо прямолинейных отдач. Названные у нас стропами соединительные элементы, связывающие автобуксир с центром четырехконцевого маховика удерживаются в своем стационарном положении пружинами и каждый из них обязательно имеет в средней части прочный выступ. Это необходимо для создания ограничения, которым ограничивается или, наоборот, освобождается центробежная сила, пуская буксир в свободный ход и выводя его из состояния стационарного.

Ограничитель радиального движения буксирующих грузил представляет собой прочный, жестко скрепленный с каркасом всего устройства, полукруглый обод, вдоль которого скользит при вращении маховика упомянутый имеющийся на каждом из стропов прочный выступ. Пока скольжение идет вдоль строго круговой части обода, авто-буксир остается неподвижным, но при переходе в сектор с вытянутой частью обода грузило срывается, натягивает пружину и тем самым получает поступательный толчок все устройство. Сообщаемая ему двигательная сила определяется числом оборотов маховика в секунду, его радиусом и весом автобуксиров.

На такую возможность получать поступательное движение в изолированной системе, не имеющей выхода на внешнюю точку опоры, не обращали внимания потому, что не замечали разницы между сохранением инерции в поступательном движении и в движении вращательном.

Для сознания, привыкшего усматривать отдачу там, где тело приведено в движение, автоматически следует, что и тело, двинутое под действием центробежной силы, тоже отталкивает систему от себя. Между тем, стоит только внимательно всмотреться в ситуацию, и легко увидеть, что никакой отдачи здесь быть не может. Ведь скорость вращательного движения остается той же самой, когда раскрученное тело направляется по касательной и становится, таким образом, движением поступательным. Следовательно, полученная вращением энергия вся без остатка переходит в энергию поступательного движения. Так откуда же возьмется отдача? Кроме того, если бы отдача и была, то она опять же повлияла бы не на перемещение, а на вращение. В самом деле, для сообщения системе поступательного импульса необходимо воздействовать на ее центр масс, каковой в данном случае задан однозначно осью вращения системы. На него, однако, срывающееся тело не может оказать влияния, поскольку точкой приложения в момент отрыва является периферия. Следовательно, отдача, если бы она и была, уменьшила бы только скорость вращения. К тому же, поскольку на мгновение отделения тела от периферии вращающейся системы уменьшается вращательный момент, то скорее можно ожидать, что такая процедура приводет к убыстрению кругового движения, каковое снова замедляется в следующий миг возврата тела в прежнее положение.

Что же до влияния на центр масс, то и смена кругового движения на прямолинейное, и изменения вращательного момента самое большое могут вызвать какую-либо вибрацию. Поступательная отдача может здесь мыслиться только в силу косности.

На самом деле отлетающий под действием центробежных сил массивное тело, названное у нас автобуксиром, сообщает толчок системе только тогда, когда наталкивается на препятствие, будь это стенка данной системы или связывающая его с ней неть. При этом его кинетическая энергия вся без остатка переходит в поступательный импульс системы. Если, далее, предположить, что такая операция является периодически повторяемой и пружина возвращает наш тмассивный автобуксир то пружинный рывок в сторону центра одновременно сначала доставит дополнительный толчок в ту же сторону, в какую подействовал автобуксир, но затем такой дополнительный толчок сам собой погаснет при возвращении автобуксира в первоначальное положение. Перемещение под действием пружины полностью подчиняется, таким образом, известному принципу инерции и не влияет на перемещение системы по пространству, вернее, создает дополнительные толчок, который потом в соответствии с данным принципом гаснет. В то время как поступательный импульс, получаемый от превращения кругового движения в поступательное остается и потому может создавать постоянно действующую тягу.

Силы, энергия. Выкладки по расчету силовых и энергетических соотношений не представляют собой большой сложности, если иметь в виду одно только теоретическое обоснование. Известная формула для центробежных сил (F=mv²r), если ее выразить через скорость вращения получит вид: F=Pg(2Πrn)²r=4Π²n^2rPg (где F – центробежная сила, P – вес автобуксира, g – ускорение свободного падения, r – радиус маховика, n – число оборотов маховика в секунду). Это выражение дает нам производимую одним автобуксиром силу удара или моментальньного толчка. Для определения выполняемой в секунду работы понадобится умножить ту же силу на длину свободного хода (d) и на число производимых еже секундно ударов, то есть на число оборотов в секунду. А определение суммарной мощности всего устройфства потребует умножить полученный результат еще и на количество автобуксиров (число которых равно числу концов двойного маховика или в нашем случае 8).

При вращении один оборот в секунду (n=1) маховика метрового радиуса (r=1 м) однократный толчок выразится величиной – F₁=4P кгмсек^2=40P н; мы при этом пользуемся тем, что Π² численно равно g (если расстояния выражаются в метрах) и они взаимно сокращаются, а перевод в силы в ньютоны производится округленно. Для n=5 F₅= 100P кгмсек^{2=1000P н}, для n=10 – F₁₀=400P кгмсек^{2=4000P н}.

Суммарная мощность (N) для тех же скоростей вращения при длине свободного хода в 3 см (d=0,03 м) получается умножением силы на длину свободного хода, число оборотов секунду и количество автобуксиров. Тогда для n=1 N₁=9,6P вт, для n=5 N₅=120P вт, для n=10 N₁₀=9600P вт.

Расчет коэффициента полезного действия произвести чисто теоретическим путем не представляется возможным. Поэтому реальную мощность и экономичность такого устройства можно определить лишь через эксперимент. Для его осуществления достаточно заменить в обычном велосипеде заднее колесо на описанный выше вал с двумя маховиками и установить его на качели; понадобится для производства расчетов также и указатель скорости вращения.

Применение. Поскольку такой движитель не нуждается в опорной среде, он в состоянии найти применение где угодно, включая безвоздушное пространство. Вполне возможно, например, превращать солнечную энергию во вращательное движение космического аппарата, которое затем превращается в его поступательное движение и тем самым используется для корректировки орбиты. В отдаленной перспективе космическое применение движителя с переменным эксцентриситетом вообще может быть очень широким. В обычных же условиях такой движитель применим всюду, где применимы реактивная струя или винт (воздушный и водный). Скажем, при перемещении по мелководью данный движитель окажется предпочтительне всякого другого, но, правда, маневрирование по направлениям и выполнение поворотов возможно здесь только с помощью специальных приспособлений. Однако окончательное суждение о практической значимости эксцентриситетного движителя можно вынести только после экспериментальной проверки на экономичность. Во всяком случае провести практическую проверку данной технической идеи настоятельно необходимо. Ведь если он окажется более эффективным, то просто-напросто вытеснит другие винтовые движители и вообще произведет радикальное обновление в создание транспортных средств.

Твердо надеяться на практическую отдачу от данного изобретения уже сейчас можно в сфере парковых хозяйств, где оно имеет все шансы стать популярным развлекательным мероприятием. Устраивается посетитель на качелях, снабженных таким устройством, которое приводится в движение педалями, и начинает раскачиваться (в принципе вплоть до совершения качелями полных оборотов). Еще лучше создать такое устройство способным отрываться от земли. В таком случае одних только педалей мало. Надо будет, чтобы педалям помогал обычный двигатель, который раскручивает маховики до создания подъемной силы, но сам остается на земле после отрыва аппарата. Далее вращение по инерции поддерживается педалями и аппарат некоторое время парит в воздухе. Во избежание возможных аварий не следует уже сейчас, до тщательного изучения проблемы, Планировать изготовление таких устройств, снабженных мощным двигателем для выполнения длительных полетов. Назвать такое развлекательное устройство, которому позволительно предрекать широкую популярность, можно парк-попури, слегка переиначив широко известнрый музыкальный термин. Ради коммерческих соображений стоит подумать над названием, которое не оказалось бы случайно в других языках непристойным, и являлось легко произносимым. Соображения сбыта планируемой к производству продукции играют далеко не последнюю роль при определении ее названия.