С незапамятных времен человек пытался объяснить все, что происходит вокруг него и с ним самим. До появления науки ему «помогали» в этом мифы и религия. Проверить, убедиться в правильности своих представлений человеку зачастую не было дано. Скажем, древние греки пытались по наблюдениям, а часто только умом и это им удавалось объяснить очень многие явления в природе. Но до такого способа контроля своих мыслей, какопыт, эксперимент, они не додумались. Из-за этого возникало немало ошибочных идей, которые удалось исправить или опровергнуть лишь спустя столетия. Только в начале XVII века знаменитый итальянец Галилео Галилей ввел в практику опытный метод, с помощью которого можно было проверить различные догадки, например, о том, как движутся окружающие нас тела.
Постепенно этот научный способ познания находил все больше сторонников. Сейчас мы можем проследить в общих чертах, как «работает» мысль ученого-естествоиспытателя. Выстраивается цепочка:опыт (эксперимент) обдумывание его результатов рождение догадки (гипотезы) вновь проверка опытом вывод новых законов природы (созданиетеории) применение их на практике (постройка приборов и машин). Иногда звенья этой цепочки меняются местами догадка опережает опыт, опыт опережает гипотезы.
Древним поколениям удавалось и тогда делать поразительные открытия и строить феноменальные машины. Но чем дальше, тем больше исследователям приходилось «вооружаться», чтобы проникнуть в глубины строения вещества или заглянуть в космические дали.
В их обиходе появились микроскопы и телескопы, источники электрического тока и точные часы. И хотя еще очень многое приходилось делать с помощью, как говорится, «сургуча и веревочки», ученые испытывали все большую нужду в точных измерениях и специальных приборах. Лаборатории физиков постепенно начинали походить на мастерские или маленькие фабрики. Ученым требовались «подмастерья». Так вырастала целая отрасль производства, где создавали особенное, научное, оборудование.
И что же сегодня? Практически невозможно представить, что ученый может обойтись без компьютера. Построены огромные ускорители, в которых разгоняют и изучают мельчайшие частички материи. Такой «прибор» напоминает большой завод, напичканный сложнейшей аппаратурой, и его обслуживают сотни и тысячи людей.
Гигантские радиотелескопы, разбросанные по всем континентам, чутко улавливают идущие на Землю со всех сторон космические сигналы. Автоматические станции истинное чудо современной науки и техники, настоящие летающие лаборатории бороздят просторы космоса, собирая новые факты с других планет и их спутников. Все это арсенал нынешних ученых.
Неузнаваемо изменился облик науки и техники. Совсем другим стал инструментарий исследователя. Но неизменными остались важные его спутники наблюдательный взгляд, пытливый ум и богатое воображение.
Как ученые ведут расчеты?
Какая же наука без расчетов? Когда-то считали, передвигая камушки, затем изобрели счеты. В XIX веке появился прообраз нынешнего калькулятора арифмометр сложное механическое устройство с зубчатыми колесиками и ручкой, как у мясорубки. Долгое время ученые и инженеры почитали логарифмическую линейку, ускорившую проведение хитроумных расчетов. И все же многие сотни лет бумага, ручка, линейка и карандаш были незаменимыми для исследователя и проектировщика. Все результаты опытов, записи громоздких формул, таблицы цифр, чертежи машин и зданий ложились на страницы тетрадей или листы ватмана.
Настоящую революцию, которую мы все можем наблюдать воочию на протяжении последних десятилетий, совершило появление компьютера. Он не мог быть создан без выдающихся достижений как математиков, так и физиков в особенности в области электричества и строения вещества. Первые неуклюжие электронно-вычислительные машины, хотя и занимали по нескольку комнат, сильно нагревались и часто выходили из строя, тем не менее сразу начали применяться для научных расчетов. Их быстродействие становилось несравнимым ни с какими арифмометрами и логарифмическими линейками.
Прогресс электронной техники шел стремительными темпами. Машины становились все меньше, а считали все быстрее и точнее. Оказалось, что они могут не только вычислять, но и рисовать графики, чертить схемы, двигать изображение на экране дисплея, вертеть, уменьшать и увеличивать его. У ученых появилась возможность моделировать (имитировать) процессы, происходящие не только в созданных или задуманных ими установках, но и в недостижимых для нас местах.
Например, с помощью компьютерных моделей удалось представить последствия мировой ядерной войны (после гигантских пожаров наступила бы всепланетная зима). Или рассчитать образование звезд и галактик на протяжении многих миллионов лет. Таким образом, неизмеримо обогатилась способность человека проникать мысленным взором в недоступные тайны природы или предугадать результаты своей деятельности.
Микрокалькулятор и персональная ЭВМ входят в нашу жизнь почти так же, как телефон, радиоприемник, телевизор. Они уже доступны школьнику, и безусловно, завтра будут надежными и необходимыми помощниками практически в любом деле. А уж тем более, если вы надумаете стать ученым, конструктором или инженером.
Где все происходит?
Один из вопросов, которые мы чаще всего задаем где это находится или где это произошло? И отвечаем: в Америке, в Таганроге, на соседней улице, под столом, на Луне и так далее. Всякий раз мы более или менее точно стараемся указать место предмета или события. Иногда этого вполне достаточно, но если разговор идет о точных научных измерениях, то указание места становится довольно непростой проблемой. Это и побуждало людей серьезно размышлять о том, что же такое пространство.
Можно сказать, что это вместилище всех известных нам вещей, предметов и событий. Задумайтесь, ведь каждый раз, отвечая на вопрос «где?», мы отсчитываем положение предмета или происшествия от какого-либо известного нам места. Например, если мы говорим, что футбольный чемпионат проходит в Америке, то тут же воображаем географическую карту или глобус, где у каждого континента, страны или города есть свое четкое положение. Или, когда мы слышим сообщение по радио о стыковке космических кораблей, мы наглядно представляем (или нам помогает телевизор), как вокруг Земли крутятся, приближаясь, друг к другу, эти корабли. А в центре управления полетом вам могли бы сообщить точное расстояние от какой-либо точки на поверхности Земли до точки, где произошла стыковка.
Получается, что для ведения расчетов в пространстве (то есть для ответа на вопрос «где?»), нам приходится вообразить его, как бесчисленное множество точек, в которых уже находятся или попадают туда, двигаясь, интересующие нас предметы. И тогда мы можем указать расстояние между точками. А дальше думать о том, чем и как эти расстояния удобнее измерить.
Так же мы определяем размеры самих предметов, их длину, ширину и высоту. Для примера возьмите сантиметровую ленту и обмерьте ею, скажем, письменный стол. Заметьте, вы вновь искали и нашли расстояние между точками, которые «засекли» на краях стола.
Когда все происходит?
Еще один очень важный вопрос. Правда, мы прекрасно научились на него отвечать, если под рукой (или на руке) есть часы механические (пружинные или ходики) либо электронные. Но ведь часы-то показывают лишь время суток. А если нам надо указать время какого-либо исторического события, придется назвать год, месяц и число. Например: один из обломков кометы упал на планету Юпитер 16 июля 1994 года. Вдумайтесь в приводимые цифры: ведь в них указывается время, прошедшее от Рождества Христова до важных нам событий. Иными словами промежуток времени. И часы говорят нам о том, сколько времени (часов, минут и секунд) прошло от полуночи или полудня. Опять временной промежуток.
Вот и выходит, что отвечая на вопрос «когда?», мы всего лишь отсчитываем от какого-то удобного момента уже протекшее время. Или, говоря о том, что произойдет в будущем, к примеру, когда покажут по телевизору интересный фильм, указываем время, которое протечет до нового события.
А раз так, то и мерить время нам приходится какими-то «кусочками», промежутками, сподручными в той или иной ситуации. Откуда такие «кусочки» берутся? А это могут быть качание маятника (например, одна секунда), вращение Земли вокруг своей оси (полный оборот за одни сутки), движение Земли по орбите вокруг Солнца (один оборот за один год). Можно выбрать и какие-либо другие удобные для нас промежутки и промежуточки. Чем меньше такой промежуток, тем точнее им можно измерить периоды времени (не измерять же в годах продолжительность урока!). Сегодня для сверхточных измерений ученые используют колебания атомов в кристаллах твердых тел, каждое из которых происходит за ничтожно малые мгновения. Это так называемые атомные часы.
Как и что измерять?
А что измерять? Да что угодно расстояния, промежутки времени, емкость бутылки, площадь квартиры... Для этого мы пользуемся рулеткой, секундомером, другой бутылкой и множеством всяких иных «приборов». Но что мы делаем каждый раз, когда измеряем? Не что иное, как сравниваем.
Вот пример. Вы хотите обменять свою квартиру на равноценную по площади. Измеряете площадь своей квартиры. Она оказывается равной, скажем, 50 квадратным метрам. А площадь другой квартиры 48 квадратных метров. Теперь мы их можем сравнить. Но прежде, измеряя каждую квартиру, мысравнивалиее площадь с одним квадратным метром. Значит, этот квадратный метр послужил нам тем, что называется «единицей измерения». И что бы мы ни захотели измерить, мы каждый раз будем сравнивать измеряемую величину с тем, что выбрали за единицу измерения с эталоном.
Сколько в сутках часов? Ответ: 24. Что это значит? А то, что единица измерения один час, и таких часов умещается в сутках 24 штуки.
Чуть-чуть подумав, вы вспомните огромное множество таких единиц. Ну, скажем, метры, мили, футы, дюймы, пуды, сажени («в плечах косая сажень»), версты, вершки («от горшка два вершка»), фунты, граммы, центнеры, амперы, вольты, ватты... Этот список можно продолжать без конца. Но удобно ли жить с таким гигантским количеством единиц?
Со временем людям стало ясно, что пора бы навести здесь порядок. Разные государства стали договариваться между собой применять одни и те же единицы. А чуть больше 200 лет назад во Франции была изобретена метрическая система измерения, на которую сегодня перешли почти все страны. Были введены эталоны для измерения самых разных величины длины, времени, массы и так далее.
Немногим более 30 лет назад ученые всего мира приняли решение пользоваться одной системой мер. Ее так и назвали Интернациональная. В школьных учебниках вам придется познакомиться и пользоваться именно этой системой единиц измерения.