Сколько будет 2+2? - Елизаров Евгений Дмитриевич - Страница 20

Различают три типа изменения скорости вращения нашей планеты. Вековые, которые являются следствием приливов под воздействием лунного притяжения и приводят к увеличению продолжительности суток примерно на 0, 001 секунд в столетие. Наряду с ними существуют малые скачкообразные изменения продолжительности суток, причины которых точно не установлены. Они удлиняют или укорачивают земные сутки на несколько тысячных долей секунды, причем такая аномальная продолжительность может сохраняться на протяжении нескольких лет подряд. Наконец, отмечаются периодические изменения, главным образом с периодом в один год.

Развитие техники, повышение требований к научным экспериментам привели к необходимости введения более жестких стандартов времени. Поэтому в 1956 году Международное бюро мер и весов дает новое определение секунды: «Секунда – это 1/31556925, 9747 доля тропического года для 1900 г . январь 0, в 12 часов эфемеридного времени».

Изобретение атомных стандартов времени и частоты позволило получить еще более точную шкалу времени, уже независящую от вращения Земли и имеющую значительно большую стабильность. В качестве единицы атомного времени принята атомная секунда, определяемая как «время, равное 9192631770 периодам излучения соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133». Это определение было принято на XIII Генеральной конференции по мерам и весам.

Относительная погрешность атомных часов колеблется от 10–13 до 10–14 .

И все же, несмотря на такую точность, полной уверенности в абсолютной точности временной шкалы нет.

Вдумаемся. Все длительные события, которыми оперирует наше знание, измеряются годами, веками, тысячами и миллионами лет. Подсчитано, что наша Вселенная, начало которой полагает гипотетический «Большой взрыв», существует около 15 миллиардов лет. В основе этих величин лежит все тот же астрономический год – один оборот Земли вокруг Солнца. Но ведь за длительный срок само Солнце проходит большой путь и вокруг центра Галактики, и по контуру галактической орбиты, и повинуясь каким-то метагалактическим законам, и так далее. Оно пересекает, возможно, неоднородные области мирового пространства с совершенно различной концентрацией масс, а значит, с неоднородной метрикой. Отсюда вовсе не исключено, что в пути могут произойти довольно существенные деформации того временного потока, который мы пытаемся градуировать и измерить сегодняшним стандартом земной секунды. Поэтому утверждать, что один год всегда в точности равен другому, мы не можем. Иначе говоря, мы не можем утверждать, что количество «атомных» секунд, в сумме составляющих, скажем, тот астрономический год, в котором было принято приведенное выше определение, в точности равно количеству секунд, которые составят, предположим, 25000 астрономический год, или составляли – астрономический же – 25000 год до н.э.

Правда, здесь можно возразить тем, что погрешность будет очень незначительна. Но, во-первых, цена такому (сегодня практически ничем не доказуемому) возражению не так уж и велика. Во-вторых, мы говорим не о степени физической точности, но о точности логической. Физическая погрешность всегда относительна и в известных пределах, там, где она, перефразируя Эйнштейна, не выходит за пределы шестого знака после запятой, ею можно пренебречь. Погрешность логическая – всегда абсолютна, и сколь бы микроскопичной она ни была, пренебрегать ею совершенно недопустимо. Здесь же логическая погрешность состоит в том, что используются градационные шкалы, призванные дифференцировать принципиально разные «качества». А мы уже хорошо знаем, что они не вправе подменять друг друга. Мы знаем также и то, что там, где подмена все-таки происходит, результаты измерений содержат в себе не только относительную погрешность, обусловленную особенностями инструмента и процедуры измерения, но и гораздо более фундаментальные эффекты, которые связаны с действием какой-то «дельты качества».

Но пойдем дальше.

В контексте времени, легче говорить о прошлом, чем о будущем. Истекшее время еще поддается какому-то измерению, о будущем же можно только строить гипотезы. Однако факты показывают, что и при таком ограничении мы не достигаем точности.

При обращении в прошлое нашей планеты у нас есть несколько различных оснований датировки: письменные исторические свидетельства, годовые кольца деревьев, пыльца растений.

Ни одно из этих средств не дает абсолютной датировки событий. Несмотря на обилие письменных свидетельств, не всегда возможно установить даже точные даты ключевых для мировой истории событий. Это может видеть каждый: справочники различного рода пестрят вопросительными знаками, проставляемыми рядом с датами тех или иных событий. Древесные кольца так же не могут служить надежным средством датировки, ибо вполне достоверно установлено, что многие вечнозеленые лиственные растения способны формировать не одно а целых два кольца за один год. Что же касается пыльцы, то палеонтологии известны случаи обнаружения пыльцы растений, подобных клену и дубу, еще в докембрийских породах, то есть именно в то время, когда существование этих пород было просто исключено.

Правда, перечисленные примеры, скорее образуют собой исключения из некоего общего правила, нежели само правило, поэтому принято считать, что датировка, основанная на них, обладает вполне удовлетворительной строгостью и поддается перекрестной проверке с помощью других методов измерения. Но все же подчеркнем: связать датировку событий, получаемую с помощью этих методов измерения, с основной единицей времени (секундой) никак невозможно. Поэтому в действительности они представляют собой лишь ту или иную форму приближения, а вовсе не точную оценку.

Но даже эти приблизительные средства эффективны только в пределах нескольких (5–6) тысячелетий.

Для больших сроков используются другие средства измерения, которые в еще большей степени расходятся с основной единицей времени.

В 1896 году Беккерелем был открыт радиоактивный распад, и уже в 1905 Резерфорд предложил использовать это явление для точных датировок в геологии. Однако технически возможным это стало только в 1937 г .

Сегодня существует несколько разновидностей «часов», использующих радиоактивный распад, которые работают в разных интервалах времени.

«Уран – свинцовые»:

238U SYMBOL 174 \f "Symbol" \s 11® 206Pb; Т = 4, 470 * 109 лет;

235U SYMBOL 174 \f "Symbol" \s 11® 207Pb; Т = 0, 704 * 109 лет;

232U SYMBOL 174 \f "Symbol" \s 11® 208Pb; Т = 14, 01 * 109 лет.

«Калиево – аргоновые»:

40K SYMBOL 174 \f "Symbol" \s 11® 40Ar; Т = 1, 31 * 109 лет.

«Рубидиево – стронциевые»:

87Ru SYMBOL 174 \f "Symbol" \s 11® 87Sr; Т = 48, 8 * 109 лет.

«Радиоуглеродные», в отличие от приведенных, рассчитаны на более короткий срок:

14C SYMBOL 174 \f "Symbol" \s 11® 14N; Т = 5730 лет.

Но всем этим «часам» присущ один и тот же недостаток – результат, который получается с их помощью, предполагает, что измеряемый процесс протекает как бы в полной изоляции от всего внешнего окружения. Другими словами, предполагается стечение совершенно фантастических условий, согласно которым за все эти миллионы и миллиарды лет не существовало никакого движения вещества ни внутрь измеряемой породы, ни наружу. А ведь стоит только допустить возможность миграции атомов, как ставится под сомнение любой получаемый в результате подобных измерений вывод. Между тем уже предположение того, что на протяжении сотен миллионов лет система оставалась абсолютно замкнутой и никакого дрейфа атомов не происходило, никакой критики не выдерживает.

Впрочем, не в этом самый главный источник погрешности. Здесь неявно предполагается, что все вторичное вещество – это исключительно результат реакции распада. Но если в момент формирования породы уже присутствовало какое-то количество свинца, аргона или стронция (а молодые вулканические породы, образующиеся в результате застывания лавы на наших глазах, во всех случаях обнаруживают довольно значительное их содержание), расчетная величина может весьма существенно расходиться с действительностью. Между тем исходное распределение элементов нам совершенно неизвестно. Но если неизвестно исходное содержание, действительный результат измерения может с равным успехом говорить и о пасажировместимости трамвайного парка города Екатеринбурга, и о количестве лука, съеденного за время строительства египетских пирамид, о чем угодно…