Дело о плавающей копейке (Часть 7)

Часть 7. Показания эксперта

Анализ научной и околонаучной литературы (такой, как журнал «Наука и жизнь», или как «Википедия») показывает, что нынешние физико-теоретики продолжают объяснять плавание небольших твёрдых тел, имеющих плотность больше плотности жидкости так же, как это делал 100 лет тому назад Я.И. Перельман. Для объяснения плавания таких тел и некоторых других явлений в физику было введено новое понятие – «поверхностное натяжение». К сожалению, следствие в лице добросовестного инженера–исследователя, честного и непредвзятого частного научного детектива пока не смогло определить, кто именно и когда ввёл этот термин в науку и какие для этого были основания. Надеюсь на помощь моих просвещённых читателей с широким кругозором для разрешения этого вопроса.

Петр Иванович Дубровский, добросовестный инженер – исследователь, честный и непредвзятый частный научный детектив.

Яков Исидорович Перельман в последних прижизненных изданиях «Занимательной физики» выдвинул три причины плавания предметов, удельная плотность которых больше удельной плотности воды, что вроде бы как противоречит закону Архимеда.

В качестве первой причины плавания иголки, Я.И. Перельман называет тончайший слой жира: «Причина плавания … та, что вода плохо смачивает металл … покрытый тончайшим слоем жира». Но опытом установлено, что и обезжиренные спиртом (или гораздо чаще встречающимся в природе 40%-ным раствором спирта в воде) иголки, и даже монеты (алюминиевые или сточенные бронзовые) могут плавать даже в дистиллированной воде.

Далее, второй причиной Перельман называет наличие некой «поверхностной плёнки жидкости»: «Поверхностная пленка жидкости, стремясь распрямиться, оказывает давление вверх на иглу и тем поддерживает ее». Однако при этом он не приводит никаких фактов, подтверждающих существование этой самой «поверхностной плёнки», ни причин её образования, ни химического состава. Научному суду следует учесть, что из некоторых опытов и измерений известно, что поверхностные слои воды толщиной в несколько десятков молекул имеют плотность примерно в два раза ниже нормативной – вплоть до 0,5 г/см³. «Поверхностное натяжение»? «Поверхностная плёнка»? Но позвольте, какая может быть плёнка на поверхности дистиллированной воды? У меня сложилось предположение, что эти показания Якова Исидоровича навеяны его детскими воспоминаниями о том, как на поверхности цельного молока (а другого в его детские годы в уездном городе Белостоке попросту не могло быть) в процессе его кипячения или просто при отстаивании образуется тонкая плёнка, так называемая пенка (пёнка).

И, наконец, в качестве третьей причины Яков Исидорович указывает силу Архимеда: «Поддерживает иглу также и выталкивающая сила жидкости, согласно закону плавания: игла выталкивается снизу с силой, равной весу вытесненной ею воды».

Как я показал на расчётной схеме, сил Архимеда, может быть вполне достаточно, чтобы обеспечить плавание тел с плотностью больше плотности воды:

Рис 1. Превращение эскизов в расчётные схемы. Силы, действующие на плавающую иголку. Слева – расчётная схема на основе рисунка С. Семикова, справа – на основе рисунка из книги «Занимательная физика» Я И. Перельмана

На иголки действуют (см. рис. 1):

1. сила тяжести G

2. давление атмосферы p_атм

3. давление воды p_в

Ну что ж, а вот теперь давайте будем детально разбираться.

Я приглашаю к открытому обсуждению всех заинтересованных и просто любознательных читателей – выступить как свидетелями со стороны обвинения термина «поверхностное натяжение», так и свидетелями и даже адвокатами со стороны защиты этого термина. Если кто-то считает себя экспертом по данному вопросу, предлагаю выступить в роли эксперта – для этого следует указать свои реальные достижения в науке (скажу честно, индекс Хирша мне мало интересен), место работы и публикации по данной теме.

А вообще, из заинтересованных темой читателей следовало бы собрать научный суд присяжных, которые бы непредвзято, объективно и беспристрастно и оценили все показания – как со стороны обвинения, так и со стороны защиты и вынесли бы справедливое решение.

Думаю, такие открытые «научные судебные процессы» помогут развитию науки, в частности, развитию физики. Потому что физика – слишком важная и не столь уж сложная наука, чтобы полностью оставлять её в руках остолопов-академиков из Отделения Физических Наук РАН, которые, как оказывается, ничего не слышали даже про «энергетический парадокс», про глупости в нынешнем законе сохранения энергии и разумеется, не собираются исправлять ошибки и заблуждения учёных предыдущих веков.

Я хочу отметить, что в истории науки уже были подобные «научные судебные процессы». Так, более двухсот лет назад, великий французский учёный Антуан Лоран де Лавуазье устроил показательный суд над флогистоном, продвигая при помощи этого суда в сознание учёных и обывателей свою теорию теплорода, включавшую в себя кислородную теорию горения, которой мы теперь целиком и полностью придерживаемся. Но так было не всегда. Почти весь XVIII век в научных трудах насаждалась теория флогистона, и флогистонный стереотип намертво забетонировался в мозгах подавляющего большинства учёных того времени. Поэтому научное сражение между теплородом и флогистоном шло не на жизнь, а на смерть.

Согласно непроверенным сведениям, суд над флогистоном состоялся в 1789 году в Париже. На этом суде юноша, выступавший под именем Кислород, произнёс обвинительную речь против «Флогистона». Загримированный под автора теории флогистона Георга Эрнеста Шталя защитник, изможденный господин в годах, зачитал апелляцию. Затем «высокий суд», в составе Лавуазье и нескольких его друзей вынес решение и приговорил теорию флогистона к смерти через сожжение, после чего жена Лавуазье, Анна-Мари Польз (в девичестве), в белом хитоне жрицы, бросила книгу Шталя в пылающую жаровню.

Надо сказать, что берлинцы, где Георга Шталя очень чтили, провели свой научный судебный процесс, на котором приговорили к сожжению самого Антуана Лавуазье как «еретика науки». Но вот только смышлёный Лавуазье на этот суд не явился, и поэтому, при отсутствии оригинала преступника, пришлось берлинцам устроить сожжение “in effigie”, т.е. вместо самого Лавуазье было сожжено то ли его чучело, то ли портрет. (Вот они, научные нравы – чуть что, так сразу – на костёр! :-) )

Кстати, в настоящее время в рамках проекта «Private scientific investigations» (Частные научные расследования) проводится следствие по этим двум судебным научным процессам конца XVIII века. Поэтому я прошу своих просвещенных читателей (возможно, кто-то пожелает стать моим соавтором или даже еще одним следователем компании «Private scientific investigations») - если у кого есть какая-то достоверная информация об этих процессах – где конкретно они проходили, когда, кто именно принимал участие и т.д. – пишите мне на d-pi@yandex.ru. Возможно, об этих судебных процессах были упоминания в тогдашних французских и немецких газетах и журналах.

РАССЛЕДОВАНИЕ ПО ДЕЛУ О ПЛАВАЮЩЕЙ КОПЕЙКЕ (ИГОЛКЕ)

Одним из основных моих жизненных принципов считаю принцип «доверяй, но проверяй», особенно когда дело касается реальной физики и реальных физических законов. А то люди, выдающие себя за физиков-теоретиков нагородили уже столько глупостей, пользуясь полным отсутствием критической оценки их гипотез, которые они громогласно называют «теориями», что теоретическая физика уже почти полностью превратилась в некий сборник догматов веры. И любое критическое замечание в адрес «устоявшихся научных теорий» воспринимается как лженаука, а точнее, как отступничество от истинной веры, как оппортунизм, как ересь. И подобный отступник или, лучше сказать, еретик, должен быть подвергнут примерному наказанию. Например, сожжению, как и чучела Антуана Лавуазье, на костре новой научной инквизиции – детища РАН под названием «Комиссия по лженауке». Научные методы борьбы с научным «инакомыслием» ничуть не изменились.

Я согласен, что доля правды в словах доцента Олега Сазонова о том, что «перепроверять всё подряд не следует», есть. Но некоторые «широко известные всем и каждому» вещи всё же стоит проверить. Так вот, мной экспериментально установлено, что даже если взять дистиллированную воду, а иголку диаметром 0,8 мм предварительно обезжирить спиртом, то всё равно такую иголку можно научить плавать. То есть не в жирности иголки дело, что опровергает утверждение свидетеля С. Семикова (которого стоит перевести в разряд подследственных) и показания самого Я.И. Перельмана.

Я аккуратно опускал иголку в воду при помощи двух спичек или зубочисток, на которых она, уже обезжиренная, лежала поперёк. И, как показал мой практический опыт, смазывание иголок тонким слоем растительного или сливочного масла, а также сала к сколь-нибудь заметному улучшению их плавучести не приводило.

На основании этого я ОБВИНЯЮ гражданина С. Семикова (читаем часть 6) в преднамеренной лжи – ведь, казалось бы, прежде чем утверждать что-либо в статье, претендующей на некоторую научность, возьми и попробуй, тем более в таком простом случае, когда эксперимент не требует строительства оптического интерферометра Дэйтона Миллера или оказавшегося совершенно бесполезным Большого Адронного Коллайдера (как я и предполагал в начале его строительства).

Таким образом, сила Архимеда (цитирую Перельмана: поддерживает иглу также и выталкивающая сила жидкости, согласно закону плавания: игла выталкивается снизу с силой, равной весу вытесненной ею воды), то есть та самая сила Архимеда, о которой напрочь забыли в своих показаниях подследственный С. Семиков и редколлегия журнала «Наука и жизнь», осталась единственной причиной, по которой иголка может плавать в воде.

Но позвольте, как же так? Плавающая иголка, как нам кажется, не подтверждает, а опровергает открытый Архимедом физический закон. Ведь плотность иголки в 7,8 раз больше плотности воды – это факт. Но также фактом является и то, что игла может плавать. Налицо коллизия физических законов. Возможно, в список подозреваемых следует внести еще одно лицо – Архимеда? И прилюдно объявить, что закон Архимеда неверен?

Как я понимаю, физики-теоретики предприняли попытку как-то разрешить эту коллизию и придумали для этого некую новую сущность – «ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ», забыв при этом принцип, который приписывают жившему еще в XIV веке монаху-францисканцу Уильяму, родом из небольшой деревушки Оккам, что в графстве Саррей, Англия – «не следует множить сущее без необходимости». Вот и подследственный, гражданин С. Семиков, утверждает, что «иглу удерживает поверхностное натяжение жидкости», однако при этом не делает никаких пояснений, что такое поверхностное натяжение жидкости и как именно оно удерживает на плаву иголку.

Предпримем попытку разобраться в сути «поверхностного натяжения». Слово «натяжение» уже подразумевает некое силовое воздействие, не так ли? Давайте попробуем найти признаки этого силового воздействия – чем они вызваны и к чему приложены. Для этого я предлагаю рассмотреть показания эксперта. А в качестве эксперта следствие в лице частного научного детектива, непредвзятого, честного и добросовестного инженера–исследователя решило привлечь профессора Химического факультета МГУ Бориса Давидовича Сумма, доктора химических наук, автора книги «Основы коллоидной химии».

Показания эксперта.

Борис Давидович Сумм, профессор Химического факультета МГУ, автор книги «Основы коллоидной химии».

Интересно, что обозначает формула Δρ = ρ_1 – ρ_2, написанная на доске за спиной у Бориса Давидовича? По всей видимости, это разность плотностей? Что-то, имеющее отношение к закону Архимеда?

Вот показания профессора Б.Д. Сумма (из упомянутой выше книги): «Существует силовое, механическое определение «поверхностного натяжения» – это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения направлена тангенциально поверхности раздела фаз и стремится уменьшить эту поверхность.

Силы взаимодействия, определяющие поверхностное натяжение, могут иметь разную природу: дисперсионные, водородные, диполь-дипольные, диполь-индуцированные, электростатические взаимодействия. В первом приближении поверхностное натяжение представляет сумму вкладов каждого вида взаимодействий. [Б.Д. Сумм «Основы коллоидной химии»].

В качестве причин возникновения сил поверхностного натяжения Борис Давидович называет «дисперсионные, водородные, диполь-дипольные, диполь-индуцированные, электростатические взаимодействия».

Эти показания у меня вызывают определенное недоверие. Исходя из своего жизненного опыта, могу заявить, что когда причин так много, то это обычно говорит о том, что истинная причина человеку не известна. Это больше похоже на ответ студента на устном экзамене, который, не зная правильного ответа, перечисляет всё, что ему приходит в данный момент на ум, надеясь, что так он хотя бы в одной попытке из двадцати угадает правильный ответ. А потом кинется уверять экзаменатора, что только это он и имел в виду. У меня складывается впечатление, что Борис Давидович попросту перечисляет все более-менее подходящие взаимодействия из тех, которые могут привести к возникновению сил поверхностного натяжения. Порой даже не совсем понимая сути всех этих взаимодействий.

Возможно, Борис Давидович (или кто другой) прочтёт эти строки и более подробно опишет все эти причины, которые, по его мнению, приводят к возникновению сил «поверхностного натяжения», приложив к этому описанию и эскизы, поясняющие те или иные взаимодействия, а также расчётную схему для определения сил поверхностного натяжения. Возможно. Но скорее всего, этого не произойдёт. Так как разработка моделей – то есть расчётных схем и математического аппарата на основе этих схем – то есть именно того, чем и должны заниматься учёные–теоретики, оказывается им не под силу. По той простой причине, что у них нет таких навыков – их этому никто никогда не учил. И в этом заключается одна из самых больших бед современной теоретической физики. Ответственно заявляю это как инженер, набивший руку на решении различных задач по сопромату, механике и строительной механике и долгое время применявший полученные на занятиях навыки и умения в своей практической деятельности.

Очевидно, для того, чтобы уравновесить силы на эскизе С. Семикова, возникает желание добавить еще какие-нибудь воздействия, например, "дисперсионные", "водородные", "диполь-дипольные", "диполь-индуцированные" и "электростатические". То есть некие «силы поверхностного натяжения жидкости».

Так как идеологи «сил поверхностного натяжения» с самого момента признания существования этих сил так и не удосужились ни разу их изобразить на какой-либо расчётной схеме, я попробую сделать это сам, руководствуясь инструкцией уважаемого эксперта, профессора МГУ Бориса Давидовича Сумма. Еще раз напомню его слова: поверхностное натяжение – «…это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.» Направлена эта сила «тангенциально поверхности раздела фаз».

Руководствуясь указаниями Б.Д. Сумма, я попытался изобразить эти силы. И сразу же возникло затруднение. Ведь прежде всего надо знать, к какому телу и куда прикладывать эти силы? Ни подследственный С. Семиков, ни наш уважаемый эксперт Б.Д. Сумм не дали никаких указаний на этот счёт.

Дело в том, что «линия, которая ограничивает поверхность жидкости» не является материальным телом. Единственное, что мне пришло на ум, это нарисовать на поверхности воды некий поверхностный слой, который, говоря языком сопромата, под воздействием силы тяжести иголки работает на разрыв – то есть в каждом сечении этого поверхностного слоя действует эта самая сила Fп.н. – см. рис. 2.

Я всё же нарисовал расчётную схему «поверхностного натяжения», как я её понял из объяснений эксперта» Б.Д. Сумма. У меня получилось вот это:

Рис 2. Попытка изобразить силы поверхностного натяжения жидкости.

При этом сразу возникает масса вопросов:

1. Какова толщина этого поверхностного слоя и чем она определяется?

2. Поверхностный слой отличается от всей остальной массы воды по своим физическим свойствам?

3. Каким образом этот поверхностный слой крепится к стенкам сосуда? Ведь иначе иголка всё равно утонет, утянув с собой под воду и весь этот «поверхностный слой воды». Кстати, иголка плавает в воде вне зависимости от того, смачиваются ли стенки сосуда или не смачиваются – т.е. вне зависимости от того, имеем мы вогнутый или выпуклый мениск у краёв сосуда.

Глядя на рис. 2, у меня возникло ощущение, что я на самом деле нарисовал ту самую поверхностную плёнку воды имени Я.И. Перельмана, существование которой я буквально только что опроверг. И в существование которой не очень-то верит даже сам подследственный С. Семиков, написавший: «поверхность воды под иглой прогибается, «натягиваясь», словно резиновая пленка».

Так что попытка теоретиков притянуть за уши для оправдания плавания иголки некие «силы поверхностного натяжения» с треском проваливается.

Если кто не согласен со мной, я с удовольствием выслушаю все конструктивные замечания по поводу моей, скажем так, неудачной попытки изобразить силы поверхностного натяжения. Желательно сопроводить замечания «правильной» расчётной схемой «поверхностного натяжения» Вместе, разумеется, с подробными ответами на мои вопросы.