Естественные пределы измерений

Обычно в разговоре о каком-либо предмете, если хотят сказать, что он очень мал, то часто употребляют выражение: “Он неизмеримо мал”. Об очень больших предметах, расстояниях, временных интервалах мы говорим, что они “неизмеримо велики”.

Действительно, нам хорошо известно, что “измерить” какой-либо объект – всегда означает сравнить его параметры с какой-то мерой, эталоном. Но о каком сравнении может идти речь, если предмет, что называется, не виден глазом? Какой линейкой можно измерить диаметр атома? А как определить вес микроба? Выражение “эти величины неизмеримо малы” cамо приходит на ум.

Однако развитие современной науки предполагает (в своей основе), что любое физическое явление считается понятным (точнее пό нятым), если его удалось описать точным языком законов, формул и цифр. А для того чтобы величины можно было выражать цифрами, их необходимо уметь измерять. И неудивительно, что вся история развития экспериментальных наук тесно связана с развитием техники измерений.

Непосредственно невооруженным глазом можно оценивать размеры предметов до 0, 1 мм. Изобретение простых механических инструментов (например, микрометра) позволило отодвинуть эту границу до одной сотой или нескольких тысячных долей миллиметра. Появление микроскопа со встроенной в него окулярной шкалой дало возможность измерять размеры предметов, лишь немного превышающих длину световой волны, т. е. около 0, 0005 мм.

То же можно сказать и об измерениях массы. На обычных лабо-раторных весах взвешивание производится обычно с точностью до 1 – 0, 1 мг, и эта точность определяется минимальным отклонением стрелки, которое можно отметить на весах, изготовленных с наивысшей тща-тельностью. Измерение малых (и очень малых) масс потребует привлечения более сложных технических средств и технологий.

Наикратчайший интервал времени, измеряемый в обычных бытовых условиях, определяется скоростью реакции человека при запуске и остановке секундомера. Опыт показывает, что хорошо тренированному человеку удается определить начало и конец различных событий с точностью до 0, 1 с. Современные технические (радиоэлектронные) средства позволяют измерять промежутки времени в сотые и тысячные доли наносекунды.

Мир атомов лежит далеко за пределами возможностей непосред-ственного восприятия человеческих органов чувств. Так, например, размеры элементарных частиц имеют порядок 10 см, их массы заключены в пределах 10 10 г, время протекания ядерных столкновений занимает 10 10 , а энергия частиц зачастую не превышает 10 Дж. В то же время, продолжительность существования (период полураспада) некоторых радиоактивных веществ исчисляется многими миллиардами лет.

В области больших масштабов тоже имеются свои пределы. Рас-стояния между городами еще можно измерить, а вот расстояния между звездами с помощью обычных способов определить вряд ли удастся. Столь большие размеры даже представить себе трудно. Они во много раз больше и нас самих и окружающих нас предметов. Столь же трудно представить себе массу Солнца или продолжительность геологических эпох. Об определении размеров и времени существования всей Вселенной говорить вообще бессмысленно.

Тем не менее, как говаривал А. Пуанкаре: “ Мир познаваем, но возможности его познания безграничны”. Люди научились измерять поистине неизмеримые величины и при том многие из них с очень хорошей точностью [1, гл.3]. Но требования к точности измерений, необходимой для постоянного расширения наших познаний об окружа-ющем мире, также безграничны, хотя и существуют объективные (фун-даментальные) и субъективные (чаще всего связанные с психофизиоло-гическими особенностями человека) ограничения на предельную точ-ность тех или иных видов измерений.