Концепции современного естествознания. Учебное пособие. Часть 2. Научно-технический прогресс и человек

1

МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОСТОВСКИЙ ЮРИДИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

В. Н. Герасименко

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ Учебное пособие

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ЧЕЛОВЕК Часть 2

Ростов-на-Дону 2006

2

УДК 5 Г 37 Герасименко В.Н. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. Часть 2.- Научнотехнический прогресс и человек. - Ростов-на-Дону: РЮИ МВД России, 2006.136 с. Учебное пособие по дисциплине “Концепции современного естествознания” имеет целью ознакомить слушателей с некоторыми аспектами влияния научно-технического прогресса на общество. Пособие подготовлено на основе новой учебной программы и состоит из двух глав. Первая глава посвящена изучению основ метрологии, являющейся важнейшей составной частью гносеологии, приводятся сведения по лабораторной работе “Метод экспертных оценок”. Во второй главе рассматривается влияние ряда выдающихся изобретений на развитие человечества, рассматриваются проблемы биоэтики как формы защиты прав человека, применение научного метода к изучению биосоциальных явлений, подход к моделированию социально-правовых процессов. Подготовлено для курсантов и слушателей очной и заочной форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Ростовского юридического института МВД России.

© РЮИ МВД России, 2006

3

Введение История развития цивилизации – непрерывный процесс познания действительности и использования знаний. Предметом познания являются, в том числе, социальные явления и духовная сфера людей. Процесс познания окружающего мира немыслим без измерений. Измерениями, методами и средствами обеспечения их единства занимается метрология, которая охватила область измерений нефизических величин, органолептические измерения, квалиметрию. Изучение разделов метрологии позволяет формировать навыки использования математических методов описания и анализа ситуаций социальной практики, культуры логического,

алгоритмического

и

абстрактного

мышления,

развивать

способности

обоснованного, самостоятельного и оперативного принятия решений, создает базис для изучения общепрофессиональных дисциплин: Криминалистика, Спецтехника и других. В

пособии

обсуждается

патентное

законодательство,

некоторые

изобретения в истории человечества, приводятся подходы к изучению

важнейшие

биосоциальных

явлений, социально-правовых процессов, обсуждаются некоторые разделы биоэтики. Автор выражает благодарность кандидату технических наук Д. В. Медянцеву за внимательное прочтение рукописи, критику и полезные советы.

4

Мы часто подменяем страсти стрессом И в суетливый просвещенный век Не заменить нам творчество прогрессом Пришла пора найти, где человек. В. Владов Философы мечтают как поэты, Поэты сочиняют самолеты, А инженеры улетают за бугор, Моя страна. Для творчества – простор! В. Владов 1. ОСНОВЫ МЕТРОЛОГИИ 1.1. ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ ПОЗНАНИЯ Теория познания - ГНОСЕОЛОГИЯ (от др.-греч. γνοξιξ - знание, познание и λογοξ речь, слово, учение или наука) - наука о познании окружающей нас действительности. Объектами познания являются свойства и явления материального и духовного (идеального) мира. В естественных науках методами количественного анализа служат теория и эксперимент. В свою очередь, экспериментальные исследования могут выполняться с применением и без применения технических средств (инструментов). Полученная тем или иным путем количественная информация о свойствах и явлениях окружающего мира перерабатывается, транспортируется и хранится в устройствах и системах ИНФОРМАТИКИ, к которым кроме технических средств можно отнести текстовые документы или, например, мозг человека. Использование количественной информации в народном хозяйстве (включающем научную сферу) служит конечной целью познавательной деятельности. Общенаучные

методы

познания

делятся

на

эмпирические,

эмпирико-

теоретические, теоретические. К эмпирическим относятся: наблюдение, сравнение, контроль,

счет,

измерение,

идентификация,

научный

эксперимент.

К

эмпирико-

теоретическим относятся: анализ и синтез, индукция и дедукция, проверка гипотез, историко-логический метод, моделирование. Теоретические методы познания включают в себя: абстрагирование, формализацию, аксиоматику, обобщение /1/.

5

Эмпирические методы познания предназначены для извлечения содержательной характеристики отражения, т.е. для получения информации. Следует принимать во внимание ограниченность этих методов, которая определяется интервалом времени исследования, границами

исследуемого

объекта

и

возможностями

технических

средств.

Эта

ограниченность не дает возможности непосредственно получать с их помощью обобщающие положения и законы. Законы природы открывают путем изучения результатов, полученных от эмпирических методов познания на основе применения эмпирико-теоретических и теоретических методов познания. Эмпирико-теоретические методы позволяют выделять из объектов и явлений разные стороны, расчленять предмет познания на составляющие для более глубокого их изучения. Эмпирико-теоретические

методы

обеспечивают

наиболее

полное

извлечение

дополнительной информации, содержащейся в неявном виде в результатах, полученных с помощью эмпирических методов, установление степени истинности гипотез, составляют основу методов проектирования новых технических средств и технологических процессов, основу технических наук и методов повышения производительности труда на производстве. Теоретические методы познания направлены на изучение абстрактных объектов, их свойств и отношений. Эти методы дают возможность получать новые знания об изучаемых объектах и явлениях путем исследования формальных свойств и отношений между абстрактными объектами. Совокупность теоретических методов является наиболее мощным инструментом

для

прогнозирования,

создания

новых

областей

знания,

основой

фундаментальных наук. Общенаучные методы познания основаны на принципе отражения. Отражение общее свойство материи, которое выражается в способности материальных тел посредством собственных изменений воспроизводить особенности взаимодействующих с ними тел. Для изучения объекта, процесса, явления, свойства с применением научного метода используются общенаучные методы познания. Для изучения объекта, процесса, явления, свойства, например, в генезисе привлекаются необходимые для этого (по мнению исследователя) общенаучные методы познания (рис.1). Для изучения объекта, процесса, явления, свойства, например, в динамике также привлекаются необходимые для этого (по мнению исследователя) общенаучные методы познания (рис.1).

6

Научный метод

Изучение обьекта в генезисе,становлении,статике,динамике во взаимедействии и взаимосвязях с другими обьектами,со сех сторон

Общенаучные методы познания

Эмпирико-теоретические

Теоретические

Абстрагирование Формализация Аксиоматика Обобщение

Моделирование Анализ и синтез Индукция и дедукция Проверка гипотез Историко-логический метод

Наблюдение Сравнение Контроль Счет Измерение Идентификация Научный эксперимент

Эмпирические

Рис.1. Применение научного метода и общенаучных методов для изучения объекта познания. Метрология представляет собой науку об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. В этой науке рассматривается общая теория измерения, единицы физических величин и их системы, методы и средства измерений, основы обеспечения единства измерений и единообразия средств измерений, методы передачи размеров единиц от эталонов или образцов измерений к рабочим средствам измерений. Метрологию можно определить и как науку о получении количественной информации опытным путем. количественная

информация

получается

Опытным путем, т.е. экспериментально,

посредством

измерений.

Таким

образом,

МЕТРОЛОГИЯ (от др.-греч. μετρον - мера и λογοξ ) - наука о получении измерительной

7

информации. В качестве таковой метрология является важнейшей составной частью гносеологии. Наблюдением называют целенаправленное отражение изучаемого объекта. Оно является наиболее доступным и простым методом познания, реализуемым как с помощью органов чувств человека, так специальных технических средств. Наблюдение — составная часть всех эмпирических методов познания. Как метод познания наблюдение должно удовлетворять

ряду

основных

требований:

преднамеренности,

планомерности,

целенаправленности и систематичности /1/ . Сравнением называют установление в процессе отражения сходства или различия объектов или явлений. Общеизвестны слова "Все познается в сравнении". Действительно, методом сравнения устанавливается прежде всего то, что является общим для ряда объектов и явлений, а значит, и более существенным, что в дальнейшем целесообразно подвергнуть более детальному изучению. При сравнении необходимо выполнять два основных требования: 1) сравнивать объекты, обладающие общими однородными свойствами; 2) сравнивать по наиболее существенным свойствам. Сравнением в области технических наук называют установление соотношения интенсивности однородных отражаемых свойств эмпирических объектов с целью получения ответа “больше”, “меньше” или “равны”. Известно, что различные эмпирические объекты могут проявлять себя в основном в двух отношениях, а именно; эквивалентности и порядка. Соответственно, сравнение объектов может быть реализовано по эквивалентности и по интенсивности. На сравнении как методе познания основаны два основных рода информационных процедур: распознавание объектов в отношении эквивалентности, примерами которого является дихотомия, т. е. классификация по наличию или отсутствию свойства; распознавание в отношении интенсивности. Контроль является отражением качественной стороны свойства объекта при котором устанавливается соответствие между состоянием объекта по данному свойству и нормой. Контролю подвергаются, главным образом, состояние продукта или изделия производства. Счетом называют отражение количественного свойства совокупности качественно однотипных эмпирических объектов, в процессе которого устанавливается соответствие между их численностью и числом из натурального ряда чисел. При счете, устанавливается взаимнооднозначное соответствие между совокупностью объектов но их количеству и числом из натурального ряда чисел. Для осуществления счета необходимо различать в отдельности каждый объект.

8

И з м е р е н и е является отображением свойств объекта, которые проявляют себя в отношениях эквивалентности, порядка и аддитивности ограниченным рядом именованных натуральных чисел. Измерение обеспечивает непосредственную связь между экспериментом и теорией, высокую достоверность научных исследований и высокое качество изделий современного производства. - Г. Галилей: “Считай то, что считаемо, измеряй то, что измеряемо; а то, что не измеряемо, делай измеряемым”. - Д. И. Менделеев: “Наука начинается с тех пор, как начинают измерять; точная наука немыслима без меры”. - У. Кельвин: “Каждая вещь известна лишь в той степени, в какой ее можно измерить”. Для того чтобы точно управлять, нужно точно измерять все параметры, по которым осуществляется управление, объектом, в том числе и качеством изделий. В связи с этим поставлена задача количественной оценки качества продукции. Измерение является основным средством познания окружающего мира. И д е н т и ф и к а ц и я является отражением зависимостей между величинами, характеризующими эмпирический объект, числовыми аналитическими моделями. Она тесно связана с методами физического и математического моделирования. Идентификация начинается с классификации данного физического объекта либо процесса на основе выявления и анализа его характерных особенностей. Затем, следуя основной классификации разновидностей

эмпирических

разновидностью

данный

объектов

объект

данного

идентичен.

При

типа,

устанавливают,

этом

находят

с

с

какой

определенной

достоверностью вид математической модели объекта, отражающей зависимость между его параметрами, определяют значения основных параметров модели, степень точность и достоверности оценки. Научным отражение

э к с п е р и м е н т о м называют целенаправленное комплексное

сложного

эмпирического

объекта,

характеризующегося

системой

взаимосвязанных величин, совокупностью их математических моделей. К области опытных исследований относятся также и испытания сложных объектов. Испытаниями называют совокупность экспериментальных операций, направленных на определение тех значений параметров объектов, которые соответствуют заранее заданным условиям и состоянию объекта. Для реализации научных экспериментов и испытаний создаются все более сложные автоматические системы.

9

М о д е л и р о в а н и е – - упрощенное представление об объекте, процессе, явлении на основе количественных данных о наиболее существенных свойствах. На моделировании базируется любой метод научного исследования как теоретический (при котором используются знаковые, абстрактные модели), так и экспериментальный (использующий предметные модели). А н а л и з – 1) Расчленение (мысленное или реальное) объекта на элементы; анализ неразрывно связан с синтезом. 2) В формальной логике – уточнение структуры рассуждения. С и н т е з – соединение (мысленное или реальное) различных элементов объекта в единое целое (систему); синтез неразрывно связан с анализом. И н д у к ц и я – умозаключение от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению). Д е д у к ц и я – вывод по правилам логики; цепь умозаключений (рассуждение), звенья которой (высказывания) связаны отношением логического следования. Началом (посылками) дедукции являются аксиомы, постулаты или просто гипотезы, имеющие результатом – следствия из посылок, теоремы (частное). Если посылки дедукции истинны, то истинны и ее следствия. Дедукция – основное средство доказательства. П р о в е р к а г и п о т е з – установление степени соответствия выдвинутого предположения реальному распределению единиц исследования в пространстве переменных. Гипотеза – это утверждение о том, какую конфигурацию может принять при проверке распределение единиц исследования в пространстве переменных. Гипотеза логически вытекает из достигнутого

данной областью науки уровня знаний. Гипотетические

отношения между переменными – смысловое ядро теории. И с т о р и к о – л о г и ч е с к и й м е т о д – набор приемов позволяющий реконструировать логику исторических процессов. Предполагает выявление временных этапов развития исследуемого объекта, характерных для каждого из них особенностей и изменений выделения историзма в типологических обобщениях событий и фактов. А б с т р а г и р о в а н и е – мысленное отвлечение от ряда свойств и отношений изучаемого объекта с целью выделения существенных для данного рассмотрения его признаков. Ф о р м а л и з а ц и я – изучение объектов, процессов, явлений, свойств в виде определенной системы правил, и формирование представления о них отвлекаясь от некоторых особенностей.

10

А к с и о м а т и к а – предполагает дедуктивное построение научных теорий при котором в основание теории кладутся некоторые не доказываемые в этой теории положения (аксиомы). О б о б щ е н и е – выявление общих признаков (свойств, отношений, тенденций развития и т.д.) предметов рассматриваемой области, влечет за собой появление новых понятий, законов, теорий.

1.2. РОЛЬ ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕОРИИ ОТРАЖЕНИЯ Большинство реальных объектов познания обладает таким многообразием свойств, что получить количественную информацию о каждом из них невозможно. Как правило, это и не нужно. С помощью средств измерений получают количественную информацию о наиболее существенных свойствах объектов. Первоначально эта информация содержится в отклике средств измерений на входное воздействие. Измерительная информация позволяет сформировать модель объекта - упрощенное представление о нем на основе количественных данных о наиболее существенных свойствах. Чем большее число свойств учитывается, чем точнее количественная информация о них, тем полнее модель отражает реальный объект. Во избежание лишних измерительных процедур качественное представление о модели

объекта

(номенклатура

свойств,

представляющих

интерес)

должно

быть

сформировано заранее (apriori). Измерительные задачи состоят в получении конкретных количественных данных. Модели объектов служат отражением реальности в нашем сознании. Роль измерений в теории отражения является определяющей /2/. 1.3. ИЗМЕРЯЕМЫЕ СВОЙСТВА И ИХ МЕРЫ Любое свойство может проявляться в большей или меньшей степени, т.е. имеет количественную характеристику. Следовательно, любое свойство может быть измерено. Особо следует подчеркнуть возможность измерений в нематериальной сфере. К ним относятся, например, измерения красоты, неопределенности, качества и др. “Всякое качество имеет бесконечно много количественных градаций” (Фридрих Энгельс, “Диалектика природы”) и, следовательно, может быть измерено. Раздел метрологии, посвященный измерению качества, называется КВАЛИМЕТРИЕЙ.

11

Каждое свойство может быть охарактеризовано по-разному. Свойство нагретости тел, например, может характеризоваться средней скоростью теплового движения молекул, а может термодинамической температурой. Свойство пространственной протяженности можно характеризовать расстоянием между двумя точками пространства, а можно - углом между направлениями на них из точки наблюдения. Неопределенность числового значения случайной величины характеризуется энтропией или доверительным интервалом при выбранной доверительной вероятности и т.д. Понятно, что для удобства общения и обеспечения единства измерений все должны пользоваться одинаковыми характеристиками. Их называют мерами. Согласованные меры узакониваются соглашениями. В физике и ее технических приложениях меры получили название физических величин. К ним относятся длина, сила, масса, давление, время, скорость и др. В экономике мерами служат экономические показатели. Это стоимость, прибыль, цена, затраты и т.д. В квалиметрии меры называются показателями качества. Вещественные меры имеют вполне определенную количественную характеристику размер. Они могут быть однозначными (гиря, калибр) и многозначными (транспортир, измерительная линейка). Широко применяются наборы мер (набор гирь, магазин сопротивлений). Представление о мерах восходит к библейским временам. Евангелистами Матфеем, Марком и Лукою приводятся слова Иисуса Христа: “...какою мерою мерите, такою и вам отмерят”. В откровении Иоанна Богослова (Апокалипсис) в книге за семью печатями упоминается всадник на вороном коне, держащий меру в своей руке. Это свидетельствует о том, что понятие меры относится к общечеловеческим ценностям, является достоянием цивилизации. 1.4. РАЗМЕРНОСТЬ Формализованным отражением качественного различия физических величин является их размерность. Размерность обозначается символом dim, происходящим от слова dimension, которое в зависимости от контекста может переводиться и как размер, и как размерность. Размерность основных физических величин обозначается соответствующими заглавными буквами. Для длины, массы и времени, например, dim l = L ; dim m = M

; dim t

= T . При определении размерности

производных величин руководствуются следующими правилами:

12

1. Размерности правой и левой частей уравнения не могут не совпадать, т.к. сравниваться между собой могут только одинаковые свойства. Алгебраически могут суммироваться только величины, имеющие одинаковые размерности. 2. Алгебра размерностей мультипликативна, т.е. состоит из одного единственного действия - умножения. 2.1. Размерность произведения нескольких величин равна произведению их размерностей. Так, если зависимость между значениями величин Q , A, B, C имеет вид

Q = ABC , то dim Q = dim

A * dim B * dim C .

2.2. Размерность частного при делении одной величины на другую равна отношению их размерностей, т.е. если Q = A / B , то dim Q = dim

A / dim

B

.

2.3. Размерность любой величины, возведенной в некоторую степень, равна ее размерности в той же степени. Так, если Q = A n , то n

dim Q = П dim A = dim n A . 1

Например,

если

скорость

dim υ = dim l / dim t = L / T = LT −1

определять

по

формуле

l v= , t

то

. Если сила по второму закону Ньютона F = ma , где

a = υ / t - ускорение тела, то dim F = dim m * dim a, a = ML / T 2

. Таким образом,

всегда можно выразить размерность производной физической величины через размерности основных физических величин с помощью степенного одночлена: dim Q = Lα M β T γ ..., где L, M , T , … - размерности соответствующих основных физических величин;

α , β , γ ,... - показатели размерности. Каждый из показателей размерности может быть положительным или отрицательным, целым или дробным числом, нулем. Если все показатели размерности равны нулю, то такая величина называется безразмерной. Она может быть относительной, определяемой как отношение одноименных величин (например, относительная диэлектрическая проницаемость), и логарифмической, определяемой как логарифм относительной величины (например, логарифм отношения мощностей или напряжений).

13

Теория

размерности

повсеместно

применяется

для

оперативной

проверки

правильности формул. Формальное применение алгебры размерностей иногда позволяет определить неизвестную зависимость между физическими величинами. Количественной характеристикой любого свойства служит размер, хотя не принято говорить “размер длины”, “размер массы”, “размер цены”, “размер показателя качества”. Говорят просто “длина”, “масса”, “цена”, “показатель”. Размер нужно отличать от значения выражения размера в определенных единицах измерений. Например, 0,001 км; 1 м; 100 см; 1000 мм - четыре варианта представления одного и того же размера. Опять-таки не принято говорить “значение размера массы составляет”, или “значение цены равно”. Говорят: “масса составляет (или равна) 3 кг”, “цена 2 рубля”, “скорость 15 м/с”. Составная часть значения - отвлеченное число - называется числовым значением. Оно показывает, на сколько единиц размер больше нуля, или во сколько раз он больше размера, принятого за единицу измерения. Значение Q , следовательно, выражается через размер

единицы измерения [Q ] и числовое значение q следующим образом: Q = q[Q ] .

Как и размер, значение от выбора единиц не зависит (в отличие от числового значения).

1.5. АКСИОМЫ МЕТРОЛОГИИ

Основной постулат метрологии: отсчет является случайным числом /3 /.

Первая аксиома метрологии: без априорной информации измерение невозможно. Первая аксиома метрологии относится к ситуации перед измерением и говорит о том, что если об интересующем нас свойстве мы ничего не знаем, то ничего и не узнаем. С другой стороны, если о нем известно все, то измерение не нужно. Таким образом, измерение обусловлено дефицитом количественной информации о том или ином свойстве объекта или явления и направлено на его уменьшение. Наличие априорной информации о любом размере выражается в том, что его значение не может быть равновероятным в пределах от - ∞ до + ∞ . Это означало бы, что априорная энтропия +∞

H 0 = − ∫ p(Q) log[ p(Q)]dQ = ∞ −∞

14

и для получения измерительной информации I = H0 − H при любой апостериорной энтропии Н потребовалось бы бесконечно большое количество энергии. Здесь уместно напомнить слова Д.Габора, приведенные Л.Бриллюэном в статье “Теория информации и ее приложение к фундаментальным проблемам физики”, о том, что “ничто не дается даром, в том числе информация”. В полной мере это относится и к измерительной информации. Вторая аксиома метрологии: измерение есть ни что иное как сравнение. Вторая аксиома метрологии относится к процедуре измерения и говорит о том, что нет иного экспериментального способа получения информации о каких бы то ни было размерах, кроме как путем сравнения их между собой. Народная мудрость, говорящая о том, что “все познается в сравнении”, перекликается здесь с трактовкой измерения Л.Эйлером, данной свыше 200 лет тому назад: “Невозможно определить или измерить одну величину иначе как приняв в качестве известной другую величину этого же рода и указав соотношение, в котором она находится с ней”. Третья аксиома метрологии: результат измерения без округления является случайным. Третья аксиома метрологии относится к ситуации после измерения и отражает тот факт, что на результат реальной измерительной процедуры всегда оказывает влияние множество разнообразных, в том числе случайных факторов, точный учет которых в принципе невозможен, а окончательный итог непредсказуем. Вследствие этого, как показывает практика, при повторных измерениях одного и того же постоянного размера, либо при одновременном измерении его разными лицами, разными методами и средствами получаются неодинаковые результаты, если только не производить их округления (огрубления). Это отдельные значения случайного по своей природе результата измерения.

1.6. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ШКАЛЫ

Шкала

порядка

представляет

последовательность размеров

собой

ранжированный

Q1 < Q 2 < Q 3 < ... < Q j < ...,

ряд

-

упорядоченную

каждый из которых больше

предыдущего, хотя сами размеры неизвестны. Если есть возможность опытным путем сравнить интересующий нас размер Q i с одним из членов ранжированного ряда Q j 〉

то

экспериментальное решение неравенства Q i 〈 Q j можно рассматривать как результат

15

измерения, дающий некоторую количественную информацию о Q i .

В соответствии с

третьей аксиомой метрологии решение о том, что i-ый размер меньше j-го либо больше или равен ему, носит случайный характер, т.е. выполняется с той или иной вероятностью, зависящей от силы неравенств. Решение (результат измерения) может оказаться ошибочным. При Q i >> Q j или Q i << Q j вероятностью ошибки можно пренебречь. При Q i ≥ Q j , Q i ≤ Q j и Q i ≈ Q j c вероятностями ошибок нужно считаться. После двух или более измерений, т.е. после сравнения Q i с несколькими членами ранжированного ряда, измерительная информация на шкале порядка может быть представлена в виде: Q i = Q j ...Q j+1 Как видно из табл. 1…3, опорным (реперным) точкам j = ,1,2,3 ... на шкалах порядка принято ставить в соответствие баллы. С таким же успехом можно использовать буквенные обозначения или другие символы. Особенностью реперных шкал является то, что размеры Q j , образующие ранжированный ряд, как и интервалы между ними, неизвестны. Поэтому баллы ни складывать, ни вычитать, ни умножать, ни делить нельзя. На шкалах порядка не определены никакие математические операции.

16

Таблица 1 Международная сейсмическая шкала MSK-64 для измерения силы землетрясений Сила

Название

Признаки

1

Незаметное

Отмечается только сейсмическими приборами

2

Очень слабое

Ощущается отдельными людьми, находящимися в состоянии покоя

3

Слабое

Ощущается лишь небольшой частью населения

4

Умеренное

Распознаётся по мелкому дребезжанию и колебанию предметов,

землетрясения

посуды и оконных стёкол, скрипу дверей и стен 6

Сильное

Ощущается всеми, картины падают со стен, откалываются куски штукатурки, лёгкое повреждение зданий

7

Очень сильное

Трещины в стенах каменных домов. Антисейсмические, а также деревянные постройки остаются невредимы

8

Разрушительное

Трещины на крутых склонах и на сырой почве. Памятники сдвигаются

с

места

или

опрокидываются.

Дома

сильно

повреждаются 9

Опустошительное

Сильное повреждение и разрушение каменных домов

10

Уничтожающее

Крупные трещины в почве. Оползни и обвалы. Разрушение каменных построек, искривление железнодорожных рельсов

11

Катастрофа

Широкие трещины в земле. Многочисленные оползни и обвалы. Каменные дома совершенно разрушаются

12

Сильная

Изменения в почве достигают огромных размеров. Многочисленные

катастрофа

обвалы, оползни, трещины. Возникновение водопадов, подпруд на озёрах.

Отклонения

выдерживает

течения

рек.

Ни

одно

сооружение

не

17 Таблица 2

Шкала Бофорта для измерения силы ветра Сила ветра, балл

Название

Признаки

0

Штиль

Дым идёт вертикально

1

Тихий

Дым идёт слегка наклонно

2

Лёгкий

Ощущается лицом, шелестят листья

3

Слабый

Развеваются флаги

4

Умеренный

Поднимается пыль

5

Свежий

Вызывает волны на воде

6

Сильный

Свистит в вантах, гудят провода

7

Крепкий

На волнах образуется пена

8

Очень крепкий

Трудно идти против ветра

9

Шторм

Срывает черепицу

10

Сильный шторм

Вырывает деревья с корнем

11

Жестокий шторм

Большие разрушения

12

Ураган

Опустошительное действие

Таблица 3

Минералогическая шкала твёрдости Балл

Твёрдость

0

Меньше твёрдости талька

1

Равна твёрдости талька или больше её, но меньше твёрдости гипса

2

Равна твёрдости гипса или больше её, но меньше твёрдости известкового шпата

3

Равна твёрдости известкового шпата или больше её, но меньше твёрдости плавикового шпата

4

Равна твёрдости плавикового шпата или больше её, но меньше твёрдости апатита

5

Равна твёрдости апатита или больше её, но меньше твёрдости полевого шпата

6

Равна твёрдости полевого шпата или больше её, но меньше твёрдости кварца

7

Равна твёрдости кварца или больше её, но меньше твёрдости топаза

8

Равна твёрдости топаза или больше её, но меньше твёрдости корунда

9

Равна твёрдости корунда или больше её, но меньше твёрдости алмаза

10

Равна твёрдости алмаза или больше её

В то же время, если один размер на шкале порядка больше другого, а последний в свою очередь больше третьего, то и первый размер больше третьего. Или если хоть один из двух размеров больше третьего, то их сумма тоже больше третьего размера. Если из двух размеров каждый меньше третьего, то меньше третьего размера и их разность. Эти свойства

18

транзитивности означают, что на шкалах порядка определены (т.е. могут выполняться)

логические операции. Шкалы порядка являются наименее информативными из всех измерительных шкал. По ним не только нельзя определить, чему равен измеряемый размер Q i , но и невозможно сказать, на сколько (или во сколько раз) он больше или меньше размера Q j . Наибольшее распространение шкалы порядка получили в областях, где к измерительной информации не предъявляется высоких требований. В промышленном производстве для измерений по шкалам порядка используются шаблоны. Шкала интервалов служит для представления результатов измерений, полученных

посредством экспериментального сравнения i-го размера с j-ым по правилу Q i − Q j = ΔQ . Сами размеры Q i и Q j остаются при этом неизвестными. Таким образом, ноль на шкале интервалов не определен и зависит от выбора размера, с которым производится сравнение. Вследствие этого, по шкале интервалов можно установить, на сколько один размер больше другого, но нельзя сказать во сколько раз. По шкалам интервалов измеряются время, расстояние (если не известно начало пути), температура и др. На рис. 2 приведены, например, температурные шкалы Цельсия, Реомюра, Фаренгейта и Кельвина. Первая и последняя из них разбиты на интервалы, равные 0,01 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении. Шкалы Реомюра и Фаренгейта разбиты на градусы, равные соответственно 1/80 и 1/180 этого интервала. По шкалам Цельсия и Реомюра сравнение ведется с температурой таяния льда, по шкале Фаренгейта - с температурой смеси льда с солью и нашатырем, по шкале Кельвина - с температурой, при которой прекращается тепловое движение молекул. На градуированных шкалах интервалов откладываются не размеры ΔQ i , а значения ΔQ j интервалов. Результат измерения ΔQi , согласно третьей аксиоме метрологии является случайным и без округления не может быть представлен точкой на числовой оси ΔQ . Шкалы интервалов являются более совершенными, чем шкалы порядка. На них определены аддитивные математические операции (сложение и вычитание), хотя и не определены

мультипликативные

(умножение

и

деление).

Как

следствие

этого

в

экспериментальные данные, представленные на шкале интервалов, могут вноситься аддитивные поправки, в то время как использование поправочных множителей невозможно.

Определить размер по шкале интервалов нельзя.

19

Шкала отношений служит для представления результатов измерений, полученных

посредством

экспериментального

сравнения

неизвестного

размера

Qi = Q

с

размером Q j = [Q] по правилу Q /[Q] = q . Числовое значение q показывает, во сколько раз измеряемый размер Q больше размера [Q] , принятого за единицу измерения, или на сколько единиц он больше нуля. На градуированных шкалах отношений откладываются не числовые значения q , а значения Q = q[Q]

размеров Q .

Градуированная

шкала

интервалов

переходит

в

градуированную шкалу отношений при Q j → 0 ; ΔQ → Q i = Q .

Рис. 2. Построение шкалы интервалов При практических измерениях на результат сравнения неизвестного размера Q с известным [Q ] оказывает влияние множество (в том числе случайных) факторов. Поэтому на практике Q = x ≠ q, [Q] где отсчет х не только не равен числовому значению q , но, в отличие от последнего, представляет собой случайное число. Показание

X = x[Q] и результат измерения

Q = vX + Θ , получающийся после внесения в показание поправок υ и Θ , являются,

следовательно, также случайными и не могут быть представлены точками на числовой оси Q. Шкала отношений является самой совершенной и наиболее распространенной из всех измерительных шкал. Это единственная шкала, по которой можно установить значение измеренного размера. На шкале отношений определены любые математические операции,

20

что и позволяет вносить в показания, нанесенные на шкалу, мультипликативные и аддитивные поправки. 1.7. ЗАПИСЬ РЕЗУЛЬТАТА ИЗМЕРЕНИЯ

Результат измерения по шкале порядка представляет собой решение опытным путем 〉

неравенства Q i 〈 Q j . Рассматриваемое само по себе решение еще ни о чем не говорит, так как, согласно третьей аксиоме метрологии, является случайным и вполне может оказаться ошибочным. Информативным измерение по шкале порядка может быть только в случае привлечения априорной информации. Последняя содержится в опыте предшествующих измерений. Если, например, известно, что при многократном выполнении таких же измерений ранее при Q i < Q j в 20% случаев принималось ошибочное решение Q i ≥ Q j , то вероятность такой ошибки PI ≈ 0.2 . Если в 10% случаев при Q i ≥ Q j . принималось решение Q i < Q j , то вероятность этой ошибки PII ≈ 0.1 . Таким образом, результатом измерения по шкале порядка может быть одно из следующих решений: Q i < Q j с вероятностью 1 − PI ; Q i ≥ Q j с вероятностью 1 − PII , где вероятности ошибок PI и PII , зависят от силы неравенств. Результат

измерения

при

дискретном

отсчете

описывается

дискретным

распределением вероятности P(Qi ) ) отдельных его значений Qi , (см. рис. 3) или функцией распределения вероятности F (Q) =

∑ P(Q ) −

Qi
отличаются

от

теоретических

тем,

i

что

рис. 4. Эмпирические законы распределения являются

случайными

функциями.

Роль

вероятности P (Qi ) в эмпирических законах играет доля значений Qi в общем объеме экспериментальных данных.

21

Рис. 3. Распределение вероятности результата измерения при дискретном отсчете

Рис. 4. Функция распределения вероятности результата измерения при дискретном отсчете Результат

измерения

при

непрерывном

вероятности p(Q) текущего значения

Q

отсчете

описывается

плотностью

(см. рис. 5) или функцией распределения

Q

вероятности F (Q) =

∫ p(Q)dQ

- см. рис. 6.

−∞

Эмпирические законы распределения - гистограмма

p(Q) =

m (см. рис. 7) nΔQ

эмпирическая функция распределения вероятности F (Q ) - рис. 8 - отличаются от

теоретических p (Q ) и F (Q ) тем, что являются случайными функциями. Роль плотности вероятности в эмпирических законах играет отношение доли значений Qi в интервале ΔQ к величине самого интервала (т - число значений Qi в интервале ΔQ ; п - общее число экспериментальных данных).

22

Рис. 5. Плотность вероятности результата измерения при непрерывном отсчете

Рис. 6. Функция распределения вероятности результата измерения при непрерывном отсчете

Рис. 7. Эмпирическая плотность вероятности результата измерения при непрерывном отсчёте.

23

Рис. 8. Эмпирическая функция распределения вероятности результата измерения при непрерывном отсчете 1.8. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РЕЗУЛЬТАТ ИЗМЕРЕНИЯ

Общая характеристика влияющих факторов может быть дана под разными углами

зрения: внешние и внутренние, случайные и неслучайные, последние - постоянные и меняющиеся во времени и т.д. а. Априорные факторы включают: а.1. Влияние на результат измерения качества и количества информации об измеряемом размере. Чем ее больше, чем выше ее качество - тем точнее результат измерения. Накопление априорной информации - один из путей повышения точности результатов измерений. а.2. Влияние того очевидного факта, что модель не может в точности соответствовать объекту. Например, длина металлического стержня, моделью которого служит правильный цилиндр, в разных точках концевых сечений отличается от длины образующей. Подобного рода обстоятельства выявляются при постановке любых измерительных задач. а.3. Влияние теоретических допущений и упрощений, лежащих в основе метода измерений. При взвешивании грузов, например, пренебрегают уменьшением веса гирь на величину выталкивающей силы по закону Архимеда, при электрических измерениях часто пренебрегают паразитными емкостями, индуктивностями и сопротивлениями подводящих проводов. Нередко метод измерений бывает основан на физической закономерности, но точно передаваемой аналитическим выражением, или на приближенной эмпирической формуле. Все это, естественно, сказывается на результате измерения. а.4. Влияние несовершенства измерительного инструмента или прибора, которое может быть как следствием некачественного его изготовления, так и результатом длительной

24

эксплуатации.

При

изготовлении

весов.

Например;

всегда

допускается

некоторая

неравноплечесть коромысла, полностью устранить которую путем регулировки не удается. Масса гирь при их серийном производстве отличается от номинала. Отметки шкал показывающих приборов не вполне точно соответствуют измеряемым значениям и т.д. В процессе эксплуатации происходит старение материалов, возникает износ механизмов и деталей, развиваются люфты, зазоры. случаются скрытые метрологические отказы (выходы метрологических характеристик за пределы установленных для них норм). Понятно, что результат измерения находится в прямой зависимости от этих факторов. б. В процессе измерения: б.1. Неправильная установка и подготовка к работе средств измерений, принцип действия которых в той или иной степени связан с механическим равновесием, приводит к искажению их показаний. К подобным средствам измерений, относятся равноплечие весы, приборы в конструкцию, которых входит маятник (например, испытательные машины с маятниковым силоизмерителем), приборы с подвешенной подвижной частью (например, гальванометры) и др. Многие из них для установки в правильное положение снабжаются уровнями (отвесами, ватерпасами). б.2. Влияние средства измерения на объект может до неузнаваемости изменить реальную картину. Например, при измерении ртутным термометром температуры жидкости в пробирке термодинамическое равновесие устанавливается при температуре, близкой к температуре ... термометра. Перераспределение токов и напряжений в электрических цепях при подключении электроизмерительных приборов иногда оказывает заметное влияние на результат измерения. Помещение первичного измерительного преобразователя в ламинарное течение делает его турбулентным и т.д. б.3...6. Влияние климатических (температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, атмосферное давление), электрических и магнитных (колебания силы электрического тока или напряжения в электрической сети, частоты переменного электрического тока, постоянные и переменные магнитные поля и др.), механических и акустических (вибрации, ударные нагрузки, сотрясения) факторов, а также ионизирующих излучений, газового состава атмосферы и т.п. принято относить к условиям измерений. Такие условия, влиянием которых на результат измерения можно пренебречь, называются нормальными. Им соответствуют номинальные значения влияющих физических величин.

На практике обеспечить номинальные значения влияющих величин бывает довольно сложно. Поэтому обычно устанавливают пределы нормальной области значений влияющих

25

величин, когда их влиянием на результат измерения можно пренебречь. Так, например,

нормальными условиями измерений во многих случаях считаются: температура (293 ±5) К; атмосферное давление (100±4) кПа; относительная влажность (65 ±15)%; напряжение в электрической цепи 220 В±10%. Если измерения выполняются за пределами нормальной области значений влияющих величин в так называемых рабочих условиях, то влияние условий измерений на результаты учитывается с помощью функций влияния. б.7. Случайные внешние помехи и внутренние шумы измерительных приборов оказывают непредсказуемое совместное влияние на результат измерения, вследствие чего он имеет стохастическую природу. б.8. Квалификация и психофизическое состояние персонала (или оператора), выполняющего измерение (знания, умения и навыки, сосредоточенность, внимательность, уравновешенность, добросовестность, самочувствие, острота зрения и многое другое), имеют большое значение. в. После измерения: в.1. От правильной обработки экспериментальных данных во многом зависит результат измерения. в.2. Технические, средства, используемые для обработки экспериментальных данных, не дают новой измерительной информации. Они лишь помогают с большим или меньшим успехом извлекать ее из экспериментальных данных и тем самым оказывают влияние на результат измерения. в.3. Неграмотные или безответственные действия персонала (оператора) при обработке экспериментальных данных могут свести на нет любые усилия, затраченные на их получение. Приведенная классификация далеко не исчерпывает всего многообразия факторов, влияющих на результат измерения. В целом можно сказать, что их действие проявляется в рассеянии

результата

измерения

(при

повторении

измерительной

процедуры

или

одновременном выполнении ее несколькими средствами измерений и (или) разными методами) и смещении центра рассеяния относительно значения измеряемого размера. Поэтому принимаются специальные меры, направленные на исключение влияющих факторов, их компенсацию и учет.

26

1.9. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

Измерения классифицируют по наиболее существенным признакам (рис. 9) /1/. По наличию размерности у измеряемой величины измерения можно разделить на абсолютные и относительные . Абсолютными

называют измерения, результат которых представляется в виде

определенного числа единиц данной физической величины. Относительные измерения — это измерения, результат которых представляется в

виде определенного числа относительных единиц. Относительные измерения при прочих равных условиях могут быть выполнены более точно, чем абсолютные, так как в суммарную погрешность не входит погрешность меры величины.

Рис. 9. Классификация измерений.

27

По наличию предварительного измерительного преобразования измерения можно разделить на: непосредственные, при которых величина измеряется без любых предварительных преобразований сравнением с выходной величиной меры, однородной с измеряемой; с

предварительным

преобразованием

при

которых

измеряемая

величина

предварительно преобразуется в величину, которая может быть воспроизведена с заданным размером и поддается сравнению. По мерности измеряемой величины измерения классифицируются на одномерные и многомерные

Измерить двумерную величину, уже значительно сложнее, чем одномерную, так как, например, при раздельном измерении вектора напряжения необходимо измерить раздельно активную Ua и реактивную Up составляющие. При измерении Ua необходимо избрать такой метод измерительного преобразования, чтобы выходная величина зависела только от u a , и не зависела от неинформативного параметра Up , а при измерении Up — наоборот. По характеру уравнений измерения подразделяются на прямые, косвенные, совместные и совокупные. Прямые

измерения

—

при

которых

искомое

значение

величин

находят

непосредственно из опытных данных. Например, длина измеряется непосредственно линейкой, масса—на равноплечих весах, э. д. с.— компенсацией компенсирующей известной э. д. с., ток — амперметром. При прямых измерениях уравнение измерения имеет вид

x n = E X / qx = N xqx . Косвенные измерения — при которых искомое значение величины находят на

основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям, которые называются аргументами. При косвенных измерениях уравнение измерения

x где y

N

= f ( y ; z ;...; a,b), N N

, z — результаты измерений аргументов; a, b N N

— постоянные коэффициенты.

Например, для определения плотности определяют значение аргументов — массы и объема — прямыми измерениями и на основании известной зависимости вычисляют искомую плотность:

28

b = m /v . N N N При автоматизированных косвенных измерениях все преобразования с величинамиаргументами

производятся

функциональными

автоматически.

операциями

Ранее

использовали

для

косвенных

различные

измерений

с

электромеханические

измерительные преобразователи (ИП). Ввиду известных недостатков этих устройств, в частности, инерционности, в настоящее время для косвенных измерений применяют высокоточные функциональные электронные ИП в интегральном исполнении в виде умножителей, интеграторов, делителей, логарифматоров, антилогарифматоров, а также микропроцессоры. При совместных и совокупных измерениях уравнение измерения

f ( X ;Y ; z ;v ; a;b;...) = 0; N N 1 1 f ( X ;Y ; z ;v ; a;b;...) = 0, 2 1 1 N N 1 1 где X , Y — измеряемые совокупно или совместно величины, однородные и разнородные; z

, v — величины, измеренные прямо или косвенно; N N

a, b — постоянные

величины. Совокупные измерения: при которых искомые значения нескольких одноимённых величин находят решением системы уравнений, получаемых при прямых измерениях различных сочетаний этих величин. Пример совокупных измерений — калибровка набора гирь. Значения масс рабочих гирь набора 1, 2, 3, 5 и 10 кг необходимо проверить, уточнить. При наличии равноплечих весов, одной образцовой гири с массой 1 кг и мелких гирь с массами x , x , x , x , x a b c d e

и др.

путем ряда совокупных измерений и решения совокупности линейных уравнений можно определить массы гирь набора x , x , x , x , x более точно. Произведем пять операций 1 2 3 5 10 уравновешивания равноплечих весов и получим следующие пять уравнений:

29

X = 1кг + x ; a 1 X = x + 1кг + x ; b 2 1 X = 1кг + x + x ; c 3 2 X = x + 1кг + x + x ; 5 1 3 d X = x + x + x + 1кг + x c 10 5 3 1

Из полученных пяти уравнений с пятью неизвестными определяем точные значения масс рабочих гирь данного набора. Вторым примером совокупных измерений является измерение

параметров

элементов

многополюсника

без

разрыва

цепи,

например

треугольника. Совместные измерения — производимые одновременно измерения двух или нескольких разноименных величин для нахождения зависимости между ними. Совместные измерения являются разновидностью измерения зависимостей. По соотношению между числом n измеряемых величин и числом уравнений измерения измерения удобно подразделить на неизбыточныв и избыточные, или множественные.

При

m = n

измерения

неизбыточные,

например

однократные

измерения, а при m > n — избыточные. Однократные измерения проводятся обычно том случае, если при данном эксперименте допускается погрешность измерения, достигающая удвоенного среднего квадратического отклонения (с. к. о.) случайной составляющей погрешности средства измерения. Множественные измерения выполняются для достижения более высокой точности. Показатели точности результата измерения в этом случае определяют путем обработки ряда полученных наблюдений. По способу осуществления избыточности множественные измерения можно подразделить на многократные и многоканальные. Избыточность измерений может быть осуществлена либо повторением измерений т раз, т. е. измерениями с многократными наблюдениями, либо разовым m-канальным измерением, либо их комбинацией. По изменчивости величины во времени измерения подразделяются на статические измерения, при которых измеряется неизменный во времени сигнал x (t) = const и динамические измерения, при которых обычно измеряется сигнал изменяющийся во времени, X

(t ) =

измерения

X (t) к динамическим характеристикам средств измерений предъявляются

var . При динамических

измерениях в зависимости от характера

30

соответствующие требования (ГОСТ 8.256—77). Теория и терминология динамических измерений находится в стадии быстрого развития. Динамические измерения являются разновидностью измерений зависимостей.

1.10. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЙ

Теория информации широко применяется в различных областях науки и техники, в том числе при анализе измерений и средств измерительной техники. Информационному анализу измерений посвящено большое количество отечественных исследований. В нашей стране инициатором применения теории информации в области измерительной техники был К. Б. Карандеев, который впервые дал определение понятия измерительной информации /1/. Информационная теория измерений в настоящее время находится в стадии развития. Многие вопросы еще являются предметом научного обсуждения. Однако уже сейчас очевидно, что применение теории информации дает возможность более полного анализа качества измерения и средств измерительной техники. Информационные методы и критерии успешно используются для оптимизации информационно-измерительных систем, анализа их пропускной способности и установления предельных метрологических возможностей средств измерений. Первоначально информация понималась как знания, сведения, сообщения о чем-либо. В настоящее время информация является основным понятием кибернетики — науки о способах и средствах получения, передачи, обработки и использования информации для управления. Информация — свойство материи, отличное от ее вещественных и энергетических свойств. Она неразрывно связана с категорией диалектического материализма — отражением и является содержательной характеристикой отражения. Высшие формы информации

характеризуют

отражение,

сопровождающее

процессы

познавательной

деятельности человека. Являясь свойством материи, информация может рассматриваться как величина. Сообщения, сведения, знания, обобщаемые понятием “информация”, могут характеризоваться

различными

аспектами:

объёмом,

новизной,

содержательностью,

важностью, полезностью, ценностью и т. п. Поэтому информация — сложное, многомерное свойство. В отличие от такой, например, многомерной величины, как объем, для которой существует жесткая функциональная связь с отдельными компонентами (геометрическими

31

размерами, длиной, шириной и высотой), взаимосвязь различных характеристик информации еще не установлена. Для того чтобы перейти к измерению информации в равноинтервальной шкале (как это было сделано, например, для температуры), необходимо установить функциональную взаимосвязь ее отдельных компонент либо связь с другими свойствами материи. Измерительная

информация

является

содержательной

характеристикой

измерительного отражения. Особенности измерительного отражения и, следовательно, измерительной информации вытекают из общего определения измерения. Наиболее существенные из них, связанные с природой измерительной информации, заключаются в том, что, во-первых, отражающий объект является числом, а отражаемый — эмпирическим и во-вторых, в способе отражения, а именно: отражение эмпирического объекта на числовой оси производится так, чтобы отношения между размерами измеряемой величины однозначно соответствовали отношениям между их числовыми значениями.

1.11. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕРЫ ИНФОРМАЦИИ

В теории знаков (семиотике) знаковые системы изучаются на трех •основных уровнях: синтаксическом, семантическом и прагматическом. В синтактике сообщения рассматриваются как символы, абстрагированные от содержания и какой-либо ценности. Предметом анализа при этом являются частота появления символов, т. е. знаков кода, связи между ними, порядок следования, правила построения выражений, при помощи которых могут формулироваться сообщения. Синтактике в естественном языке соответствует синтаксис. В семантике изучается содержание (смысл) символов-сообщений, т. е. отношение сообщений к тому, что они выражают. В прагматике символы-сообщения рассматриваются в их отношении к получателю. При этом учитываются такие характеристики сообщений, как важность, полезность, ценность, актуальность. Информативность сообщений может оцениваться на каждом из трех основных уровней семиотики. В настоящее время наиболее глубоко разработана задача синтаксической оценки информации. При синтаксическом анализе информация определяется как мера

уменьшения

неопределенности знаний о каком-либо предмете в познавательном процессе. Если H 1 —

32

исходная (априорная) неопределенность знания по данному вопросу, а H 2 — остаточная (апостериорная) неопределенность, характеризующая состояние знания после получения сообщения, то содержащаяся в этом сообщении информация определяется их разностью: I = H1 − H 2

Для оценки степени неопределенности знаний на синтаксическом уровне разработано большое количество различных математических мер. Рассмотрим только две из них: простейшую — логарифмическую меру, предложенную Р. Хартли, и вероятностную, называемую энтропией, которую предложил К.-Э. Шеннон. Здесь под термином “мера” подразумевается математическая мера в отличие от термина “метрологическая мера” (средство измерения). H = log 2 N

Рис. 10. Зависимость неопределенности, выраженной логарифмической мерой, от количества возможных значений величины N.

33

Рис. 11. Зависимость энтропии, выраженной вероятностной мерой, от исходных вероятностей Pi отдельных исходов опыта. Логарифмическая мера. Чем больше уровней N может иметь измеряемая величина,

тем труднее определить ее значение. Следовательно, исходная неопределенность возрастает с увеличением числа N . Исходную неопределенность знания (до выполнения измерения) можно характеризовать значением логарифмической функции от N (рис. 10): H1 = log a N . Неопределенность знания об истинном значении измеряемой величины после измерения можно также оценить значением логарифмической функции: H 2 = log a n где n — число возможных значений величины после измерения, характеризующее его погрешность. Тогда очевидно, что должно быть n < N , а n = 1 только в идеальном измерении, без погрешности. Тогда информация, полученная в результате измерения, I = H1 − H 2 = log a N − log a n = log a N / n Единица неопределенности и информации определяется выбором основания логарифмов a . При a = 2 она называется двоичной единицей информации (бит), при a = 10 — десятичной (дит), при a = e — натуральной (пит).

34

Ели число возможных значений измеряемой величины априори равно N = 1 , то это означает, что исходная неопределенность знания отсутствует и нет необходимости в измерении. В этом случае мера неопределенности дает значение H1 = log1 = 0 . Чем больше число N , тем больше возможностей выбора одного из значений, тем труднее сделать правильный выбор и, следовательно, больше неопределенность. Информация, получаемая в измерении, тем больше, чем больше уменьшается число возможных исходов, т. е. чем больше отношение N / n . Рассмотренная здесь простейшая мера неопределенности и информации была предложена Р. Хартли еще в 1928 г. Вероятностная мера. Если заданы исходные (априорные) вероятности-всех

возможных исходов опыта Pi

(i = 1, 2,..., N ) , такие, что

N

∑ P = 1, i =1

i

то исходную

неопределенность можно оценить более “тонкой” мерой. В случае, когда априорная вероятность некоторого k-го значения измеряемой величины приближается к 1, исходное знание характеризуется незначительной неопределенностью: можно почти с полной уверенностью ожидать, что в результате измерения будет получено именно это значение, а не какое-то другое из N

− 1 оставшихся, вероятности появления которых незначительны.

Чем более близкими будут вероятности P1i , тем труднее выбрать правильное значение, тем больше исходная неопределенность. Таким образом, мера неопределенности должна в данном случае учитывать вероятности отдельных возможных исходов. Этим интуитивно разумным требованиям, а также введенному выше требованию аддитивности отвечает предложенная

К.—Э.

Шенноном

вероятностная,

или

статистическая,

мера

неопределенности, которая описывается выражением N

N

i =1

i =1

H = −∑ Pi log Pi = ∑ H i , 1

где H i = − Pi log Pi По аналогии с термодинамической мерой неопределенности она получила название энтропии. Энтропия является суммой N слагаемых H i = − Pi log 2 Pi . Зависимость H i = f ( Pi ) представлена на рис. 11. Максимальное значение H i принимает в точке Pi

= 0,37 . С приближением Pi к 0

значения H i быстро уменьшаются, а в интервале Pi 0,2...0,6 они изменяются незначительно

35

и мало отличаются от максимального H max

=

f

(0,37) = 0,53 . При одинаковой

вероятности всех N значений N

H1 = −∑1 / N log1 / N = log N i =1

1.12. ИСХОДНАЯ ЭНТРОПИЯ ЗНАЧЕНИЙ НЕПРЕРЫВНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ДО ИЗМЕРЕНИЯ

Непрерывная (аналоговая) величина в любом заданном диапазоне X min ...X max имеет бесконечно большое (и несчетное) множество значений. Сумма бесконечно большого числа слагаемых H i = − Pi log Pi приводит к энтропии, равной бесконечности. Однако такая постановка задачи практически не имеет смысла. Дело в том, что любое измерение сопровождается погрешностью. Поэтому более правильной будет такая постановка задачи: определить энтропию знания о значении непрерывной величины, подлежащей измерению с конечной погрешностью Δp . При этом весь диапазон значений измеряемой величины можно разбить на N = ( X max − X min ) / Δ p участков. Если задана плотность вероятности значений величины) p ( x) , то вероятность того, что в результате измерения получится i-e значение, приближенно равна p ( xi )Δ p = Pi (рис. 12). Тогда энтропию можно найти, подставляя в общую формулу значения P i (i = 1,2,..., N ) N

H ( x) = −∑ p ( xi )Δ p log[ p ( xi )Δ p ] i =1

Переходя от суммы к интегралу, получаем: H(X ) = −

x max

∫ p( X ) log[ p( x)Δ

x min

так как Δ p = const , a

x max

полученном выражении h( x ) = −

∫ p( x) log p( x)dx

x min

]dx = −

∫ p( x) log p( x)dx − log Δ

p

x min

∫ p( x)dx = 1 (условие нормировки вероятностей). Первое слагаемое в

x min

x max

p

x max

36

называется

дифференциальной

энтропией.

Дифференциальная

энтропия

полностью

определяется плотностью вероятностей значений измеряемой величины и не зависит от погрешности различения этих значений Δ p . Поэтому все величины с одинаковым законом распределения характеризуются одной и той же дифференциальной энтропией. Вычислим дифференциальную и полную энтропии для двух наиболее часто встречающихся в измерительной практике распределений значений непрерывных величин — равномерного и нормального. Допустим, что все значения величины равновероятны в диапазоне от xmin до xmax (рис. 13). Дифференциальная энтропия в этом случае h = ( x) = −

x max

x max

x min

x min

∫ p( x) log p( x)dx = − ∫

1 1 log dx = log( xmax − xmin ) xmax − xmin xmax − xmin

Рис. 12. Нахождение вероятности Р отдельного значения случайной величины. а полная энтропия при заданной погрешности различения Δ p H ( X ) = h( x) − log Δ p = log( xmax − xmin ) / Δ p Для нормального закона (рис. 14) функция распределения аналитически выражается формулой p ( x) =

1

e

−

x2 2σ 2 ( X )

2π σ ( X ) где σ ( X ) — с. к. о. значений величины X.

37

Рис.13. Равномерное распределение значений случайной величины.

Рис. 14. Нормальное распределение значений случайной величины. Дифференциальная энтропия в этом случае +∞

+∞

1

h ( X ) = − ∫ p ( x ) log p ( x ) dx = − ∫ p ( x ) log( +∞

так как

∫ p( x)dx = 1 и

−∞

2πσ ( X )

−∞

−∞

+∞

∫x

2

e

−

x2 2σ 2 ( X )

)dx = log( 2πeσ ( X )),

p ( x)dx = σ 2 ( X )

−∞

Полная энтропия с учетом погрешности различения Δ p H ( X ) = h( X ) − log Δ p = log( 2πeσ ( x)) − log Δ p = log 2πeσ ( x) / Δ p .

1.13. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ

Погрешностью измерения называется отклонение значения величины от ее истинного значения Δ = xN − X . Так как истинное значение Х всегда неизвестно, то неизвестно и значение погрешности измерения Δ . Однако удовлетворяться значением xN без оценки погрешности или степени его приближения к X нельзя, так как при этом невозможно сравнивать

38

результаты различных измерений по их основному качеству — точности, определять погрешности косвенных и совместных измерений, анализировать погрешности средств измерений и т. д. В общем случае неизвестная величина X , значение этой величины, полученное при измерении

xN , и погрешность измерения

Δ

являются случайными величинами.

Погрешность измерения Δ наиболее полно описывается кривой распределения. Поэтому в наиболее важных случаях результат измерения характеризуется показателями точности в виде

кривых

распределения p (Δ) ,

по

которым

находят

доверительные

границы

погрешностей при различных заданных доверительных вероятностях. Распределение p (Δ ) является информативной характеристикой погрешности, его квантили предназначены для определения интервальных оценок погрешности; его статистические параметры — среднее значение (используется для внесения поправок) и с. к. о. (предназначено для суммирования, особенно при независимых погрешностях и для определения интервальных оценок при наличии информации о характере p (Δ) ). Систематизация погрешностей измерений

Погрешности измерений систематизируются по ряду признаков (рис. 16), которые определяют их основные особенности. По способу выражения погрешности разделяются на абсолютные и относительные.

Рис. 15. Систематизация погрешностей измерений Абсолютная, погрешность Δ равна разности xN − X , имеет размерность измеряемой величины, т. е. выражается в единицах измеряемой величины. Относительная погрешность δ

равна отношению абсолютной погрешности к

истинному значению измеряемой величины Δ / X и выражается в относительных единицах.

39

По характеру изменения погрешности подразделяются на систематические и случайные. Систематическая погрешность - составляющая погрешности измерения, которая при повторных измерениях одной и той же величины при неизменных условиях остается постоянной или

изменяется по известному закону. Случайная погрешность —

составляющая погрешности измерения, которая при повторных измерениях одной и той же величины изменяется случайным образом. По

месту

возникновения

погрешности

измерений

подразделяются

на

инструментальные и методические. Инструментальные погрешности возникают от несовершенства средств измерения: от нестабильности параметров схем механизмов приборов во времени, от подверженности их действию внешних и внутренних влияющих величин (температуры, влажности, излучений, напряжений источников питания, магнитных и электрических полей) и неинформативных параметров входных сигналов (частоты и др.). Методические погрешности возникают из-за несовершенства измерения как метода отражения, из-за несовершенства метода косвенного измерения, метода совокупного или совместного измерения, а также вследствие несоответствия модели измеряемой величины. Методическая погрешность измерения называется погрешностью, от квантования и возникает от несовершенства отражения непрерывного по размеру свойства прерывистым числом, т. е. от принципиальной ограниченности количества разрядов у числового значения измеряемой величины. Эта ограниченность практически выражается в ступенчатости изменения выходной величины многозначной меры. Погрешность от квантования можно снизить, уменьшив ступени квантования qk применяя избыточный метод

измерения,

например метод нониуса. Методическая погрешность от несовершенства метода косвенного измерения определяется допущенным несоответствием между действительной и используемой зависимостями между аргументами, т. е. величинами, значения которых определены методом прямых измерении, и косвенно измеряемой величины. Примером методической погрешности от несовершенства метода

косвенного

измерения

является

погрешность

при

косвенном

измерении

сопротивления по методу амперметра и вольтметра возникающая при пренебрежении их внутренними проводимостями или сопротивлениями. В этом случае аргументами, значения которых определяются методом прямых измерений, являются ток I и напряжение U. Косвенно измеряемое сопротивление определяется по формуле rN = U / I . Для схемы, показанной на рис. 16а, точная формула для определения rx

40

Рис. 16. К возникновению методической погрешности при косвенном измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра: а) при падении напряжения на амперметре U A << U ; б) при токе потребления вольтметра I U << I . r 'x =

U −U I

a

U a ⎞ ⎛ ≅ rN ⎜ 1 − ⎟; U ⎠ ⎝

а для схемы, показанной на рис. 16 б, U I ⎞ ⎛ ≅ rN ⎜1 + V ⎟ , I − IV I ⎠ ⎝ где U и I — показания соответственно вольтметра и амперметра; IV и U — соответственно r ' 'N =

ток потребления вольтметра и падение напряжения на амперметре. Сопротивление определяют по приближенной формуле rN = U N / I N , допуская методические погрешности метода косвенного измерения, которые равны ' Δ rмет = rN − rx' =

' Δrмет = rN − r ' x = −

rN U A UN

rN U V . IN

Примером погрешности от несовершенства метода косвенного измерения может также служить погрешность измерения количества бензина в баке самолета по уровню h.

41

Точная аналитическая зависимость h =

f

(Q) неизвестна и не линейна и если она

предполагается линейной, то в результате возникает методическая погрешность, причиной которой является использование при измерении приближенной зависимости h = KQ . Методическая погрешность от несоответствия модели. Свойства исследуемого

эмпирического объекта, т. е. измеряемые величины, являются параметрами математической модели объекта. Соответствие между измеряемыми величинами и параметрами модели объекта необходимо обеспечить с заданной точностью, в противном случае отражение утратит свою достоверность. Следовательно, перед измерением исследователь должен убедиться в том, что выбранная модель объекта и ее параметры действительно адекватны эмпирическому объекту и измеряемым величинам. Например, если объектом измерения является периодически изменяющееся электрическое напряжение, а моделью выбрана синусоидальная функция, то необходимо убедиться в том, что отклонение действительной формы кривой от синуса незначительно. Методическая погрешность от несоответствия модели должна быть оценена как одна из составляющих погрешностей измерения и должна быть меньше суммарной погрешности, в противном случае необходимо более адекватно определить модель и ее параметры. Методическая погрешность ^измерения статистических характеристик случайного сигнала возникает и проявляется в виде отклонения оценки математического ожидания по отношению к истинному значению и в виде отклонения оценки дисперсии от ее истинного значения — в результате конечности числа измерений мгновенных значений сигнала. Основные особенности погрешностей измерений

Для определения показателей точности измерения необходимо прежде всего изучить основные виды погрешностей измерений и их особенности. Абсолютная и относительная погрешность, точность и воспроизводимость измерения. Абсолютная погрешность выражена в единицах измеряемой величины и удобна

для

определения

недостоверных

разрядов

результата

измерения.

Однако

для

метрологической характеристики средств измерений с большим диапазоном измерения абсолютная погрешность менее удобна. Поэтому используют относительную погрешность, которая дает возможность непосредственно оценивать точность любого результата измерения во всем диапазоне данного средства измерения. Точность измерений определяется как качество измерений, отражающее близость полученного измеренного значения к истинному значению измеряемой величины.

42

Количественно точность принимается равной числу, обратному модулю относительной погрешности:

ε = xN / Δ = 1 / δ . При δ = 0,001 точность измерений равна 1000. Оценку точности В виде числового значения применяют редко. Понятие точности применяется обычно для качественной характеристики измерений при нескольких градациях: низкая точность, высокая точность и т. д. Воспроизводимостью измерений называют качество измерения, отражающее близость друг к другу его результатов, выполняемых в разное время, в различных местах и разными методами и средствами. Систематическая, составляющая погрешности и правильность измерений.

Систематическая погрешность измерения постоянна по размеру или изменяется по известному закону. С одной стороны, она характерна тем, что ее трудно обнаружить, особенно малую постоянную систематическую погрешность. Эта погрешность обнаруживается путем измерения величины несколькими независимыми методами с помощью измерительных преобразователей, основанных на различных физических явлениях, путем проверки прибора по образцовому прибору более высокой точности. Систематические погрешности, изменяющиеся по определенному закону, могут быть также обнаружены статистическими методами при помощи специальных статистических критериев. С другой стороны, систематическая погрешность характерна тем, что закон ее изменения известен и поэтому ее легче учесть в виде поправки или устранить одним из методов автоматической коррекции. Причины, вызывающие систематические погрешности на протяжении длительных промежутков времени, изменяются обычно по случайным законам, что приводит к соответствующему случайному изменению и систематической погрешности. Поэтому в общем случае и систематическая составляющая погрешности характеризуется плотностью распределения и с.к.о. Правильность измерений — это качество измерении, отражающее близость к нулю систематической погрешности в их результатах. Случайная составляющая погрешности и сходимость измерений. Если при

измерении величины в одинаковых условиях и при неизменном ее размере получают отличные друг от друга результаты, то это означает, что в результате измерения содержится

43

случайная погрешность. Случайные погрешности возникают вследствие одновременного действия многих известных и неизвестных, зависимых и независимых причин. Случайные погрешности непостоянны по абсолютному значению и по знаку. Характерное свойство случайных погрешностей, распределенных в большинстве случаев по симметричным законам, заключается в том, что число положительных и отрицательных значений случайных погрешностей, имеющих одинаковые абсолютные значения, при большом числе наблюдений примерно одинаково. Это позволяет путем осреднения результатов значительно повысить точность и достоверность результата измерений. Случайные погрешности изменяются по абсолютному значению и знаку случайно и обычно достаточно быстро, поэтому учесть их введением поправки невозможно. Основным способом повышения точности измерения в этом случае является многократное повторение наблюдений при постоянстве всех условии эксперимента и постоянстве значения измеряемой величины. При этом случайную погрешность уменьшают путем осреднения многократных неодновременных наблюдений или ряда одновременных наблюдений (x=const) при неизменных условиях измерения. Сходимость измерений—качество, отражающее близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях. Распределения случайных погрешностей В теории вероятностей, математической статистике и соответственно в теории погрешностей

применяются

понятия

“квантиль”,

“интерквантильный

промежуток”,

“доверительная вероятность”, “уровень значимости” “доверительные границы погрешности” и др. a % -ной квантилью Δ a % называется абсцисса закона распределения, слева от которой находится a % площади кривой распределения. Следовательно, вероятность Р того, что случайная величина Δ находится в диапазоне от - ∞ до Δ a % , равна а, т. е. P (−∞ < Δ < Δ a % ) = α / 100. Абсцисса медианы-вертикали, делящей площадь кривой распределения пополам, является 50% -ным квантилем Δ 50% . Интерквантильным промежутком называют разность между (100— а) %-ной и а %ной квантилями. Между вертикалями симметричного центрированного распределения, ограничивающими интерквантильный промежуток, находится (100—2а) % площади кривой распределения (рис. 17).

44

Доверительной вероятностью Pдов называют вероятность нахождения случайной величины Δ в допустимой зоне внутри доверительных границ Δ r1 и Δ r 2 : Pдов (Δ r1 < Δ < Δ r 2 ). Например, для симметричного централизованного распределения, если − Δ r = − Δ a % , а

Δ r = Δ (100−a )% , то Pдов (−Δ a % < Δ < Δ (100−a )% ) =

100 − 2a 100

Рис. 17. Графическое представление квантиля доверительного интервала и доверительной вероятности. Доверительную вероятность Pдов при заданных граничных значениях погрешности ± Δ г можно определить по известному значению с. к. о. для нормального распределения по

соответствующим таблицам (табл. 2) Pдов (− z r < Z < + z r ) = 2Ф( z r ) ,

где

45

zr = Δ r / σ .

Если вид распределения известен, то в некоторых случаях доверительную вероятность при известных σ и Δ можно определить из неравенства Кампа — Мейделя: Pдов ( Δ < Δ r ) >= zσ ≥= 1 − Уровнем значимости a = 1 − a

4σ 2 . 9Δ r

называют вероятность того, что случайная

величиа Х находится в интервале между а %-ной квантилью и + ∞ . Уровнем значимости характеризуют критическую область. Если найденная оценка оказывается в критической области, то данная гипотеза не принимается. При завышении уровня значимости может быть отвергнута правильная, а при занижении принята неверная гипотеза. Поэтому уровень значимости обычно принимают в диапазоне 10...2,5 %. Модой является значение величины, плотность вероятности которой максимальна. Распределение с одним максимальным значением называется одномодальным, с двумя — двухмодальным и т. д. Распределения, в средней части которых расположен не максимум, а минимум,

называются

погрешностей.

антимодальными.

Рассмотрим

некоторые

распределения

46

z

Δ 1 r −r 2 / 2 е dz( zr = r ) Таблица 4. Значения интеграла Pдов ( zr ) = ∫ σ 2π 0 zг

Pдов ( z г )

zг

Pдов ( z г )

zг

Pдов ( z г )

zг

Pдов ( z г )

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,32 0,33 0,35 0,37 0,39 0,41 0,43 0,45 0,47 0,49 0,51 0,53 0,57 0,59 0,61 0,63 0,65

0,0000 0,0080 0,0160 0,0239 0,0319 0,0398 0,0478 0,0557 0,0636 0,0714 0,0793 0,0871 0,0948 0,1026 0,1103 0,1179 0,1255 0,1293 0,1368 0,1443 0,1517 0,1591 0,1664 0,1736 0,1808 0,1879 0,1950 0,2019 0,2157 0,2224 0,2291 0,2357 0,2422

0,66 0,68 0,70 0,72 0,74 0,76 0,78 0,80 0,82 0,84 0,86 0,88 0,90 0,92 0,94 0,96 0,98 0,99 1,01 1,03 1,05 1,07 1,09 1,11 1,13 1,15 1,17 1,19 1,23 1,25 1,27 1,29 1,31

0,2454 0,2517 0,2580 0,2642 0,2703 0,2764 0,2823 0,2881 0,2939 0,2995 0,3051 0,3106 0,3159 0,3212 0,3264 0,3315 0,3365 0,3389 0,3438 0,3485 0,3531 0,3577 0,3621 0,3665 0,3708 0,3749 0,3790 0,3830 0,3907 0,3944 0,3980 0,4015 0,4049

1,32 1,34 1,36 1,38 1,40 1,42 1,44 1,46 1,48 1,50 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 1,64 1,66 1,68 1,70 1,72 1,74 1,76 1,78 1.80 1,82 1,84 1,86 1,90 1,92 1,94 1,96 1,98

0,4066 0,4099 0,4131 0,4162 0,4192 0,4222 0,4251 0,4279 0,4306 0,4332 0,4357 0,4382 0,4406 0,4429 0,4452 0,4474 0,4495 0,4515 0,4535 0,4554 0,4573 0,4591 0,4608 0,4625 0,4641 0,4656 0,4671 0,4688 0,4713 0,4726 0,4728 0,4750 0,4761

2,00 2,04 2,08 2,12 2,16 2,20 2,24 2,28 2,32 2,36 2,40 2,44 2,48 2,52 2,56 2,60 2,64 2,68 2,72 2,76 2,80 2,84 2,88 2,92 2,96 3,00 3,40 3,80 5,00

0,4772 0,4793 0,4812 0,4830 0,4846 0,4861 0,4875 0,4887 0,4898 0,4909 0,4918 0,4927 0,4934 0,4941 0,4948 0,4953 0,4959 0,4963 0,4967 0,4971 0,4974 0,4977 0,4980 0,4982 0,4985 0,49865 0,49966 0,49928 0,5

47

48

Рис. 18. Распределения вероятности погрешностей: а – равномерное симметричное; б – равномерное, несимметричное; в – нормальное; г – двухмодальное; д – треугольное; е – экспоненциальное; ж – Релея; з – арксинусоидальное. При равномерном центрированном распределении все значения случайных

погрешностей распределены внутри интервала с одинаковой плотностью вероятности (рис. 18 а) ⎧ 0при Δ > Δ пр ⎪ P (Δ )⎨ 1 ⎪ 2Δ при − Δ пр ≤ Δ ≤ Δ пр ⎩ пр

49

Так распределены погрешности: от трения в опорах стрелочных приборов; округления из-за наличия порога чувствительности; температурная при симметричных равновероятных изменениях температуры, не исключенные остатки систематической; квантования при введении поправки. Равномерный закон со смещением 0,5 Δ пр (18 б) выражается следующей формулой:

⎧ 0приΔ < 0иΔ > Δ пр ⎪ p(Δ ) = ⎨ 1 при 0 < Δ ≤ Δ пр ⎪ Δ пр ⎩

Таким образом распределены такие погрешности: от равномерного изменения напряжения источника питания, например изменение рабочего тока потенциометра от разряда батареи; от разогрева аппаратуры за короткое время; от несовершенства изоляции; от квантования. Нормальное распределение обладает двумя свойствами: симметрии и монотонного

убывания плотности вероятности. Если случайная погрешность является композицией более четырех случайных, независимых и равновеликих погрешностей, то приближенно она подчиняется нормальному закону, независимо от распределений составляющих. Погрешности измерения обычно состоят из нескольких случайных и независимых составляющих и поэтому в большинстве случаев распределены нормально. Нормальное распределение центрированной случайной величины при M

(Δ )

= 0

(рис. 18в) является одномодальным и описывается

p (Δ ) =

1 2π σ ( Δ )

e

−

Δ2 2σ 2

,

где σ (Δ) - с. к. о. случайной величины Δ нормального распределения. Нормированная форма получается при σ = 1, после подстановки Δ = σ z : z2

p( z ) =

1 −2 e 2π

50

Рассмотрим характерные особенности нормального центрированного распределения. 1. Мода нормального распределения равна

1 2π σ (Δ )

.

Чем меньше σ , тем выше,

острее распределение, и наоборот. 2. В точке Δ = σ (Δ ) .

p (Δ) = где

Δэ

1 1 = 2πeσ ( Δ ) Δ э

— энтропийное значение погрешности, равное половине ширины размаха

равномерного симметричного распределения, вызывающего такое же дезинформативное действие, как и данное. 3. Между вертикалями, проведенными через квантили Δ 25% = 2 / 3σ и Δ 75% = +2 / 3σ , находится половина

площади

распределения. Значение

Δ 25% = Δ 75% = Δ в ,

симметричного распределения называется вероятной погрешностью, для

Δ в = 2 / 3σ

для .

4. Между вертикалями, проведенными через квантили Δ 2,5% = −2σ и Δ 97 ,5% = +2σ находится 95 % площади, а вне их — остальные 5 %. 5. Между вертикалями, проведенными через квантили Δ 0,15% = −3σ и Δ 99,85% = +3σ находится 99,7 % площади, а вне их — остальные 0,3 %. Нормально распределены многие погрешности, в частности от тепловых шумов, изза кратковременной нестабильности параметров звеньев, суммарная при большом числе независимых и равновеликих составляющих, подгонки резисторов и конденсаторов (по усеченному нормальному) и др. Двухмодальное распределение характерно, например, для отклонений от номинала у

массовых изделий — конденсаторов, резисторов, которые разбраковываются на классы. Если для первого класса отклонения нормированы в диапазоне ±1 %, а для второго — ±2 %, то, естественно, что в кривой распределения плотности вероятности отклонений резисторов, оставшихся после отбора первого класса, в диапазоне ±1 % будет провал (рис. 4.4, е). Если затем отобрать и резисторы второго класса с отклонениями ±2 %, то они будут иметь двухмодальное распределение. Если границы первого и второго классов сближать, то в пределе получится распределение в виде двух симметричных значений ±1,5 %, т. е. дискретное двухзначное распределение. Можно отметить, что таким распределением

51

обладает, например, погрешность от механического люфта в передаче при знакопеременном движении. Треугольное распределение (Симпсона) аналитически выражается формулой Стокса

(рис. 18 д): p(Δ) =

1 ⎛⎜ Δ ⎞⎟ 1− . Δ пр ⎜⎝ Δ пр ⎟⎠

По Симпсону распределены следующие погрешности: суммарная измерения длин, углов по разности двух округленных отсчётов при распределении их погрешностей по равномерному закону; измерения методом замещения по двум отсчетам; суммарная от квантования интервала времени при равномерных несимметричных распределениях ее двух составляющих. Арксинусоидальный закон можно записать так: p(Δ) =

1 ⎛Δ⎞ πa 1 − ⎜ ⎟ ⎝a⎠

2

,

где Δ = a sin ϕ : ϕ — равномерно распределенная случайная величина. По этому закону (рис. 18 з) распределены погрешности от синусоидальных наводок, опрокидывания показывающих приборов с опорами на кернах. Случайные погрешности иногда распределяются экспоненциально (рис. 18 е) p (Δ ) = 1 / Ae

−

Δ A

;

по закону Релея (рис. 18 ж)

Δ

Δ − 2 p(Δ) = 2 e r . r

1.14. СТАНДАРТИЗАЦИЯ И АТТЕСТАЦИЯ МЕТОДИК ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ

В настоящее время все в большей степени преобладают не разовые прямые измерения, а сложные, многократные, например косвенные, при которых точность и

52

достоверность результатов зависит не только от совершенства средств измерений, но в значительной мере и от правильности методики их выполнения. Методикой выполнения измерений называют совокупность требований к методам, средствам, способам подготовки измерений и обработки результатов наблюдений, которые при данных условиях обеспечивают заданные показатели точности результата измерения. Соблюдение всех требований этой методики настолько существенно влияет на результат измерения, что возникла необходимость в ее регламентации. Регламентация методик выполнения измерений устанавливается ГОСТ 8.010—72 ГСИ. Общие требования к стандартизации и аттестации методик выполнения измерений”. Стандарт устанавливает общие требования к стандартизации и аттестации методик измерения, точность которых регламентируется государственными стандартами и другими нормативными документами. Это означает, что измерения, точность которых установлена вышеупомянутыми

документами, должны выполняться

по стандартизованным

или

аттестованным методикам, так .как только в этом случае может быть гарантирована заданная точность измерения. ГОСТ 8.010—72 предусматривает две формы регламентации методик выполнения измерений: стандартизацию и аттестацию, соответственно методики выполнения измерения устанавливаются стандартами (государственными либо отраслевыми) или аттестатами. Поверка и утверждение методик выполнения особо точных измерений производится метрологическими организациями Госстандарта, а методик технологических измерения при испытаниях и контроле изделий — ведомственными метрологическими службами. В стандарте и аттестате на методику выполнения измерений в основном указывают: область применения данной методики; требования к средствам измерений и вспомогательным устройствам; метод измерений; порядок подготовки и выполнения измерений; условия измерений и диапазоны значений влияющих величин; показатели точности результата измерения и зависимости их от влияющих величин (в аттестате указываются численные значения показателей точности согласно ГОСТ 8.011— 72); способы обработки результатов измерений (в аттестате не указываются); степень квалификации операторов; мери по технике безопасности.

53

Измерения по стандартизованным методикам должны выполняться средствами, которые прошли государственные испытания "согласно ГОСТ 8.001—72, а при измерениях по аттестованным методикам метрологические характеристики средств измерений могут быть определены непосредственно в процессе метрологической аттестации методики, т. е. в процессе ее поверки. Метрологической аттестацией методики выполнения измерений называются

исследования, при которых определяются значения показателей точности измерения по данной методике.

1.15. ПЕРЕДАЧА РАЗМЕРОВ ЕДИНИЦ ВЕЛИЧИН ОТ ЭТАЛОНОВ К ОБРАЗЦОВЫМ РАБОЧИМ СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ.

Высокая точность эталона бесполезна, если ее нельзя передать образцовым и рабочим средствам измерений. Поэтому метрологической службой страны предусмотрена многоступенчатая система передачи размера единицы каждой величины к рабочим средствам измерений. Эта система изображается в виде поверочной схемы, представляющей собой документ, которым устанавливаются средства, методы и точность передачи размера единицы данной величины от эталона или исходного образцового СИ рабочим средствам измерений. Поверочные схемы изображаются в виде последовательной ветвящейся диаграммы, каждая ступень которой соответствует передаче размера единицы физической величины между эталонами или образцовыми средствами измерений. Государственную поверочную схему возглавляет СИ наивысшей точности — Государственный первичный эталон единицы физической величины. Поверочная схема регламентирует порядок и точность передачи единиц, методы и средства поверки. При передаче происходит поверка данного средства измерений соответствующим средством измерений более высокого класса точности. Поверкой называется определение погрешностей средства измерений и установление

его пригодности к использованию. Для поверки мер используются следующие методы: 1) сличение при помощи компаратора путем сравнения выходной величины меры и эталона или образцовой меры для определения систематических погрешностей;

54

2)

прямое

измерение

величины,

воспроизводимой

поверяемой

мерой,

измерительным прибором более высокого класса точности; 3) косвенное измерение; 4) калибровка набора мер посредством совокупных измерений. Для поверки измерительных приборов используются следующие методы: 1. Непосредственное сличение показаний поверяемого и образцового измерительных приборов производится при измерении ими одной и той же величины, при этом погрешность поверяемого прибора принимается равной разности их показаний. Возможны два варианта этого метода, когда значения величины устанавливаются по числовым отметкам образцового или поверяемого прибора. Первый вариант удобен для поверки многих приборов одновременно, для автоматической поверки. Второй вариант удобен тем, что погрешность поверяемого прибора определяется с большей точностью по шкале образцового прибора с большим числом делений. 2. Использование меры более точной, чем поверяемый прибор. Выходная величина меры, значение которой устанавливается по входному коду меры, подается на вход поверяемого прибора, при этом погрешность прибора принимается равной разности показания прибора и значения выходной величины меры . 1.16. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ МНОГОКРАТНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ

Как в профессиональной деятельности, так и в быту каждый человек для достижения тех или иных целей стремится принимать “самые эффективные” решения, которые бы приводили к наилучшему результату, исходя из поставленных целей и имеющихся для этого средств. Такие решения называются оптимальными. Для эффективного функционирования органов внутренних дел требуется качественная информация

о

состоянии

преступности,

которая

должна

определенным

образом

обрабатываться для получения выводов и рекомендаций. Социально-демографические, уголовно-правовые и иные характеристики лиц, совершивших преступление, носят случайный характер, а изучением закономерностей случайных процессов занимается математическая статистика. При изучении случайных процессов необходимо решить ряд задач. Первая такая задача заключается в нахождении приближенного выражения для функции распределения или плотности вероятности по эмпирическому материалу и в выводе способа получения нескольких рационально выбранных числовых характеристик всей совокупности этих характеристик, которые дали бы представление о всей совокупности. С

55

этой задачей тесно связана вторая: найти вероятность того, что случайно выбранный обьект совокупности имеет значение величины в заданных границах. Этими задачами можно было бы ограничиться, если бы эмпирическая совокупность содержала все обьекты исследуемого типа; такие полные совокупности называют генеральными. Простейший пример генеральной совокупности - материалы переписи населения, в которых имеются сведения о всех гражданах.

В

обычных

задачах

известна

совокупность,

представляющая

выборку

существующей, генеральной совокупности, только часть которой удалось обнаружить наблюдениями. Если одни обьекты генеральной совокупности чисто случайно попадают в результаты наблюдений, а другие не попадают, то мы имеем случайную выборку из генеральной совокупности. В целом ряде задач обьекты генеральной совокупности не все попадают в статистический материал не по случайным причинам, а потому, что нет возможности выделить у них тот признак, по которому подобрана совокупность. В таких случаях говорят, что совокупность есть результат селекции. Если для выборочной совокупности полностью решены первые две задачи, то возникает третья задача: выяснить, в какой мере полученные числовые параметры выборочной совокупности описывают генеральную совокупность. Мы ограничимся рассмотрением вопроса о том как разработать способы получения нескольких чисел, которые можно было бы считать достаточно полно описывающими данную статистическую совокупность. Для определения результата измерения и его записи на начальном этапе данные представляют в виде несгруппированного ряда: осуществляется обычное упорядочивание количественных оценок от минимальной до максимальной или наоборот. Следующий этап распределение частот. Этот этап в большинстве задач можно пропустить и приступить к представлению информации в виде сгруппированных частот. Для этого определяется или выбирается число интервалов в каждом из которых все попадающие в них значения наблюдений считаются равными друг другу. Шаг интервала определяется из выражения: h=

x max − x min , k

где x max и x min -соответственно максимальное и минимальное значение измеряемой величины k - число интервалов. Определив середины интервалов и взяв полученные значения в качестве вариант, получаем последовательность равноотстоящих вариант.

56

Для наглядности строят различные графики статистического распределения выборки, например полигон и гистограмму. Полигоном частот, называют ломанную, отрезки которой соединяют значения вариант выборки на соответствующих им частотах. Гистограммой частот называют ступенчатую фигуру, состоящую из прямоугольников, основаниями которых служат интервалы частот, а высоты определяются количеством значений измеряемой величины, попадающих в соответствующий интервал. Гистограммой относительных частот называют ступенчатую фигуру, состоящую из прямоугольников основанием которых служат интервалы частот, а высотой - частоты выпадения значений измеряемой величины в данном интервале частот. Для анализа статистической информации используются следующие количественные характеристики: среднее арифметическое, среднее геометрическое, медиана, мода, дисперсия среднее квадратическое отклонение. Такие статистические оценки называют точечными. Среднее арифметическое определяется из выражения: n

x=

∑x i =1

i

n

,

где xi - значения наблюдений измеряемой величины, n - общее число наблюдений,

среднее геометрическое (используется для изучения динамики явлений), определяется из выражения: x г = n x1n1 x 2n2 ...x mnm ,

где ni - частоты выпадения измеряемой величины в соответствующем интервале, k

∑n i =1

i

= n.

Медианой Me называют варианту, которая делит поровну вариационный ряд. Модой Mo называют варианту, которая имеет максимальную частоту в вариационном ряду. Дисперсия

измеряемой

величины

характеризует

меру

рассеяния

наблюдений относительно средневзвешенного и определяется по формуле:

∑ (x i =n

Dн =

i =1

i

−x

n

)

2

.

результатов

57

При большом числе наблюдений такая оценка дисперсии является состоятельной. При малом числе наблюдений - смещенной, т.к. ее математическое ожидание не равно дисперсии генеральной совокупности Dн , а меньше Dн на Dн / n . Для устранения смещенности оценку дисперсии умножают на поправочный множитель Бесселя. Тогда выражение для дисперсии перепишется в виде:

∑ (x i =n

Dн =

i =1

−x

i

)

2

.

n −1

Состоятельная и несмещенная оценка СКО результатов наблюдений определится из выражения:

∑ (x i =n

σн = Mк

i =1

i

−x

)

2

,

n −1

где M к - коэффициент, зависящий от числа наблюдений. При числе наблюдений меньшем 60 значение M к больше 1 и определяется из таблиц. Оценка СКО результата измерения определяется по формуле:

∑ (x i =n

σи = Mк

i =1

i

−x

n(n − 1)

)

2

.

Точечные оценки результатов наблюдений необходимы прежде всего для того, чтобы записать результат измерения в виде x = x ± Δα ,

где Δ α - доверительный интервал, в который попадает значение измеряемой величины при заданном уровне значимости α . Доверительный интервал определяется из выражения: Δ α = tα σ и , где

tα - коэффициент Стьюдента, определяемый из таблиц по числу наблюдений n и

уровню значимости α .

58

1.17. МЕТОД ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК

(ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА) Материально-техническое обеспечение занятия:

1. Персональный компьютер для каждого курсанта. 2. Стандартное программное обеспечение ПК: операционная система Windows 9x, табличный процессор MS Excel. 3. Доска. 4. Рекомендованная литература из расчета один учебник на двух курсантов. Конспекты лекций и практических занятий. 5. Раздаточный материал со списком задач для самостоятельного решения по теме.

Применение электронных таблиц для обработки экспериментальных данных

Преподаватель предлагает слушателям выступить в качестве экспертов (средств измерений) и оценить количественно какое либо качество. Например, такое качество как полезность соков. Слушатели диктуют названия соков (не более десяти), преподаватель записывает их на доске в столбец, а слушатели в журнал лабораторных работ. Затем слушатели (каждый самостоятельно) оценивают полезность соков, при этом самый полезный имеет ранг 10, наименее полезный – ранг 1. После чего слушатели диктуют свои оценки и преподаватель записывает их на доске, создавая, таким образом, матрицу рангов. Важным эмоциональным моментом в проведении такого опроса является то, что преподаватель обращается к каждому слушателю и мнение каждого слушателя оказывается учтенным и фиксируется на доске и в журналах лабораторных работ. Далее слушатели

каждый самостоятельно с помощью табличного процессора обрабатывают полученную матрицу рангов, оценивают полезность соков количественно, определяют коэффициент конкордации, делают вывод по лабораторной работе. В итоге на экране ПК у каждого слушателя имеется электронная таблица подобная таблице 5. В раздаточном материале присутствует приложение и помогает правильно и быстро выполнить лабораторную работу.

59

Таблица 5 Таблица мнений экспертов №

оценка эксперта

весовые

откл.от

квадрат

коэфф.

средн. арифм.

откл. от ср.ариф

объекта.

экспертизы

1-го 1 2 3 4 5 6 7

2-го 4 3 2 6 1 5 7

3-го 6 3 2 5 1 4 7

4-го 4 2 1 6 3 5 7

5-го 4 3 2 5 1 6 7

сумма рангов 3 4 2 6 1 5 7

21 15 9 28 7 25 35 сумма рангов=140

0,15 0,11 0,06 0,20 0,05 0,18 0,25 1

1 -5 -11 8 -13 5 15

1 25 121 64 169 25 225 S=630

среднее значение =20 Коэффициент. конкордации =0,9

После этапа “обучения” преподаватель контролирует степень умений и навыков приобретенных слушателями. Им предлагается задача для самостоятельного решения. По

изложенной

методике

оценить

качество

преподавания

различных

дисциплин

преподавателями, проводившими занятия в группе. В результате выполнения этого задания слушатели выясняют, что коэффициент конкордации не просто низок, а очень низок и его значение составляет от группы к группе 0,2-0,6. Этот факт позволяет сделать вывод о том, что слушатели не могут быть использованы при оценке качества преподавания. Вывод записывается в журнал лабораторных работ.

Приложение

Основные термины и понятия к лабораторной работе

1.

Краткие сведения о квалиметрии.

Большинство реальных объектов познания обладает таким многообразием свойств, что получить количественную информацию о каждом из них невозможно. Как правило, это и не нужно. С помощью средств измерений получают количественную информацию о наиболее существенных свойствах объектов. Первоначально эта информация содержится в отклике средств измерений на входное воздействие. Измерительная информация позволяет

60

сформировать модель объекта - упрощенное представление о нем на основе количественных данных о наиболее существенных свойствах. Чем большее число свойств учитывается, чем точнее количественная информация о них, тем полнее модель отражает реальный объект. Во избежание лишних измерительных процедур качественное представление о модели

объекта

(номенклатура

свойств,

представляющих

интерес)

должно

быть

сформировано заранее (apriori). Измерительные задачи состоят в получении конкретных количественных данных. Модели объектов служат отражением реальности в нашем сознании. Роль измерений в теории отражения является определяющей. Любое свойство может проявляться в большей или меньшей степени, т.е. имеет количественную характеристику. Следовательно, любое свойство может быть измерено. Особо следует подчеркнуть возможность измерений в нематериальной сфере. К ним относятся, например, измерения красоты, неопределенности, качества и др. “Всякое качество имеет бесконечно много количественных градаций” (Фридрих Энгельс, “Диалектика природы”) и, следовательно, может быть измерено. Раздел метрологии, посвященный измерению качества, называется КВАЛИМЕТРИЕЙ /4/. Каждое свойство может быть охарактеризовано по-разному. Свойство нагретости тел, например, может характеризоваться средней скоростью теплового движения молекул, а может термодинамической температурой. Свойство пространственной протяженности можно характеризовать расстоянием между двумя точками пространства, а можно - углом между направлениями на них из точки наблюдения. Неопределенность числового значения случайной величины характеризуется энтропией или доверительным интервалом при выбранной доверительной вероятности и т.д. Понятно, что для удобства общения и обеспечения единства измерений все должны пользоваться одинаковыми характеристиками. Их называют мерами. Согласованные меры узакониваются соглашениями. В физике и ее технических приложениях меры получили название физических величин. К ним относятся длина, сила, масса, давление, время, скорость и др. В экономике мерами служат экономические показатели. Это стоимость, прибыль, цена, затраты и т.д. В квалиметрии меры называются показателями качества. Квалиметрия - раздел метрологии, изучающий вопросы измерения качества. Мерами свойств определяющих качество, служат показатели качества. Экспертный метод измерения показателей качества применяется тогда, когда использование технических средств

61

измерений невозможно, сложно или экономически неоправдано. Экспертами используются все измерительные шкалы, но чаще всего шкалы порядка и интервалов. В органолептическом методе измерения в качестве первичных измерительных преобразователей используются органы чувств экспертов - зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса. Широкое распространение органолептический метод получил в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности. Социологический метод измерения показателей качества строится на массовых опросах населения или отдельных его социальных групп, члены которых тем самым выступают в качестве экспертов. Опрос может проводится в виде анкетирования, интервьюирования, голосования. Этот метод требует научно обоснованных систем сбора и обработки информации, предполагающих широкое применение средств автоматики и вычислительной техники. В квалиметрии экспертный метод применяется для измерения показателей качества; для определения значений весовых коэффициентов. Однако, он применяется и при измерении физических величин, в медицине (консилиумы), в искусстве (жюри), в социальнополитической сфере (референдумы) в государственном и хозяйственном управлении (коллегиальность). Независимо от целей и задач применение экспертного метода предполагает соблюдение следующих условий: - экспертная оценка должна производиться только в том случае, когда нельзя использовать для решения вопроса более обьективные методы; -в работе экспертной комиссии не должно быть факторов, которые могли бы влиять на искренность суждений экспертов; -мнения экспертов должны быть независимыми; - вопросы, поставленные перед экспертами, не должны допускать различного толкования; - эксперты должны быть компетентны в решаемых вопросах; - количество экспертов должно быть оптимальным; - ответы экспертов должны быть однозначными и обеспечивать возможность их математической обработки.

Обработка экспериментальных данных, полученных экспертным методом.

62

В данном случае эксперты выступают в качестве средств измерений. Результат измерения представляется ранжированным рядом. Он имеет смысл тогда, когда несколько обьектов экспертизы можно рассматривать как один составной обьект той же природы. Обычно порядок действий следующий. 1. Обьекты экспертизы располагаются в порядке их предпочтения (ранжирование). Место, занятое в ряду называется рангом. 2. В результате попарного сравнения каждый эксперт располагает обьекты экспертизы в порядке возрастания их качества. 3. Каждому обьекту (при упрощенном подходе) присваивается балл в порядке возрастания качества, начиная с 1. 4. Мнения всех экспертов сводятся в таблицу. 5. Определяют общую сумму баллов. 6. Полученные результаты измерений нормируют, после чего их сумма становится равной 1. 7. Значения коээффицентов расчитывают по формуле n

gj =

∑G

i =1 n ,m

∑G i =1 j =1

i, j

i, j

где n - количество экспертов; m - число взвешиваемых показателей;

Gi, j

- коэффициент весомости j - го показателя в баллах, данный i - м экспертом.

Пример. Мнения пяти экспертов по семи обьектам экспертизы выражены следующим образом: первый эксперт

Q5
второй эксперт

Q5
третий эксперт

Q3
четвертый эксперт Q5
Q5
По сумме рангов каждого обьекта экспертизы строим ранжированный ряд, являющийся результатом измерения. Для чего определяем весомость членов ряда по сумме рангов пользуясь EXСEL.

63

Лучшим считается обьект с максимальным весовым коэффициентом. Оценка качественного состава экспертной комиссии (коэффициент конкордации).

Очевидно,

что

высококвалифицированными,

экспертиза вполне

должна

компетентными

проводится и

опытными

грамотно, специалистами.

Необходимо их специальное предварительное обучение и инструктаж. Согласованность мнений экспертов определяют по коэффициенту конкордации

W=

12 * S , n * ( m 3 − m) 2

где S -сумма квадратов отклонений суммы рангов каждого обьекта экспертизы от среднего арифметического ранга. Среднее арифметическое рангов определим как n ,m

∑G i =1

A=

i, j

j =1

m

Значение S

получим также пользуясь электронной таблицей, набрав формулу в

соответствующей ячейке и просуммировав столбец. После чего в выбранной ячейке определяем коэффициент конкордации. С помощью мастера диаграмм строим диаграмму рангов.

64

Ты инженер и истины искатель, И пионер нехоженных путей. Задачи ставить и решатьПризвание твое изобретатель. Изобретатели! Дары мечты Похожи на поэзии труды. Очарованье…, прелесть новизны: Для пользы здесь, а там для красоты И важно нам все время помнить Машина вынуждает экономить: Энергию, железо, нормочас… В сонете экономлю я строку, И также тихой ночью я не сплю, И также кофе ставлю я на газ. В. Владов

2. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС И ЧЕЛОВЕК 2.1. ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО О ТЕХНИЧЕСКОМ ПРОГРЕССЕ

Изобретатель — это профессия или увлечение? В справочниках такой профессии нет. Но почти в каждом из нас есть эта способность - изобретательность. Проявляется она с самого раннего детства. Выстроить крепость из кубиков, собрать модель из элементов конструктора, перебраться через ручей в походе — при решении этих и многих других задач на помощь приходит изобретательность. С возрастом число и трудность таких задач увеличиваются, и, на первый взгляд, уже сама жизнь формирует в каждом из нас изобретателя. Но это, к сожалению, не совсем так. Ведь чем больше окружает нас различных бытовых удобств, тем реже приходится включать свое воображение. Тут можно позавидовать музыкантам, художникам — людям творческих профессий, постоянно мобилизующим себя на поиск новых решений. Но и окружающая нас техника не стоит на месте. Морально устаревая с каждым днем, она требует постоянного творческого вмешательства массы людей: рабочих и инженеров, техников и ученых. Ведь в основе технического прогресса лежит неудовлетворенность каждого из нас достигнутым на сегодня уровнем техники — станков и инструментов, приборов и механизмов, бытовой техники и спортивного инвентаря. А усовершенствовать их может почти каждый. Постигая и преобразуя окружающий мир, человек, может выступать в различных видах творческой деятельности. Первый — открытие. Открытием признается установление

65

неизвестных ранее объективно-существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, это, безусловно, удел ученых, вносящих коренные изменения в уровень познания.

Они

направленной

появляются на

решение

в

результате

конкретной

научно-исследовательской

научной

проблемы.

деятельности,

Правда,

конкретная

направленность на ожидаемый результат - это, скорее характерный признак сегодняшнего дня. Ведь многие открытия прошлых лет делались неожиданно, причем в опытах, проводимых порой совершенно с другой целью. Делали открытия даже алхимики в ходе своих далеко не упорядоченных опытов по поиску философского камня. Интересно, что многие авторы фундаментальных открытий не могли даже представить себе их последующего значения. К ним, без сомнения, можно отнести и русского электротехника Василия Петрова, в 1802 г. обнаружившего явление электрической дуги. Ведь электрическая лампа на этом принципе (кстати, лампа — это уже изобретение) засветилась только через 40 лет после его опытов с дугой. Другой вид творческой деятельности связан с решением задач, повседневно возникающих в различных областях хозяйственной деятельности. Наиболее оригинальные решения

становятся

изобретениями.

По-французски

слово

“инженер”

означает

“изобретатель”. Часто изобретения возникают на базе какого-либо крупного научного открытия. Например, на базе открытия электрической дуги Василием Петровым появились такие изобретения, как дуговая сварка, электрические (дуговые) лампы и т. д. Все виды результатов научно-технической творческой деятельности — открытия, изобретения и полезные модели — обеспечены в нашей стране надежной охраной. Аналогичная правовая охрана распространяется еще на два вида творческих решений — промышленный образец и товарный знак. Эти категории относятся к художественноконструкторским решениям, определяющим внешний вид изделия (промышленный образец), и к обозначениям, служащим для отличия однородных товаров различных предприятий (товарный знак). Авторами промышленных образцов и товарных знаков являются, как правило, дизайнеры, модельеры, и другие специалисты соответствующих профилей.

2.2. ПАРАД ИЗОБРЕТЕНИЙ

Отбор кандидатов для любого парада — дело весьма серьезное. Непросто будет и нам выбрать наиболее интересные из миллионов изобретений, созданных человеком. Чему отдать предпочтение: видеомагнитофону или роликовой доске, кубику Рубика или

66

мотоциклу. А может быть, чему-то из области технических достижений прошлого, например одному из наиболее значительных изобретений девятнадцатого века — “свече Яблочкова”? Или представителям века двадцатого — прибору Илизарова для сращивания и вытягивания костей, способу хирургической коррекции близорукости, пишущей машинке с шариковой головкой и бритве со спаренными лезвиями... Все это изобретения, защищенные в большинстве своем авторскими свидетельствами и патентами. Авторам их трудно не позавидовать, настолько изящно решают они сложные технические задачи. Провести парад изобретений — задача чрезвычайно сложная и ответственная. Слишком о многом хочется рассказать всего в одной небольшой главе. Поэтому обратимся сначала к изобретениям прошлого века, во многом определившим лицо современной техники. Итак, период изобретательского романтизма - век девятнадцатый /5/.

2.2.1.

В ЛИДЕРАХ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

На рубеже XVIII и XIX веков итальянец Алессандро Вольта публикует известие об изобретении им первого надежного источника электрического тока, получившего затем название вольтова столба. Он представлял собой набор медных и цинковых пластинок, разделенных смоченными соляным раствором бумажными прокладками, и обеспечивал возможность проведения самых разнообразных электрических опытов. Новый источник электрического тока быстро приобрел популярность. Сложные и дорогие электростатические машины, громоздкие лейденские банки, еще недавно составлявшие гордость многих физических кабинетов и лабораторий, выбрасывались. Вольтовы столбы, один больше другого, стали весьма модным увлечением физиков того времени. Эффективность нового источника электрической энергии (или, как тогда говорилось. гальванической жидкости) проверялась порой самым неожиданным способом. Например, цепочка взявшихся за руки монахов дружно подпрыгивала, когда стоящие по краям священнослужители прикасались к контактам вольтова столба. Опыты с новым источником электричества десятками и сотнями повторялись по всей Европе профессионалами и любителями. Одним

из

лидеров,

а

своеобразном

соревновании

ученых

по

дальнейшему

наращиванию мощности вольтова столба стал энергичный профессор Петербургской Медико-хирургической академии Василий Петров, уже в 1801 г. досаждавший начальству просьбами о приобретении для своего физического кабинета нового гальванического прибора. Заполучив мощнейшую по тем временам “огромную наипаче баттерею” из 4200 пар

67

гальванических элементов, Петров приступает к опытам с ней, приведшим его в 1802 г. к обнаружению электрической дуги: “Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля... сообщенными с обоими полюсами огромной баттереи, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ясно освещен, быть может”. “Освещать покой” электрической дугой, открытой Петровым, стали только через 40 лет. Десятки лет ушли на совершенствование источников электрического освещения, но эра электрической лампочки ведет отсчет именно с 1802 года. Первые дуговые лампы Фуко отличались от прибора Петрова лишь наличием ручного регулятора, поддерживающего между концами соосно расположенных выгорающих угольных стержней постоянное расстояние. Принципиальный скачок в направлении совершенствования дуговых ламп был сделан русским изобретателем Александром Шпаковским, применившим для регулировки часовой механизм. Однако дуговые лампы с соосным расположением электродов и сложными регуляторами оказывались ненадежными в эксплуатации и значительно проигрывали в конкуренции с газовыми приборами. Попытки их использования для городского освещения (например, площади Согласия в Париже в 1841 г., башни Адмиралтейства и Невского проспекта в Петербурге в 1849 г.) были скорее данью моде, чем началом создания практически действующей осветительной системы. Они родились в один; год — Павел Яблочков и Александр Лодыгин, два замечательных русских изобретателя, которым суждено было сказать решающее слово в создании электрической лампочки. Первый практический шаг, приведший к ошеломляющим успехам и всемирному признанию, был сделан П. Н. Яблочковым... Каткова же была уже устоявшаяся к приходу Яблочкова конструкция дуговой лампы? В одной из наиболее удачных конструкций — лампе Шпаковского угли сохраняли соосное расположение. Заметьте, совсем как 54 года назад у самого открывателя дуги — Петрова. Отсюда и необходимость в регулировке. А теперь посмотрим в знаменитой “свече Яблочкова”, предложенной в 1876 г. угли параллельно с небольшим зазором, и—никаких регулировок. Угли выгорают, а расстояние между ними не меняется! Но, может быть, это и есть та самая простота, которая признак гениальности? Счастливая судьба изобретения Яблочкова подтверждает наше предположение. С самого начала Павел Яблочков не совершал ни единой ошибки. Первым делом 23 марта 1876 г. получает на свое изобретение французский патент (еще до первой демонстрации

68

изобретения). Дальнейшее развитие конструкции Павел Николаевич также защищает патентами во Франции и привилегиями в России. Нужно заметить, что среди изобретений подобного масштаба “свеча Яблочкова” имела судьбу уникальную: никто и никогда не оспаривал приоритета великого русского изобретателя. Вернемся чуть назад, попробуем проследить историю изобретения “свечи Яблочкова” и поближе познакомиться с ее изобретателем. Судьба его складывалась довольно сложно. В 1866 г. по окончании военноинженерного училища подпоручик П. Н. Яблочков начал службу в киевском саперном батальоне, но уже через год вышел в отставку. В этот период он активно увлекается электротехникой. Вернувшись через два года на военную службу, он для более глубокого изучения выбранной специальности поступает на учебу в Офицерские гальванические классы. В сентябре 1869 г. Яблочков возвращается к месту службы с неплохим запасом знаний в области телеграфии и с явной тягой к изобретательству, которую трудно было удовлетворить в тесных рамках армейской службы. К этому времени на счету двадцатидвухлетнего Томаса Эдисона было уже несколько изобретений, правда, источники света его пока не интересовали. Не думал об этом и его ровесник Павел Яблочков. Судьба не раз столкнет между собой творения этих великих изобретателей. Ну а пока подпоручик Яблочков продолжал безрадостную службу в саперном батальоне. Терпения его хватило еще на два года, и в 1871 г. Яблочков — теперь уже окончательно — выходит в отставку, дослужившись только до звания поручика. Телеграфия

в

те

годы

развивалась

ускоренными

темпами,

и

специалистов

катастрофически не хватало. Павел Яблочков поступает на должность начальника телеграфной службы Московско-Курской железной дороги. Там и произошло с ним весьма знаменательное событие, ставшее своеобразным предвестником его будущей деятельности. Молодой

начальник

телеграфной

службы

предложил

руководству

дороги

устанавливать на паровозах для освещения пути уже существовавшие в то время дуговые лампы. Популярность этих весьма несовершенных к тому времени источников света была невелика, но Яблочков твердо верил в успех дела (это завидное качество он сохранил в течение всей своей жизни), Случай для проверки его предложения подвернулся уникальный: проехаться в Крым собрался сам император Александр II. Яблочков спешно готовил установку прожектора на сменном паровозе, который должен был вести петербургский эшелон от Москвы на юг. В прожекторе была использована дуговая лампа Фуко с электромагнитным регулятором. Судьба свела вместе два великих русских изобретения — дуговую лампу

69

Петрова (всего лишь дополненную Фуко регулятором) и прожектор Ивана Кулибина (знаменитый “кулибинский фонарь”). И бывают же такие совпадения — прожектористом оказался третий корифей изобретательской мысли (правда, в то время пока мало кому известный П. Н. Яблочков). Через двадцать лет после этого события другой знаменитый изобретатель, Владимир Чиколев, писал: “...Яблочков, поместив в пустом багажном вагоне батарею элементов Бунзена, сам лично уселся спереди локомотива с регулятором Фуко в металлическом рефлекторе. Ночь была очень холодная, но Яблочков просидел до утра на сильном ветру в дубленке, постоянно помогая руками действию лампы, так как нельзя было позволить свету потухнуть хотя бы на короткий промежуток времени, а лампа Фуко действовала ненадежно”. В истории техники этот эпизод, знаменателен тем, что впервые в мире электрическое освещение было применено на железнодорожном транспорте. Историк изобретательства (давайте придумаем и такую профессию) найдет в ней и другую особенность.

Ведь вполне

резонно предположить, что, несмотря на безусловный успех эксперимента, Яблочков, недостаточно защищенный от холода и ветра даже выданной по такому случаю казенной дубленкой, уже тогда задумался о несовершенстве дуговой лампы. И кто знает, не проведи Яблочков и его последователи принципиального улучшения электрических ламп — сколько дубленок потребовалось бы для обслуживающего их персонала. Понимая актуальность проблемы создания надежных электрических источников света, Яблочков, тем не менее, не имел возможности вплотную этим заняться. Судьба сложилась таким образом, что, не получая полного удовлетворения от службы, Яблочков решает открыть собственное дело — мастерскую физических приборов. Работа была интересная, но коммерческими талантами молодой изобретатель не отличался. Споры с кредиторами он разрешил просто — уехал за границу, в Америку. Вполне вероятно, что его взволновали известия о последних изобретениях Эдисона — фонографе, системе телеграфа и других ярких успехах его заокеанского ровесника. Вместе с тем Яблочкова, как и многих изобретателей того времени, притягивала предстоящая в 1876 г. Всемирная выставка в Филадельфии. Денег, однако, хватило только до Франции, и Яблочков останавливается в Париже, где поступает на работу в телеграфную мастерскую Луи Бреге. В то же время он проводит и собственные исследования, правда, в гостиничном номере. Их результат — два французских патента на конструкцию электромагнита, полученные в течение года работы на новом месте. Однако главным интересом Яблочкова уже окончательно стала электрическая лампа. Недостатки конструкций своих предшественников он четко представлял. Первый — при

70

зажигании дуговой лампы нужно разводить угольные электроды на строго определенное расстояние. Второй — во время горения для поддержания постоянной длины дуги необходимо сводить угли по мере их выгорания. И наконец, для гашения дуги угли должны быть сведены до соприкосновения. Первой догадкой Яблочкова было поддерживать постоянное расстояние между пока соосными, но подпружиненными углями с помощью помещенной между ними огнеупорной прокладки. Однако прокладка препятствовала горению, и тут изобретатель принимает решение, гениальное по своей простоте, ставит угли параллельно, размещая прокладку между ними (это наиболее изящное решение в электротехнике XIX в. чем-то сродни изобретению рычага или колеса в механике). Французское патентное ведомство зафиксировало достижение Яблочкова с приоритетом 23 марта 1876 г. Можно считать, что именно с этого момента появился на свет принципиально новый осветительный прибор, ставший известным всему миру под названием “свеча Яблочкова”. Изобретатель еще мог бы успеть со своей свечой на столь желанную еще недавно Филадельфийскую выставку. Но свеча заслонила все: шесть дополнительных изобретений всего за два с небольшим года подвергли ее существенной модернизации. Среди них выделим одно, о котором и расскажем поподробнее. Вспомните конструкцию “свечи”, точнее, тонкую проволоку, которой обмотан ее конец. Именно с ее помощью и происходил поджог “свечи”: проволока накалялась и сгорала при подаче тока. Но вот лампу погасили; как зажечь ее снова? В старых дуговых лампах угли сводили, но ведь в этой конструкции они жестко закреплены. И Яблочков опять оригинален: в состав изолирующего материала он вводит органические добавки, которые при сгорании образуют угольную пленку. Такая пленка, застывая, и создает проводящий мостик между углями на погашенной лампе. Стоит только подать напряжение — и лампа снова загорится. На этом техническая эпопея “свечи Яблочкова” была практически завершена — началась эпопея коммерческая. Но перед ней отставной поручик Яблочков сделал совершенно естественный на его взгляд шаг — бесплатно предложил все права па “свечу” русскому Военному ведомству. Однако ответа с родины он так и не удостоился. Свеча производит сенсацию на Лондонской всемирной выставке физических приборов, куда Яблочков прибыл еще и в качестве представителя фирмы Бреге. Вернувшись в Париж, Яблочков принимает настойчивое предложение французского инженера Денейруза: моментально организуется “Учено-коммерческое общество”, где изобретателю выделяется лаборатория. А за стеной лаборатории уже налаживается массовый выпуск “свечей”. На Парижской всемирной выставке 1878 г. Общество строит отдельный павильон. Успех “свечи” превосходит все ожидания, и изобретатель получает крупное вознаграждение.

71

В своей жизни П. Н. Яблочков сделал много интересных изобретений, среди которых оригинальный

электромагнит,

трансформатор

(индукционная

катушка),

генератор

переменного тока и др. Но визитной карточкой изобретателя остается “свеча Яблочкова” — первая практическая конструкция электрической лампы. Однако время идет вперед, и даже самые яркие изобретения когда-нибудь устаревают. В блестящей плеяде его одногодков — еще один изобретатель, которому было суждено открыть новый этап в истории электрической лампы, приведя ее конструкцию к знакомому нам внешнему виду. Имя этого изобретателя — Александр Николаевич Лодыгин. Поначалу судьба Лодыгина почти повторяла судьбу Яблочкова: военное училище, служба в армии, ранняя отставка. Но затем, подобно многим передовым людям того времени, Лодыгин предпринял романтическое “хождение в народ”: работал сначала молотобойцем, а потом слесарем на знаменитом Тульском оружейном заводе. Конечно, умение работать руками — для изобретателя дело важное, но велика и роль образования; понимая это, Лодыгин переезжает в Петербург и слушает лекции в университете. Слушает, лелея детскую мечту о постройке летательной машины — “электролета”. В конце 1869 г. энергичный автор приносит чертежи электролета в Инженерное управление, надеясь получить субсидию на постройку прямо-таки фантастического по тем временам аппарата (напомним, что до первого полета братьев Райт было еще 34 года). Отказ не обескуражил Лодыгина, оптимизма и энергии ему было не занимать. Не заинтересовались в России — предложим Франции, тем более что французы вели тяжелую, затяжную войну с Пруссией. Помочь в этой борьбе с ненавистной для всей прогрессивной русской интеллигенции прусской монархией и должен был его электролет. Твердо, уверенный в этом изобретатель с неописуемыми трудностями, постоянно рискуя быть принятым за шпиона и расстрелянным, добирается до Парижа. И, кажется, вовремя: французское правительство крайне заинтересовалось проектом русского офицера; на заводах Крезо начали строить его электролет. Но нам никогда не узнать, смог ли он взлететь: война закончилась, и вместе с ней прекратились правительственные субсидии. Но настоящие изобретатели — счастливые в своем оптимизме люди. Оказавшись без средств в чужой стране, Лодыгин не поддался отчаянию: ведь его уже занимала совсем другая тема — электрический свет. Правда, интерес его был сначала несколько прикладным: просто электролет надо было освещать, а дуговые лампы явно не годились. Лодыгин возвращается в 1872 г. в Петербург и поступает на службу. Интересно, что средства на существование и проведение исследований дала ему работа в компании газового освещения, вскормившей себе, таким образом неотразимого конкурента.

72

Как

и

Яблочков,

Лодыгин

внимательно

анализирует

достижения

своих

предшественников: применение для освещения нагретых током тугоплавких металлов уже не один год являлось объектом пристального исследования. Однако Лодыгин заинтересовался свечением нагретого угольного электрода. И тут Лодыгин проявил столь необходимую для исследователя находчивость. Он спроектировал на экран изображение концов угольных электродов в момент возникновения между ними электрической дуги. При этом он отчетливо увидел, что светится только поверхность конусных торцов углей, и тогда: “...я подумал, что, заменив оба конуса одним цилиндром такого же объема, уменьшив диаметр этого цилиндра и увеличив его длину, я получу большую светящуюся поверхность... при том же токе”. Другой находкой было помещение накаливаемого угля в герметический сосуд. Первая лампа с накаливаемым угольным стержнем была создана в 1872 г., годом позже появилась лампа в круглом стеклянном баллоне. В чём же было основное преимущество лампы Лодыгина перед уже существовавшими конструкциями? Вероятно, прежде всего в законченности: герметический баллон обеспечивал большую долговечность угольного стержня. Однако срок работы лампы не превышал получаса. Интересно, что Лодыгин предусмотрел возможность замены углей (проводников) и в тексте заявки на привилегию (охранный документ на изобретение, эквивалентный зарубежному патенту) указал, что число проводников в одной лампе может быть более одного. В той же заявке было указано, что для изготовления стержней (проводников) может применяться углерод в разных видах (графит, сажа, кокс, уголь), а также смеси хороших проводников с непроводниками (железа, чугуна или платины с каолином, известью, магнезией и т.п.). Стеклянный резервуар должен быть наполнен азотом или другим газом, форма его может быть цилиндрической, овальной и всякой другой... Заметьте, что привилегия, выданная департаментом торговли и мануфактур 11 июля 1874 г. по этой заявке, закрепляла авторские права изобретателя на все разнообразные модификации лампы, предусмотрительно описанные в заявке. Но судьба изобретения Лодыгина сложилась далеко не так удачно, как у “свечи Яблочкова”. Сначала демонстрации лампы проходили весьма успешно: для ее производства было спешно создано “Товарищество электрического освещения А. Н. Лодыгин и компания”.

Однако

деловым

партнерам

Лодыгина

не

хватило

терпения

на

усовершенствование лампы, и они срочно приступили к ее производству. Уже упоминавшийся нами известный русский электротехник того времени Чиколев

писал:

“Изобретение Лодыгина вызвало большие надежды и восторги в 1872—1873 гг. Компания,

73

составившаяся для эксплуатации этого совершенно невыработанного и неготового способа, вместо энергичных работ по его усовершенствованию, на что надеялся изобретатель, предпочла заняться спекуляциями и торговлей паями в расчете на будущие громадные доходы предприятия. Понятно, что это был самый надежный, совершенный способ погубить дело — способ, который не замедлил увенчаться полным успехом”. В погоне за прибылью партнеры-коммерсанты поставили изобретателя в трудное положение — к началу 1875 г. Товарищество практически разорилось. Единственным удачным результатом этого периода было применение лампы Лодыгина для освещения подводных работ при строительстве Александровского моста через Неву. Эти опыты имели большой резонанс и весьма заинтересовали ведущих электротехников, в том числе и Яблочкова. Именно с этого момента он обратился к проблемам электрического освещения, но в направлении усовершенствования дуговой лампы, в чем и преуспел. Дела Лодыгина шли все хуже. В конце 1875 г. он поступает слесарем-инструментальщиком в Петербургский арсенал, затем работает мастером-металлургом. Работа на металлургическом заводе увлекла его другой идеей: как использовать тепло электричества для плавки металла. И лишь спустя много лет Лодыгин снова вернется к проблеме лампы накаливания... А пока громкий успех “свечи Яблочкова” ослабил внимание общественности к лампе накаливания. И в это время проблема электрического освещения заинтересовала еще одного великого изобретателя — Томаса Эдисона. Бытует весьма занятная версия о том, что привело Эдисона к мысли о работе над лампой накаливания. Где-то в 1876—1877 гг. в США для наблюдения за постройкой кораблей, заказанных Морским ведомством, был командирован русский морской офицер А. Хотинский. Известно, что Хотинский был неплохим электриком и изобретателем; он хорошо знал об опытах Лодыгина и даже захватил с собой в Штаты несколько образцов его лампы накаливания. Известно также, что, встречаясь с Эдисоном, Хотинский продемонстрировал ему эти лампы. Дальше — только предположения. Правда, основанные на всемирно известной способности Эдисона усовершенствовать чужие изобретения. Биографы Эдисона утверждают, что в 1878 г. он активно занялся проблемой электрического освещения в быту. Вероятно, на это повлияли и всемирный успех “свечи Яблочкова”, и изящество лампы Лодыгина. 27 января 1880 г. Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью накаливания в стеклянном баллоне, из которого выкачан воздух. Только в откачке воздуха и заключается отличие конструкции этой лампы от лампы Лодыгина. Основная заслуга Эдисона не в новизне технического решения (успешно оспариваемой впоследствии многими конкурентами), а в инженерной проработанности конструкции.

74

Первая лампа Лодыгина горела всего полчаса — лампа Эдисона стала первой промышленно освоенной лампой накаливания. Уже первые нити накаливания ламп Эдисона, представлявшие собой обычные швейные нитки, горели до 40 ч, но и это не устраивало изобретателя. Он пробует огромное число различных веществ, содержащих углерод: более шести тысяч разновидностей растительных волокон. К этому времени Эдисон—уже знаменитый изобретатель — имеет возможность вкладывать огромные средства для достижения успеха в своем новом увлечении. В джунглях Африки работает его экспедиция, поставляющая образцы материалов для нити накаливания. Кажется, перепробовано все, и тут лучшие результаты показывает бамбук, выдернутый из подвернувшегося под руку футляра от старого японского веера. В канун нового, 1880 года в лабораторию Эдисона в Менло Парке съезжались многочисленные гости. Уже приближаясь к лаборатории, они восхищались ярким светом сотен ламп, развешанных повсюду. Эффект превзошел ожидания, но Эдисон уже думал о практичной и дешевой системе городского освещения. Правда, дальнейшие его действия имеют весьма отдаленное отношение к изобретательству: борьбу с газовыми компаниями и организацию производства дешевых ламп вел уже Эдисон — промышленник и бизнесмен. Заметим только, что лампы, покорившие Америку, все-таки мало отличались от ламп Лодыгина. И светился пока в них все тот же угольный стерженек... Александру Лодыгину не досталось столь замечательных организаторских и деловых способностей, как Томасу Эдисону. Он давно понял недостатки угольного стержня и в 1893 г. серьезно занялся опытами по созданию ламп с нитью накаливания из различных сочетаний тугоплавких металлов. В ходе этих опытов он впервые предложил и опробовал вольфрам, тот самый материал, который применяется и по сей день. Свою новую лампу с вольфрамовой нитью накаливания Лодыгин патентует и успешно демонстрирует на Парижской всемирной выставке 1900 г. А в 1906 г. он ставит последнюю точку в заочном споре с Эдисоном — его патент покупает американская фирма “Дженерал Электрик”, организованная в свое время Эдисоном. Вот такая история у электрической лампочки, висящей над вашим столом Примерно за сто лет от стеклянной скамеечки с углями Василия Петрова она приобрела практически современный вид. Среди множества инженеров и механиков, специалистов и просто любителей, совершенствовавших лампы, решающее слово довелось сказать трем блестящим изобретателям. Еще раз вспомним их имена: Павел Яблочков, Александр Лодыгин и Томас Эдисон.

75

2.2.2.

ТЕЛЕГРАФ

В истории электрического телеграфа рядом стоят великие имена изобретателей — русского инженера Павла Шиллинга, одного из крупнейших физиков-электротехников середины XIX в. Бориса Якоби и подававшего большие надежды художника-портретиста Сэмюэля Морзе. Каждый из них внес принципиальные усовершенствования либо в аппаратуру, либо в методы передачи информации и еще в XIX в. во многом определил современный вид телеграфа. Но перед тем как непосредственно познакомиться с их изобретениями, давайте посмотрим, что представляла собой связь или как осуществлялась передача информации до появления электрического телеграфа. Необходимость обмена информацией между разделенными большим расстоянием группами людей существовала еще у наших далеких предков. Существует она и в настоящее время. Изменились лишь содержание, способы и скорость передачи информации. Звук и свет издавна служили главными “носителями” информации. Всем известны экзотические тамтамы, с помощью которых обменивались сообщениями коренные жители Африки и Америки. В Китае для этой цели использовали похожие на большую тыкву гонги; некоторые виды звуковых сигналов используются и по сей день. Например, теплоход, застигнутый

туманом

на

оживленной

магистрали,

дает

гудки

с

определенными

промежутками, сигнализируя другим кораблям о своем местонахождении. Еще не видя на городской улице приближающуюся машину “скорой помощи”, водители уступают ей левый ряд, услышав характерный сигнал сирены. Однако использование звука для передачи сигналов на большие расстояния ограничивается его значительным затуханием. Оптические, или визуальные, системы связи существовали довольно давно. В дневное время использовались различные системы, послужившие основой для создания семафорного телеграфа, который был изобретен почти одновременно в конце XVIII в Клодом Шаппом во Франции и Иваном Кулибиным в России. Шапп опередил Кулибина на 2,5 года, но к моменту, когда сведения о его изобретении достигли России, действующий макет телеграфа Кулибина был уже передан в петербургскую “Кунсткамеру”. По сравнению с веками, отделявшими дату изобретения семафорного телеграфа от времени появления первых средств связи, два года между изобретениями Кулибина и Шацпа — срок мизерный. Да и сама личность великого изобретателя Ивана Кулибина, для которого изобретение семафорного телеграфа — лишь небольшой эпизод в его богатейшей творческой биографии, делает спор о приоритете бессмысленным. Интересней сравнить не даты приоритета, а саму судьбу двух одновременно сделанных изобретений. В России того

76

времени, где традиционно уважали заграничные достижения и почти не замечали своих, телеграф Кулибина вместе с подвернувшимися для коллекции “частью кружевного дерева, растущего в Америке... и собранием разнородных искусственных Японских вещей” был похоронен в запасниках “Кунсткамеры”. Изобретение же Клода Шаппа, ставшее главным событием его жизни, было уже в 1794 г. применено при строительстве телеграфной линии Париж — Лилль. По принципу действия системы Шаппа и Кулибина были весьма схожи. В обоих случаях “рабочий элемент” телеграфа состоял из трех соединенных между собой брусков, взаимное расположение которых соответствовало отдельным знакам. Первая линия семафорного телеграфа Париж — Лилль имела протяженность 225 км. Сигнал транслировали более 20 станций, расположенных на расстояний прямой видимости друг от друга. Наблюдатель с башни станции в подзорную трубу следил за сменой кода на соседней со стороны прихода сигнала станции и устанавливал тот же код у себя. При хорошей тренировке “операторов” сигнал преодолевал за минуту более 10 станций, что позволило 15 августа 1794 г., например, жителям Парижа всего через час узнать об очередной победе революционных войск под Лиллем. В конце XVIII—начале XIX в. семафорные телеграфы строились уже во многих странах: первая коммерческая система семафорного телеграфа в Соединенных Штатах была построена в 1800 г. Джонатаном Гроутом и служила для передачи с одного из прибрежных островов в Бостон сведений о прибытии торговых кораблей. В России первая линия семафорного телеграфа была построена французом Шато. Она связала Петербург с Кронштадтом. Шато применил при строительстве этой линии свой вариант семафорного телеграфа, мало отличающийся от телеграфа Кулибина. Причем русское правительство уплатило Шато не за строительство, а именно за право использовать его телеграф и сигнальный код. И сделано было это уже на этапе явного заката семафорного телеграфа, уступающего пальму первенства телеграфу, использующему электричество. Однако, наряду с семафорным, в те годы существовали и другие конструкции оптического телеграфа, использовавшие для передачи световые сигналы. Ведь системы связи, работающие по принципу передачи света, не только применяются и в настоящее время, но и являются наиболее перспективными с точки зрения увеличения скорости передачи информации. В хорошую погоду в, ночное время огонь даже небольшого фонаря виден за многие километры. С помощью нескольких фонарей, расположенных в определенной комбинации, чаще в виде геометрической фигуры, можно передавать буквы и цифры, приписав каждой из них сочетание горящих и затемненных фонарей. На этом

77

несложном принципе и было основано устройство “ночного скорого дальнописца или телеграфа о семи фонарях”, изобретенного в 1815 г. русским землемером Понюхаевым. Шесть фонарей понюхаевского дальнописца располагались по кругу, в центре которого помещался седьмой фонарь. Вся система фонарей укреплялась на вышке, сделанной из шестов, высота которой во многом определяла дальность передачи сигналов. Перед каждым фонарем устанавливался подвижной щиток, позволяющий быстро закрывать и открывать фонарь со стороны наблюдателя. От каждого из семи щитков шли тросы на “пульт управления”, где “оператор” с помощью рычагов задавал необходимую комбинацию открытых и закрытых (освещенных или затемненных) фонарей. “Приемлющий известия смотря посредством телескопа на дальнописец, должен записывать карандашом на бумаге единственно вид освещенных или не закрытых фонарей, а как для каждой буквы закрытие фонарей требует времени не более полсекунды, то следует писать фигуры весьма скоро...”. Вслед за стационарной конструкцией Понюхаев разрабатывает “возимую” конструкцию дальнописца, считая, что она будет незаменима в армейских походах: “дальнописец можно сделать железный, складной, возимый на дрогах”. Создан был и вариант дальнописца, рассчитанный на работу в дневное время. Заметим, что по своим характеристикам дальнописец Понюхаева значительно превосходил семафорный телеграф Шаппа. Ведь, по справедливому утверждению самого изобретателя, “дальнописцы этого рода могут быть расставлены на расстоянии . 40 верст один от другого и более, при благоприятной местности”. Однако талантливое изобретение ждала судьба, похожая на судьбу семафорного телеграфа Кулибина: описание изобретения было похоронено в архивах канцелярии военного министерства. В то время как в ряде европейских стран и в США строилось множество семафорных телеграфов, там уже интенсивно велись опыты в области, на первый взгляд не связанной с телеграфией,— электротехнике. Появление первых надежных источников тока, заменивших лейденские банки и электростатические машины второй половины XVIII в. было обусловлено работами Гальвани и Вольта. Созданная в 1799—1800 гг. Алессандро Вольта батарея была использована в 1809 г. профессором из Мюнхена Земмерингом — изобретателем первого электрического телеграфа. Посмотрите, каким все-таки толчком в развитии электротехники явилось изобретение вольтова столба. Надежного источника тока ждали давно, и его появление породило буквально взрыв научных и технических достижений. Первым в этом ряду стоит открытие В.

78

Петровым электрической дуги. В хронологическом порядке непосредственно за ним и последовало изобретение электрического телеграфа. Заметим, правда, что конструкция телеграфа Земмеринга была первым звеном в огромной цепи причудливых конструкций электрического телеграфа, ни одна из которых не получила широкого распространения. Но именно с точки зрения причудливости телеграф Земмеринга имел неоспоримое преимущество: индикатором наличия сигнала в нем служило выделение пузырьков газа в сосуде со слабым раствором серной кислоты, в который были опущены концы какой-либо из пар проводов, соединяющих пункты передачи и приема. Передающая станция этого телеграфа мало отличалась от последующих моделей электрического телеграфа: 35 пар проводов, идущих к приемной станции, поочередно подключались к источнику энергии. Каждая пара проводов соответствовала определенному знаку — букве или цифре. Приемная станция походила на химическую лабораторию. Оператор внимательно следил, в какой из 35 банок появятся пузырьки — результат электролиза, и записывал соответствующий знак кода. Естественно, что изобретение Земмеринга не нашло практического применения. Однако и многие годы после него возникали подобные варианты электрического телеграфа, отличающиеся друг от друга лишь видом индикации сигнала. Сама же передача каждого кодового знака по-прежнему проводилась в них отдельной парой проводов, т. е. в зависимости от языка (числа букв алфавита) пучок проводов лишь несколько увеличивался или уменьшался по толщине. Но не это было главным в телеграфе Земмеринга и последующих конструкциях. Было найдено принципиально новое решение — информация стала передаваться по проводам электрическим током. До первого пригодного к практическому

использованию

электрического

телеграфа

оставалось

сделать

всего

несколько шагов. И последний из них довелось сделать русскому изобретателю Павлу Шиллингу. Ученый широчайшего диапазона интересов, Шиллинг не был профессиональным электротехником.

Однако

известность

к

нему

пришла

именно

с

увлечением

электротехникой. Павел Львович Шиллинг стал создателем первой в мире практической системы электрического телеграфа. В 1832 г. он публично продемонстрировал свое изобретение в Петербурге. Будущий изобретатель родился в 1786 г. в Ревеле (ныне г. Таллин) в семье профессионального военного. По семейной традиции и он получил военное образование—в 1-м Петербургском кадетском корпусе. Заметим, что в те же годы неподалеку от здания

79

Кадетского корпуса в своем физическом кабинете экспериментировал великий русский электротехник Василий Петров. Недолго прослужив в военном ведомстве (не приживались изобретатели в царской армии). Шиллинг переходит на службу в коллегию иностранных дел. В 1813—1814 гг. он сражается в рядах действующей армии и после окончания войны с французами снова возвращается в министерство иностранных дел. Блестящий ученый-востоковед Шиллинг организует в 1830— . 1831 гг. экспедицию к границам Китая, из которой возвращается с уникальными находками. Именно за труды в области востоковедения Павел Львович Шиллинг в 1827 г. избирается членом-корреспондентом Петербургской Академии наук. В те годы многие образованные люди России и Европы с интересом следили за бурным развитием электротехники, а некоторые из них пытались воспроизвести электрические опыты с помощью довольно простой в изготовлении вольтовой батареи. Тема эта увлекла и молодого Шиллинга, однако, в отличие от большинства любителей, его сразу заинтересовала практическая сторона применения электричества. Уже в 1812 г. он предложил способ дистанционного взрывания мин с помощью электрических запалов. Заметим также, что эта работа Шиллинга опровергает распространенное мнение многих историков науки и техники о полном забвении сделанного Петровым в 1802 — 1803 гг. открытия электрической дуги. Ведь электрический запал Шиллинга и развивал результаты опытов Петрова, которые, очевидно, были хорошо известны его земляку. В ходе опытов с взрывателями Шиллинг столкнулся с трудностями подземной прокладки токоведущих проводов, обеспечения их надежной изоляции. В начале он предложил покрывать медный проводник двумя слоями изоляции: первый слой состоял из шелковой нити, пропитанной смолистым составом, второй — из пеньковой пряжи, также им пропитанной. Провода сплетались в двухпроводный шнур, который и соединял батарею с запалом. Позже Шиллинг впервые использовал для изоляции проводов каучук. Этот опыт очень пригодился впоследствии Шиллингу при прокладке первых в России линий электрического телеграфа. Работу над созданием электрического телеграфа Павел Шиллинг начал уже в 1828 г. Будучи близко знаком с Земмерингом, он, естественно, хорошо знал устройство первого электрического, точнее, электролитического, телеграфа и внимательно следил за его последующей модернизацией. В основу своего телеграфа Шиллинг вслед за Ампером и Фехнером положил “стрелочную” индикацию передаваемых символов. К 1832 г. принципы стрелочной индикации магнитного поля были уже разработаны весьма тщательно. Еще в 1821 г. Андре Ампер предложил удивительно элегантную астатическую стрелку, состоящую из двух соосно закрепленных магнитных стрелок,

80

ориентированных

в

противоположных

направлениях.

Такая

стрелка

полностью

нечувствительна к магнитному полю Земли. Если разместить одну из стрелок астатической пары внутри витков катушки, а другую — над ними, то стрелки отклонятся только под действием магнитного поля катушки (направленного в зонах их размещения в противоположные стороны). Немецким ученым И. Швейгером был изобретен прибор, усиливающий отклонение стрелки и получивший название мультипликатора (умножителя). Итальянец Нобили на основе мультипликатора и астатической стрелки создал прибор, в котором угол отклонения стрелки был пропорционален значению электрического тока. Все эти технические решения в какой-то мере повлияли на конструкцию телеграфа Шиллинга, не лишив его, тем не менее оригинальности. Прежде всего, Шиллинг изобрел собственно электрический телеграф — законченную приемно-передающую систему, а не просто набор индикаторов. От передающего аппарата к приемному шло всего восемь проводов: шесть сигнальных, общий и “вызывной”. В роли индикаторов

использовались

астатические

стрелки,

снабженные

жидкостными

успокоителями. И еще одна маленькая деталь индикатора: над стрелками в одной плоскости с их горизонтальными осями закреплялся круглый диск диаметром 15 мм, одна сторона которого была окрашена в черный, а другая — в белый цвет. Подвеска осуществлялась таким образом, что в отсутствие тока в катушке диск был повернут к наблюдателю ребром. При прохождении тока в зависимости от его направления стрелки поворачивались вдоль силового поля, т. е. диск обращался к наблюдателю белой или черной стороной. Однако Шиллинг не просто привесил, черно-белый диск к стрелкам для облегчения визуальной индикации—он впервые в мире применил, для передачи информации бинарный код. Каждый из шести индикаторов мог принимать одно из двух рабочих положений; сочетание этих положений позволяло передать 26 кодовых единиц, т. е. 64 единицы, что с избытком хватало для обозначения всех букв алфавита, цифр и специальных знаков. Заметим, что Шиллинг “забыл” о промежуточном (“обесточенном”) положении дисков: вместе с ними в шести индикаторах было “заложено” уже 36 сочетаний, или кодовых единиц (т. е. для практической телеграфии хватило бы и четырех индикаторов), однако и по сей день существуют только одно- и двухполюсная системы телеграфирования. Пауза используется только в первой из них, в двухполюсной системе меняется полярность (фаза) сигнала, который по-прежнему остается двоично-кодированным. Итак, Шиллинг создал для нужд телеграфии бинарный код, но вслед за своими предшественниками упорно пытался передавать символ “единовременно”, придерживаясь

81

пространственного, а не временного сочетания кодовых посылок. В этом варианте он, бесспорно, достиг идеала: далее уменьшить число проводов можно было только за счет общего провода, что и сделал через несколько лет Якоби, заменив его Землей. Первая публичная демонстрация электромагнитного телеграфа Шиллинга была проведена в 1832 г. (Художник Сэмюэль Морзе в это время еще копировал “Тайную вечерю” и “Мону Лизу” в Лувре.) Несколько позже была создана линия телеграфа между Зимним дворцом и министерством путей сообщения. В письме к министру А. С. Меньшикову Шиллинг дал подробное описание конструкции своего телеграфа и перспективы его применения: “Описав мой телеграф, остается мне поставить на вид некоторые преимущества оного перед ныне употребляемыми: 1) Что быстрота его несравненно больше. 2) Что он действует в дождливые и туманные погоды. 3) Что он во время действия не возбуждает внимания публики. 4) Что он не требует постройки особых высоких башен и содержится весьма малым числом людей и, наконец. 5) Что первоначальное заведение оного стоит меньше, чем в обыкновенных телеграфах”. Прекрасное технико-экономическое обоснование, говоря современным языком! В последующих модификациях аппарата Шиллинг осуществил индикацию всех букв и цифр с помощью одного мультипликатора, в котором стрелка имела 36 возможных углов поворота, показывая на определенную букву или цифру на круговой шкале. Конструкции этого типа были несколько позднее усовершенствованы и доведены до практического использования продолжателем дела Шиллинга — Б. С. Якоби. Понимая все значение созданного изобретения, Шиллинг в мае 1835 г. едет в Западную Европу, где с большим успехом демонстрирует свой телеграф, в том числе 23 сентября 1835 г. — на съезде естествоиспытателей в Бонне (а до рождения Эдисона оставалось еще целых 12 лет). Нужно сказать, что в те годы, кроме России, в надежной связи на большие расстояния больше всех остальных стран были заинтересованы США. Правительство назначило высокую награду (в 30 тыс. долларов) за практически пригодный проект системы связи, действовавший не менее чем на тысячу миль. Телеграфная система, удовлетворяющая требованиям конкурса, появилась только к концу 30-х г. XIX в. Ее автором был известный к тому времени художник Сэмюэль Морзе.

82

История Сэмюэля Финли Морзе, типичного американского изобретателя — самоучки, необычна даже на ярком фоне его соотечественников. Сын проповедника в 20 лет отправляется в Англию изучать живопись и, вернувшись в 1815 г. в США, зарабатывает на портретах почти 250 долларов в неделю. Будучи уже признанным художником, Морзе снова отправляется в Европу для продолжения академических занятий. В 1832 г. с огромным багажом картин он поднимается на борт пакетбота “Сэлли” в прекрасном настроении от предвкушения предстоящего триумфа его полотен на родине. В то время морской путь из Франции в США занимал более месяца. Биографы Морзе считают, что этого срока как раз хватило для превращения известного художника в великого изобретателя. Так, Митчел Уилсон пишет, что в беседах с попутчиками по поводу опытов Фарадея с “извлечением искр из магнита” Морзе высказал ключевое предположение, что сочетание искр может быть использовано как код для передачи сообщений по проводам. А дальше сюжет развивался традиционно: “Эта идея захватила его, несмотря на то, что ему были почти неизвестны даже самые основные правила электричества”. Сойдя на американский берег, Морзе уже держал в руках предварительные наброски телеграфного аппарата. Эти наивные рисунки сохранились до наших дней и наглядно иллюстрируют уровень электротехнической подготовки Морзе в то время. Будущий автор телеграфа, вытеснившего всех своих предшественников, не знал, как соединяются провода и каково в точности назначение изображенных им элементов. Но зато он четко осознал свою главную находку: в основу системы передачи телеграфных символов должны быть положены различные комбинации последовательно передаваемых сигналов. Шиллинг оптимизировал параллельный код — Морзе ввел последовательный. Шиллингу нужно было восемь проводов, Морзе — всего один. Первая публичная демонстрация телеграфа Морзе состоялась в сентябре 1837 г. в НьюЙоркском университете. Основой приемного аппарата Морзе служил электромагнит, на якоре которого устанавливался пишущий штифт; при приеме (поступлении тока в обмотку) штифт прижимался к движущейся бумажной ленте, на которой, в зависимости от продолжительности сигнала, оставались короткие или длинные штрихи — точки и тире. В том же году Морзе пытается получить на свое изобретение английский патент, но узнает, что электромагнитный телеграф уже защищен в Англии патентами Уитстона (ловкого и довольно беззастенчивого “последователя” Шиллинга). Морзе возвратился на родину и, перебиваясь случайными заработками,

упорно продолжал заниматься своим

изобретением. И вот в 1843 г. он получает правительственную субсидию в 30 тыс. долларов и приступает к строительству 40-мильной телеграфной линии. Неудачное решение при

83

прокладке проводов едва не погубило все предприятие. Толстый свинцовый кабель укладывался в глубокую траншею; первые несколько миль такой линии обошлись в половину всей отпущенной на строительство суммы. Наконец было принято решение о замене подземного кабеля воздушной линией, на котором не без колебаний остановился и сам Морзе. В результате линия Балтимор — Вашингтон (63 км) была проложена в срок и подтвердила не только работоспособность телеграфа Морзе, но и надежность воздушной линии передач. Ну а вместо изоляторов на столбах сверкали бутылочные горлышки. А ведь первое в мире предложение “воздушной” прокладки телеграфной линии вызывало только насмешки современников. Вернемся в 1837 год, т. е. на семь лет ранее даты успешного испытания первой линии телеграфа Морзе. Именно в этом году П. Л. Шиллинг добился высочайшей милости на постройку телеграфной линии между Петербургом и Петергофом При рассмотрении вариантов прокладки линии Шиллинг заявил, что “...если устройство подводного телеграфа составляет некоторое затруднение в отношении хорошей изоляции проводников и дороговизны их изготовления, то для устройства телеграфных линий на больших расстояниях по сухому пути он не видит никаких препятствий, так как полагает для этой цели установить деревянные шесты и на них подвесить совсем неизолированную проволоку, изолируя ее только в точках привеса к столбам...” Заявление это показалось до того нелепым, что члены комитета отозвались на него единодушным гомерическим хохотом. К сожалению, судьба не отпустила выдающемуся изобретателю времени на доказательство его правоты: в июле 1837 г., всего через два месяца после начала работ на линии телеграфа Петербург — Петергоф, Павел Шиллинг скоропостижно скончался. Его правоту доказало время, покрывшее поверхность планеты сотнями тысяч воздушных телеграфных линий. Что касается неутомимого Томаса Эдисона, то к телеграфным делам он подключился только в 1869 г., предложив конструкцию аппарата для деловых контор и собственноручно организовав производство биржевых телеграфных аппаратов. Задача, которую пытался решить великий изобретатель, состояла в том, чтобы по одному проводу передать одновременно несколько сообщений. Аналогичную задачу в это же время упорно старался решить еще один молодой американский изобретатель — Александр Белл. (В этой борьбе Эдисон победил Белла, но у того оставалась возможность отыграться, ведь еще не был изобретен телефон!) Мы рассмотрели основные этапы зарождения и развития электрического телеграфа. Перед нами предстала достойная когорта изобретателей и целый букет великолепных изобретений. Воздушная прокладка проводов, параллельный бинарный код Шиллинга и

84

последовательный код Морзе — все это пригодилось для развития техники связи и насколько предопределило ее сегодняшнее лицо! Но телеграфом далеко не исчерпываются возможности общения между людьми, разделенными большими расстояниями. Буквально по пятам за телеграфом уже шёл его серьезнейший конкурент — телефон. И совсем недалеко было то время когда известная всем морзянка зазвучит в эфире, сделав ненужной паутину телеграфных проводов. Телефон был блестящим итогом “электрического” XIX века, радио — удачным стартом двадцатого. Рассказом об этих этапах в истории человечества мы и завершим наш “Парад изобретений”. Итак — телефон.

2.2.3.

НИЧЕГО НЕ ТРОГАЙТЕ ВАТСОН!

Нет, это не отрывок из рассказов о Шерлоке Холмсе. Томас Ватсон — ловкий бостонский мастеровой, служивший помощником у изобретателя телефона Александра Белла и оказавшийся волею судьбы непосредственным участником создания этого изобретения. Александр Белл, как ни удивительно это очередное совпадение, родился в том же 1847 г., что и Павел Яблочков, Томас Эдисон и Александр Лодыгин,— в период наибольшего расцвета электрического телеграфа. В США основанная Морзе “Магнетик телеграф компании” заканчивала грандиозное по тем временам строительство линии от города Миссисипи до морского побережья. В России Борис Якоби создавал все более совершенные аппараты, значительно обогнав всех конкурентов в надежности и скорости передачи. Под гипнозом невиданных успехов телеграфа никто, на первый взгляд, и не мечтал о других источниках связи. Трудно было даже предвидеть, что родившийся в интеллигентной эдинбургской семье симпатичный черноглазый мальчуган меньше чем через три десятилетия принесет миру средство связи, впервые позволившее передать живую человеческую речь. Но это только с сегодняшних позиций изобретение телефона логично следует за изобретением телеграфа. Ну как же, провода протянуты—остается подключить микрофон и динамик! А ведь от появления первого электрического телеграфа Земмеринга до рождения первого телефона прошло почти семьдесят лет. И что интересно: телефон никогда не являлся предметом специальных поисков — видно, до передачи живой речи еще не додумались, не доросли. Таким образом, телефон — типичный пример случайного изобретения. Увлечение техникой для Александра Белла началось с совершенно - определенного желания — заработать сто тысяч долларов. Именно эту сумму обещала компания “Вестерн

85

Юнион” тому, кто первым обеспечит одновременную передачу нескольких телеграмм по одному проводу. Задача формулировалась очень просто и доступно; именно поэтому многие изобретатели, в том числе и Белл, лихорадочно бросились на поиски решения. Кстати, среди них был и вездесущий Эдисон — он впоследствии и одержал победу. Но это было несколькими

годами

позже,

а

сейчас

борьба

была

в

самом

разгаре.

Правда,

двадцатичетырехлетний преподаватель школы для глухонемых Белл был специалистом в области акустики речи и риторики — ораторского искусства. В электротехнике же и тем более в телеграфии он был абсолютным профаном. И все-таки Белл быстро добился результата. Добился благодаря опыту, который па первый взгляд не имел ровно никакого отношения к телеграфии. Помогло ему именно знание законов акустики. Скромный школьный учитель первым делом изобрел весьма соответствующий его вкусам музыкальный телеграф. В основу его работы было положено следующее предположение: якорь электромагнита, выполненный в виде камертона, среагирует только на ток в обмотке, меняющийся с той частотой, на которую данный камертон настроен. И если с передающего аппарата “загнать” в телеграфный провод сразу несколько нот, то каждую из них выловит настроенный на нее камертон в приемном аппарате. Представьте семь таких камертонов, обмотки которых параллельно подключены к телеграфной линии: это обеспечивает возможность приема сразу семи телеграмм одновременно. Именно на такое число “частотных каналов” и был рассчитан первый аппарат Белла: изобретатель не отступил от музыкальной грамоты и остановился на числе каналов, равном числу нот в одной октаве. И хотя музыкальный телеграф Белла,— это красивое, но экзотическое изобретение не нашло продолжения, рассмотрение его представляет интерес. Это устройство послужило прототипом телефона. Сначала о виде сигнала. Конечно, типичный для телеграфа — прерывистый. Итак, семь прерывистых сигналов, которые отличались друг от друга частотой повторения импульсов. Как получить такие сигналы? В простейшем случае можно создать набор из семи консольно закрепленных пластинок различной длины. Резонансные частоты механических колебаний этих пластинок различны и соответствуют нотам от “до” до “си”. Если с помощью пластинок замыкать и размыкать электрическую цепь, то каждой из них будет соответствовать своя последовательность импульсов: период следования импульсов для самой длинной пластинки (“до”) будет максимальным — Т1, а для самой короткой пластинки (“си”) минимальным — Т7. Как же Белл передавал сигналы по “нотным” каналам? Очень просто. Ведь достаточно щелкнуть по любой пластинке, и она, начав вибрировать, пошлет серию импульсов в линию,

86

ведущую к приемному аппарату. Остановим пластинку раньше — посылка короче; позже — посылка длиннее: вот вам и код Морзе, точки и тире. Только сами состоящие из отдельных коротких импульсов. В приемном аппарате эти сигналы поступают на семь электромагнитных реле с подвижными якорями в виде тех же пластинок разной длины. Каждая из них, конечно, будет реагировать на любые изменения тока в цепи — вибрировать с частотой его изменения. Но максимальная амплитуда вибраций наступит на частоте, равной частоте механического резонанса данной пластинки (якоря). Дальше все просто. Конец каждой пластинки можно связать с самописцем, подобрав кинематику системы таким образом, чтобы перо самописца “дотягивалось” до ленты только при максимальной амплитуде колебаний якоря. Тогда каждый самописец будет реконструировать только “свою” ноту. Вместо механической связи с самописцем можно использовать и связь через реле: колеблющийся якорь, опять-таки на максимуме размаха, будет замыкать электрическую цепь, приводящую в действие регистрирующий прибор. Но не это главное, ведь очевидно, что “музыкальный” принцип работает независимо от вида регистрации. Передающая часть в этом описании значительно упрощена. Сейчас трудно установить с какой целью, но она была сделана значительно сложнее, чем требовалось для работы аппарата. Его система была “зеркальной”: передающая и приемная части содержали одинаковые электромагнитные реле; ток от источника протекал сначала через обмотку передающего реле, а затем через прерывающийся его колеблющимся якорем контакт поступал в общую цепь. И обмотка и само реле кажутся лишними в передатчике, но именно благодаря этому излишеству и был позже изобретен телефон!.. Изобретение Беллом музыкального телеграфа получило финансовую поддержку, что придало ему уверенности в собственных силах. И хотя он впоследствии и проиграл Эдисону битву за многоканальный телеграф, полученный опыт не пропал даром. Он пригодился Беллу для решения задачи, имеющей для него профессиональный интерес: создание аппарата, способного продемонстрировать глухим “внешний вид” отдельных звуков речи. В этой работе Белл перебрал массу всевозможных конструкций аппарата. В один момент он был даже близок к изобретению фонографа — изобретению, сделанному через два с лишним года после этого Эдисоном и ставшему постоянным предметом его гордости. Дело обстояло следующим образом: Белл сконструировал аппарат, в котором колеблющаяся от звуковой волны мембрана была соединена с иглой, оставляющей следы на вращающемся барабане. Осталось только прокрутить барабан с записью и прослушать ее на мембране, которая послужила бы для воспроизведения звука. Но Белл был увлечен именно и только

87

регистрацией звука, регистрацией чисто визуальной, как в хорошо известных ему телеграфных аппаратах. Мысль его была, таким образом, слишком закрепощена, и будущий изобретатель телефона прошел мимо фонографа. Но из работы над аппаратом по визуальному отображению звука Белл вынес твердое убеждение, что “..станет возможной передача различных звуков, если только удастся вызвать колебания интенсивности электрического тока, соответствующие тем колебаниям плотности воздуха, которые производят данный звук”. Итак, идея телефона уже есть; остальное — дело техники. Но техника-то как раз и не была готова к реализации идеи Белла. Как же преобразовать колебания воздуха в электрические колебания? И тут изобретателю, как это часто бывает, помог случай. Вспомним начало нашего рассказа. В один из июльских дней 1875 г. Белл со своим верным Ватсоном налаживали музыкальный телеграф. У Ватсона, работающего на передающем аппарате, постоянно что-то не ладилось. Белл нервничал, но не мешал своему помощнику. Казалось, что день сложился неудачно. Но судьба подготовила Беллу подарок, вручение которого должно было состояться с минуты на минуту. Однако мистика не годится для объяснения технических явлений, так что давайте присмотримся, что же не ладилось в музыкальном телеграфе. В этот знаменательный день барахлил именно передающий аппарат. Подвижной якорь (пластина) одного из реле зацепился за контакт и не разрывал цепи. Ватсон тщетно пытался высвободить пластину, которая только слабо дребезжала. Заметьте, дребезжал якорь электромагнита, по обмотке которого в этот момент протекал ток,— ведь контакт заело в замкнутом (!) положении. Насчет того, что произошло дальше, мнения биографов Александра Белла и маститых историков техники явно разделяются. Одни из них утверждают, что задеваемая Ватсоном пластина резонировала по чисто случайному закону и, наводя в электромагнитах приемника колебания, стала источником также хаотического звука, который и услышал с помощью камертонов чуткий Белл. Другие твердо убеждены, что Ватсон просто громко сказал, что он думает об этом вечно ломающемся аппарате, а прекрасно воспитанный Белл так никогда и не признался, о чем поведали ему при этом чуткие камертоны. А если говорить серьезно, то только в неисправном аппарате и с тонким слухом опытного в акустике Белла и можно было услышать наводимые колеблющейся пластинкой в электромагните и таким же образом преобразуемые обратно в звук сигналы. На фоне мощных “рабочих” сигналов исправного аппарата услышать эти сигналы шансов не существовало никаких... Впервые в истории электрических средств связи в цепи,

88

соединяющей передающий и приемный аппараты, протекал не прерывистый, а непрерывный ток, меняющийся в зависимости от колебаний пластины передающего реле при постоянно замкнутой цепи источника тока. Якоря приемных реле откликнулись на изменения тока в цепи вибрациями, которые были первым в истории техники звуком, возвестившим новую эру — эру телефона. Еще не предполагая, что происходит с передающим аппаратом, Белл понял, что нашел наконец, как передавать звук. Ватсон впервые за годы работы с этим в высшей мере интеллигентным и выдержанным человеком услышал, как тот повысил голос. Просто заорал, как говорится на Руси, во всю ивановскую: “Ничего не трогайте, Ватсон!” Прибежав в соседнюю комнату, Белл, не слушая объяснений Ватсона, стал шарить в аппарате. Потом схватил лист бумаги и быстро набросал эскиз... Первый в мире телефон, слепленный на скорую руку Ватсоном, представлял собой мембрану из бараньей кожи, к центру которой крепилась игла, связанная с подвижным якорем электромагнита. Звуковые колебания усиливались рупором, концентрируясь на мембране, закрепленной в его меньшем сечении. Источник тока одним полюсом соединялся с землей, другим через обмотку электромагнита

— с линией связи. Заметьте, цепь в передающей части всегда была

замкнута; колебания якоря реле не прерывали цепи, а лишь модулировали (изменяли) величину тока. Помните пророческие слова Белла, произнесенные им за несколько лет до изобретения телефона: “...если только удастся вызвать колебания тока, соответствующие тем колебаниям плотности воздуха, которые производят звук...”? И это удалось именно ему, двадцативосьмилетнему преподавателю школы для глухих детей, почти дилетанту в электротехнике, работавшему со своими приборами только в свободное время. Конечно, скажет кто-то из вас, ведь в ту далекую эпоху на изобретение можно было наткнуться на каждом шагу. Нет, даже тогда для настоящего изобретателя требовались огромная убежденность в правоте своего дела и трудолюбие — качества, которыми в полной мере обладал Александр Белл. А в изобретении телефона решающую роль сыграло и другое его качество — широта кругозора. Профессиональные занятия в области акустики вместе с любительскими в электротехнике, опыт экспериментатора, ну и немного — случай вывели его на результат... Итак, июль 1875 года. Ватсон изо всех сил кричит в рупор передающего устройства, а довольный Белл, затаив дыхание, вылавливает его слова среди шума и треска в приемном аппарате. Он очень похож на передающий — то же реле, подвижный якорь которого с помощью иглы крепится к мембране. Только рупор подсоединен к ней другим, широким концом, концентрируя звук, простите за стиль, прямо в ухо абонента. Якорь колеблется

89

вслед за изменениями тока в обмотке электромагнита, вызывая колебания мембраны. Все, как видите, очень просто. Но с изобретения электрического телеграфа до этого триумфа Белла прошло почти семьдесят лет (мы ведем счет с самого первого телеграфа — экзотического аппарата Земмеринга, но ведь и телефон пока был еще весьма далек от практической конструкции). Заслуженный

успех

пришел

к

изобретателю

телефона

уже

через

год.

Он

демонстрировал свой аппарат на Выставке Столетия — Филадельфийской всемирной выставке 1876 г., на которую так стремился другой наш герой; Павел Яблочков, со своей уникальной дуговой лампой. Именно в стенах выставочного павильона впервые прозвучало слово “телефон” — так рекомендовал он жюри свой говорящий телеграф. В этом же павильоне из трубки телефона раздался невероятно искаженный монолог принца датского “Быть или не быть?” в профессиональном исполнении потомственного оратора и удачливого изобретателя Александра Белла... История

телефона

только

начиналась.

Впереди

была

жестокая

борьба

с

нечистоплотными конкурентами вроде Элишы Грея, многолетнее соревнование с Томасом Эдисоном, не упустившим телефон из сферы своих изобретательских интересов. Была и всемирная слава, венцом которой явилась премия Алессандро Вольта, учрежденная еще Наполеоном. Имя Белла у многих поколений стало синонимом телефона. Телефон фундировал развитие различных систем связи. Одну из самых известных мы и рассмотрим. Элементы сетей сотовой связи

Система сотовой

связи строится в виде совокупности ячеек (сот), покрывающих

обслуживаемую территорию. Ячейки обычно схематически изображают в виде правильных шестиугольников. В центре каждой ячейки находится базовая станция (БС), обслуживающая все подвижные станции (ПС) в пределах своей ячейки. При перемещении абонента из одной ячейки в другую происходит передача его обслуживания от одной БС к другой. Все БС соединены с центром коммутации (ЦК) подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи. С центром коммутации имеется выход на ТФОП. Система сотовой связи может включать более одного ЦК, что может быть обусловлено эволюцией развития сети или ограниченностью емкости коммутационной системы. Например, возможна структура системы с несколькими ЦК один из которых условно можно назвать головным, шлюзовым и транзитным.

90

В простейшей ситуации система содержит один ЦК , при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию, с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами. Если система обслуживает большую территорию, то она может содержать два или более ЦК, из которых только при “головном” имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территорию попрежнему не граничит с территориями других систем. В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы - роуминг. Подвижная станция Цифровая подвижная станция (ПС) состоит из блока управления; приёмопередающего блока; антенного блока. Блок управления включает в себя микротелефонную трубку (микрофон и динамик), клавиатуру и дисплей. Клавиатура служит для набора номера телефона вызываемого абонента, а также команд, определяющих режим работы ПС. Дисплей служит для отображения различной информации, предусматриваемой устройством и режимом работы станции. Приёмопередающий блок состоит из передатчика, приёмника. Синтезатора частот и логического блока. В состав передатчика входят: АЦП - преобразует в цифровую форму сигнал с выхода микрофона и вся последующая обработка, и передача сигнала речи производится в цифровой форме; кодер речи - осуществляет кодирование сигнала речи, т.е. преобразование сигнала, имеющего цифровую форму, по определенным законам

с целью сокращения его

избыточности; кодер канала – добавляет в цифровой сигнал, получаемый с выхода кодера речи, дополнительную (избыточную) информацию, предназначенную для защиты от ошибок при передаче сигнала по линии связи;

с той же целью информация подвергается

определенной переупаковке (перемежению); кроме того, кодер канала вводит в состав передаваемого сигнала информацию управления, поступающую от логического блока; модулятор – осуществляет перенос информации кодированного видеосигнала на несущую частоту. Приемник по составу соответствует передатчику, но с обратными функциями входящих в него блоков: демодулятор – выделяет из модулированного радиосигнала кодированный видеосигнал, несущий информацию; декодер канала – выделяет из входного потока управляющую информацию и направляет её на логический блок; принятая информация проверяется на наличие ошибок, выявленные ошибки исправляются;

до

последующей обработки принятая информация подвергается обратной (по отношению к

91

кодеру) переупаковке; декодер речи – восстанавливает поступающий на него с кодера канала сигнал речи, переводя его в естественную форму, со свойственной ему избыточностью, но в цифровом виде; ЦАП –преобразует принятый цифровой сигнал речи в аналогоговую форму и подает его на вход динамика; эквалайзер – служит для частичной компенсации искажений сигнала вследствие многолучевого распространения; по существу он является адаптивным фильтром, настраиваемым по обучающей последовательности символов, входящей в состав передаваемой информации; блок эквалайзера не является функционально необходимым и в некоторых случаях может отсутствовать. Логический блок – это микрокомпьютер, осуществляющий управление работой ПС. Синтезатор является источником колебаний несущей частоты, используемой дл передачи информации по радиоканалу. Наличие гетеродина и преобразователя частоты обусловлено тем, что для передачи и приёма используются

различные участки спектра (дуплексное

разделение по частоте). Антенный блок – включает в себя антенну (в простейшем случае четвертьволновый штырь) и коммутатор приём/передача. Последний для цифровой станции может представлять собой электронный коммутатор, подключающий антенну либо на выход передатчика , либо на выход приёмника, так как ПС цифровой системы никогда не работает на приём и передачу одновременно. Для обеспечения конфиденциальности передачи информации в некоторых системах возможно использование режима шифрования; в этих случаях передатчик и приемник ПС включают соответственно блоки шифратора дешифратора сообщений. В ПС системы GSM предусмотрен специальный модуль идентификации абонента (Subs Identity Module- SIM). Подвижная станция системы GSM включает также детектор речевой активности (Voice Activity Detector), который с целью экономного расходования энергии источника питания (уменьшения средней мощности излучения), а также снижения уровня помех, создаваемых для других станций

при работающем передатчике, включает работу передатчика

на

излучение только на те интервалы времени, когда абонент говорит. На время паузы в работе передатчика в приемный тракт дополнительно вводится комфортный шум. В необходимых случаях в ПС могут входить отдельные терминальные устройства, например факсимильный аппарат, в том числе подключаемые

через специальные адаптеры с использованием

соответствующих интерфейсов. Базовая станция

Особенностью базовой станции (БС) является использование разнесенного приема, для чего станция

должна иметь две приемные антенны. Кроме того, БС может

иметь

92

раздельные антенны на передачу и на прием. Другая особенность – наличие нескольких приемников и такого же числа передатчиков, позволяющих вести одновременно работу на нескольких каналах с различными частотами. Одноименные приемники и передатчики имеют общие перестраиваемые опорные генераторы, обеспечивающие их согласованную перестройку при переходе с одного канала на другой; конкретное число N приемопередатчиков зависит от конструкции и комплектации БС. Для обеспечения одновременной работы N приемников на одну приемную и N передатчиков на одну передающую антенну между приемной антенной и приемниками устанавливается делитель мощности на N выходов, а между передатчиками и передающей антенной - сумматор мощности на N входов. Приемник и передатчик имеют ту же структуру, что и в ПС, за исключением того, что в них отсутствуют ЦАП и АЦП, поскольку и входной сигнал передатчика, и входной сигнал приемника имеют цифровую форму. Возможны варианты, когда кодеки (либо только кодек речи, либо и кодек речи, и канальный кодек) конструктивно реализуются в состав ЦК, а не в состав

приемопередатчиков

БС,

хотя

функционально

они

остаются

элементами

приемопередатчиков. Блок сопряжения с линией связи осуществляет упаковку информации, передаваемой по линии связи на ЦК, и распаковку принимаемой от него информации. Для связи БС с ЦК обычно используется радиорелейная

или волоконно-оптическая линия, если они не

располагаются территориально в одном месте. Контроллер БС (компьютер) обеспечивает управление работой станции, а также контроль работоспособности всех входящих в неё блоков и узлов. Для обеспечения надежности многие блоки и узлы БС резервируются (дублируются), в

состав

станции

включаются

автономные

источники

бесперебойного

питания

(аккумуляторы).

Центр коммутации Центр коммутации – это автоматическая телефонная станция, обеспечивающая все функции управления сетью. ЦК осуществляет постоянное сложение за ПС, организует их эстафетную передачу, в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении ПС из соты в соту и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностей. На ЦК замыкаются потоки информации со всех БС, и через него осуществляется выход на другие сети связи – стационарную телефонную сеть, сети междугородной связи,

93

спутниковой связи, другие сотовые сети. В состав ЦК входят несколько процессоров (контроллеров). Коммутатор подключается к линиям связи через соответствующие контроллеры связи,

осуществляющие

промежуточную

обработку

(упаковку/распаковку,

буферное

хранение) потоков информации. Управление работой ЦК и системы в целом производится от центрального контроллера. Работа ЦК предполагает участие операторов, поэтому в состав центра входят соответствующие терминалы, а также средства отображения и регистрации (документирования) информации. В частности, оператором вводятся данные об абонентах и условиях их обслуживания, исходные данные по режимам работы системы, в необходимых случаях оператор выдает требующиеся по ходу работы команды. Важными элементами системы являются БД – домашний регистр, гостевой регистр, центр аутентификации, регистр аппаратуры. Домашний регистр (местоположения- Home Location Register,

HLR) содержит сведения обо всех абонентах, зарегистрированных в

данной системе, и о видах услуг, которые могут быть им оказаны. В нем фиксируется местоположение абонента для организации его вызова, и регистрируются фактически оказанные услуги. Гостевой регистр (местоположения – Visitor Location Register, VLR) содержит сведения об абонентах- гостях (роумерах), т. е. об абонентах, зарегистрированных в другой системе, но пользующихся в настоящее время услугами сотовой связи в данной системе.

Центр

аутентификации

(Authentication

Center)

обеспечивает

процедуры

аутентификации абонентов и шифрования сообщений. Регистр аппаратуры (Идентификация – Equipment Identity Register), если он существует, содержи сведения об эксплуатируемых ПС на предмет их исправности и санкционированного использования. В частности, в нем могут отмечаться украденные абонентские аппараты, а также аппараты, имеющие технические дефекты, например являющиеся источником помех недопустимо высокого уровня. Как и в БС, в ЦК предусматривается резервирование основных элементов аппаратуры, включая источник питания, процессоры и базы данных. БД часто не входят в состав ЦК, а реализуются в виде отдельных элементов. Устройство ЦК может быть различным в исполнении в исполнении разных компаний-изготовителей.

Интерфейсы сотовой связи В каждом стандарте сотовой связи используется несколько интерфейсов, в общем случае различных в разных стандартах.

94

Предусмотрены свои интерфейсы для связи ПС с БС, БС- С ЦК ( а в стандарте GSMеще и отдельный интерфейс для связи приемопередатчика БС с КБС), центра коммутации- с домашним регистром, с гостевым регистром, с регистром аппаратуры, со стационарной телефонной сетью и другие. Все

интерфейсы

подлежат

стандартизации

для

обеспечения

совместимости

аппаратуры разных фирм-изготовителей, что не исключает возможности использования различных интерфейсов, определяемых разными стандартами, для одного и того же информационного стыка. В некоторых случаях используются уже существующие стандартные интерфейсы, например, соответствующие протоколам

обмена в цифровых

информационных сетях. Интерфейс обмена между ПС и БС носит название эфирного интерфейса или радиоинтерфейса ( air interface) и для двух основных стандартов цифровой сотовой связи (DAMRS и GSM) обычно обозначается одинаково- Dm, хотя организован по- разному. Эфирный интерфейс обязательно используется в любой ССС при любой ее конфигурации и в единственном возможном для своего стандарта сотовой связи варианте. Данное обстоятельство позволяет ПС любой фирмы-изготовителя успешно работать совместно с БС той же или любой другой фирмы, что удобно для компаний-операторов и необходимо для организации роуминга. Стандарты эфирного интерфейса разрабатываются весьма тщательно, чтобы обеспечить, возможно, более эффективное использование полосы частот, выделенной для канала радиосвязи.

Основные стандарты сотовой связи. Сотовые сети стандарта NMT Cсистемы стандарта NMT были разработаны для пяти скандинавских стран. Это были аналоговые системы первого поколения, которые работали в диапазоне 450-467 МГц и имели 180 каналов связи шириной по 25 кГц каждый. За счет многократного использования частот эффективное число каналов составляло 5568. Среднее число каналов, выделяемое БС, было равно 30, радиус ячейки 5-25 км. Особенностью стандарта является то, что все подвижные (мобильные) абоненты (МА) имеют возможность работать в любой из стран, входящих в систему, благодаря тому, что ПС совместимы со всеми БС системы любой страны. Система сотовой связи стандарта NMT обеспечивает: вхождение в связь и регистрацию стоимости разговора в автоматическом режиме; организацию связи между ПС и любым абонентом стационарной телефонной сети или любой включенной в систему ПС, независимо от страны.

95

Система сотовой связи стандарта MNT , кроме передачи речевых сообщений на местном, междугородном и международном уровнях, позволяют отправлять телефаксы и иметь доступ к различным БД (скорость ПД не должна превышать 4,8 кбит с), а также предоставляют абонентам различные дополнительные услуги. Стандарт NMT-450 был усовершенствован: увеличилась производительность системы связи; повысилось качество работы; произведена защита доступа к сети с помощью системы идентификации абонента, исключившая возможность пиратского использования канала связи. Эта версия стандарта получила обозначение NMT-450 i. Основной ее особенностью является применение системы сигнализации ОКС №7 (SS №7 по спецификации МККТТ ), что позволяет быстрее переключать абонентские станции на обслуживание другой БС при перемещениях абонента, выполнять функции их идентификации и снижать потребление энергии радиотелефонами. Основные характеристики стандарта NMT-450 сохранены и в более новой его версии NMT-900 (табл. 6). Таблица 6. Основные характеристики стандартов NMT-450 и NMT-900 NMT-450 NMT-900 Наименование параметра (NMT-450 I) Полоса частот, МГц: для передачи подвижной 453,0-457,5 890-915 станцией; для приема подвижной станцией 463,0-467,5 935-960

Частотный разнос каналов, кГц

25(20)

52

Дуплексный разнос каналов приема и передачи, МГц Число каналов Мощность передатчика базовой станции, Вт Радиус ячейки, км

10

45

180(225) До 50 15-40

999 До 25 2-20

Рабочие частоты стандарта NMT-450 находятся в двух полосах: 453,0- 457,5 и 463,0467,5 МГц. Следовательно, разнос каналов приема и передачи равен 10 МГц. Поскольку общее число каналов ограничено (разнос соседних каналов равен 20-25кГц), то для того, чтобы увеличить абонентскую емкость системы, предусматривается организация малых зон связи. Система стандарта NMT-450 предназначена для обслуживания наземных МА, но может быть использована и морскими подвижными службами вблизи берега. В состав ССПС входят: ЦК подвижной связи (MSC-Mobile Services Switching Center); БС- ( BTS-Base Transceiver Station); ПС-(VS-Mobile Station); контроллеры. Центр коммутации обеспечивает управление системой подвижной радиосвязи.

96

2.2.4. ДВЕ “ОШИБКИ” АЛЕКСАНДРА пОПОВА

Время действия нашего рассказа — конец XIX в., точнее, 1895 г. К тому времени телеграф уже опоясал проводами весь земной шар, протянув свои кабели даже по дну океанов. Полтора миллиона телефонов настойчиво трезвонили к концу века только в США. Но основные затраты при строительстве новых линий связи определялись по-прежнему стоимостью кабелей — ведь единственным носителем информации являлся электрический ток. Проводные линии, на строительство которых уходили целые горы металла, все плотней, покрывали просторы многих государств. Идея осуществления связи без проводов — беспроволочного телеграфа — уже носилась в воздухе, в свободном пока от радиосигналов эфире. Кому же предстояло сказать решающее слово "создать" принципиально новое средство связи? Это должно было решиться на рубеже двух веков. Историки называют два имени: Александр Попов и Гульельмо Маркони. Солидный тридцатишестилетний преподаватель кронштадтского Минного класса и двадцатилетний студент-итальянец — герои нашего рассказа. Трудно подобрать столь непохожих по характеру, темпераменту и уровню знаний людей. Но изобретателей судят прежде всего по конечному результату — давайте и мы, расставляя приоритеты в истории изобретения беспроволочного телеграфа, пользоваться только этим объективным критерием. Историю изобретения радио можно сравнить с историей изобретения телеграфа. Принципы телеграфии без проводов к 1894 г. были уже сформулированы, а отдельные элементы будущего передатчика и приемника опробованы многими учеными. Эффективным источником электромагнитных колебаний зарекомендовал себя вибратор Герца, важнейшей деталью приемника обещал стать когерер Бранли, меняющий сопротивление под воздействием электромагнитных возбуждений. И решающее слово теперь оставалось только за тем исследователем, который бы обобщил уже имеющиеся достижения и сделал первый шаг в передаче сигналов без проводов. Ближе всех к изобретению радио был английский ученый Оливер Лодж. Заметьте, ученый, а не изобретатель, не инженер. 1 июня 1894 г. Лодж выступил в королевском обществе с лекцией, посвященной памяти внезапно умершего в возрасте 35 лет Герца. В ней он наглядно обобщил главные результаты исследований Герца и его последователей, показал возможности приема электромагнитных сигналов, возбужденных вибратором Герца, с помощью когерера Бранли. Лодж увлекательно рассказывал маститым членам королевского общества о научной проблеме — распространении и регистрации электромагнитных волн.

97

Но чтобы заинтересовать этой проблемой не ученых, а инженеров, надо было в доступной форме показать практические возможности этих явлений, обнаружить в них предпосылки создания связи без проводов. Лекция Лоджа, вышедшая отдельной брошюрой, имела большой резонанс в научном мире. Опыты Лоджа без промедления воспроизводились многими учеными (помните опыты с только что созданной вольтовой батареей?), среди которых был и А. С. Попов. Ученыйэкспериментатор, опытный педагог, Попов был к тому же знающим инженером, в течение многих лет в летние каникулы возглавлявшим электростанцию Нижегородской ярмарки. Это сложное по тем временам сооружение требовало прочных знаний в области электротехники и типично инженерной хватки, которой, судя по отзывам сослуживцев, Попову вполне хватало. Но к работам по воспроизведению опытов Лоджа Попов подошел как ученый и преподаватель, а не как инженер-практик. Это легко объяснить: в Минном классе была наука, на электростанции — конкретная работа. Да и опыты Лоджа ставились только для демонстрации явлений, имевших в тот момент чисто научный интерес. “В начале текущего года я занялся воспроизведением некоторых опытов Лоджа над электрическими колебаниями с целью пользоваться ими на лекциях...” так объясняет сам Попов цель своей работы. С тех же позиций и оценивает он свои первые результаты — именно в этом и лежит предпосылка первой ошибки Александра Попова. Но об этом позже. А пока посетим знаменитое заседание Физического отделения Русского физикохимического общества, проходившее 25 апреля (7 мая) 1895 г. То самое заседание, где впервые был продемонстрирован грозоотметчик Попова — первый в мире радиоприемник. Это событие многократно пересказывалось как сторонниками, так и противниками приоритета Попова в изобретении радио. Так что нам будут очень важны все детали доклада и опытов Александра Степановича, сделанных в этот день. И вот на небольшом столе рядом с

президиумом

Попов

установил

свой

прибор,

который

был

назван

автором

грозоотметчиком. В протоколе заседания четко перечислены все детали прибора и описан принцип его работы. В основу прибора Попов положил эффект, открытый незадолго до этого Бранли. Представим себе, что на изолированной подставке лежат две несоприкасающиеся металлические пластинки, поверх которых насыпана горка железных опилок, покрывающих концы обеих пластинок. Между пластинками последовательно включены источник тока и электрический звонок. Несмотря на то, что цепь звонка и замкнута через опилки, он не звонит, так как сопротивление опилок весьма велико. Но при воздействии электромагнитных

98

волн, например от возникшей неподалеку искры, сопротивление опилок резко падает. Они, по наблюдениям Лоджа, спекаются или электризуются. Тот же эффект (уменьшение сопротивления) можно получить и механическим уплотнением опилок, но нам важнее их реакция на электромагнитные волны. При уменьшении сопротивления электрический ток в звонке достигнет величины, при которой его якорь притягивается и раздается непрерывный звонок. Итак, опилки спеклись, сила тока большая, звонок трезвонит, а прибор никак не реагирует на новые сигналы. Нет, так не годится! Но к тому времени Лодж уже предложил, как нарушить связь опилок,— простым механическим встряхиванием. Потрясти подставку, и сопротивление опять возрастет: сила тока в цепи электромагнита звонка уменьшится, якорь отойдет в сторону — прибор опять в ждущем режиме, т. е. способен реагировать звонком на очередное электромагнитное возбуждение. И Попов предлагает собственную конструкцию этого элемента, названного ранее Лоджем когерером, и, главное, создает новую схему прибора. В приборе, предъявленном Поповым на заседании Физико-химического общества, когерер был выполнен в виде стеклянной трубки, вдоль ее внутренних стенок на расстоянии 2 мм друг от друга приклеивались две полоски платины, поверх которых насыпался металлический порошок или опилки. Трубка затыкалась с двух сторон пробками, через которые на разные ее стороны выводились концы полосок. Такова была конструкция чувствительного элемента — когерера. Но для поддержания чувствительности, как мы уже говорили, его надо было встряхивать после хотя бы однократного прохождения сигнала (электромагнитного возбуждения).

Лодж

рекомендовал

для

этой

цели

часовой

механизм,

регулярно

постукивающий по трубке молоточком. Но Попов предложил свой вариант: он создал автоматический когерер, который был готов к работе сразу же после реакции на электромагнитный сигнал, точнее, сразу же после звонка, этот сигнал регистрирующего. Чтобы понять смысл и оценить значение этого решения, обратимся к схеме прибора. Трубка когерера горизонтально подвешена на упругой пружине, а через ее контакты замыкается электрическая цепь, содержащая источник тока

и электрическое реле.

Предположим, что трубку перед опытом хорошенько встряхнули и сопротивление опилок между контактами когерера велико. И тут неподалеку от когерера произошел разряд — грозовой или в вибраторе Герца, неважно. Главное, что возникли электромагнитные колебания, вызвавшие электризацию порошка. Сила тока в цепи реле сразу возрастет, и его якорь притянется, замкнув своими контактами цепь электрического звонка. Тот зазвонит, застучав при этом молоточком по защитному кольцу, опоясывающему когерер. За один или

99

несколько ударов порошок придет в исходное состояние, и якорь реле сразу отойдет, отключив звонок. Приемник (давайте теперь называть его именно так) снова в ждущем режиме, причем без всякого вмешательства человека, т. е. автоматически. Приемник Попова реагировал на любые электромагнитные колебания достаточной интенсивности, будь то колебания вибратора Герца, разряд между проводниками, шумы в телефонной линии. Чувствительность приемника Попов повысил путем присоединения к одному из контактов когерера “вертикальной проволоки длиною 2,5 м” — антенны. Правда, тут могло не обойтись и без “подсказки” Теслы, еще в 1893 г. предложившего антенну для передатчика. Но антенна антенной, а идея самовосстанавливающегося (автоматического) когерера с инженерной точки зрения гораздо элегантнее. Теперь вопрос к читателю, перед которым уже прошло не одно блестящее изобретение, в том числе в области средств связи: “Есть ли в описанной конструкции изобретение?” Надеюсь на единогласный ответ: “Да!” Нужен ли кому-нибудь грозоотметчик, реагирующий только на один, первый разряд? Или снабженный когерером, встряхиваемым по случайному закону и именно в момент очередного встряхивания или до него способный пропустить сигнал? Разве что для демонстрации принципа регистрации электромагнитных колебаний. Но такие приборы уже показывал Лодж; автоматический же когерер позволил создать первую практическую конструкцию приемника электромагнитных колебаний, и разница, между приемником Попова и лабораторными макетами его предшественников была такой же, как между “бутылочным” (электрическим) телеграфом Земмеринга и аппаратом Шиллинга. Александр Попов замкнул блестящую плеяду исследователей, став за Фарадеем и Максвеллом, Герцем, Бранли и Лоджем, своими опытами достойно завершив их научный поиск. Попов был первым среди инженеров, взявшихся за практическое применение радио. Но, открывая эру радиотехники, великий изобретатель оставался на позициях типичного ученого. Первая ошибка Попова заключалась в том, что он и не думал патентовать свое изобретение. Как и многие ученые того времени, он считал вполне достаточным опубликование результатов: “Вопросы о приоритете на новые изобретения... могут решаться только чисто формальным образом, по времени печатного опубликования работ”. Попов был бы вполне прав, если бы речь шла об открытии. Например, явление изменения сопротивления металлического порошка под действием электромагнитных волн (явление, которое и положено в основу работы когерера) задолго до Бранли обнаружил Юз, но не опубликовал результатов; впоследствии знаменитый ученый очень жалел о своей промашке, но никогда не претендовал на приоритет Бранли, опубликовавшего результаты,

100

своих опытов первым. Но ведь Попов сделал не открытие, автоматический когерер и приемник на его основе созданы были на уже известных принципах. А само применение звонка и антенны было именно изобретением и, как любое изобретение, нуждалось в защите. Действующее в России того времени законодательство позволяло защитить изобретение, “испросив” на него охранный документ — “привилегию”. Кстати, всего через шесть лет Попов оперативно проделал такую процедуру со следующим своим изобретением — устройством для приема сигналов с помощью телефона — и получил в 1901 г. соответствующий охранный документ. Хотя сделал он это только наученный горьким опытом отстаивания приоритета главного изобретения своей жизни — первого в мире радиоприемника. Однако первопричина ошибки Попова была не только, а может быть, и не столько в его заблуждении насчет необходимости патентования, а в отсутствии к моменту доклада полного понимания практического значения проделанной им работы. Можно предположить, что на момент выступления на заседании Физико-химического общества он просто не задумывался о практическом применении своего приемника. Ведь только в последующей, декабрьской своей статье Попов довольно робко намекнул на перспективы его использования для радиосвязи. Для большинства же исследователей именно этот его намек оказался достаточен для заключения о полной очевидности перспектив радиосвязи уже на период доклада, т. е. на 25 апреля 1895 г. Да и вообще очень уж часто путают доклад на обществе и собственно статью, а ведь между ними не только полгода времени, но и весьма принципиальная разница. Доклад — о “поведении металлических порошков”, статья — о “приборе для обнаружения электрических сигналов”. Но вот что интересно: был ведь в Петербурге человек, который уже в апреле 1895 г. прекрасно понимал значение сделанного Поповым. Его имя — Евгений Тверитинов. Потомственный морской офицер слыл человеком весьма разносторонним. В тридцатилетнем возрасте Е. П. Тверитинов вместе с В. Н. Чиколевым создает первые системы электрического освещения, в 1894 г. становится редактором “Кронштадтского вестника”. И именно в этой газете появляется 30 апреля 1895 г. корреспонденция о докладе Попова на заседании Физико-химического общества, членом которого, кстати, Тверитинов являлся с 1878 г. Корреспонденция, в которой о перспективах изобретения Попова было сказано куда больше, чем в докладе. И главное: “...Поводом ко всем этим опытам служит теоретическая возможность сигнализации на расстояние без проводников, наподобие оптического телеграфа, но при помощи электрических лучей”.

101

Ни в протоколе заседания, ни в самом докладе, а в газетном его комментарии прозвучала мысль, которая только через полгода была повторена Поповым. Конечно, Тверитинов, много лет работавший вместе с Поповым преподавателем Минного класса, почетный инженер-электрик и автор солидных монографий по электротехнике, соратник Чиколева, понимал огромное значение работ Попова. Рядом с Поповым оказался еще один крупный русский инженер, и, вполне возможно, именно поэтому и появился тот последний абзац знаменитой декабрьской статьи. Кстати, именно Тверитинов в своей газете первым обнародовал факт проведения весенних 1895 г. (до доклада 25 апреля) опытов Попова с передачей сигнала на расстояние 30 сажен (более 60 м). От демонстрации грозоотметчика в Физико-химическом обществе до подачи первой заявки Гульельмо Маркони на новую систему связи прошло всего 13 месяцев. Чему посвятил их Попов, эти месяцы после его бесспорного научного и инженерного триумфа? И тут мы должны рассказать еще об одной ошибке великого изобретателя. Вспомним, что каждое лето, сразу после окончания занятий в Минном классе, Александр Степанович срочно отбывал в Нижний Новгород. Так было и в 1895 г. 25 апреля был прочитан исторический доклад, продемонстрирован грозоотметчик, а в июне он уже приступил к работе на электростанции Нижегородской ярмарки. Вернувшись домой глубокой осенью, Попов узнает о ярком событии в физике того времени — открытии Рентгена. Первые известия о лучах Рентгена появились в русской печати в конце 1895 г. А уже в январе 1896 г. в Минном классе А. С. Поповым и его помощником С. С. Колотовым была изготовлена первая в России рентгеновская трубка. Думаю, что истоки этого увлечения сформировались не без участия жены ученого. Именно Раиса Попова, врач Кронштадтского госпиталя, получила с помощью этого прибора один из первых рентгеновских снимков в отечественной медицинской практике. В череде этих занятий и увлечений, Попов только к концу 1895 г. сумел подготовить и отправить в “Журнал Русского физико-химического общества” статью “Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний”, опубликованную в январе 1896 г. Статья в основном была посвящена изложению его доклада от 25 апреля 1895 г. и лишь немного дополнялась последующими результатами. Это была первая публикация, раскрывающая суть изобретения Попова. Но в этой работе, в отличие от доклада, уже чувствовалась практическая направленность. Чисто научное и не раскрывающее сути работы название предыдущего доклада было заменено на четкое и ясное — “Прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний”. Не грозоотметчик, а прибор для регистрации колебаний — приемник, точнее, радиоприемник.

102

Статье этой, как первой публикации, отражающей суть изобретения Попова, предстояло впоследствии стать и важным юридическим документом, зафиксировавшим содержание и дату создания изобретения. Наряду с подробным описанием устройства приемника в статье приведены рекомендации по повышению его чувствительности. Описана и работа приемника в совокупности с вибратором Герца (искровым передатчиком): “В соединении с вертикальной проволокой длиною в 2,5 м прибор отвечал на открытом воздухе колебаниям, произведенным большим герцевым вибратором... с искрой в масле, на расстоянии 30 сажен”. Итак, сделаем главный вывод: весной 1895 г. Попов испытал созданный им приемник электромагнитных сигналов и осуществил практический прием сигналов от искрового передатчика (вибратора Герца), используя антенну, присоединенную к одному из контактов когерера. Данный факт бесспорно доказан подробной публикацией в “Журнале Русского физико-химического общества” и корреспонденцией Тверитинова в “Кронштадтском вестнике”. К чему такая скрупулезность? А помните высказывание Попова, что “вопросы о приоритете... могут решаться... по времени печатного опубликования работ”? Издав в солидном журнале подробную и обстоятельную статью, он посчитал вопрос о приоритете исчерпанным, успокоился, решив, что приоритет его изобретения надежно защищен... Однако и эта форма защиты приоритета была реализована с полугодовым опозданием; вторая ошибка великого изобретателя, явилась практически результатом увлечения Поповаученого. Попробуем четко определить, что же изобрел А. С. Попов. Грозоотметчик? Приемник? Радио? “Как же,— скажете вы,— всем известно, что Попов — изобретатель радио. Значит, радио он и изобрел”. А что же такое радио? Радиоприемник, стоящий у вас на столе, или сложнейший комплекс, включающий студию радиовещания, усилительно-передающую аппаратуру, антенну радиостанции и, наконец, приемник, составляющий малую часть от этой системы связи? В еще не сложившейся терминологии того времени радио порой называли принятую из эфира радиограмму. Передатчик именовали “передающим аппаратом”, а приемник — “приемным”. В первые годы беспроволочного телеграфа — именно так назвали сначала систему радиосвязи — в качестве передающего аппарата использовали искровые передатчики, выполненные по типу вибратора Герца. Предметом поисков Попова явилась оптимальная конструкция приемного аппарата. Поэтому правильнее было бы считать, что Попов изобрел не радио, а радиоприемник. И с этим радиоприемником впервые осуществил передачу искусственно созданных радиосигналов на расстояние.

103

Попробуем представить себе, что Александр Степанович в декабре 1895 г., вместо того чтобы отправлять статью, решил “испросить привилегию” в комитете по техническим делам при департаменте торговли

и

мануфактур,

практически — авторское свидетельство.

(Кстати, в 1900 г. он все-таки подал единственное свое прошение о выдаче привилегии на усовершенствование своего приемника, заключающееся в использовании в нем телефона для приема “морзянки” на слух.) В рамках нашего предположения попробуем сформировать предмет изобретения: “прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний”. Именно так (как и в статье) можно было назвать изобретенное устройство в прошении на привилегию: ведь термин “приемник” для этих целей еще не использовался. Пофантазируем дальше: представим себе, как бы звучал отзыв “эксперта по электрическим телеграфам и телефонам” (была уже такая должность при департаменте торговли). “А. С. Попов испрашивает привилегию на прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний. Источником электрических колебаний может служить какой-нибудь общеизвестный вибратор или атмосферные разряды: для регистрации колебаний применяется электрический звонок в комбинации с чувствительной трубкой и вертикальной проволокой, соединенной с таковой. Предлагаемое А. С. Поповым применение электрического звонка и соединенной с чувствительною трубкой проволоки для вышеуказанной цели представляет новизну и может быть привилегированно. Предметом привилегии полагал бы считать прибор для обнаружения и регистрирования электрических колебаний, характеризующийся комбинацией электрического звонка с чувствительною трубкой (когерером), наполненной металлическими зернами, вертикальной проволокой, соединенной с контактом чувствительной трубки и отведенным к земле общим проводом, соединенным с другим ее контактом...” Как же не хватает в летописи отечественной техники такой привилегии! Но все существенные признаки изобретения, которые могли бы составить предмет этой гипотетической привилегии, в статье налицо. И любые усовершенствования радиоприемника и системы радиосвязи в целом должны были с декабря 1895 г. рассматриваться в сравнении с опубликованными результатами Попова. Он не счел нужным защитить свое изобретение привилегией или патентом за рубежом, но, опубликовав его сущность, исключил возможность сделать это кому бы то ни было из своих последователей. Таков патентный закон, по крайней мере теоретически. Однако при экспертизе заявок на изобретения

104

патентные ведомства таких стран, как Англия, мало обращали внимания на российские технические достижения. Так произошло и с заявкой Маркони, поданной в июне 1896 г. в английское патентное ведомство. Но давайте-ка по порядку. В 1894 г. двадцатилетний Гульельмо Маркони с увлечением знакомится с работами Герца, Бранли и участвует в опытах болонского профессора Риги по возбуждению и приему электрических сигналов. А уже летом 1895 г. в усадьбе родителей он осуществляет передачу сигнала от вибратора Герца в пределах “приусадебного” участка и в конце года доводит расстояние до одной мили. Приемником ему служит та же, что и у Попова, комбинация когерера и встряхивающего его электрического реле. В июне 1896 г. Маркони приезжает в Англию, подает заявку

на систему

передачи радиосигналов и вскоре получает

соответствующий патент. Предметом изобретения Маркони являлась приемо-передающая система. Передатчиком служил вибратор системы профессора Риги — разрядник, в котором под действием индукционной катушки между двумя металлическими шарами, подключенными параллельно к ее вторичной обмотке, проскакивала искра... Заметим, что именно к передатчику Попов относился совершенно равнодушно. Понимая возможность осуществления с помощью своего приемника передачи сигналов без проводов, он писал в своей декабрьской статье: “В заключение могу выразить надежду, что мой прибор, при дальнейшем усовершенствовании его, может быть применен к передаче сигналов на расстояния при помощи быстрых электрических колебаний, как только будет найден источник таких колебаний, обладающий достаточной энергией”. По утверждению многих авторитетов, Попов несколько недооценил возможности искрового передатчика на вибраторе Герца. Из подобной же конструкции сначала Маркони, а затем и сам вернувшийся к опытам Попов смогли получить весьма приличную мощность, позволившую значительно увеличить дальность приема. Но именно в передатчике и заключалось наиболее существенное отличие конструкции Маркони: он использовал в нем антенну, точно такую же, как и в приемнике Попова. Так что антеннами в системе Маркони обладали и приемник, и передатчик. Анализируя конструкцию приемного аппарата Маркони, сам Попов указывал на ее полную идентичность своему изобретению. Маркони же всегда считал, что “изюминкой” приемника был когерер с откачанным из него воздухом. Именно этому решению он отдавал главную роль в повышении чувствительности. Но, даже если с этим и согласиться, в изобретении Маркони мы имеем дело с усовершенствованием известного искрового передатчика (введением

105

антенны) и известного же приемника Попова (герметизацией когерера). Именно с усовершенствованием, а не оригинальным изобретением! Дальше события развивались стремительно: получив сильную финансовую поддержку, Маркони в короткий срок совершенствует свою конструкцию и начинает ее практическое внедрение,

Дальность

передачи

растет:

Маркони

первым

реализует

передачу

радиосообщения через океан. Не вызывают сомнения заслуги молодого итальянца в деле практического использования радиосвязи. Да и созданные ему в промышленно развитой и хваткой к техническим новинкам Англии условия не идут ни в какое сравнение с атмосферой настороженности ко всему передовому в тяжелой на подъем России тех лет. Оставаясь бесспорным лидером в создании первого радиоприемника и проведении первого сеанса радиосвязи, Попов поневоле уступил лидерство в практическом внедрении своего изобретения молодому Маркони.

Пропало пропадом море Арал, Чудо…, но плещется море Байкал, Наша Земля велика и обильна, Море пропало – и вроде не видно. В. Владов 2.3.

БИОЭТИКА – КАК ФОРМА ЗАЩИТЫ ПРАВ ЧЕЛОВЕКА

Биоэтика - одно из направлений современной этики, рассматривающее феномен жизни в качестве высшей этической ценности, а сохранение жизни - в качестве важнейшего критерия различения добра и зла, с биоэтикой тесно связаны медицинская и экологическая Под биоэтикой можно понимать системный анализ действий человека в биологии и медицине в свете нравственных ценностей и принципов. Занимается биоэтика изучением сложных поведенческих программ, присущих животному миру и ее можно рассматривать как естественное обоснование человеческой морали. Множество признаков, присущих человеку, обусловлено генетически. И только часть человеческих черт обусловлена воспитанием, образованием и другими факторами внешней среды обитания. Хронометрия человеческого поведения показывает, в какой значительной степени биологично все наше поведение. Биоэтика помогает ответить на вопрос о происхождении таких важнейших проявлений человеческого разума, как мораль и этика. Этологи ( специалисты по поведению

106

животных) открыли у животных (и не только у высших) большой набор инстинктивных запретов, необходимых и полезных в общении с сородичами. По мнению этологов, мораль животных (или основные принципы биоэтики) это — создание естественным способом врожденного запрета выполнять обычные программы поведения при общении с себе подобными. Т.е., полезный необходимый инстинкт остается неизменным, например, у хищника это загонять добычу, убивать ее, но, для особых случаев, где проявление этого инстинкта было бы вредно, вводится специально созданный механизм торможения. Известно, что культурно-историческое развитие человеческого общества происходит аналогичным образом. Поскольку важнейшие требования всех моральных заповедей и кодексов — это не предписания, а именно запреты. Также как и врожденные механизмы и ритуалы, препятствующие асоциальному поведению животных, так и человеческие табу определяют поведение, аналогичное истинно моральному лишь с функциональной точки зрения. Важнейшие врожденные запреты у хорошо вооруженных животных следующие: 1. "Не убей своего". 2. Второй запрет непосредственно вытекает из первого — чтобы не убить своего и не быть убитым им, нельзя нападать неожиданно и сзади, без предупреждения и без проверки, нельзя ли разрешить возникший конфликт без схватки. 3. Следующий запрет, характерный для хорошо вооруженных природой животных Не применять смертоносное оружие или убийственный прием в драке со своими. 4. Четвертый запрет опять-таки более абсолютный у сильно вооруженных животных (в основном хищников). Этот запрет не позволяет бить того, кто принял позу покорности. 5. И, еще один очень важный принцип поведения, характерный для многих животных звучит так: победа с тем, кто прав. Однако, у человека не обладающего от природы смертоносным оружием такие запреты слабо развиты. Первые

проявления

биоэтики

у

человека

-

это

табу

на

каннибализм

и

жертвоприношения, ограничения связанные с запретами браков между родственниками, возникают под жестоким давлением отбора ради задачи сохранения вида. Если биоэтику трактовать не узкомедецински и биологически, то ее центральное ядро отношение к жизни и смерти. Жизнь понимается как самоценность, как высшая ценность.

107

Поэтому возникают проблемы, которые выходят за рамки отношений врача и пациента, а именно отношение к жизни, животным, к биогеоценозам, биосфере и т.д. Биоэтика возникла и стала интенсивно развиваться вначале

70-х годов США и

Западной Европе. Большую роль в становлении биоэтики сыграла медицина, а также развитие генетики, осознание не только биологами, но и обществом возможных негативных последствий генной инженерии. Новый уровень техники, практических возможностей медицины и экспериментальной науки поставил перед ученными новые этические проблемы. Биоэтика возникла как ответ на технологические вызовы в медицине. Новые технологии: трансплантации органов, зарождения и поддержания жизни вступили в противоречие и просто в конфликт с традиционными культурными ценностями. Например, для христианства сердце - это не только важнейший биологический, но и духовный орган человека, а его в настоящее время пересаживают или заменяют насосом. Биоэтика запрещает использовать биологические механизмы с целью вторжения в личную жизнь человека, проведение опытов на человеке без его согласия. В 1935 году в Германии была создана организация “Ананербе” в задачу которой входили медицинские опыты в концлагерях.. Нюрнбергский процесс поставил точку в этих экспериментах. Эксперименты на людях проводились в этот период и в Япониии. В 70 - е годы в некоторых больницах США проводились эксперименты на людях без их ведома. Некоторые ученые считают, что так удается добиться большей чистоты эксперимента. Особенно остро сейчас обсуждаются проблемы эвтаназии, где приходится учитывать право человека на добровольный уход из жизни, проблемы взятия органов для пересадки, когда повреждения в организме не совместимы с жизнью, а некоторые органы могут быть использованы для пересадки,

то остро встает вопрос о том, что считать наступлением

смерти и кто может дать такое заключение в очень ограниченный временной интервал. Современная медицина часто приходит в противоречие с принципом выдвинутым еще Гиппократом “Не навреди”. Например, при пересадке почки с разрешения донора, спасается жизнь человека, но донору от этого не становиться лучше. Продолжаются споры об абортах. В этом случае надо учитывать право матери на прерывание нежелательной беременности и право эмбриона на жизнь. В последнее время эмоционально обсуждается возможность клонирования человека. Природа допускает клонирование. Однояйцовые близнецы и есть клоны в прямом смысле слова, поскольку клетка обладающая полным набором хромосом по каким то причинам делится и далее развиваются два эмбриона с одинаковым набором хромосом. Поскольку природа допускает клонирование, то вряд ли клонирование таит в себе

108

какие либо опасности для человечества. Научно-исследовательская деятельность по изучению клонированного человека, тоже вряд ли принесет какие-то серьезные результаты. Проблема исследовалась еще К.А. Гельвецием в 18 веке. В своей книге “Об уме” он пишет, что сила ума у близнецов будет различной хотя бы потому, что они занимают различное положение в пространстве, а следовательно приобретут разный жизненный опыт. Защита человека от репрессивной психиатрии также является предметом биоэтики. Именно эта психиатрия ставила вымышленные диагнозы по политическим мотивам. Ее главная технология - изоляция инакомыслящих, тех кто не попадает под стандарты естественной для данного общества нормы. Если рассматривать биоэтику не просто как анализ норм взаимоотношений врача и пациента, а в более широком контексте и в силовом поле тех ментальных и ценностных форм, которые определяют отношение к жизни и смерти, к детству и старости, то в этом случае биоэтика не только включит в себя этические нормы отношения к животным, но и экологическую этику, этику отношений человека с биогеоценозами и со всей биосферой. Не только человек, но и вся природа окажется субъектами этических размышлений и моральной регуляции. Мы находимся в самом начале пути по развитию биоэтики, хотя в США уже издана пятитомная энциклопедия по данным проблемам. Выдвигаются и отстаиваются следующие постулаты: Единство науки и гуманистических ценностей. Необходимость ставить гуманистические цели выше исследовательских. Регулирование, исходя из гуманистических ценностей, научных исследований, включая и запреты на некоторые виды экспериментов, связанных с участием человека. Разработка правил биомедицинских работ с учетом прав личности, включая юридические нормы. Биоэтика неразрывно связана с медицинской этикой и правом. Общественный смысл биоэтики, в том, что она является конкретным проявлением гуманизма в медицине. Этот критерий является основным в научных исследованиях в биологии и медицине. И какие бы цели не ставились исследователями, гуманизм и безвредность для человека всегда должны стоять на первом месте - такой подход должен быть мерилом любой человеческой деятельности, в том числе и по ускорению научно-технического процесса. В этой связи должна получить развитие экологическая этика. И должен быть создан специально экологический кодекс.

109

Биоэтика отстаивает следующие принципы 1. Принцип единства жизни и этики. Жизнь является высшим проявлением упорядоченности в природе, а этика - высшее выражение сил, противостоящих хаосу в обществе. 2. Признание жизни в качестве высшей категории среди всех этических ценностей. 3. Принцип гармонизации системы человек- биосфера, предполагает наиболее полный учет биологических оснований социального бытия, упорный поиск путей превращения биосферы в ноосферу и предотвращение возможности уничтожения жизни на земле. Многие из отстаиваемых позиций закреплены международными договорами, конституциями стран, законами. Например, отказ от использования фреонов в производстве, поскольку они разрушают озоновый слой. Ряд статей Всеобщей декларации прав человека соответствует принципам биоэтики. Ст. 3. Каждый человек имеет право на жизнь, на свободу и личную неприкосновенность.Соответствует ей и п.1 ст. 20 конституции России Каждый человек имеет право на жизнь. Ст. 5. Всеобщей декларации прав человека - Никто не должен подвергаться пыткам или жестоким, бесчеловечным или унижающим его достоинство обращению и наказанию, и соответствующий ей п. 2 ст. 21 конституции России. Никто не должен подвергаться пыткам или жестоким, бесчеловечным или унижающим его достоинство обращению и наказанию Никто не может быть без добровольного согласия подвергнут медицинским, научным и иным опытам. Продолжает этот список Ст. 42. Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением. По мнению В.И. Вернадского, “... с человеком, несомненно, появилась новая огромная геологическая сила на поверхности нашей планеты”. Масштаб влияния человека на природу стал действительно планетарным, и по количественному эффекту воздействия деятельность человека стала превосходить многие естественные процессы. По данным Института Всемирного наблюдения (г.Вашингтон) происходит деградация окружающей природной среды:

110

1. Ежегодно уничтожаются влажно-тропические леса на площади 16,8 млн га (в 80-х годах эта цифра составляла 11 млн. га); 2. Из-за неправильного использования земель ежегодно возникает около 6 млн. га “рукотворных” пустынь; 3. Из-за кислотных дождей повреждены леса на площади более 31 млн. га; 4. Ежегодно на нашей планете теряется 26 млрд. т плодородного слоя пахотных земель; 5. Под угрозой исчезновения находятся не менее 25-30 тыс. видов сосудистых растений и т. д. Однако

наиболее

сложной

экологической

проблемой

является

интенсивное

загрязнение окружающей среды. Получение энергии обуславливает основной вклад в глобальное загрязнение биосферы, причем уголь, нефть и природный газ обеспечивает 85% мировой потребности в энергии. Выделяют три типа загрязнения природной среды: • физическое (тепловое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное); • химическое (аэрозоли, химические вещества, пластмассы,

пестициды, тяжелые

металлы и др.). • биологическое (биогенное, микробиологическое, генная инженерия) Особую опасность для живых организмов и окружающей среды представляют экотоксиканты, источниками поступления которых служат: предприятия химической, цветной, нефтеперерабатывающей, топливной и других промышленных отраслей; различные виды транспорта (особенно автомобильный); сельское хозяйство (минеральные удобрения, пестициды); АЭС и др. Эти загрязнители поглощаются живыми организмами и, перемещаясь по трофическим (пищевым) цепям, увеличивают свои концентрации во много раз и оказывают вредное воздействие на природные экосистемы и живые организмы. Среди глобальных экологических проблем биосферы особую опасность представляет ее радиоактивное загрязнение. Оно может быть вызвано главным образом антропогенными факторами: разработка радиоактивных руд, ядерные взрывы в мирных целях, испытание ядерного оружия, ядерно-технические установки, аварии на АЭС и предприятиях. В настоящее время по данным Международного агентства по атомной энергетике (МАГАТЭ) число действующих в мире реакторов составляет около 430 при их суммарной Электрической мощности 320 ГВт (или 17% мирового производства электроэнергии). Однако мировое лидерство в развитии атомной энергетики принадлежит Франции, АЭС которой вырабатывают около 75% всего объема электроэнергии. Значительное количество радионуклидов попадает в окружающую среду в результате ядерных взрывов в мирных

111

целях, в частности в период 1945-1985 гг. в мире было проведено 1349 испытаний ядерного оружия. На арктическом архипелаге Новая Земля в атмосфере и под водой было проведено более 90-ядерных взрывов (только в 1958 г. — 46 ядерных взрывов); около этого архипелага затоплено более 11 тыс. контейнеров с радиоактивными отходами. Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. по своим глобальным последствиям является крупнейшей экологической катастрофой в истории человечества. Суммарный выброс радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг (для сравнения — при взрыве атомной бомбы над Хиросимой было выброшено 740 г радионуклидов). 70% выброса радиоактивных веществ пришлось на территорию Белоруссии, причем большая их часть выпала в радиусе 300-400 км от станции. В состав радиоактивных осадков вошло 30 радионуклидов с периодом полураспада от 11 часов (криптон-85) до 24100 лет (плутоний-239). Площадь погибших сосновых лесов составила 600 га, а пораженных — более 15 тыс. га. Чернобыльскими радионуклидами были загрязнены бассейны рек Дуная, Днепра, Днестра, Дона, Волги и др., водохранилища (Киевское, Каневское, Каховское и др.) Огромны экономические потери от данной катастрофы: долгосрочное изъятие из хозяйственного оборота 144 тыс. га сельхозугодий, 492 тыс. га лесов, затраты на отселение жителей и т. д. В пострадавших районах резко повысилась заболеваемость анемией, сердечно-сосудистыми, легочными болезнями, участились вспышки инфекций, резко уменьшились показатели рождаемости и пр. В результате Чернобыльской катастрофы радиоактивными облаками была покрыта значительная часть Европы, при этом особенно пострадали Польша, Румыния, Швеция, Венгрия, Австрия, Турция и др. Поэтому во многих странах стали задумываться о возможностях

и

последствиях

использования

атомной

энергии.

Так,

в

Швеции,

Великобритании, Италии, Бразилии и Мексике Правительствами были приняты решения о запрещении строительства АЭС, в то время как в Китае, Иране, Польше, Кубе намечается в ближайшее время ввод новых АЭС. Возможно, в некоторых случаях пока ядерная энергетика необходима, но только при условии обеспечения приемлемого уровня экологической безопасности. Однако необходимо учитывать и то, что пока не решена в мире проблема радиоактивных отходов и не видно приемлемых путей ее решения. На территории России имеется 15 полигонов для захоронения РАО, а также центры по утилизации и захоронению радиоактивных отходов (Челябинск-65, Красноярск-26). Но эти районы - стали зонами экологического бедствия, где в 2 раза возросли онкологические заболевания, на 66% — детские лейкозы.

112

В этом плане интересными с точки зрения биоэтики пуск Волгодонской АС, решение о ввозе радиоактивных отходов в Россию. Очевидно, что проблемы биоэтики обладают одним ярко выраженным качеством: в поисках их решения люди вместо того что бы приходить к какому-то общему решению, скорее расходится во мнениях. Это происходит потому что, стороны делают акцент на разных аспектах одной проблемы и в результате приходят к разным выводам. Можно сказать что биоэтика - это форма защиты прав человека в том числе его право на жизнь, на здоровье, на ответственное и свободное самоопределение своей жизни. Биоэтика должна основываться на гуманизме и лишь в таком виде она может быть приемлема.

2.4. НАУЧНЫЙ МЕТОД И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ К ИЗУЧЕНИЮ БИОСОЦИАЛЬНЫХ ЯВЛЕНИЙ

В далёкий край, уносишь ты; Мой ад, мой рай, мои мечты. М.Ю. Лермонтов Современное человеческое общество столкнулось с рядом проблем, одной из которых является рационализация личности человека. Наблюдается тенденция

"механизации и

автоматизации" социальной и духовной природы личности. Угроза эмоционального обеднения человека вполне реальна. Например: в Британской энциклопедии 1935 г. три страницы уделено термину "атом"; одиннадцать страниц уделено термину "любовь"; в Британской энциклопедии 1966 г. тринадцать страниц уделено термину "атом"; одна страница уделена термину "любовь"/6/. Рассмотрим применение научного метода к изучению такого биосоциального явления как индивидуальная половая любовь. Наше исследование ни в коем случае не претендует на полноту, это всего лишь пример применения научного метода к исследованию биосоциальных явлений. Начнем с определения. Любовь - комплексное биологическое и социальное влечение, и общение мужчины и женщины, возникающее на основе инстинкта воспроизводства поколений и обеспечивающее особенно интенсивное духовное и телесное наслаждение.

113

Любовь - это не только инстинкт продолжения рода, половое влечение, но и система, объединяющая различные компоненты, форма социального общения мужчины и женщины и женщины, целостное, биологическое, психическое, эстетическое и моральное переживание. Любовь - явление сложное и многогранное. Её корни находятся в инстинкте, в половом влечении, подталкивающем не только тело, но и психику мужчины и женщины к особому интимному взаимному соединению. Но любовь не только инстинкт, не только платоническая мистерия, сладострастие, созерцание, психическая нирвана. Любовь соединяет природную и общественную сущность человека, являясь комплексом биологических и социальных отношений, физиологических и психологических компонентов, многосторонней и глубокой жизненной диалектикой материи и сознания. Любовь, как всякое сильное чувство, как всякая глубокая страсть есть сама по себе цель. Для любящих она долг, требующий служения и жертв, и, предаваясь чувству, они не отступают назад, чтобы ни сулила им развязка их романа – счастливый ли союз или терновый венец и безвредную могилу…(Белинский). Научные исследования любви следует начинать с рассмотрения биологической природы человека. Путь к высшим духовным сферам интимной жизни, лежит через тайные лабиринты полового влечения.

Генезис. Согласно легенде любовь существовала не всегда. В далекие времена человек имел два лица, одну голову, четыре руки и четыре ноги. Такие люди были слишком сильны и опасны для богов Олимпа. Зевс решил ослабить человека и разделил каждого на две половины. С тех пор каждая половина всё время ищет соединения со своей половиной. Так согласно легенде возникла земная любовь. И согласно легенде и в результате исследований очевидно, что любовь существовала не всегда. Исследователи дают различные оценки времени появления любви. Первую концепцию любви, которая стала источником для большинства любовных теорий, создал двадцать четыре века назад идеалист Платон. Любовь, по Платону,двойственное чувство. В ней живет как тяга к прекрасному, так и ощущение чего-то ущербного. Чувство неполноценности связано с тем, что земная любовь - лишь бледная копия идеи настоящей любви, которую наши души взяли с собой из бестелесного, идеального мира. Мир этот первичен и более совершенен по сравнению с миром

114

материальным. Эрот двулик, говорит Платон, он несет и пользу, и вред; дает и зло, и добро. Причем все хорошее - воспоминания из идеального мира, а все плохое вызвано несовершенством материи. Любовь таится в самой человеческой природе, а нужна, чтобы исцелять ее изъяны. Ведь когда мы по-настоящему любим, то возвышаемся над всеми своими недостатками. Поэтому, если вы хотите, чтобы вас любили, относитесь к любимому как к самому к себе. Естественно

-

научная

концепция

возникновения

любви

отличается

от

древнегреческой. В работе “Происхождение семьи, частной собственности и государства” Ф. Энгельс ссылается на результаты исследований Моргана. Энгельс говорит, что на развалинах Римской империи и в связи с возникновением моногамии, вместе с ней (моногамией), вопреки ей (моногамии) и несмотря ни на что, стало возможным развитие индивидуальной половой любви. Таким образом, чувство любви существовало не всегда, оно есть продукт цивилизации. Существенной

формой

социальной

регуляции

половых

отношений

является

установление контакта с определёнными лицами: родителями и детьми; близкими и родственниками. Это защитная социальная реакция против вырождения. "Семья" - говорит Морган - "активное начало; она никогда не остаётся неизменной, а переходит от низшей формы к высшей по мере как общество развивается от низшей ступени к высшей". Согласно Моргану из группового брака (неограниченные половые связи) развивается: 1. Кровнородственная семья – первая ступень семьи. Здесь брачные группы разделены по поколениям: все деды и бабки в пределах семьи являются друг для друга мужьями и женами, равно как и их дети, то есть отцы и матери; равным образом дети последних образуют третий круг общих супругов, а их дети, правнуки первых, - четвертый круг. Таким образом, в этой форме семьи взаимные супружеские права и обязанности исключаются только между предками и потомками, между родителями и детьми. Братья и сестры – родные, двоюродные, троюродные и более далеких степеней родства – все считаются между собой братьями и сестрами и уже в силу этого мужьями и женами друг друга. 2.Пуналуальная семья. Если первый шаг вперед организации семьи состоял в том, чтобы исключить половую связь между родителями и детьми, то второй состоял в исключении ее для сестер и братьев. Этот шаг, ввиду большего возрастного равенства участников, был бесконечно важнее но и труднее, чем первый. Это служит по мнению Моргана, “прекрасной иллюстрацией того, как действует принцип естественного отбора”. Не

115

подлежит сомнению, что племена, у которых кровосмешение было благодаря этому шагу ограничено, должны были развиваться быстрее и полнее, чем те, у которых брак между братьями сестрами оставался правилом и обязанностью. 3. Парная семья. Известное соединение отдельных пар на более или менее продолжительный срок имело место уже в условиях группового брака или еще раньше; мужчина имел главную жену среди многих жен, и он был для нее главным мужем среди других мужей. На этой ступени мужчина живет с одной женой, однако так, что многоженство и, при случае, нарушения верности остаются правом мужчин, хотя первое имеет место редко в силу также и экономических причин; в то же время от женщин в течение всего времени сожительства требуется в большинстве случаев строжайшая верность, и за прелюбодеяние их подвергают жёсткой каре. Брачные узы, однако, легко могут быть расторгнуты любой из сторон, а дети, как и прежде, принадлежат только матери. Парная семья, сама по себе слишком слабая и неустойчивая, чтобы вызвать потребность в собственном домашнем хозяйстве или только желание обзавестись им, отнюдь не упраздняет унаследованного более раннего периода домашнего коммунистического хозяйства. Но коммунистическое домашнее хозяйство означает господство в доме женщины, также как и то, что признавать родной можно лишь мать, при невозможности с уверенностью знать родного отца, означает высокое уважение к женщине, то есть к матерям. Парная семья возникла на рубеже между дикостью и варварством, большей частью уже на высшей ступени дикости, кое-где лишь на низшей ступени варварства. Это – характерная форма семьи для эпохи варварства, так же как групповой брак – для дикости, а моногамия – для цивилизации. Таким образом, по мере того как богатства росли, они, с одной стороны, давали мужу более влиятельное положение в семье, чем жене, и, с другой стороны, порождали стремление использовать это упрочившееся положение для того, чтобы изменить традиционный порядок наследования в пользу детей. Ниспровержение материнского права было всемирно-историческим поражением женского пола. Муж захватил бразды правления и в доме, а жена была лишена своего почетного положения, превращена в рабу его желаний, простое орудие деторождения. Это приниженное положение женщины постепенно было лицемерно прикрашено, местами также облечено в более мягкую форму, но отнюдь не устранено. Первый результат единовластия мужчин обнаруживается в возникающей теперь промежуточной форме – патриархальной семье. 4.Моногамная семья. Только после того как женщинами был осуществлен переход к парному браку, мужчины смогли ввести строгую моногамию, - разумеется, только для

116

женщин. Она возникает из парной семьи, как показано выше, на рубеже между средней и высшей ступенью варварства; ее окончательная победа – один из признаков наступления эпохи цивилизации, она основана на господстве мужа с определенно выраженной целью рождения детей, происхождение которых от определенного отца не подлежит сомнению, а эта бесспорность необходима потому, что дети со временем в качестве прямых наследников должны вступить во владение отцовским имуществом. Она отличается от парного брака гораздо большей прочностью брачных уз, которые теперь уже не расторгаются по желанию любой из сторон. Теперь уже, как правило, только муж может расторгнуть и отвергнуть свою жену. В части первой трилогии Эсхила "Орестея" Агамемон - герой Троянской войны, возвращается в Аргос. Коварная жена не ждёт его в одиночестве как Пенелопа. Она убивает мужа. Повод - Агамемон принёс богам в жертву дочь, Ифигению. Во второй части Орестсын Агамемона убивает Клитемнестру и её любовника. В третей части Эринии (Боги мести) преследуют Ореста который находится в храме Аполона. Затем - суд в храме Афины Палады. Эринии-стоят на позициях матриархата. Орест - убил мать - родная кровь, а Клитемнестра - мужа чужая кровь. Аполон защищает Ореста - кровная связь только с отцом. Афина Палада оправдывает Ореста - победа мужского права. Происхождение моногамии отнюдь не было плодом индивидуальной половой любви, с которой она не имела ничего общего, так как браки по-прежнему оставались браками по расчетам. Господство мужа в семье и рождение детей, которые были бы только от него и должны были наследовать его богатства, - такова была исключительная цель единобрачия. В остальном же оно было бременем, обязанностью по отношения к богам, государству и собственным предкам, которую приходилось выполнить. В Афинах закон предписывал не только вступление в брак, но и выполнение мужем определенного минимума так называемых супружеских обязательств. Таким образом, единобрачие проявляется в истории отнюдь не в качестве основанного на согласии союза между мужчиной и женщиной и ещё меньше в качестве высшей формы этого союза. Напротив. Оно проявляется как порабощение одного пола другим, как провозглашение неведомого до тех пор во всей предшествующей истории противоречия между полами. Единобрачие было великим историческим прогрессом, но вместе с тем оно открывает, наряду с рабством и частным богатством, тут продолжающуюся до сих пор эпоху, когда всякий прогресс в то же время означает относительный регресс, когда благосостояние и развитие одних осуществляется ценой страданий и подавления других.

117

Любопытный поворот истории. За моногамию боролись женщины, чтобы обеспечить себе возможность выбора того партнёра от которого хотят иметь детей, а воспользовались плодами этой борьбы мужчины, поскольку стали играть главенствующую роль в производстве и военном деле. Первой предпосылкой освобождения женщины является возвращение всего женского пола к общественному производству, что в свою очередь требует чтобы индивидуальная семья перестала быть хозяйственной единицей общества (гостевой брак). Моногамия была единственной формой, при которой могла развиться современная половая любовь, но это не значит, что любовь развивалась в ней исключительно или хотя бы преимущественно как любовь супругов друг друга. Сама природа прочного единобрачия при господстве мужа исключала это.

Становление. Первая форма любви - "страсть", не была супружеская любовь, это была рыцарская любовь средних веков. Рыцарская любовь воспевает супружескую неверность. Интересна в данном случае точка зрения Бердяева. Семья есть необходимый социальный институт и подчинена тем же законам, что и государство, хозяйство и прочее. Семья, очень связанная с хозяйственным строем, имеет очень мало отношения к любви. Элементы рабства всегда были сильнее в семье, и они не исчезли и до настоящего времени. Семья есть иерархическое учреждение, основанная на господстве и подчинении. В ней социализация любви означает ее подавление. Брак, на котором основана семья, есть очень сомнительное таинство. Христианство не знает своего таинства брака, оно лишь подтверждает брак в язычестве. Общество отвергает любовь. Любящий в высшем смысле этого слова – враг общества. Мировая литература защищала права и достоинство любви, и именно любви не социализированной. Первыми были провансальские трубадуры. В этом огромная заслуга литературы. Продолжение брака, когда любви нет, безнравственно, только любовь все оправдывает.

Статика

118

У любви отсутствуют статика. Любовь, так же как фотон, может существовать только в движении. Однако любовь имеет структуру. Глубинную основу любви составляют биологические (половое влечение, инстинкт продолжения рода) и социальные (общественные связи, эстетические и нравственные переживания двух людей, стремление к инстинктивной дружбе и пр.) аспекты. Положение о необходимости половой близости в любви можно аргументировать следующим образом: 1. Природа осуществляет соединение и оплодотворение индивидов путём чисто физиологического их совокупления. У человека этот процесс подчиняется инстинкту плоти облечённому в изысканные одежды цивилизации. 2. Истинная любовь возникает на основе полового влечения. Вначале знакомства половое влечение скрыто, но цель остаётся неименной, хотя вначале неосознанной. В индивидуальной половой любви можно выделить три фазы: • Первая фаза - а) сначала абстрактный идеал; б) потом женщина, которая очень похожа на идеал и ассоциация её образа с идеалом. • Вторая фаза - фаза страсти и чувственного обладания. • Третья фаза - увядание любви, переход в любовь по привычке – дружба. Сумма всех изменчивостей мужчины и женщины, за 2-3 года исчерпалась и дальше ассоциации. Человек пережив все фазы любви в нормальной обстановке едва ли может страстно любить во второй раз. Первым проявлением зарождающейся любви является восхищение. Возникает потребность в преувеличении некоторых черт объекта любви с целью придти к убеждению что любимое существо действительно является единственным. Это начало любви, то есть некоторый выход за пределы нашего "я", некоторый гиперсексуальный восторг. Без этой добровольной галлюцинации сознания и этого самовнушения нет любви, есть только половое влечение. Фейербах - "Вся красота природы сосредотачивается и индивидуализируется в различии полов." Идеальная же, то есть абстрактная женщина подобна товару, который, по словам Карла Маркса: "Как стоимость остаётся неуловимым". Иными словами, сознание должно выбирать между совершенным абстрактным существом и конкретной несовершенной женщиной. Сознание то рвётся в небо, то

119

опускается на землю. На помощь приходят иллюзии. Мужчина приближает идеал к действительности или возвышает действительность до идеала. Сознание неизбежно соглашается на "синицу в руках" отказываясь от "журавля в небе". При выборе объекта любви, как правило: •

Люди одного уровня развития и образования, воспитания - привлекают друг друга.

•

Люди одинакового темперамента и анатомического строения - инстинктивно отталкиваются.

Критерии выбора можно разделить на первичные и вторичные. К первичным относятся биологические, анатомические, нейрофизиологические особенности строения тела, черты внешности, тип нервной системы и т.д. К вторичным - социальные, идеологические, нравственные,

эстетические,

психологические

особенности,

общественная

среда,

мировоззрение, воспитание, вкусы, взгляды на будущее, система ценностей и т.п. Первичные факторы играют положительную роль, когда они различны, а вторичные, когда они совпадают. Факторами "индивидуальной притягательности" являются: • Особенность типа нервной системы. Сила, уравновешенность и скорость нервных процессов. Тип нервной системы определяется темпераментом. Тип нервной системы – область физиологии, темперамент – область психологии. Темперамент – совокупность индивидуальных психических особенностей личности, относящихся к её динамике, внутренне определяемых типов нервной системы. Свойства типа нервной системы: сила основных нервных процессов возбуждения и торможения; равновесие этих процессов; их подвижность в различных ситуациях.Характер – индивидуальное

своеобразие

психического

облика

личности,

который

типологически проявляется в особенностях поведения, в отношении к окружающей социальной среде и жизненным условиям. Характер включает темперамент, силу воли, общительность или замкнутость, инициативность или пассивность и др., которые зависят от воспитания. Психика определяется двумя линиями социальной и нейрофизиологической. • Внешние физические признаки (общее телосложение, рост, вес, пропорциональность отдельных размеров, форма частей тела, форма головы, частей лица, пигментация кожи, волос и глаз и т.д.) • Особенности голосовых данных (сила, тембр, высота).

120

• Общий

биосоциальный

признак

(возрастные

характеристики:

биологическая

особенность человека и его жизнедеятельности; социальная – возрастная психология, жизненный опыт и т.д.) • Социальные

характеристики

(сословная,

классовая

и

др.

принадлежности;

социальный престиж; материальный уровень; идеологические и мировоззренческие убеждения; система нравственных норм и ценностей; эстетическая ценностная система; интеллектуальный уровень; образованность; повседневное поведение при социальных контактах; одежда; внешний вид). Социальный престиж – важный критерий выбора включает в себя: популярность, привлекательность, авторитет. Факторами социального престижа являются: благородство характера, воспитанность, интеллект, эрудиция, талант, решительность действий, волевая организационная сила, высокое положение, контактность и особый дар общения с людьми. Любовь требует совпадения моральных ценностей. Когда один оценивает какие-либо поступки как нравственные, а другой как безнравственные наступает диссонанс в отношениях и любовь становится невозможной. Аристотель считал, что мужчина должен быть старше женщины на двадцать лет. Платон определял разницу в десять – пятнадцать лет. Российские специалисты считают оптимальной разницу в пять – восемь лет. Флобер устами Эммы Бовари говорит так – “Разве мужчина не должен знать всё”.

Динамика Исследования и наблюдения показали, что движущей силой и внутренней сущностью любви, является половое влечение мужчины и женщины, инстинкт продолжения рода. Постоянное взаимное созерцание мужчины и женщины - пища любви. Мнимая платоническая любовь. Платоническая любовь представляет собой один из

следующих вариантов: • дружбу бессильных в половом отношении людей, лишённых полового влечения. • неразделённую любовь с естественным нежеланием интимных контактов с одной из сторон.

121

• сильную взаимную любовь при отсутствии объективной возможности сближения. • Любовь при наличии у обоих или у одного из влюблённых предрассудков, исключающих удовлетворение полового желания. Множество исследованных фактов показывает, что продолжительное воздержание человека от половой жизни закономерно может привести к интеллектуальному застою, психологической травме, к неврозам и др.( например, монастыри - частные заболевания.) В "Монахине" Дидро описал эту вызванную стремлением к целомудрию деформацию мышления. Исследования позволяют утверждать, что не существует любви возникшей не на основе полового влечения, но человек может испытывать любовь до осуществления полового акта. Любовь развивается как особая эстетизация (отрицание стандартизации) отношений мужчины и женщины. Только человек вносит в половые отношения мораль. Человек освобождается не от половых инстинктов, а от непосредственного их воздействия, он регулирует и очеловечивает свои "животные потребности". Клара Цеткин приводит слова Ленина “… В любви участвуют двое и возникает третья, новая жизнь. Здесь кроется общественный интерес, возникает долг по отношению к коллективу”. Выбирая объект любви, мужчины и женщины имеют в виду не только биологические черты (глаза, волосы, фигура, темперамент и пр.), но и чисто социальную характеристику (положение в обществе, материальные возможности, воспитание, нравственный уровень, ценностную ориентацию и пр.). Требовательная избирательность – один из важнейших аспектов любви. Социальным аспектом любви является особая форма "эксплуатации" полового влечения. Человек также как и животные подчиняется природному закону биологического воспроизводства вида, т.е. обеспечению его потенциального бессмертия как вида, но одновременно с этим он социализирует инстинкт, обогащает его не известными животным функциями. Человек превращает сексуальное общение (включая половой акт) в само цельное наслаждение тела и души, не учитывая фактор размножения, а часто действуя в противоречии с ним. С одной стороны природа щедро дарует человеку наслаждение, чтобы побудить его с помощью этой приманки совершить акт зачатия индивида, а человеку, субъекту истории со своей стороны удаётся "обмануть" природу, превратив половое влечение в объект постоянного наслаждения, не служащего функции продолжения вида. Половой контакт как средство размножения - закон природы. Половой контакт как самостоятельное удовольствие, как чистое наслаждение - открытие цивилизации.

122

Ван Гог: "Кто любит - живёт, кто живёт - работает". Джек Лондон - роман "Смирительная рубашка": "Порой мне кажется, что история мужчины это всегда история его любви к женщине". В. Гюго; "Любить значит действовать." Упорство в любви творит чудеса. Успех - в неутомимой и настойчивой активности инициатора общения, в его способности выразить грациозно и утончённо свои чувства, прибегая в случае необходимости к риску отчаянного наступления, но необходимы такт, чувство меры и красота. Психология любви требует артистизма. Сущность любви - в постоянном открытии заново идеала. Необходимы: умение видеть, сила воображения, тонкость души. Объект любого влечения объединяет в себе сверхъестественное совершенство бога и осязательную реальность человека. Ромэо: Любил ли я, хоть раз до этих пор? О нет, то были ложные богини, Я истинной красы не знал доныне. Длительность чувства индивидуальной половой любви различна у разных индивидов, в особенности у мужчин. Гегель - единственная избранница Мария. Ньютон - мисс Сторей. Майкл и Сара Фарадей. Ей двадцать, ему тридцать. Сорок шесть лет после этого счастливой супружеской жизни. Частая смена увлечений: Овидий, Лопе Де Вега, Байрон, Гёте, Гюго, … Иногда частая смена увлечений связана с психологической травмой, полученной в раннем возрасте. Байрон - Мери Чауерт: "Не могу любить этого хромого мальчика". Нас учит время: пламени на смену, Придёт привычки предвечерний луч. Целуем мы и гаснем постепенно, А лучше смерть, чем путь в жизни с круч. Альфред Остин

Взаимосвязи и взаимодействие

123

Огромное влияние на возникновение, развитие, расцвет удивительнейшего из явлений – индивидуальной половой любви оказало искусство (танцы, музыка, скульптура, живопись, художественная литература). Согласно Белинскому “Искусство есть непосредственное созерцание истины или мышление в образах”. Искусство создаёт мир, являющийся воплощением человеческого идеала красоты. Эстетизация окружающего мира – одна из основных задач искусства, в том числе искусство признано эстетизировать любовь и половые отношения. Внимания заслуживает тот факт, что многие эротические, первобытные танцы, эстетически имитируют грациозную инстинктивную "любовную игру". Искусство древних греков провозглашало главным образом, внешнее, физическое проявление человека. Оно эстетизировало атлетический человеческий тип. Федра - первая женщина в античной литературе, которая пламенно выражает свои чувства. "Любить тебе велела Афродита, ты будь смелее - и любви отдайся". Античная литература эротична, полна жизни, но в тоже время она уже эстетически отражает разгорающийся свет духовности. В "Иллиаде" любви нет. Агамемон отнимает у Ахилла Брисеиду (пленница), но спор не из-за того, что отнимают любимую, без которой он не может жить, а в том, что отнимают вещь, тоже было бы, если бы отняли коня, оружие. Отсутствие любви у греков объясняется не развитостью психики (и из-за грекоперсидских войн - но это не главное). Нельзя считать любовью и похождения Одиссея на острове нимфы Калипсо. Нет объективных предпосылок любви - нет индивидуального выбора, Одиссей - один. Нимфа – одна. Искусство средневековья - наоборот воспевало мистическое внутреннее углубление. Искусство

Возрождения

эстетически

синтезировало

античное

восхищение

человеческой жизненностью и духовное само-углубление, создав высшую форму красоты и гармонии. Энгельс в работе "Людвиг Фейербах и конец классической немецкой философии" отмечает, что “половая любовь в течении последних 8 столетий стала обязательной осью, вокруг которой вращается вся поэзия”. Овидий: "Наука любви!", стихи заставляют женщину быстрее придти в объятия мужчины.

124

Буало: "Поэтическое искусство" "Кто пишет высоко и чисто о любви, Не вызывает тот волненья крови." Художник-литератор соединяет инстинкт биологического воспроизводства человека с самыми чистыми порывами духа. Болгарин Кирилл Христов: Как зверю дикому и мне подвластен; Природы зов! Ты руку протяни! Уста к устам приникли сладострастно и так все дни. Дыхание слилось - живое пламя - мир озаряет! Не нужны слова! Из смертных кто дерзнёт бросить в нас камень; Когда мы божества! Данте в "Божественной комедии" демонстрирует магию сопереживания для героев Франческо и Паоло: Чуть мы прочли о том, как он лобзаньем, Прильнул к улыбке дорогого рта. Тот с кем на век я скована терзанием, Поцеловал, дрожа мои уста. И книга стала нашим галиотом, Никто из нас не дочитал листа. При выборе объекта любви, субъект оценивает себя, то есть, принимает решение для себя самого достаточно ли красив, умен, богат и т.д. Это важный психологический момент индивидуальной половой любви, поскольку инициатор общения всегда выступает с явной целью уложить объект любви в постель. Л.Н Толстой. Война и Мир. Ежели бы я был не я, а красивейший и умнейший, и лучший в мире человек, и был бы свободен, я бы сию минуту на коленях просил руки и любви вашей. Э. Ростан. Сирано де Бержерак. Перевод Владислава Соловьёва. Кого может полюбить урод? Конечно, самую красивую из женщин!

125

Ле Бре: "Скажи об этом ей". Ну, это несколько трудней, характер мой насмешек не выносит. Э. Ростан. Сирано де Бержерак. Перевод Щепкиной - Куперник Ле Бре: Твой ум, талант твой, храбрость наконец, Не могут не пленить возвышенных сердец. . . . Ты поразил её, а от ума поверь, До сердца близок путь! Иди же к ней теперь. И чувство выскажи ей прямо, без смущения. Сирано: Да! Чтоб она мне рассмеялась в нос? Насмешку я бы от неё не снёс. И. Гончаров. "Обломов" "Нет, этого быть не может!", - вслух произнёс он, встав с дивана, и ходя по комнате. "Любить меня, смешно, с сонным взглядом, с дряблыми щеками"… "Она всё смеётся надо мной"… А.П. Чехов. Рассказы. "О любви" “Мы боялись всего, что могло бы открыть нашу тайну нам же самим. Я любил нежно, глубоко, но я рассуждал, я спрашивал себя, к чему может привести наша любовь, если у нас хватит сил бороться с нею. Мне казалось невероятным, что эта моя тихая, грустная любовь вдруг грубо оборвёт счастливое течение жизни её мужа, детей, всего этого дома, где меня так любили и где мне так верили. Честно ли это? Она пошла бы за мной, но куда? Куда бы я мог увезти её? Другое дело, если бы у меня была красивая, интересная жизнь, если бы я например, боролся за освобождение родины или был знаменитым учёным, артистом, художником, а то ведь из одной обычной будничной обстановки пришлось увлечь её в другую такую же или ещё более будничную. И как бы

126

долго продолжалось наше счастье? Что было бы с ней в случае моей болезни, смерти или просто если бы мы разлюбили друг друга”. Издревле

для

подчеркивания

факторов

индивидуальной

привлекательности

человечество использовало косметику и моду. Мода с одной стороны предполагает подражание лицам имеющим высокий престиж, с другой стороны преследует цель отделиться от людей, которых недостаточно ценит. Требования к одежде: практичность, целесообразность, удобство; отображать сословную, классовую, идеологическую и политическую принадлежность; подчеркивать или обнажать часть тела в целях эстетического воздействия на другой пол.

Со всех сторон За что же все-таки любят? Любят за одинаковость и контрастность. По – видимому, интуитивное чувство направленно на потенциальные духовные возможности, даже если им не

суждено

реализоваться.

Здесь

обнаруживается

противостояние

неисчерпаемых

возможностей человека и их усечённой реализации в жизни.

Любовь и судьба человека тесно переплетаются. Широко известны трагедии любви. Нельзя здесь не отметить и антифеминизм, который, как правило, возникает на базе той или иной личной драмы. Аристотель считал, что женщина недостаточно развитое человеческое существо. 1400 лет назад Маконский церковный собор официально рассматривал проблему есть ли у женщины душа. Большинством в один голос было решено: у женщины хотя существа и низшего всё таки имеется какое-то подобие души. Ницше: "Идешь к женщинам? Не забудь плеть!" Шопенгауэр презирал физическое соединение. Оба жаждут теоретической компенсации своих жизненных неудач. Ярким примером системы ценностей выступают слова Шандар Петефи: Любовь и свобода, вот всё что мне надо! Любовь ценою смерти я добыть готов. За вольность я пожертвую тобой, любовь. Обращаясь к Лермонтову можно привести слова Печорина, который говорит, что сто раз жизнь, честь свою поставит на карту, но свободы своей не отдаст.

127

Бердяев так характеризует любовь. “Любовь – лична, индивидуальна, направлена на единственное , неповторимое, незаменимое лицо. Половое же влечение легко соглашается на замену, и замена действительно возможна. Сильная любовь – влюбленность может даже не увеличить, а ослабить половое влечение. Влюбленный находится в меньшей половой зависимости от половой потребности, может легче от нее воздерживаться, может даже делаться аскетом. Любовь всегда относится к единичному, а не общему. Эротическая любовь коренится в поле, и без пола ее нет. Но она преодолевает пол, она вносит иное начало и искупает его. Эрос имеет и другое происхождение, происходит из другого мира. Природа любви-эроса очень сложная и противоречивая и создает неисчислимые конфликты в человеческой жизни, порождает человеческие драмы. Я замечал в себе противоречивое. Любовь-эрос меня притягивала, но еще более, еще сильнее отталкивала. Когда мне рассказывали о романах знакомых мне людей, я всегда защищал право на их любовь, никогда не осуждал их, но часто испытывал инстинктивное отталкивание и предпочитал ничего не знать об этом. Я всегда защищал свободу любви и защищал страстно, с негодованием против тех, которые отрицали эту свободу. Я ненавидел морализм и законничество в этой области, не выносил проповеди добродетелей. Но иногда мне казалось, что я люблю не столько любовь, сколько свободу. Настоящая любовь – редкий цветок. Меня пленяла жертва любовью во имя свободы или жалости, как пленяла и свобода самой любви. Любовь, которой пожертвовали и которую подавили во имя свободы или жалости, идет в глубину и приобретает особый смысл. Мне противны были люди, находящиеся в безраздельной власти любви. И многие проявления любви вызывали возмущение. Но в дионисической стихии любви есть правда возвышения над властью закона. Я остро чувствую конфликт любви-эроса с любовью-жестокостью, также как конфликт любви со свободой. Нельзя отказаться от любви, от права и свободы во имя долга, закона, во имя мнения общества и его норм, но можно отказаться во имя жалости и свободы. Любовь так искажена, профанирована и опошлена в падшей человеческой жизни, что стало почти невозможным произносить слова любви, нужно найти новые слова. Настоящая любовь возникает, когда встреча не случайна, и есть встреча суженого с суженой. Но в неисчислимом количестве случаев встреча бывает случайной, и человек мог бы встретить при других обстоятельствах более подходящего человека. Поэтому такое огромное количество нелепых браков”. Майн Рид. Всадник без головы. “Такова одна из слабостей человеческой натуры: мы испытываем досаду, сталкиваясь с чужой любовью, особенно, если это всепоглощающая страсть. Объяснить это не трудно:

128

мы знаем, что влюбленные совсем не интересуются нами. Это старая история о самолюбии, уязвленном безразличием.”

Модель Пессимистическая модель любви разработана выдающимся философом прошлого Каслером. Он выделяет три причины, заставляющие влюбляться. Прежде всего, как считает сей ученый муж, человеку присуща потребность в признании быть важным, значимым в глазах окружающих. Причем жажда признания – главный, на его взгляд, поведенческий стимул. Само собой, мы стремимся к удовлетворению сексуальных потребностей. А некоторые влюбляются, потому что так принято, - на языке ученых это называется “конформистская реакция”. Любовь, по Каслеру, сплав эмоций, среди которых доминирует страх потери источника удовлетворения потребностей. Этот страх делает человека зависимым и мешает личностному развитию. Позитивное эмоциональное состояние влюбленного обычно вызвано благодарностью за удовлетворение потребностей. Следовательно, приходит к выводу философ, свободный человек не испытывает любви. Оптимистическая модель любви разработана одним из лидеров гуманистического подхода к психологии американцем Абрахамом Маслоу. Согласно модели Маслоу, любовь сопровождается

ощущением

полной безопасности

и психологическим комфортом,

постоянным усилением интереса любящих друг к другу и удовлетворенностью сексуальной стороны отношений, которая с годами только растет. Феноменологическая модель любви в результате нашего рассмотрения может быть представлена в следующем виде. Любовь - явление сложное и многогранное. Её корни находятся в инстинкте, в половом влечении, подталкивающем не только тело, но и психику мужчины и женщины к особому интимному взаимному соединению. Но любовь не только инстинкт, не только платоническая мистерия, сладострастие, созерцание, психическая нирвана. Любовь соединяет

природную

и

общественную

сущность

человека,

являясь

комплексом

биологических и социальных отношений, физиологических и психологических компонентов, многосторонней и глубокой жизненной диалектикой материи и сознания. Маркс заметил, что даже половой инстинкт очеловечен совместным трудом и борьбой мужчины и женщины. В свою очередь Ленин считал, что любовь в первую очередь надо

129

освободить от материальных забот. Но парадокс как раз в том, что как только любовь освободить от забот (в том числе материальных) исчезает то самое очеловечивание полового инстинкта, а следовательно и сама любовь. Любовь возникла как результат цивилизации около 5 –го века нашей эры и развивалась в рамках моногамного брака. Первая форма любви - "страсть", не была супружеская любовь, это была рыцарская любовь средних веков. Рыцарская любовь воспевает супружескую неверность. В индивидуальной половой любви можно выделить три фазы: • Первая фаза - а) сначала абстрактный идеал; б) потом женщина, которая очень похожа на идеал и ассоциация её образа с идеалом. • Вторая фаза - фаза страсти и чувственного обладания. • Третья фаза - увядание любви, переход в любовь по привычке – дружба. Человек пережив все фазы любви в нормальной обстановке едва ли может страстно любить во второй раз. Первым проявлением зарождающейся любви является восхищение. Возникает потребность в преувеличении некоторых черт объекта любви с целью придти к убеждению что любимое существо действительно является единственным. Это начало любви, то есть некоторый выход за пределы нашего "я", некоторый гиперсексуальный восторг. Без этой добровольной галлюцинации сознания и этого самовнушения нет любви, есть только половое влечение. Иными словами, сознание должно выбирать между совершенным абстрактным существом и конкретной несовершенной женщиной. Сознание то рвётся в небо, то опускается на землю. На помощь приходят иллюзии. Мужчина приближает идеал к действительности или возвышает действительность до идеала. Сознание неизбежно соглашается на "синицу в руках" отказываясь от "журавля в небе". При выборе объекта любви, как правило: •

Люди одного уровня развития и образования, воспитания - привлекают друг друга.

•

Люди одинакового темперамента и анатомического строения - инстинктивно отталкиваются.

Критерии выбора можно разделить на первичные и вторичные. К первичным относятся биологические, анатомические, нейрофизиологические особенности строения тела, черты внешности, тип нервной системы и т.д. К вторичным - социальные, идеологические,

130

нравственные,

эстетические,

психологические

особенности,

общественная

среда,

мировоззрение, воспитание, вкусы, взгляды на будущее, система ценностей и т.п. Первичные факторы играют положительную роль, когда они различны, а вторичные, когда они совпадают. Упорство в любви творит чудеса. Успех - в неутомимой и настойчивой активности инициатора общения, в его способности выразить грациозно и утончённо свои чувства, прибегая в случае необходимости к риску отчаянного наступления, но необходимы такт, чувство меры и красота. Психология любви требует артистизма. Сущность любви - в постоянном открытии заново идеала. Единственная общая черта любви которую можно выделить - требовательная избирательность. Огромное влияние на возникновение, развитие, расцвет индивидуальной половой любви оказало искусство (танцы, музыка, скульптура, живопись, художественная литература). Энгельс в работе "Людвиг Фейербах и конец классической немецкой философии" отмечает, что “половая любовь в течении последних 8 столетий стала обязательной осью, вокруг которой вращается вся поэзия”. При выборе объекта любви, субъект оценивает себя, то есть, принимает решение для себя самого достаточно ли красив, умен, богат и т.д. Это важный психологический момент индивидуальной половой любви, поскольку инициатор общения всегда выступает с явной целью уложить объект любви в постель. Интуитивное чувство любви направленно на потенциальные духовные возможности, даже если им не суждено реализоваться. Любое явление однажды возникнув, должно исчезнуть. Не является исключением и индивидуальная половая любовь. Прежде всего, следует отметить, что любовь никогда не была широко распространена по всей планете. Любовь не характерна для Средней Азии, Латинской Америки и других областей Земли. Это связано с формами брака: многоженство, многомужество, предшествующие моногамии формы брака, которые исключают возможность зарождения любви. Более того, любовь никогда не была массовым явлением. Любовь не для всех. Чтобы обрести способность любить надо вобрать в себя все те богатства, которые накопило человечество, и не просто вобрать их, а впитать их в себя, сопереживая. Это предполагает

131

высочайший уровень развития индивида. Не случайно, что даже у великих древних греков любви не было. В двадцать первом веке, когда отменен Наполеоновский кодекс, когда с моногамным браком соперничают гражданский и гостевой браки, когда наблюдается тенденция "механизации и автоматизации" социальной и духовной природы личности, когда происходит эмоциональное обеднение человека, любовь становится реликтовым явлением. Моментом исчезновение любви как явления, по-видимому, можно считать конец 20 –го века. История

осуществляет

"либерализацию"

половых

отношений

при

общем

раскрепощении реальной сущности человека. В современную эпоху существует тенденция к постоянному утончению удовольствий. Из выше изложенного можно сделать вывод, что Энгельс в работе “Происхождение семьи, частной собственности, государства” ошибается, предполагая, что моногамия и проституция исчезнут, а индивидуальная половая любовь – останется. Энгельс пишет: “С переходом средств производства в общественную собственность семья индивидуальная перестанет быть хозяйственной единицей общества, частный дом, хозяйство превратится в общественную отрасль труда. Уход за детьми станет всеобщим делом, а потому исчезнет беспокойство о последствиях, которые в настоящее время составляет самый существенный, общественный момент, моральный и экономический, мешающий девушке не задумываясь отдаться любимому мужчине. И, наконец, в настоящем обществе моногамия и проституция хотя и составляют противоположности, но противоположности неразделимые, полюсы одного и того же общественного порядка. Может ли исчезнуть проституция не увлекая за собой в пропасть и моногамию? Здесь вступает в действие индивидуальная половая любовь”. Моногамный брак исчезает, исчезает любовь, а на лице проституции – ни одной морщины. Исчезновение такого удивительного явления как индивидуальная половая любовь ни чем не угрожает человечеству и печалится здесь не о чем. Любовь сыграла свою социальную роль. Любовь может уйти. Человечество, смеясь, расстается со своими недостатками. 2.5. МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЦИАЛЬНО – ПРАВОВЫХ ПРОЦЕССОВ

В данном разделе мы попытаемся дать подход к моделированию социально-правовых процессов.

132

Модель — упрощенное представление

реального процесса или явления. Причём

такое — что наиболее существенные свойства процесса учтены в модели, а несущественные нет. Моделируют социально — правовые процессы для того, чтобы иметь возможность влиять на них, управлять ими. Т.е. необходимо получать или прогнозировать результат процесса, с какой — либо степенью вероятности. В социально правовых процессах, участвуют люди, которые делятся на социальные группы: рабочие, крестьяне, ИТР, партии, предприниматели и т.д. Чтобы оценить влияние социальных групп на тот или иной процесс надо прежде всего выделить эти группы, установить их численность. Значимой считается группа численностью в 4% от общего состава населения. Для армян, евреев и татар значимой будет группа в 2% от общего состава населения. Далее необходимо провести контент-анализ (анализ содержания текстов). Если это партия, движение, то достаточно изучить программу. Если группа не издаёт документов необходимо провести анализ высказываний лидеров, проанализировать возможности образования группы при определённых условиях. Существует 7 уровней участников событий: лидер, правящая элита, политические группы, социально-экономические группы, религиозно-этнические группы, региональные группы, взрослое население (старше 16 лет). Очень важно учесть факторы влияющие на рост или сокращение численности той или иной социальной группы. Уровни активности учитываются по соответствующей девяти бальной шкале порядка.

Таблица 7 Шкала активности Балл 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Признаки Вооруженное насилие. Предполагает наличие бойцов. Физическое насилие. Предполагает наличие бойцов. Экономические действия. Действия сторонников. Политические действия (общение). Готовность действовать (намерения). Радикалы. Желание действовать (установка). Либералы. Внимание. Характеризуется высказываниями. Интерес. Характеризуется высказываниями. Безразличие.

133

В качестве примера 9 - го балла шкалы активности можно привести штурм Останкино в 1993 г. Ельцин знал и даже предупреждал (осень). Примером 7 – го балла шкалы активности может служить известный эпизод с коробкой долларов, которую носили по Кремлю перед выборами Б.Н.Ельцина. В качестве примера 2 – го балла шкалы активности могут служить высказывания бабушек в общественном транспорте. Сила группы определиться как произведение ее численности на балл шкалы активности. В начале процесса моделирования в общем случае и без привязки к объекту исследования, необходимо: 1. Проанализировать ситуацию. 2. Осуществить постановку задачи. 3. Принять решение. Здесь главный этап - выбор решения. 5. Реализовать решение Деятельность с целью получения события. 6. Событие — результат реализации решения. События можно считать. Допустим, управление сопротивлением оппозиции. Необходимо довести до уровня в котором можно управлять (чтобы быть послушным - надо быть уязвимым).

Критерии выбора 1. Полезность. 2. Затраты. 3. Соотношение сил. 4. Время. 5. Синергетический эффект - 1+1>2 ( взаимодействие, сотрудничество ). 6. Вероятность победы. 7. Риск (нежелательные последствия). Для решения вопроса о том, какие факторы окажутся значимыми при составлении модели применяют

метод

экспертных

оценок,

который

предполагает

использование

всей

(априорной) информации об изучаемом объекте или процессе. Процедура проведения экспертного метода состоит из 4-х этапов.

134

1. Опрос и анкетирование по рассматриваемому вопросу. 2. Статистическая обработка анкет и составление матрицы рангов. 3. Оценка согласованности мнений специалистов. 4. Анализ диаграммы рангов и исключение незначащих факторов. Численность экспертной группы составляет 7-12 человек и определяется из условий требуемой вероятности правильного решения. Обычно эксперту предлагается оценить 7-10 факторов (можно и больше). Выбираются те факторы, которые могут каким- либо образом влиять на процесс. Затем факторы ранжируют по значимости и по известным критериям определяют незначимые. Для анализа оставляют значимые факторы. В технике далее проводят факторный эксперимент. В социологии – сложнее, т.к. проведение факторного эксперимента не всегда возможно и приходится составлять модель на основе имеющегося опыта. Составление модели осложняется с учетом влияния различных условий (в т.ч. катастрофы, неурожай, идеология). Чтобы определить

направления развития процесса

необходимо оценить тенденции развития значимых факторов (например, рост социальных групп).

135

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно измерительной техники. Киев: Вища школа, 1983. 2. Шишкин И.Ф. Лекции по метрологии: Учебное пособие. – М. РИЦ “Татьянин день”, 1993. 3. Шишкин И.Ф., Основы метрологии, стандартизации и контроля качества. - М: Издательство стандартов 1988. 4. Шишкин И.Ф., В.М.Станякин. Квалиметрия.-М.: ВЗПИ, 1992. 5. Речицкий В.И. Профессия - изобретатель: Кн. для учащихся ст. классов средн. шк.М.: Просвещение, 1988. 6. Василёв Кирилл, Любовь- М.: Прогресс, 1982.

136

ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1. Основы метрологии 1.1. Общенаучные методы познания 1.2. Роль измерений в теории отражения 1.3. Измеряемые свойства и их меры 1.4. Размерность 1.5. Аксиомы метрологии 1.6. Измерительные шкалы 1.7. Результат измерения 1.8. Факторы, влияющие на результат измерения 1.9. Классификация измерений 1.10. Основные понятия информационной теории измерений 1.11. Математические меры информации 1.12. Исходная энтропия значений непрерывной величины до измерения 1.13. Погрешности измерений 1.14. Стандартизация и аттестация методик выполнения измерений 1.15. Передача размеров единиц величин от эталонов к образцовым рабочим средствам измерений 1.16. Обработка результатов многократных наблюдений 1.17. Метод экспертных оценок. 2. Научно-технический прогресс 2.1. Законодательство о научно-техническом прогрессе 2.2. Парад изобретений 2.2.1. Лидирует электричество 2.2.2. Телеграф 2.2.3. Ничего не трогайте Ватсон! 2.2.4. Две “ошибки” Александра Попова 2.3. Биоэтика - как форма защиты прав человека 2.4. Научный метод и его применение к изучению биосоциальных явлений 2.5. Моделирование социально-правовых процессов Список использованных источников