явлением, мы должны найти связь между отдельными сторонами его: установить какие-то характеристики движения тела; определить, как влияют на эти характеристики размеры, форма и масса тела, высота, с которой оно падает, и т. д., и — самое главное — извлечь из этих данных общие выводы, объясняющие, почему падение протекает именно так, а не иначе.
Те же задачи возникают и при изучении любого другого явления. Мы должны установить, от чего зависит тот или иной ход явления, каким образом можно ослабить или усилить отдельные стороны его. А для этого надо уметь расчленять явление, выделять отдельные его элементы и по возможности изменять условия, в которых протекает явление, т. е. перейти от простого наблюдения к эксперименту. При этом крайне важно не ограничиваться лишь общими качественными впечатлениями о явлении, а найти количественные характеристики отдельных его элементов в виде величин, поддающихся измерению. Другими словами, надо определить, какие понятия могут служить для количественной характеристики явления, и установить те приемы, с помощью которых мы будем измерять соответствующие величины; нахождение этих величин позволяет отыскивать числовые соотношения между ними, т. е. формулировать законы явления в количественной (математической) форме. Так, в рассмотренном выше примере падения мы вводим понятия скорости падающего тела, его ускорения (т. е. изменения скорости), высоты падения, сопротивления воздуха, массы тела, силы тяжести, действующей на тело, и т. д. Найти законы падения — это и значит установить, какая зависимость обнаруживается между этими величинами.
Установление количественных законов, показывающих, как изменяются одни из величин при изменении других,— важнейшая задача экспериментального исследования явлений. Такие законы указывают нам, как надо менять условия, в которых протекают явления, чтобы добиться тех или иных желаемых результатов. Эти законы помогают нам уяснить смысл явлений и, таким образом, открывают путь для создания теории явления, т. е. тех общих представлений, которые позволяют понять, почему наблюдаемое явление подчиняется найденным законам и какова связь его с другими явлениями, иногда на первый взгляд очень от него далекими.
Так, в примере падения тел мы устанавливаем законы падения, выясняя роль сопротивления воздуха, зависимость этого сопротивления от формы тела и скорости его
16
движения. Таким путем мы постепенно приходим к полной теории явления, показывающей, в частности, что в явлении падения могут весьма важную роль играть вихри, образующиеся в воздухе при быстром движении тела; выясняется значение так называемой «обтекаемой» формы тела, т. е. формы, при которой весьма ослабляется вихреобразование и связанное с ним торможение движения. Выяснение этих вопросов позволяет решить ряд важнейших задач самолетостроения, создания автомашин рациональной формы, построения быстроходных поездов и т. д.
Из изложенного ясно, какое громадное значение имеет эксперимент для физической науки. С помощью эксперимента мы находим законы явлений, пользуясь экспериментом, мы приходим к построению теории явлений. Теория в свою очередь позволяет предвидеть новые, еще не известные особенности явления и указывает условия, в которых эти особенности могут проявляться. Такие выводы из теории вновь подвергаются экспериментальной проверке, что нередко служит для исправления или усовершенствования теории. Так, мало-помалу, сложное и неясное явление становится вполне понятным, и мы научаемся по своему желанию управлять им. Из этого умения управлять явлениями природы и возникла вся мощь современной техники.
После приведенных разъяснений о роли эксперимента понятно, почему мы называем физику экспериментальной наукой. Но не следует, конечно, думать, что для установления законов и создания теорий достаточно простого сопоставления результатов хорошо выполненного эксперимента. Требуется напряжение всех мыслительных и творческих способностей человека, чтобы из материалов, полученных из эксперимента, воздвигнуть величественное здание науки. далее