Об изобретениях и открытиях и многое другое...
О нас Услуги Оборудование Книги по теме Примеры Связь Карта Форум Видео En

Об изобретениях и открытиях

А.Г. Гликман,
НТФ "ГЕОФИЗПРОГНОЗ"
30 ноября 2017, Санкт-Петербург

Принято считать, что изобретения и открытия - две стороны одной и той же деятельности. Я никогда не задавался такими вопросами, у меня это происходило само собой. Но вот мне задали вопрос: «Упругая колебательная система - это ваше изобретение?». На этот коротенький вопрос я пытаюсь ответить несколько лет.

Изобретение - это создание некоторого устройства, лишенного недостатков уже существующих устройств. Но все они - и существующие и вновь изобретенные, предназначены примерно для одного и того же. Открытие - это обнаружение того, чего никто не видел. Это то, что существует независимо от кого бы то ни было. Такое изобрести невозможно. Ведь если ты не знаешь, что ЭТО существует, так как же можно его изобрести! Поэтому в подавляющем большинстве случаев открытие делается случайно.

Ну конечно, я буду оперировать тем, что сам пережил. И не претендую на то, что это относится ко всем открытиям. Возможно, что бывает и иначе. Единственно, что здесь общее, это то, что бесполезных открытий не бывает.

Первая реакция человека, обнаружившего новорожденное явление, свойство или физический эффект - это уверенность, что такого не может быть. Ну конечно, в книгах его нет, и никто о нем ничего не знает. Самое главное, что наш мозг на него не запрограммирован. При попытке рассказать о нем не возникает ничего кроме взаимного непонимания.

У нас, на кафедре радиоэлектроники в ЛГИ была прекрасная компания. Все примерно одного возраста (30±), примерно одного уровня знаний и умений. Каждый делал свое дело, но тематика была единая - радиотехника. Поэтому мы общались на равных. Помогали друг другу. Когда занимаешься исследовательской работой, помощь время от времени нужна обязательно. Ну, хотя бы чтобы взглянуть на то, в чем закопался, со стороны. Недавно я узнал, что стиль той нашей жизни сейчас называется мозговым штурмом. Вот этот самый штурм был у нас постоянным фоном.

Обнаружив первый в моей жизни неизвестный раньше физический эффект, я сразу выпал из этой компании. Ну, это же естественно. Наши мозги не были подготовлены к тому, чтобы это явление воспринять и осознать. Это был для моих коллег, если угодно, некоторым свидетельством моего психического нездоровья.

Ну, ведь правда же, что не может обычный породный слой, доска из, скажем, песчаника или гранита проявить свойства колебательной системы. Если вы нанесли удар по поверхности этой доски, упругий импульс должен достичь противоположной поверхности, отразиться от нее и вернуться (несколько уменьшенным) к поверхности, по которой был нанесен удар. Далее, отразиться от нее и т.д., пока не уменьшится до уровня помех. Сигнал, который при этом должен возникнуть - это последовательность уменьшающихся по амплитуде коротких импульсов. А я вдруг утверждаю, что в результате такого удара возникает затухающий синусоидальный сигнал. А вот синусоида, возникающая в результате удара, это, по определению, признак того, что удар пришелся на колебательную систему.

Ну, полная же ерунда. И мне было предложено искать ошибку, потому что тут даже говорить не о чем. Посмотреть вместе на это приключение мы не могли, потому что в лаборатории такие условия тогда было не создать, а в шахту лезть - это для приличного радиоэлектронщика невозможно. Я же это увидел в угольной шахте... Добил меня один из моих коллег следующим возражением.

Даже если я и прав, то сигнал в виде единичной синусоиды может возникнуть только в случае единичной колебательной системы. Но в многослойной среде (а это как раз и характеризует осадочные породы), единичного породного слоя не бывает. А следовательно, единичной колебательной системы просто быть не может. Он был прав на 100 процентов.

Да, всё так, но в момент измерения я просто взял то, что получилось. Видел одну синусоиду, значит - это единичная колебательная система.

Потом я уже понял, что это было. В момент измерения нижний породный слой кровли, который лежал на угольном пласте, немного провис в результате выемки угля, и в результате, он не имел акустического контакта с вышележащими слоями...

И еще. Почти 80 лет (на тот момент) существует сейсморазведка. Так что же никто раньше этого не увидел. Ну, это-то как раз очень просто. Я увидел синусоиду на частотной оси (в спектральном виде), а все остальные и всегда смотрели на оси времени. Так вот, с помощью существующих сейсмоприемников во временном изображении синусоиду действительно увидеть невозможно.

На рис.1 показано два изображения одного и того же процесса - затухающей синусоиды
Рис. 1

На рис.1 показано два изображения одного и того же процесса - затухающей синусоиды. Рис.1а - это временнÓе изображение синусоидального затухающего процесса, которое можно увидеть с помощью аппаратуры осциллографического типа. Изображение на рис.1b - это спектральное изображение такого же сигнала, и его можно увидеть с помощью аппаратуры типа спектроанализатора.

При постановке шахтного эксперимента (в 1977 году) существенно проще было использовать спектроанализатор. И, кроме того, напомню (я об этом писал многократно), что передо мною стояла задача исследовать зависимость затухания акустического сигнала от частоты при распространении его в кровле угольного пласта. Естественно, что я ожидал, что зависимость сигнала от частоты будет иметь вид, показанный на рис.2а.

Исходя из той информации, которую можно почерпнуть из литературы, я должен был увидеть зависимость, подобную изображенной на рис.2а. Действительно, кто же не знает, что затухание сейсмосигнала увеличивается с увеличением его частоты... Но оказалось, что зависимость затухания сигнала от частоты может оказаться геометрически подобной изображению на рис.2b.

Исходя из той информации, которую можно почерпнуть из литературы, я должен был увидеть зависимость, подобную изображенной на рис.2а. Действительно, кто же не знает, что затухание сейсмосигнала увеличивается с увеличением его частоты... Но оказалось, что зависимость затухания сигнала от частоты может оказаться геометрически подобной изображению на рис.2b.
Рис. 2

Поскольку я имел радиотехническое образование, и нам читали в курсе математики спектрально-временные преобразования, то я сразу признал в полученном результате изображение затухающей синусоиды. По сути, само измерение представляло собой исследование проходной характеристики (соотношение между выходным и входным параметрами). А по аналогии с радиотехническими цепями, если схема имеет проходную характеристику, геометрически подобную рис.2b (или рис.1b), схема эта есть не что иное, как колебательная система (типа L-C колебательного контура).

Кстати, мне неоднократно встречались в публикациях частотные зависимости, геометрически подобные спектральному изображению синусоиды. Но люди, которые их обнаруживали, не знали этого раздела математики. И поэтому объясняли эти графики совершенно замечательным образом. В первую очередь, максимальное значение прохождения поля на частоте f0 трактовалось как свидетельство максимума напряженного состояния горных пород. Но можно встретить и утверждение того, что на частоте f0 имеет место несоблюдение законов сохранения. Такие выводы могут свидетельствовать только лишь о недостаточной метрологической грамотности. Ведь напряженное состояние, как и энергетику в принципе замерить невозможно. Измерение - это сравнение с эталоном. А эталона этой субстанции не существует, и она существует лишь в воображении.

Вот таким образом я пришел к выводу, что плоскопараллельная структура (из подавляющего большинства материалов) является упругой колебательной системой (УКС). Кстати, как оказалось, некоторые материалы не являются резонаторами. В частности, оргстекло.

Ну, и о каком изобретательстве здесь может идти речь? Это открытие было абсолютно случайным. Это уже потом, когда количество обнаруженных мной физических эффектов достигло двухзначного числа, я понял, что каждое открытие - это то, чего не может быть. И каждый раз я затрачивал массу сил, пытаясь не доказать то, что я обнаружил, а опровергнуть обнаруженный эффект. Вот для этого приходилось проявлять чудеса изобретательности. Но опровергнуть какой-либо из обнаруженных эффектов так и не удалось.

За сто лет до тех событий была открыта предыдущая колебательная система - электрический L-C колебательный контур. Появление этой колебательной системы вызвало к жизни множество областей знания. В основном, это электродинамика, радиотехника. Вот прошло время, и уже мало кто знает хотя бы что-нибудь об L-C контурах. Но это потому, что теперь они рассматриваются в цифровом виде.

Теперь же пришла очередь упругих колебательных систем (УКС), которые, как оказалось, имеют очень много общего с электрическими колебательными системами. За прошедшие 40 лет с тех пор, как УКС были открыты, возникло множество направлений, в рамках которых приходится очень много изобретать. Это, в первую очередь, аппаратура, с помощью которой можно наблюдать эффекты, возникающие при возбуждении УКС.

Здесь я должен упомянуть о своем постоянном помощнике, без которого у меня точно ничего бы не получилось. Помощник этот - область знания, которая называется методологией развития научного познания, раздел философии.

Дело в том, что ученый - это человек, который делает то, что до него не делал никто. Осуществляя исследования, он не знает, что из этого получится. И если получается что-то неожиданное, он должен знать, что с этим делать. Вот методология как раз и решает этот вопрос. Так вот, скажу я вам, что, получив в результате исследования принципиально новую информацию, в первую очередь нужно эти исследования повторить. По возможности, при других условиях. Особое внимание следует уделить собственной метрологической грамотности, и по возможности, обсудить осуществленные исследования и их результаты с профессиональным метрологом.

В противном случае, если ваша метрологическая подготовка недостаточна, то закрытий у вас будет больше, чем открытий.

Имея много общего, колебательный контур и УКС являются инструментами различных областей применения. Так, если контура позволили нам освоить связь через космическое пространство, то УКС помогает заглянуть в земные недра. Также точно, как электродинамика рассматривает колеблющееся электрическое и магнитное поле, так упругодинамика занимается собственными акустическими (упругими) колебаниями.

Любая колебательная система характеризуется собственной частотой f0. Так, например, собственная частота L-C контура определяется величинами L и C:

Любая колебательная система характеризуется собственной частотой f0. Так, например, собственная частота L-C контура определяется величинами L и C

Единичная упругая колебательная система также характеризуется собственной частотой f0:

f0 = k / h     (1)

Здесь h - размер объекта-резонатора. Если это плоскопараллельный объект, то h - его толщина, а если шар, то его диаметр D; k - коэффициент с размерностью скорости.

Этот коэффициент был непонятен в течение всех прошедших с момента открытия УКС лет, с 1977 года. Чисто эмпирически, в результате шахтных измерений, выяснилось, что при k=2500м/с погрешность соотношения (1) минимальна для всех горных пород. Более того, при этой скорости период собственных колебаний планеты Земля Т, согласно выражению (1), равна 85мин, что соответствует известной сейсмологам величине периода собственных колебаний нашей планеты:

Период собственных колебаний планеты Земля Т, согласно выражению (1), равна 85мин, что соответствует известной сейсмологам величине периода собственных колебаний нашей планеты

Лет 15-20 назад, с подачи кого-то из авторитетов, я пришел к выводу, что скорость, равная k, соответствует скорости распространения поперечных волн. Время от времени я очень себе удивляюсь. Ведь вот уже твердо знаю, что ни в учебной, ни в научной литературе практически нет никакой информации из области поля упругих колебаний, проверенной экспериментом, измерениями. Всё, что там можно найти - это плод фантазии того или иного ну очень крупного ученого. И всё равно иногда попадаюсь на мнения людей, кажущихся мне авторитетами.

Дело в том, что все известные из научной литературы типы упругих колебаний различаются траекториями движения колеблющихся частиц. Но ни траектории эти, ни сами колеблющиеся частицы не могут быть идентифицированы в эксперименте. Так какое же мы имеем право на упоминание каких бы то ни было типов упругих колебаний!

Давайте не забывать, что мы функционируем в области физики, а физика - это совокупность реальных физических эффектов, и всё, что находится за пределами эксперимента, должно для нас как бы не существовать.

Но вот, наконец, стало понятно, что единственная скорость, которая может быть измерена, определяется по моменту первого вступления. Это наибольшая скорость, она получается при сквозном прозвучивании пластины из исследуемого материала. Ее всегда считали скоростью продольных волн. Но теперь, когда стало понятно, что это понятие не имеет смысла, будем говорить, что это максимальное значение скорости распространения фронта Vfrmax (почему максимальное - станет ясно несколько позже).

Как показали эксперименты, величина Vfrmax в образцах горных пород (любых горных пород) примерно равна 5000м/с. Значит, получается, что 2500 - это половина от  Vfrmax. И выражение (1) преобразуется следующим образом:

h = k / f0 = Vfr max / 2f0     (1’)

Из выражения (1’) понятно, что h оказывается равной половине длины волны1, и это нормально для колебательной системы.

Главным доказательством существования упругих колебательных систем является совпадение визуально наблюдаемого (на обнажениях) строения горного массива с результатами измерений, осуществляемых с помощью специально созданной (изобретенной) аппаратуры, предназначенной для спектрального анализа сигналов, возникающих в результате ударного воздействия на поверхность кровли.

Всё было замечательно, и количество спрогнозированных обрушений пород кровли было внушительным. Но оставалось препятствие, которое мешало полноценно эксплуатировать обнаруженный эффект.

Дело в том, что, как известно, колебательная система является объектом, который на ударное воздействие реагирует затухающим синусоидальным сигналом. Но для этого должен существовать  механизм преобразования удара (импульса) в синусоидальный процесс. Эти механизмы известны для всех уже известных колебательных систем. А вот для УКС такой механизм долго было не найти.

Однако в ходе многолетних поисков хотя бы признаков наличия этого механизма у меня возникла мысль, которая заключалась в следующем. Колебательные системы выявлены с помощью акустических измерений, и искать следует именно акустические неоднородности. Ну какие же акустические неоднородности могут быть в однородном по вещественному составу материале?...

Единственное, что можно в акустике померить - это скорость распространения поля упругих колебаний. Но какую неоднородность в поле скоростей можно ожидать?

Неодинаковость скорости распространения поля упругих колебаний в стеклянном образце... это даже произносить нельзя!

И такая неоднородность обнаружилась. Как оказалось, скорость распространения поля упругих колебаний объекта-резонатора в различных его точках неодинакова.

А именно, в приповерхностных зонах объекта-резонатора имеет место плавное уменьшение скорости распространения фронта поля упругих колебаний с приближением его к границе. Вот этот эффект, пожалуй, единственный из всех обнаруженных мною, который открылся мне не в ходе эксперимента, а возник в мозгу как необходимый фактор наличия механизма преобразования удара в синусоидальный отклик. Или, как говорят, на кончике пера. Ну, а всё остальное - это было как обычно. В том числе, и уверенность в том, что этого не может быть.

На рис.3 показаны результаты измерений зависимости измеряемой в стеклянном слое-резонаторе скорости (средней скорости по толщине образца) от толщины прозвучиваемого образца. Почему стекло? Ну, мне показалось, что стекло - наиболее однородный материал, в котором уж точно этого эффекта быть не может.

Зачем были нужны эти измерения. Дело в том, что когда я предположил, что в объектах-резонаторах скорость распространения фронта упругих волн не должна быть одинаковой во всем объеме этих объектов, я точно понимал, что этого не может быть. Ведь то, что в однородных по вещественному составу материалах скорость во всех точках безусловно одинакова, это точно. Мы с этой уверенностью рождаемся. Это даже обсуждению не подлежит. Но, по мнению моего помощника - методологии развития научного познания, того, что не требует доказательства, просто не существует. Но вопрос в том, как это доказать? Как попасть внутрь образца, чтобы увидеть изменение скорости? Оказалось (после некоторого размышления), что это очень несложно.

Если честно, я больше всего на свете хотел, чтобы измерения подтвердили постоянство скорости во всех точках идеально однородной среды. Если скорость во всех точках однородной среды одинакова, то измеряемая скорость не будет изменяться при изменении размеров объекта из такой среды. На рис.3 показано, как изменяется скорость при сквозном прозвучивании стеклянных пластин в зависимости от толщины этих пластин.

На рис.3 показано, как изменяется скорость при сквозном прозвучивании стеклянных пластин в зависимости от толщины этих пластин.
Рис. 3

График а показывает, что чем тоньше прозвучиваемая пластина-резонатор, тем меньше скорость. Такая же зависимость, в принципе, была бы, если бы речь шла о движении автомобиля. Чем меньше путь автомобиля, тем меньше была бы его крейсерская (средняя) скорость, за счет того, что в начале и в конце пути обязательно  было бы ускорение (в начале) и замедление (в конце). Но скорость распространения фронта не может сама, без внешнего воздействия ни уменьшаться, ни увеличиваться вблизи границ. Да и вообще, не может фронт волны знать, что приближается граница и нужно замедляться.

И ответ пришел элементарно простой, совершенно несоизмеримый с теми мучениями, которые это явление мне доставило. График а может иметь такой же вид и при неизменной скорости. Ведь делая описанные измерения, мы, строго говоря, определяем не V, а h-составляющую скорости. И если вектор скорости около границы изменяет свое направление (при постоянстве величины скорости), график а будет иметь такой вид, как это показано на рис.3.

А наклон вектора скорости в приграничных областях означает то, что при нормальном прозвучивании слоев-резонаторов появляется тангенциальная составляющая поля упругих колебаний. И это оказалось действительно так. Действительно, при ударном воздействии на земную толщу при слоистом строении пород поле распространяется не поперек слоистости, как мы всегда думали, а вдоль. И если при сейсмоработах приходит эхо-сигнал, то он приходит не снизу (как мы всегда думали) а сбоку.

График b на рис.3 - это результат точно таких же исследований, но выполненных не на пластинах-резонаторах, а на пластинах-нерезонаторах. На пластинах из оргстекла.

В оргстекле скорость в пределах образца одинакова. Однако если создать искусственно краевые зоны с плавно уменьшающейся к краям скоростью, то нерезонаторы превратятся в резонаторы. И это касается не только твердых сред, но и жидкостей и газов.

Первый физический эффект, открытый мной, был мною обнаружен в 1977 году, когда мне было всего 34 года. Это был совершенно незаслуженный мною дар Богов. Но это событие привело к тому, что я оказался в самом центре научных и околонаучных событий. Вокруг меня сразу начался вселенский скандал, назначение которого было -выдавить меня из Горного института в частности, а вообще - из научной жизни. А оптимально - из жизни вообще.

Я это понял не сразу, а колоссальное недовольство моего научного руководства принял как результат недоверия к результатам моих исследований. Но у меня самого не было ни малейшего доверия к тому, что у меня получалось, и мне казалось, что я их (моих сотрудников) понимаю. Я тратил массу сил и времени, чтобы уточнить в лаборатории результаты, полученные в шахте. И когда у меня что-то интересное получалось, то докладывал на кафедре. Но при этом ненависть ко мне только возрастала.

Где-то к середине 80-х годов я начал понимать, что происходит. Тогда произошло несколько событий, которые поставили (для меня) всё на свои места. Первое событие - это обнаружение моим шефом нового физического эффекта (что-то в области разрушения горных пород). И он немедленно выбросил все свои записи и установку, с помощью которой он этот эффект обнаружил. На мою крайне отрицательную реакцию на это он сказал: «Ты что, хочешь, чтобы меня били так же, как тебя?». И: «Если кто-нибудь из ученого совета узнает, что я знаю больше, чем они, то на защите докторской меня точно завалят». Из чего я понял то, что всем (кроме меня) известно, что меня бьют за то, что у меня получалось. И тогда мне объяснили, что на открытие имеют право далеко не все, а только особо достойные, и не ниже доктора наук.

А дальше был еще более яркий момент. Я об этом много где писал, но я уверен, что об этом должны знать все, и тогда, может быть, что-нибудь изменится. Люди из военной науки узнали, что мы можем прогнозировать аварии в шахтах. Они хотели со мной сотрудничать, но это было невозможно, потому что я не был даже кандидатом наук. Они заказали мне статью, из которой должно быть понятно, чем я занимаюсь. Статья получилась изрядная, больше 100 страниц машинописного текста. И тогда мне было предложено защитить ее в виде диссертации. Кураторами мне были назначены два крупнейших ученых академического звания, которые должны были решить все формальные моменты. Эти ученые, независимо друг от друга заявили, что эта работа не может быть защищена... Как оказалось, для того, чтобы быть диссертацией, она не должна иметь ничего нового(!!).

Я долго не мог прийти в себя, а потом как-то вдруг всё понял. Так вот откуда такая ненависть ко мне со стороны всех ученых, среди которых я жил! Я стал читать (в институтской библиотеке) их диссертации. Это была такая серая липа, без проблеска следов разума... Но это означало, что и документы о внедрении тоже были липовые. А это означало, что все они ходили под статьей. Так вот почему они были такими послушными... Вот почему так искренне любили начальство...

И когда они очередной раз завелись насчет ненаучности моей работы, я дал им понять, что знаком с ними чуть больше, чем им хотелось бы.

Но ведь кем-то это было заведено! Это был очень талантливый человек (или их было несколько). Я думаю, что перед ними стояла задача ликвидировать науку в этом несчастном государстве. Они, эти люди были, по-видимому, ознакомлены с этим страшным эффектом. Дело в том, что человек, солгавший в науке, укравший чужую идею или работу, защитивший липовую диссертацию и т.п., живет всю оставшуюся жизнь со страхом разоблачения в подсознании, и, как следствие этого, становится навсегда научным импотентом.

Я думаю, что это началось с поощрения воровства идей, открытий и изобретений у зарубежных ученых. Был период, когда мы в библиотечный день изучали бюллетени изобретений как советские, так и зарубежные. Было очень хорошо видно, как мы воровали у иностранцев. Были и смешные казусы, когда иностранцы, я думаю, специально размещали свои изобретения с жуткими ошибками. А наши, видимо, спецслужбы копировали их вплоть до запятых. И эти украденные изобретения присваивали советским ученым. Так мы нарабатывали привычку к воровству и, естественно, репутацию за рубежом. Я делал много докладов на различных семинарах за рубежом. Как только присутствующие узнавали, что я из России, они тотчас же выходили из зала, потому что считали, что это не может не быть обманом.

Казалось бы, я столько лет живу, но моментами я убеждаюсь в том, что я не понимаю некоторые основополагающие вещи. Но спросить всё равно не у кого. В бытность моей работы в ЛГИ однажды проводилось институтское профсоюзное собрание, на котором в разделе «разное» было принято решение запретить мне делать публикации. В своем последнем слове я сказал, что то, что мы делаем, не умеет никто в Мире. Прогнозировать аварии в шахтах не умеет никто (как, собственно, и сейчас). Это ведь, в конце концов, престижно для института...

Как хохотали все (а их было примерно 1000 человек)... Это осталось для меня загадкой на всю оставшуюся жизнь. И на всю мою оставшуюся жизнь осталось отношение всех вокруг к моей работе. Я не уверен, что есть еще кто-нибудь, имеющий на своем счету такое количество открытий. Причем в тех областях знания, которые правильно было бы называть областями незнания. Как-то это не по хозяйски. Да просто неумно...

Несчастная страна...

Что же касается изобретений, то это понятие было уничтожено как и всё, чего касались государственные люди. Человек, должность которого выборная, должен за семестр написать сколько-то статей. По весовой категории статье соответствует участие (с докладом) в конференции или подача заявки на изобретение. У нас на кафедре был умелец, который за два часа оформлял заявку на изобретение на любую тему. Мне стало неприятно участвовать в этих спекуляциях. А если я что и изобретал, то это мое личное дело, и никакой отчетности я не признавал.

В этой статье я хотел показать, что если не бояться, расследовать случайно обнаруженный физический эффект и противостоять всем попыткам его уничтожить, то обязательно возникнет цепочка из ряда других физических эффектов, явлений и свойств. Новое знание, которое при этом рождается, это самое интересное, что только может быть в жизни. Это то, ради чего стоит жить. Пусть государство не заинтересовано в развитии науки. Надеюсь, что когда-нибудь это изменится, и все наши сегодняшние наработки будут использованы. Материал, размещенный в этой статье, частично содержится в моей книге «Основы спектральной сейсморазведки», а частично выходит за рамки этой книги. Так что, по-видимому, придется мне писать еще одну книгу.


Для любой колебательной системы длина волны λ = V / f0.


Обсудить статью 



При использовании материалов сайта ссылка на www.newgeophys.spb.ru обязательна Публикации о нас

Начало | О нас | Услуги | Оборудование | Книга 1 Книга 2 Книга 3 |  Примеры | Связь | Карта сайта | Форум | Ссылки | О проекте | En

Поддержка и продвижение сайта "Геофизпрогноз"


Rambler's Top100 Rambler's Top100

Реклама на сайте: