Текст книги "Очень общая метрология"

Автор книги: Леонид Ашкинази

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 12 страниц)

Леонид Александрович Ашкинази
ОЧЕНЬ ОБЩАЯ МЕТРОЛОГИЯ,
или Метрологический взгляд на физику, технику, социологию и психологию

Тебе – счастью давать и радости брать, которые я не могу измерить

А в попугаях я гораздо длиннее!

Один знаменитый удав

Сесть посреди Вселенной верхом на стул, да и показывать на все подряд: вот задача, и вот, и вон та…

Л.Хатуль

Общая часть

Об этой книге

Эта книга – популярная. В следующих трех смыслах.

1. Там, где идет речь о конкретных областях, глубина изложения выбрана такой, чтобы материал был доступен человеку с верхним образованием в иной области или добросовестному студенту.

2. Там, где речь идет о связях между областями, о параллелях между ними, о путях развития и тому подобном, автор имел наглость не накладывать на себя ограничений. Поскольку метанауки в естественнонаучном смысле пока не существует (то есть нет метода, аппарата и признанных результатов), то и нет риска написать что-либо не популярное.

3. Охват материала в ширину выбирался так, чтобы при заданной п. 1 и 2 глубине объем устроил издателя.

Респект моим издателям Любе Чирок, Доминго Марин Рикою и их соратникам: я восхищен их работой (эта фраза будет, если данную книгу, когда она будет дописана, издаст, как и мои три предыдущие, издательство УРСС). Спасибо студентам, которые не только ходили на занятия, причем иногда на первые пары, что вообще героизм, но и слушали, и задавали вопросы и критиковали! Автор благодарен первому редактору этого текста Алле Кузнецовой и первым читателям (здесь будет перечень) за многочисленные замечания, часть коих была учтена.

Введение

Земля, как хорошо известно всем метрологам, лежит на трех слонах, а эта книга на трех обоснованиях – философском, психологическом и административном.

Философское обоснование для написания этой книги таково. В полностью стабильном мире любой биоценоз (в том числе человечество) мог бы выжить, не изменяясь. Наш мир изменяется. Более того, согласно антропному принципу, он не мог быть неизменным, ибо в неизменном мире ни писать эту книгу я, ни читать ее вы, ни звонить друг другу. А раз наш мир изменяющийся, значит мы изменяющиеся, значит – приспособляющиеся. Прочие согласно законам сохранения в футурологии вымирают, а не пишут, читают и это… да, да… звонят, блин. Ну а раз мы хотим выживать, приспособляясь, то мы должны познавать, изучать. Есть два способа познания, впрочем, может и не два, а один. Один – это в натуре измерять, сравнивать, выражать в соотношениях и числах. Второй – это молча сидеть, подложив под себя ноги и в некий момент, испытав внезапное прозрение (сатори) все понять. Не исключено, впрочем, что внутри Тентаро Судзуки тоже происходит процесс измерения, сравнения, выражения в соотношениях и числах. Не имея данных, как о черепахе (см. ниже), я как физик, не могу. Итак, тема этой книги – необходимая часть процесса познания (по крайней мере «процессуального», но возможно и интуитивного), без коего наш биоценоз давно бы того. Элиминировался со вселенского Рынка.

Психологическое обоснование более психологично, нежели философское и состоит оно в том, что области, которыми я наиболее серьезно занимался и занимаюсь – физика, инжиниринг, социология и то, чем я интересуюсь – психология – объединены двумя неразрывными связями. Первая связь – и физика, и инжиниринг, и социология, и психология – все это измерения. Как говорили в нашей альпсекции, «всякий узел – прямой». Вторая связь – это моя личность, ибо не факт, что в четырехмиллиардной генеральной совокупности вы найдете еще одного такого несерьезного человека. Ну так это судьба, кисмет, как говорили мои ташкентские приятели: второй связи заняться первой.

Ну и административное обоснование – самое, ессно, важное. Я работаю в МИЭМе, Московском государственном институте электроники и математики. В 2008 году я перешел на новую для меня кафедру – Метрологии и стандартизации. Курсы, которые мне поручили читать, были для меня отчасти новы. Практическими приложениями метрологии я занимался всю жизнь (экспериментальная физика и разработка электронных приборов – это непрерывная метрология), но метрология как наука не была областью моего еженощного интереса. Да и ежедневного тоже. Поэтому, читая книги по метрологии, я пытался понять, с чем собственно имею дело, фарш из чего я буду набивать в несчастных студентов, завязывая им кончики, дабы не вывалилось. В самом деле, если есть колбаса ручной вязки, то почему не быть студенту ручной вязки? (тут аллюзия на Кащенко). А результатом попыток понимания лично у меня становится внутри себя – понимание, а снаружи – речь (лекции и семинары) и текст (например, этот).

Понимаю, что вы уже прыгаете от нетерпения – вас интересует, где та черепаха, на которой стоят слоны. Отвечаю честно – не знаю. Физика занимается только тем, о чем имеет информацию. От слонов я видел хоботы, вздымающиеся над горизонтом, а от черепахи не видел. Увижу – исследую и расскажу.

Итак, мы будем говорить о метрологии, о метрологическом подходе к миру, на материале физики, техники, социологии и психологии. Вопрос – а стоит ли это делать? То есть удовольствие от написания книги – это да, понятно. А читателю это надо? Точнее – почему я, автор, считаю, что ему это надо? Отвечаю. Метрология имеет общие основания, общие принципы. Люди, занимающиеся приложениями метрологии в каких-то частных областях, могут обходиться без знания и понимания этих принципов. И ничего страшного – до поры, до времени. Потому что расширение области применения, развитие объектов и методик может привести (и приводит) к ситуациям, в которых понимание основ может оказаться необходимым. Это раз; но есть и два. В разных областях приложения метрологии более существенны разные ее аспекты и стороны. Поэтому параллельное рассмотрение метрологических аспектов разных областей – или, можно сказать и так – разных областей приложения одной и той же «общей» метрологии может оказаться интересно и полезно. Разумеется, областей приложения метрологии не три (физика+ инжиниринг, социология, психология), а много. Собственно, это… это, простите, все. В любой естественной науке есть метрология (в химии, геологии, географии), в любой гуманитарной, в любой «промежуточной» (например, таковыми можно считать социологию, демографию, психологию). Но мы будем говорить о физике, инжиниринге, социологии и психологии – как потому, что их я знаю лучше, чем другие области, так и потому, что они являются репрезентативными представителями своих замечательных кластеров. Рафинированного прайда естественнонаучных дисциплин и раздолбайской стаи гуманитарных развлекуххх… А посередь, немного неодобрительно, немного заинтересованно поглядывая на них всех, располагается обширное пространство, заполненное цехами, пакгаузами, подъездными путями, работягами в промасленных комбинезонах, конструкторами и технологами в белых халатах, грохочущими прессами, матерящимися грузчиками и так далее. Это – царство технических дисциплин, естественно-научных в базисе, гуманитарных в курилке. И очень гуманитарных в обеденный перерыв в кабинете начальника КБ, куда, загадочно опустив длинные ресницы, вплывает его секретарша…

Метрология – место в системе

Некоторые начинают с яйца, я – с классификации яиц. Ну не могу я начать о метрологии, не уместив ее в какую-то схему и систему. Предположим пока что, что метрология является одной из технических дисциплин (позже мы к этому вопросу вернемся). Итак, классификация технических дисциплин. Разделим их на две группы – на частные и общие. Общие технические дисциплины – это те, которые относятся ко всей технике. А частные технические дисциплины могут быть классифицированы…

– по группам объектов (что), причем группы могут быть вложенные и пересекающиеся: например самолетостроение, дирижаблестроение, авиастроение, индивидуальные летательные средства,

– по функциям (для чего) – например, транспортное машиностроение,

– по процессам (что происходит внутри) – например, производство двигателей ― внутреннего сгорания,

– по начинке (что есть внутри) – например, радиационное машиностроение,

– по этапам жизненного цикла – например, история техники, создание, в том числе управление качеством, конструирование, расчет, технология, испытания, сертификация, эксплуатация, в том числе обслуживание, контроль, утилизация (в ряде случаев – шины, химическое оружие, атомная техника – это особая проблема), архивное дело, история техники (здесь цикл замыкается);

– по взаимодействию вещей – совместимость электромагнитная, совместимость химическая – химических реактивов (чтобы не взорвалось или наоборот, чтобы взорвалось), косметики, лекарств (как чтобы действие не ослабилось, чтобы усилилось, чтобы не было нежелательных последствий).

Дисциплины, касающиеся взаимодействия, может быть, можно было бы классифицировать и иначе, разделив их на обеспечение правильного взаимодействия, на запрет опасного взаимодействия, на запрет ослабления действия и способствование усилению действия. Но так не делают, потому что технические дисциплины очень сильно привязаны к конкретным классам объектов.

Конкретные вопросы могут лежать на пересечении всех этих подразделений, например, история самолетостроения, испытания транспортных средств, сертификация объектов радиационного машиностроения.

Общие технические дисциплины – это те технические дисциплины, которые нужны для разных частных, например, метрология, стандартизация, управление качеством, черчение. Стандартизация говорит как об общих свойствах групп объектов или процессов, например, об их безопасности, так и о частных свойствах каких-то определенных групп объектов или процессов, например, на мониторы или полиграфические процессы. Стандартизация в частности нужна для совместимости, причем иногда свойства прямо стандартизуются через последствия взаимодействия – например, для красок регламентирован результат субтрактивного сложения цветов (которое, в отличие от аддитивного, не однозначно). Можно представить себе подобную систему в фармакологии, где важна совместимость лекарств. Реально в фармакологии взаимодействие лекарств не регламентируется, поскольку считается, что лекарство точно определяется химической формулой и структурой действующего начала. Однако это может быть и не так, если лекарством является вещество естественного происхождения, поэтому такого рода регламентирование может со временем и возникнуть.

Дисциплин, которые нужны для разных частных технических, много, но их обычно не относят к техническим. Например, маркетинг – любое изделие и любую услугу можно продавать, но маркетинг или рекламное дело не относят к техническим дисциплинам, возможно просто потому, что они были осознаны как дисциплина позже, чем другие технические дисциплины. Аргумент за отнесение маркетинга к техническим дисциплинам – двунаправленное взаимодействие маркетолога и разработчика. Можно ввести понятие «сопутствующих техническим дисциплин» или называть их «техноэкономическими». Их роль в преподавании и реальной технике в России/СССР, к сожалению, сильно и неестественно изменялась со временем под воздействием политических факторов.

Политика вообще губительно сказывается на развитии науки и техники, либо подавляя отдельные сектора (кибернетика, генетика, языкознание), что вредно само по себе, либо искусственно «развивая» отдельные части, вызывая диспропорции (атомная и вообще военная сфера), а в лучшем случае сводя дело к показухе и втирательству простейших оптических приборов. История России/СССР такова, что техноэкономические дисциплины длительное время не изучались вовсе. Соответствующие вопросы либо не ставились вообще (то есть решались сами собой, стихийно, что вообще-то не так плохо, как безграмотное вмешательство отдельных уродов – «царей природы»), либо решались централизованно исходя из политических соображений, либо втихаря решались полуцентрализованно, интуитивно и более разумно «на местах». Позже в какой-то момент на всю эту тематику набросились, гремя манжетами: кто-то – всерьез думая, что мерчандайзинг и лизинг – панацея от дураков и запруженных ими дорог, кто-то – всерьез думая, что на этом можно по-быстрому срубить немного бабок. Вторые оказались отчасти правы. Но как это обычно и бывает, дискредитировали многие идеи, потому что техника и психология по разные стороны океана заметно разные, стало быть, и техноэкономика – тоже.

В этом месте можно задать вопрос – а почему мы вообще отнесли метрологию к техническим дисциплинам? Предмет такой высокой общности, применимый и в физике, и в технике, и в социологии, и, страшно сказать, в психологии? Ответ прост. Да, здесь есть нелогичность. Мы зачислили метрологию в общетехнические дисциплины на том основании, что она применима во всей технике, и сами же вознамерились применить ее вне техники и вообще в гуманитарной сфере. Ну что ж. Есть такая поговорка – «когда дом достроен, остается умереть». Я так не считаю, но прикрываясь листом смоковицы, мы можем сделать вид, что все в порядке. Тот, кто придет за нами (здесь аллюзия не на то, что вы подумали, а на Галича), заменит его на c-string'и).

Конечно, можно было бы заявить, что метрология не общетехническая, а общенаучная дисциплина. Но тогда для помещения метрологии в схему и систему пришлось бы, страшно сказать, разрабатывать классификацию не технических дисциплин, а… дисциплин вообще. Вы вообще-то понимаете, на что меня толкаете? И еще хотите, мабуть, чтобы я туда пошел сам, да с песней.

Впрочем, при объявлении метрологии не общетехнической, просто общей дисциплиной тоже ничего страшного не произошло бы. Она попала бы в этот класс вместе с лингвистикой – ибо почти все дисциплины используют язык, даже математики – слова «дано» и «требуется доказать». А также с теорией надежности, ибо стареют и выходят из строя и люди, и ракеты, и картины. И с эстетикой, ибо красиво и уродливо может быть почти все. Например, красивы электронные лампы, и даже отчасти известно, почему:

Вакуумное – это прекрасно

^{_{Радиолампа 1Б2П}}

Однажды на барахолке в г. Рига я набрел на пожилого гражданина, коротавшего вечность над большим открытым чемоданом. Чемодан был доверху наполнен лампами. Тщательно перерыв его – на что у меня ушло полчаса – я выбрал одну лампу и спросил, во сколько мне это обойдется. «Обойдется вам это в рубль, – ответствовал гражданин и продолжил: – Приятно встретить понимающего человека». Последующие полчаса мы посвятили содержательной беседе, состоявшей на треть из названий типов ламп, на треть – из цитирования годов и параметров и на треть – из понимающих вздохов. Стоявшие вокруг завсегдатаи барахолки балдели хоть и с прибалтийской сдержанностью, но вполне откровенно.

Представьте себе черный квадрат. Красив ли он? Странный вопрос. Велика может быть его культурная роль, он может стать объектом докторской диссертации и первобытного культа, но вопрос о красоте даже и не возникает. А можно ли его раскрасить так, чтобы он стал красив? Запросто; правда, то, что нравится одним, не нравится другим, но по поводу многих раскрасок почти все скажут: «а ничего…» Разумеется, можно раскрасить и уродливо; можно заняться анализом раскрасок и попытаться выделить красивые и уродливые.

Поговорим о форме. Красив ли шар? Он никакой. Но, вообще говоря, вещь может иметь красивую и уродливую форму. Разумеется, единогласия не будет, но квалифицированное большинство мы наберем. Как и в случае раскрасок, хочется заняться анализом, то есть придумать систему параметров и найти те их значения, при которых большинство людей квалифицируют ту или иную форму как «красивую».

Конечным результатом такой деятельности станет построение системы, которая позволит объективно определять, красива ли вещь. Поскольку ясно, что эта цель недостижима, то наше рассуждение вроде бы бесполезно. Но в процессе оного мы представляем себе различные формы и раскраски и начинаем ощущать, что существуют два типа красоты. Первый – это красота простых и плавных форм и простых раскрасок. Линия и поверхность, ограничивающие форму, не должны иметь слишком много резких перегибов. Равным образом и раскраска не должна быть слишком суматошной: разные части объекта могут иметь разный цвет, но он либо не должен изменяться слишком резко от точки к точке, либо не должен изменяться слишком часто. Эти формулировки легко облечь в математическую форму, но не это наша цель; пойдем дальше.

Второй тип красоты противоположен первому. Это красота конструкции, состоящей из многих отчетливо видимых частей. Части понятно для зрителя соединены, то есть он согласен, что они не просто лежат рядом, а функционируют в соединении, как колесо на оси. Части могут иметь разную окраску. Крайним случаем большого количества «частей» является фактура – «части» в этом случае образуют собственно поверхность и воспринимаются не как части, а как окраска; так что это, скорее, первый случай. Естественно и немедленно возникающая мысль, что первое – это природное (красота тела, красота зверя), а второе – это техника, не вполне верна. Гора – это природное, но заснеженные вершины воспринимаются как конструкция; технический объект часто бывает природоподобен – такие черты есть и в зажигалке и в автомобиле. Но в технике это вполне определенный стиль.

Ярчайшие представители «технического стиля» в технике – космическая станция и электронная лампа. Их объединяет то, что выраженность этого стиля обязана в обеих ситуациях случайным причинам. В космосе – это отсутствие атмосферы, отсутствие аэродинамических проблем. Именно эти проблемы сделали подводную лодку похожей на дельфина, а Subaru Legasy – на ее владелицу: американский лунный автомобиль не похож на его обнаженных пассажиров. Да и его пассажиры в скафандрах мало похожи на себя au’naturel – техника одела природу, в атомной подводной лодке дельфиноподобная «природа» одела сотни тысяч болтов и гаек, увитых сотнями километров проводов.

Природной красоте не требуется внешнее оправдание – идеал женского тела введен в культуру через секс, а он – через репродуктивную функцию. Навсегда. Хотя, разумеется, природа в основном целесообразна (спасибо естественному отбору). Даром что человек – кроме некоторых биологов – этого не знает. Технической красоте внешнее оправдание требуется – она не столь естественна для человека. Это оправдание, довольно часто поминаемое в соответствующих обсуждениях, – техническая целесообразность. Мы знаем – глядя на космическую станцию и электронную лампу, – что эти вещи целесообразны. Их части соединены не случайным образом – они так работают, и так они работают хорошо. Другое дело, что зритель далеко не всегда это понимает, чаще он просто верит. Но похоже, что инженер, который при взгляде на вертолет может прочесть лекцию о том, как работает его винт, ощущает красоту геликоптера острее. Он знает, что делает это колесо на этой оси.

Однако почему-то никогда не упоминается второе «оправдание» – мы видим вложенный труд. Именно поэтому считается красивой резьба по моржовому клыку и китайские резные шары один в другом. Целесообразности – ноль, но вложенный труд очевиден.

Заметим, что в изобразительном искусстве есть такое немного странненькое направление: коллажи из несвязанных вещей – разбросанных по полю болтов, гаечек, шестеренок, какой-то колокольчик, две пружины… В свете вышесказанного это (возможно, неотрефлектированная творцами) попытка создать третью красоту – природоподобную технику. Четвертую – живое существо в виде внутренности часов – мог бы создать только тот, кто создал все, но если бы он мыслил, как я. Но, похоже, что он мыслил иначе.

Отсюда делаются понятны попытки технических дизайнеров создать технически красивую вещь из техники, которая традиционно выполнена похожей на природу. Это вполне красивые часы в прозрачном корпусе. Известны попытки делать прозрачные корпуса у бытовой радиоэлектронной аппаратуры (компьютерная мышь, системный блок, клавиатуры, сотовые телефоны). Попробуйте представить себе, как выглядел бы шестисотый мерс в плексигласовом корпусе… Заметим, что технический и природный подходы иногда проявляются в одной и той же функционально вещи, порождая совершенно разные образы. Харлей Дэвидсон – это выражено демонстративно технический мотоцикл. Но среди мотоциклов есть и природоподобные; они имеют более высокие аэродинамические показатели, но культовыми они не стали.

^{_{Рис. 1. Радиолампы 2П1П, 1А2П, 1Б2П, 1К1П, 2П2П}}

Электронную лампу сделала красивой формула Стефана-Больцмана. Тепло выделялось, его надо было отводить, проще всего – излучать (пока его не стало слишком много). Стеклянный баллон был самым простым технологическим решением для электровакуумного прибора. Но попутно он сделал доступной нашему глазу «техническую красоту» ламп. Добавив к ней плавность своих контуров и нежность блесков, то есть совместив две единственные красоты, существующие сегодня в мире.

И даже если когда-нибудь безумные конструкторы Формулы-1 оденут ее в плексиглас, у ламп останутся козыри – свет и тепло. Лампы светятся – а свет и огонь настолько важны для жизни человека, что наше сердце само обращается к ним. Не говоря уж о живом тепле электронных ламп…

Эволюцию электронных ламп обычно преподносят как историю идей. Идея диода, идея управляющей сетки, идея «двухсетки» для понижения анодного напряжения, идея тетрода, пентода и более многосеточных ламп. Далее, идеи СВЧ-приборов – ЛБВ, клистрона, магнетрона и других, менее известных. Идеи микроэлектронно-подобных ламп – нынче забытых планарных и штабельных ламп, вакуумных интегральных схем. Наконец, ветвь мощных ламп с воздушными и водяными радиаторами, причем эта ветвь тесно переплетается с ветвью СВЧ-приборов. История идей обычно излагается вместе с анализом движущих факторов развития, которых было, собственно, три.

Первый – освоение все более высоких частот в погоне за количеством передаваемой информации. Второй – увеличение мощностей – ради увеличения дальности действия радиолокаторов и прочих передатчиков, а также энергии ускорителей. Наконец, конкуренция со стороны полупроводниковых приборов, которые выдавливали лампы из области малых мощностей и частот. Со стороны газоразрядных приборов давление было много меньшим, поскольку они обычно применялись как коммутирующие приборы, а из этой сферы лампы были в основном вытеснены транзисторами и тиристорами довольно давно (хотя первые ЭВМ были выполнены именно на лампах).

Вообще же история электронных приборов местами напоминает Тору или, как говорят христиане, Ветхий Завет. История двух братьев, из которых один другого держал за пятку, и так далее, подозрительно напоминает судьбу электронных ламп: первые лампы, считавшиеся вакуумными, на самом деле работали благодаря имевшемуся в них газу. Но понято это было позже. Первые транзисторы были, между прочим, полевыми – и в этом смысле были похожи на лампы и на те полевые транзисторы, к которым техника вернулась спустя десятилетия. Лилит, которая была до Евы, и о которой комментаторы часто умалчивают, – чем не полевой транзистор, который был до первых транзисторов?

High End венчает классическую ветвь стеклянных ламп – ни высокие мощности, ни сверхвысокие частоты ему не нужны. Здесь они победили транзисторы за счет малозначимых для основной части техники преимуществ. Лампы – это маленькое, но гордое племя, живущее в глубине заполненной транзисторами области; жестковыйный, упрямый народец, гордящийся своей историей и обеспечивающий «бескомпромиссное качество звука». Что касается СВЧ-приборов, то магнетроны и клистроны почти всегда – металлокерамические, и только ЛБВ выполнены из стекла. Поэтому в плане эстетики «лампы с бегущей волной» – сестры обычных. В области высоких мощностей ситуация сложилась следующим образом. Это либо металлокерамические лампы, либо «стеклянные» лампы с «металлическим» – внешним – анодом. Эти лампы тоже теплые и светятся. Хотя «выше пояса» – в области анода – им свойственна не стеклянная, а металлическая эстетика.

Вообще же эти два вида красоты не только соседствовали, но иногда переплетались – стеклянные лампы, баллон которых был полностью покрыт изнутри геттерным зеркалом или снаружи – экранирующим покрытием имели отчетливый металлический привкус. Как 1Б2П с бронзированным баллоном, найденная мною в чемодане с лампами на рижской барахолке в одна тысяча девятьсот лохматом году.

См. также:

Филинюк Н.А. Негатроника. Исторический обзор. НиТ, 2000.

Цыганкова Э.Г. У истоков дизайна. НиТ, 2001.

Ашкинази Л.А. Океан в капле воды, или Вся техника в одной стекляшке. НиТ, 2007.

Лингвистика, теория надежности, эстетика… а что? Не самая плохая компания.