§ 4. Измерение экстенсивных качеств

Обратимся к третьему способу использования чисел. Иногда числа применяются для измерения количественных отношений в строгом смысле, т. е. так, что на вопросы «сколько» и «на сколько» могут быть даны ответы. Предположим, что мы рассматриваем набор предметов и хотим измерить их вес. Для того чтобы это сделать, мы должны, во-первых, построить шкалу или схему весов, похожую на ту, которую мы строили для измерения жесткости. Мы можем, к примеру, согласиться с тем, что предмет R тяжелее, чем какой-то другой предмет R тяжелее, чем какой‑то другой предмет S , если при размещении R и S на разных сторонах рычажных весов сторона, на которой находится предмет R , оказывается ниже противоположной. Далее мы должны экспериментально установить, что отношение «быть тяжелее, чем» является транзитивным и асимметричным. Мы также оговорим, что предмет R имеет тот же вес , что и предмет R ′, если R не тяжелее R ′ и R ′ не тяжелее R ; это значит, что ни одна сторона весов не оказывается ниже противоположной, когда на них кладутся R и R ′.

Мы можем построить не только шкалу степеней веса. Мы также можем отыскать интерпретацию в терминах некоторой операции с предметами для утверждения, в котором говорится, например, о том, что один предмет весит в три раза больше другого. Такая интерпретация возможна, поскольку веса можно складывать. Физический процесс сложения заключается в помещении двух или более весов вместе на одну из сторон взвешивающего устройства. Теперь рассмотрим три предмета В, В\', В", которые являются одинаково тяжелыми, и положим их на одну сторону весов; на другую сторону мы положим предмет С так, чтобы было установлено равновесие. Тогда предмет С будет таким же тяжелым, как три предмета В, В\', В", взятые вместе, и его вес будет в три раза больше, чем вес каждого из трех предметов. Данная процедура может быть расширена для определения последовательности стандартных весов. В терминах данной процедуры можно осмысленно говорить, что один объект в n раз тяжелее или 1/n раз тяжелее другого объекта.

Однако мы пока еще недостаточно убедились в том, что числа, приписываемые подобным образом предметам, обладают всеми своими известными значениями. Мы показали, что вес, в отличие от тяжести, является суммируемым свойством. Нам нужно также показать, что числа, приписываемые весам, совместимы с самими собой, и сделать это придется опять с помощью эксперимента. Мы должны убедиться в том, что мы не допускаем ситуации, когда различные числа приписываются одним и тем же весам. Так, предположим, вес определенного объекта А рассматривается как определенная единица измерения или 1, и что мы с помощью этого процесса можем приписывать веса другим объектам так, что А2 будет обладать весом 2, А4 – весом 4, а А6 – весом 6. Можем ли мы быть уверены в том, что А2 и А4, будучи размещенными на одной стороне весов, окажутся на том же уровне, что и А6, если его поместить на противоположную сторону? Очень важно отметить, что мы не можем быть уверены в этом до тех пор, пока мы не проведем соответствующего эксперимента. Суждение о том, что 2 + 4 = 6, может быть доказано чисто арифметически без какого-либо эксперимента. Однако до тех пор, пока мы не проведем соответствующих экспериментов, мы не можем быть уверены в том, что физическая операция сложения весов согласуется с известными свойствами чисто арифметического сложения. Физическая операция сложения весов обладает обычными формальными свойствами арифметического сложения только в некоторых случаях, а не во всех: рычажные весы должны быть правильно сконструированы, стороны рычага должны быть одинаковой длины и т. д.

Метод измерения весов может использоваться также и для измерения других свойств. Длины, временные интервалы, площади, углы, электрический ток, электрическое сопротивление – все это может быть измерено сходным образом. Эти свойства являются суммируемыми: совмещая два объекта, обладающих одним и тем же свойством, мы получаем объект с увеличенной степенью этого свойства. Суммируемые свойства часто называются экстенсивными. Их можно измерять в соответствии с процессами, рассмотренными в данном параграфе. Такое измерение мы будем называть фундаментальным.