Брайан Клегг - Вселенная внутри вас

Органы чувств чрезвычайно важны для жизни. С их помощью происходит взаимодействие с окружающей средой. Без них вы ничего не смогли бы понять во внешнем мире и ни на что не реагировали бы.

Давайте подсчитаем свои чувства. Первое число, которое приходит в голову, – пять. Но при воспоминании об американских горках выясняется, что это не так. Какое из пяти традиционных чувств (зрение, слух, обоняние, осязание и вкус) подсказывало вам, что вы сидите вниз головой? Возможно, вы скажете, что зрение, но неужели вы считаете, что с закрытыми глазами не заметите, что находитесь вверх ногами? Известная всем «большая пятерка», конечно, важна, но это лишь начало нашего путешествия в мир органов чувств.

Мы уже касались зрения, когда рассматривали звезды. А что такое слух?

Часто приходится слышать, что звук распространяется в виде волн, но точнее было бы сказать, что это последовательность импульсов. Обычно мы представляем себе волну как рябь на воде. Но гребень волны на воде перпендикулярен направлению ее движения (поперечная волна), а в звуковой волне направлен туда же, куда движется звук (продольная волна).

Возьмите детскую игрушку-пружинку и закрепите один конец (или дайте кому-нибудь подержать). Второй конец растяните, чтобы пружина находилась в горизонтальном положении и не сильно провисала. Держа один конец пружины, сделайте резкое движение рукой вперед и тут же отведите ее назад.

Вдоль пружины побежит волна от одного конца до другого. Попробуйте запустить сразу несколько волн подряд. При прохождении волны спираль сначала сжимается, а потом растягивается.

Если у вас нет такой игрушки, зайдите на сайт www.universeinsideyou.com , выберите раздел Experiments и в нем тему Waves in Springs . Видеоролик показывает продольные волны в действии.

Именно такое продольное волнообразное сжатие и происходит при распространении звука. Когда какой-то предмет – динамик, музыкальный инструмент, ваши голосовые связки – совершает колебания, он оказывает давление на ближайшие молекулы воздуха, которые передают это сжатие соседним молекулам, а те еще дальше. Область сжатия распространяется в воздухе со скоростью примерно 340 метров в секунду. Это и есть звук.

Если задуматься, то звук и должен представлять собой не поперечные, а именно продольные компрессионные волны, Если бы он напоминал собой волны на воде, то быстро терял бы энергию, испытывая сопротивление соседних слоев воздуха. Обычно поперечные волны распространяются только вдоль колеблющейся поверхности. Единственным исключением является свет. Если представить его себе в виде волны, то эта волна как раз является поперечной, но распространяется на огромные расстояния. Правда, необходимо учитывать, что она распространяется не в веществе, а в вакууме.

Скорость звука является одной из фундаментальных величин природы. Убедиться в том, что она существует, очень легко во время очередной грозы. Гром – это звук, распространяющийся в воздухе после разряда молнии, температура которой доходит до 20 000 °С. Молния и гром возникают одновременно, однако вы сначала видите молнию и только через некоторое время слышите гром, и это понятно, так как звуку требуется некоторое время, чтобы преодолеть расстояние до вас. Свет распространяется мгновенно. Если, допустим, молния ударила в десяти километрах от вас, то свету понадобится 1/300 000 секунды, чтобы покрыть это расстояние. Звук же, имея скорость 340 метров в секунду, запоздает по отношению к свету более чем на 29 секунд.

Проделав пульсирующий путь по воздуху, звук достигает вашего уха. Видимая наружная часть уха (ушная раковина), словно воронка, собирает и фокусирует колебания воздуха, направляя их в узкое ушное отверстие. Там воздушная волна наталкивается на барабанную перепонку, которая начинает колебаться под ударами молекул воздуха. Движения барабанной перепонки с помощью трех крохотных косточек – самых маленьких в организме – передаются на вторую мембрану, которая затягивает так называемое овальное окно. Колебания этой мембраны приводят в движение жидкость в ушной улитке.

Улитка представляет собой спиралевидную полость в костном веществе, заполненную водянистой жидкостью. Движения жидкости улавливаются крошечными ворсинками, которые напоминают волоски, но на самом деле являются выростами клеточных мембран. Эти волосковые клетки генерируют сигнал в слуховых нервах. Как и в случае с восприятием света, внешний физический феномен превращается в электрический сигнал, поступающий по нервам в мозг, который обрабатывает его и создает звуковой образ.

У некоторых людей ввиду повреждения волосковых клеток слух нарушен, но его можно частично восстановить за счет имплантата, который внедряется в улитку и стимулирует нервные окончания. Находящееся снаружи звуковоспринимающее устройство улавливает звук и передает его в виде серии электрических импульсов на находящийся под кожей имплантат, электроды которого проникают непосредственно в улитку. Самые первые имплантаты такого рода имели всего один электрод, но со временем их количество увеличилось до двадцати. Они стимулируют нервные окончания в различных участках улитки. Хотя такое устройство является лишь частичной заменой естественного органа слуха, оно позволяет слышать и понимать речь. Его эффективность оказалась даже выше, чем ожидалось. В настоящее время такими имплантатами пользуется свыше 100 тысяч человек.

Обычно мы считаем слух более объективным органом чувств, чем зрение. Существует много известных оптических иллюзий, которые убеждают, что мозг легко поддается обману и создает зрительные образы, не соответствующие действительности. А звук – он и есть звук. Человек склонен полагать, что все, что он слышит, – реально. Однако поступающие в мозг звуковые сигналы обрабатываются им точно так же, как и визуальные, и ими тоже можно манипулировать.

Создать слуховую иллюзию довольно просто. Если вы хотите испытать это на себе, зайдите на сайт www.universeinsideyou.com , выберите раздел Experiments , а в нем тему McGurk Effect . Далее следуйте инструкциям, приведенным на данной странице.

Как и свет, звук представляет собой нечто большее, чем просто источник информации. Он может оказывать сильное влияние на наши эмоции. Если в кинофильме наступает момент, который должен тронуть зрителей до слез, то звуковой образ практически всегда сопровождается нарастанием громкости музыки, вызывающим эмоциональную реакцию. Правда, такой же эффект может произвести и отсутствие музыки. Если весь фильм шел на фоне музыки, то внезапная тишина создает напряжение и чувство непосредственной вовлеченности в действие.