Гэвин Претор-Пинни - Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

Зависимость звуковых волн от физической среды не столь очевидна, но ее вполне можно продемонстрировать. Волны давления, которые составляют звук, существуют только тогда, когда имеется физическая среда, через которую они распространяются, — будь то воздух, вода или стена между вами и вашим соседом, ярым фанатом хеви-метала. Не верите? Подвесьте маленький колокольчик внутри запечатанной стеклянной банки, откачайте из банки воздух вакуумным насосом (не сомневаюсь, что он у вас всегда под рукой) и потрясите этот вакуумный колпак. Вот вы и услышите (вернее, не услышите) доказательство.

Звуковые колебания, производимые колокольчиком в вакууме, ваших ушей не достигают. Вот почему, как поется в песне одной группы, «в космосе никто не услышит твой крик» или, если на то пошло, не услышит, как твой космический корабль взорвется. Грандиозные взрывы на просторах открытого космоса, которые так любят демонстрировать в фантастических фильмах, на самом деле сопровождались бы полнейшей тишиной — в открытом космосе недостаточно газообразного вещества для распространения волн сжатия-разрежения. Ну, а киношной братии для усиления эффекта эпизода межгалактического сражения я бы посоветовал ставить фортепианный аккомпанемент в стиле Чарли Чаплина.

Такая вот музыка сфер.

А волны электромагнитные, не в пример волнам механическим, распространяются в вакууме легко и просто. К примеру, Солнце мы пусть и не слышим, зато определенно видим и ощущаем. Если бы вместо колокольчика вы поместили в вакуумный колпак раскаленную добела нить накаливания, сразу увидели бы расходящиеся от нее световые волны. (Еще бы, ведь у вас получилась бы первая лампа накаливания с частичным разрежением — лишь позднее такие лампы стали заполнять инертными газами.)

Итак, если электромагнитные волны способны распространяться и в отсутствие физической среды, за счет чего происходит «волнение»? Физики ответят, что это, мол, результат совместных колебаний электрического и магнитного полей. Но, по правде сказать, я с трудом представляю себе, как это происходит.

Физики и математики способны описать и спрогнозировать поведение электромагнитных волн с невероятной точностью. Они знают все об их образовании, способе распространения из одной точки в другую, взаимодействии с веществом, а также с электрическими, магнитными и гравитационными полями. Они осведомлены о самых интимных подробностях жизни этих волн, а все благодаря блестящему шотландскому математику и физику Джеймсу Максвеллу, который в 1864 году вывел ряд уравнений, описывающих электромагнитные волны как колебания электрических и магнитных полей. Уравнения Максвелла описывали поведение электромагнитных волн настолько точно, что ими пользуются по сей день.

Максвелл с помощью математических выкладок объяснил принцип действия электромагнитных волн. Прежде было неясно, что, собственно, эти колебания электрических и магнитных полей собой представляли. Электрическое поле — некое свойство пространства, оно оказывает воздействие на электрический заряд; то же самое можно сказать и про магнитное поле и магнит. Они тесно связаны, словно две стороны монеты: движение электрического заряда порождает магнитное поле, а движение магнита — электрическое поле. Судя по всему, благодаря этой взаимозависимости волны в вакууме и распространяются.

И все же понять, что такое электромагнитные волны, не так-то просто, поэтому наберитесь терпения. Итак, давайте начнем…

Изменяющееся во времени электрическое поле порождает в окружающем пространстве магнитное поле (ориентированное по отношению к нему под прямым углом), магнитное поле, в свою очередь, порождает электрическое поле (ориентированное все под тем же прямым углом) и так далее.

Поскольку изменения в одном поле влекут за собой изменения в другом, и наоборот, оба распространяющихся через вакуум поля подобны паре управляющих дрезиной человек — такой сюжет часто показывают в кино. Энергия перемещается в пространстве как поперечная волна, состоящая из двух компонентов, электрического и магнитного, ориентированных друг к другу под прямыми углами. [28] При определенных условиях электромагнитное излучение ведет себя совсем не как волновое излучение, а как перемещающиеся частицы, которые не имеют массы, — фотоны. Об этой ипостаси электромагнитного спектра мы поговорим в главе «Восьмая волна».

Распространяясь в вакууме подобным образом, электромагнитные волны обладают все той же скоростью — скоростью света, то есть примерно 300 000 км в секунду, или 300 000 000 м в секунду. [29] Пока же они — не что иное, как волны. В действительности, если уж быть совсем точным, 299 792 458 м/с. Электромагнитные волны — самые быстрые; они составляют предельную космическую скорость, и, насколько нам известно, ничто не в силах их обогнать.

В 1981 году скандально известный доктор биологических наук Руперт Шелдрейк высказал идею о существовании формы резонанса, которая сильно отличается от резонанса колеблющихся струн, контуров или погребальных камер. Он назвал ее морфическим резонансом {65} 65 Руперт Шелдрейк. Новая наука о жизни. Рипол Классик, М., 2005. , предположив, что эта форма резонанса способна объяснить в числе прочего и то, каким образом эмбрион развивается во взрослый организм. Шелдрейк выдвинул гипотезу: едва только в природе впервые возникает модель — неважно, биологическая или физическая, — она с большой долей вероятности повторится. Ученый утверждает, что самоорганизующиеся системы — клетки, кристаллы, организмы, общества — черпают данные из бездонного источника коллективной «памяти», в котором содержится информация о будущих изменениях в системах.

В качестве одного из доказательств своей гипотезы Шелдрейк приводит исследование, начавшееся в 1954 году и длившееся двадцать лет. В ходе исследования изучались способности к обучению у пятидесяти поколений лабораторных крыс. {66} 66 Agar, W.E., Drummond, F.H., Tiegs, О. W., and Gunson, M.M., “Fourth (final) report on a test of McDougalVs Lamarckian experiment on the training of rats”, Journal of Experimental Biology 31: 307-21 (1954). Время, затрачиваемое крысой каждого поколения на освоение конкретного умения, сравнивалось — с целью выяснить, передаются ли способности наследственно. Оказалось, каждое последующее поколение крыс обучалось одному и тому же навыку быстрее, чем предыдущее. Исходя из чего вы наверняка сделаете вывод: крысы наследовали высокую способность к обучению на генетическом уровне.