Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
Шрифт:
Конечно, подобные ощущения — штука субъективная, однако когда ученые НАСА при конструировании ракеты изучали воздействие вибраций на человеческое тело, они обнаружили, что разные части тела взрослого человека резонируют на разных частотах. Отдельные внутренние органы на определенных частотах вибрировали интенсивнее, вызывая существенное «затормаживание жизненных функций организма и неприятные ощущения».{63} И какова же резонансная частота человеческого туловища? Да точно такая, к какой пришли исследователи погребальной камеры в Кэмстер-Раунд, — 4-5 герц.
Может, люди эпохи неолита, ударяя в барабан
Что, если резонансный звук казался им звуком потустороннего мира, вызывал инфразвуковые колебания в их собственных телах и даже изменял их сознание? Интересно, а потревоженные соседи к их совести не взывали?
Вы когда-нибудь просыпались среди ночи в холодном поту, внезапно сознавая, что не имеете ни малейшего представления о том, что такое электромагнитная волна? Нет? Я — тоже. Но раз уж эти волны буквально повсюду, не мешает познакомиться с ними поближе.
От механических волн — волн звуковых и волн на поверхности воды — их отличает главным образом то, что они не зависят от физической среды, через которую распространяются.
Значит, придется нам пересмотреть свои представления о волне. Хотя… нелегко вообразить волну вне среды — чего-то такого, что перемещалось бы одновременно с распространением волны. Например, вы рассматриваете волны на воде. Рассуждать об океанической волне без воды, через которую она распространяется, попросту смешно. Ведь это механический тип волны — волна представляет собой перемещающуюся форму физического движения в определенной среде, в данном случае, в воде.
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,
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]
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».