Физика и жизнь

Сельдь ходит по морю косяками, питаясь крошечными созданиями, похожими на креветок, и надеясь избежать встречи с большими хищниками: дельфинами, тунцом, треской, китами и морскими львами. Но океаны – огромные пустынные пространства, где негде спрятаться. Единственный выход – стать невидимым или хотя бы замаскироваться, чтобы быть менее заметным на фоне окружающей среды. Может, рыба должна иметь голубоватый оттенок, чтобы слиться с цветом морской воды? Проблема в том, что цвет морской воды непостоянен и зависит от времени суток, а также ряда других факторов. Но, чтобы выжить, сельдь должна как можно меньше отличаться от окружающей ее воды. Именно поэтому она превращается в некое подобие плавающих зеркал: пустой океан позади косяка сельди выглядит точно так же, как и перед косяком. Сельдь, как и высококачественное алюминиевое зеркало, может отражать 90 % падающего на нее света. Отражая световые волны обратно в глаза потенциальных хищников, сельдь может плыть, прикрываясь своего рода щитом, созданным из света.

Впрочем, отражение далеко не всегда идеально. Зачастую объект отражает лишь часть света. Но оно чрезвычайно полезно, когда два объекта находятся рядом друг с другом и мы хотим их отличить. Тот, который отражает синий свет, – это моя чашка, а тот, который отражает красный, – чашка моей сестры. Таким образом, отражение играет важную роль при падении волны на ту или иную поверхность. Однако это не единственное, что может произойти, когда на пути волны возникает граница. Преломление (рефракция) может влиять на волны более «тонким» способом, изменяя направление их движения.

Когда какая-то гавайская королева стояла на вершине скалы, окидывая взором побережье и наблюдая за формированием волн прибоя, она могла заметить, что хотя волны из открытого океана каждый день движутся в сторону острова с какого-то другого направления, в том месте, где они достигают берега, они всегда ему параллельны. Волны не могут подходить к берегу сбоку, в какую бы сторону он ни был обращен. Это объясняется тем, что скорость волн зависит от глубины воды, а волны на больших глубинах движутся быстрее. Вообразите длинный прямой берег и приближающийся к нему гребень волны с направления, отклоняющегося слегка влево от перпендикуляра к линии берега. Правая половина гребня волны расположена дальше от берега, то есть находится на большей глубине. Следовательно, она перемещается быстрее, догоняя половину волны, расположенную ближе к берегу. Таким образом, по мере приближения к берегу гребень всей волны слегка поворачивается против часовой стрелки и накатывается на берег параллельно ему. Таким образом, вы можете изменить направление движения волны, изменяя скорость каких-то частей ее гребня относительно других его частей. Это явление называется рефракцией.

Легко представить себе изменение скорости водяной волны, но как быть со светом? Физики обычно говорят о «скорости света». Это невообразимо высокая скорость и принципиально важный элемент самого знаменитого научного наследия Эйнштейна: специальной теории относительности и общей теории относительности. Открытие существования постоянной «скорости света» произвело настоящий фурор в научном мире, хотя многим было трудно понять и принять этот факт. Но вы, наверное, удивитесь, узнав, что никогда в жизни не встречали световые волны, движущиеся со скоростью света. Даже вода ее замедляет. Вы сами можете убедиться в этом с помощью монетки и чашки.