Книга звука. Научная одиссея в страну акустических чудес

В детстве меня научили определять время между вспышкой молнии и раскатом грома, чтобы оценить, как далеко ударил электрический разряд. Вычисления используют тот факт, что скорость звука гораздо меньше скорости света. Звук распространяется со скоростью около 340 метров в секунду, и 3-секундная пауза между молнией и громом указывает, что гроза бушует приблизительно в 1 километре от вас (5 секунд указывают на расстояние в 1 милю). То есть я никогда не сомневался, что причиной грома служит молния, однако вплоть до XIX в. эта причинно-следственная связь считалась не столь очевидной. Греческий философ Аристотель, первым применивший научные методы для исследования природных явлений, был убежден, что гром обусловлен выбросом горючего пара из облаков. Бенджамин Франклин (один из отцов-основателей Соединенных Штатов), римский философ Лукреций и француз Рене Декарт, один из основоположников современной физики, – все они считали, что раскаты грома вызваны столкновением облаков. Одна из причин, по которым молнию не связывали с громом, – трудности в исследовании этого явления. Невозможно точно предсказать, где и когда возникнет молния, и поэтому измерения зачастую производились на большом удалении от грозы.

После вспышки молнии мы сначала слышим взрыв, один из самых громких звуков, производимых природой. Максимум последующих раскатов обычно приходится на частоту 100 Гц, а длительность их может составлять десятки секунд. Электрический разряд молнии формирует канал ионизированного воздуха, температура в котором может превышать 30 000 °C. В результате создается огромное давление, в тысячу раз больше атмосферного, и этот перепад порождает ударную волну, сопровождающуюся звуком[322].

Молния, ударяющая в землю, имеет зигзагообразную форму. Если бы она распространялась по прямой, мы слышали бы треск, но не раскаты. Каждый поворот этого зигзага – приблизительно через 3 метра – порождает звук. Все вместе эти звуки соединяются в характерные громовые раскаты. Длительность раскатов велика, поскольку молния проходит несколько миль, и требуется определенное время, чтобы до нас дошел звук от многочисленных поворотов, распределенных в пространстве[323].

Ударные волны также могут быть причиной загадочного грохота, который можно услышать в разных уголках земли. Этот звук носит красочные названия: Seneca guns («пушки Сенеки») вблизи от озера Сенека в горах Катскилл в штате Нью-Йорк, mistpouffers («лягушачья отрыжка») на побережье Бельгии и brontidi («громыхание») в Итальянских Апеннинах[324].

В начале 2012 г. жители небольшого города Клинтонвилл в штате Висконсин подумали, что слышат отдаленные раскаты грома, когда проснулись ночью, почувствовав, как трясется дом. Одна из очевидцев, Джолен, рассказывала в интервью газете Boston Globe: «Муж решил, что это круто, но мне так не казалось. Это была не шутка… Я не знала, что это, но мне хотелось только одного – чтобы это прекратилось»[325]. Причиной звуков была серия слабых землетрясений, что подтвердила сейсмическая служба[326]. Чарльз Дэвисон в 1938 г. расспрашивал свидетелей подобных слабых землетрясений – они сравнивали звуки с далекой канонадой или взрывами, грохотом падающих камней, морским прибоем, приглушенной барабанной дробью и громким гомоном летящей стаи куропаток[327].

Подобно НЛО, многие громкие звуки могут быть объяснены естественными причинами. В апреле 2012 г. жуткий грохот в Центральной Англии был вызван парой реактивных истребителей «Тайфун». Пилот вертолета случайно нажал тревожную кнопку, подав сигнал, что его машину угнали, в результате чего истребители были вынуждены преодолеть звуковой барьер, чтобы догнать вертолет. Когда самолет летит относительно медленно, звуковые волны распространяются во все стороны со скоростью звука. Похожие волны расходятся по воде от медленно движущегося судна. Но когда самолет ускоряется до скорости звука, приблизительно 1200 километров в час, звуковые волны уже не могут опередить его. Они сливаются и образуют ударную волну, которая тянется за самолетом в форме буквы «V», как след от быстроходного катера. Самолет создает непрерывный звук, но люди на земле слышат ударную волну один раз. Вот что рассказывал один из свидетелей маневра истребителей «Тайфун»: «Звук был очень громким, так что вздрогнула вся комната и зазвенели бокалы на полке… Это было странно, но продолжалось недолго»[328]. (Иногда слышится двойной хлопок – от ударных волн, исходящих от носа и от хвоста самолета.)

Как бы то ни было, звуковой удар покажется тихим по сравнению с самым громким природным звуком, который когда-либо слышали люди: взрывом вулкана Кракатау в Индонезии в 1883 г. Один из свидетелей, капитан Сэмпсон с английского судна Norham Catle, писал: