Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться

Китсу с Лэмом следовало бы поднять свои бокалы и за поэзию, и за математику, и за поэзию математики. Вордсворта не пришлось бы уговаривать. Он (как и Кольридж) вдохновлялся шотландским поэтом Джеймсом Томсоном и, вероятно, помнил его стихотворение «Памяти сэра Исаака Ньютона» (1727 г.):

…Ведь даже Свет, хоть светит он всему,
Сам оставался сумрачною тайной,
Но, покорясь светлейшему уму,
Он приоткрыл своей загадки тьму.
И вот из белизны первоначальной
Льнет каждый луч к собрату своему,
Являя зачарованным очам
Цвета исходные: вначале красный
Пленяет их, оранжевый затем
И нежно-желтый, следом за которым
Блистают свежей зеленью лучи.
Вот голубой — краса небес осенних —
И синий, что печален и глубок,
Как уходящий в ночь морозный вечер.
Вот, наконец, последние лучи
Зачахнувшей фиалкой угасают.
Весь этот пышный цветовой наряд
Сияет нам с небес дугою водной,
Когда поля сверкающей росой
Пред нашим взором орошает туча.
И мириады капелек цветных
Летят, и мириады остаются —
Источник вечно новой красоты.

Какой поэт творил так вдохновенно,

Мечтая у журчащего ручья?
Какой пророк вещал с таким восторгом?
А солнце и густые облака
Тебе сегодня, Гринвич, вновь являют
То, сколь велик рефракции закон.

Глава 4 Штрихкод в эфире

Измерим радугу, сочтем —

Не сомневаюсь в том.
Но мост, связующий влюбленных,
Не выдаст нам своих законов.

Эмили Дикинсон (1894 г.)

«В эфире» для современного человека означает «по радио». Однако радиоволны не имеют отношения к эфиру — ни к гипотетическому, ни к химическому: это невидимое излучение с большими длинами волн. А вот звуку нужна среда для распространения. Эта глава будет о звуке и о других медленных волнах, которые тоже можно расплести, как радугу. Звуковые волны распространяются примерно в миллион раз медленнее света (или радиоволн), будучи немного более быстрыми, чем «Боинг-747», но уступая по скорости «Конкорду». В отличие от света и прочих разновидностей электромагнитного излучения, которые лучше всего распространяются в вакууме, звуковые волны нуждаются в материальном посреднике, таком как воздух или вода. Это волны сжатия — растяжения (иначе говоря, уплотнения — разрежения) среды. Если речь идет о воздухе, то это означает локальные колебания атмосферного давления. Наше ухо представляет собой миниатюрный барометр, способный улавливать быстрые и ритмичные перемены давления. А у насекомых принцип действия органов слуха совершенно иной. Чтобы понять, в чем разница, нам понадобится сделать небольшое отступление и разобраться, что же такое давление на самом деле.

Если мы, к примеру, перекроем рукой выходное отверстие велосипедного насоса, то наша кожа почувствует давление как энергичный напор. В действительности же давление — это совокупность ударов, производимых тысячами молекул воздуха, которые носятся туда-сюда в случайных направлениях (этим давление отличается от ветра — там они перемещаются преимущественно в какую-то одну сторону). Если вы направите ладонь против сильного ветра, то почувствуете нечто равнозначное давлению: бомбардировку молекулами. В замкнутом пространстве — например, внутри надутой велосипедной камеры — молекулы воздуха давят на стенки с силой, пропорциональной количеству молекул и температуре. При любой температуре выше –273 °C (это самая низкая возможная температура, соответствующая полной неподвижности молекул) молекулы находятся в беспрерывном хаотичном движении, отскакивая друг от друга, как бильярдные шары. При этом сталкиваются они не только между собой, но и с внутренней стороной стенок камеры, которые «ощущают» это как давление. Кроме того, чем горячее воздух, тем стремительнее носятся молекулы (в этом и состоит смысл понятия «температура»), так что давление заданного объема воздуха при нагревании возрастает. Аналогичным образом температура определенного количества воздуха возрастает, если его сжимать, то есть увеличивать давление за счет уменьшения объема.