В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Все агрегаты этой гигантской машины, разбросанные по разным континентам, должны работать согласованно, синхронно — такова сверхзадача. Причем синхронность нужна высочайшая, ее даже представить себе трудно, пользуясь нашими житейскими мерками времени: в одном из режимов каждый цикл машины длится около 4·10^-11 с; за это время синхронизм в работе агрегатов — а между ними тысячи километров — должен поддерживаться с точностью в среднем до 10 ¹² %, по абсолютному значению до 10^-25 с.

Как почувствовать, что стоит за этим «с точностью до…»? Как связать их с чем-нибудь знакомым? Автомобиль, который проносится мимо вас с недозволенной скоростью 120 км/ч, за 10^-25 с пройдет расстояние (если это можно назвать расстоянием) порядка 10~²⁰ мм, что в тысячу миллиардов раз меньше размеров самого маленького атома. Даже свет (свет!) за 10^-25 с пройдет всего 0,000 000 000 000 03 мм. Теперь о процентах: 10^-12 % объема Азовского моря — это банка воды; если часы, идут на 10^-12 % быстрее, чем нужно, то за полмиллиона лет они уйдут вперед на 1 с.

Ко всему еще сверхточная машина должна обходиться чрезвычайно малыми порциями сырья — она перерабатывает радиосигналы, общая мощность которых примерно 10^-18 Вт. Это в тысячу раз меньше, чем досталось бы одной квартире, если бы на освещение всех домов Земли расходовалась мощность одной горящей спички.

Упоминание о сырье в виде радиосигналов уже, наверное, приподняло завесу над таинственной межконтинентальной машиной. Сейчас это дело будет доведено до конца — речь идет об уникальном радиотелескопе, точнее, о радиоастрономическом комплексе, в который в разное время входили радиотелескопы разных стран. Ниже будет коротко сообщено о том, для чего создаются такие комплексы. Но прежде в порядке повторения пройденного два микроскопических рассказа на общие темы.

Микрорассказ первый:про волны. Среди бессчетного множества процессов, которые происходят в природе, физики сочли необходимым выделить несколько особых групп. В их числе волны. Независимо от физической природы — волны могут быть электромагнитные, механические, гравитационные — все они имеют общие черты. В частности, разбегаясь от места своего рождения, волны переносят не только энергию, но и информацию о тех процессах, которые их создали. Именно поэтому эволюция снабдила многочисленные свои творения разнообразными волноприемниками, волноулавливателями, вооружив тем самым живые организмы приборами для изучения окружающей обстановки. Неплохая аппаратура досталась и человеку: сверхчувствительный приемник световых волн — зрение и сверхчувствительный приемник акустических волн — слух. (Слух, кстати, в дальнейшем стал технической базой для языкового общения людей, для развития речи, а речь в свою очередь привела к поразительному совершенствованию нашего природного компьютера, к отработке новой системы мышления, где к предметам и явлениям привешены лаконичные бирки-слова. И все это началось с приемника звуковых волн…)

А теперь, быстро перелистав прекрасную повесть о том, как человек обогатил свой природный арсенал волноулавливателей, построил микроскопы и телескопы, научился видеть радиоволны и рентгеновские лучи, слышать инфразвук и ультразвук, мы остановимся на странице, где упоминаются интерферометры — эти приборы не просто улавливают волну, но и учитывают ее фазу.

Микрорассказ второй:про фазы. Чтобы познакомиться с работой интерферометра, лучше всего выбрать теплое туманное утро и выйти на берег пруда. Полный штиль, гладкая, как стекло, поверхность воды. Из-за тумана она просматривается вперед метров на 10–15, противоположного берега не видно совсем. Тишина… И вдруг прямо на берег, где вы стоите, начинают накатываться волны. Они идут одна за другой несколько минут, потом постепенно все затихает, и снова гладкая поверхность воды Что можете вы, наблюдатель, сказать о том событии, которое вызвало волны на воде? Скорее всего, на другой стороне пруда в воду свалился какой-нибудь предмет. Большой? Об этом можно судить по высоте волн, по их интенсивности — одно дело, если упал камень, и совсем другое, если, воспользовавшись туманом, в пруд свалили самосвал битого кирпича. В каком месте это случилось, откуда именно пошли волны?

На этот вопрос не ответишь, присматриваясь к одной лишь высоте волны.

Все волноулавливатели можно разделить на две группы. Одни просто регистрируют мощность, интенсивность волн — так работает глаз, отличая яркую точку от темной, так работает ухо, оценивая громкость звука. Только на интенсивность волны реагируют рентгеновская пленка, радиоприемник, фотоэкспонометр. А вот волноулавливатели второй группы, если можно так сказать, подходят к каждой волне индивидуально, следят за тем, когда какая из них пришла, в какой момент какого уровня достигла. Проще говоря, регистрируют не только уровень, но еще и фазу волны.