Веревка вокруг Земли и другие сюрпризы науки

Любопытная деталь: до появления железных дорог никто даже и не замечал, что высота звука по мере приближения источника звука к слушающему, а также по мере последующего удаления от него изменяется. Может, до этого какой-нибудь обладатель отличного слуха и обращал внимание на подобные изменения, когда мимо него проносился всадник, играющий на трубе одну-единственную ноту, но, видимо, такие случаи происходили нечасто, да и откуда человеку было знать, что всадник, проезжая, не затрубил на другой высоте нарочно?

Эффект был назван в честь Доплера, поскольку именно этот австрийский физик первым заявил о его существовании, хотя и применительно к световым волнам. Он предположил, что, если бы звезды приближались к Земле, их свет казался бы более голубым, чем обычно, а если бы они удалялись, то более красным. Его открытие оказалось чрезвычайно ценным в последующие годы, когда астрономы, назвав это явление «спектральным смещением», стали использовать его для вычисления скорости, с которой звезды движутся по линии прямой видимости, а также для подтверждения идеи о расширении Вселенной (см. главу «Вселенная — это вам не сарай»).

Однако в нашей повседневной жизни гораздо большее значение имеет идея Бёйс-Баллота, предположившего, что тот же самый эффект может распространяться и на звуковые волны. В науке часто случается, что необычное наблюдение влечет за собой поиски его объяснения. Но здесь, наоборот, первым появилось объяснение, и Бёйс-Баллоту требовалось найти лишь способ проверить, применим ли этот эффект к звуку, и подкрепить идею объективными наблюдениями.

Железная дорога на паровой тяге тогда находилась еще на этапе становления, но это был самый быстрый способ перемещения, позволяющий проверить теорию. В 1845 году голландцы, жившие вдоль железной дороги, соединявшей Утрехт и Маарсен, в течение двух дней наблюдали странную картину: вагон-платформа с компанией трубачей, оглушительно и душераздирающе (ну, во всяком случае, немелодично) дующих в трубы, катался по путям туда-сюда мимо группы музыкантов — обладателей превосходного слуха, а те записывали ноты, которые они слышали, пока платформа приближалась и проезжала мимо. Собранные данные подтвердили, что теория Доплера применима и к звуку: когда платформа проезжала мимо и удалялась, высокие ноты сменялись более низкими, а сила звука зависела от скорости поезда.

Объясняется это явление просто. Высота звука напрямую связана с количеством звуковых волн, достигающих уха за секунду. Если источник звука приближается к слушателю, за секунду прибывает больше волн, чем если бы он стоял без движения; а если источник удаляется, волн долетает все меньше. Кстати, то же правило действует и когда слушатель движется навстречу неподвижному источнику звука или удаляется от него, хотя это менее распространенная в реальных условиях ситуация. Представьте, что вы плывете на лодке по озеру с регулярно пробегающими волнами, вызванными ветром. Вы минуете больше волн в минуту, если плывете против ветра, и меньше — если ветер попутный. Пока в один прекрасный момент, когда ваша скорость сравняется со скоростью волн, вам не начнет казаться, что они стоят на месте.

Хоть эффект Доплера применительно к звуку так и не был назван в честь Бёйс-Баллота, имя этого ученого все-таки было увековечено, причем в главной области его деятельности — в метеорологии. Его имя присвоили закону. Закон Бёйс-Баллота гласит, что если вы стоите спиной к ветру в Северном полушарии, то зона пониженного давления будет находиться от вас слева. Это потому, что ветер движется по кругу против часовой стрелки, а в центре круга располагается зона пониженного давления. В Южном полушарии все наоборот.

И от атомной бомбы бывает польза