Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

Подобные картины наблюдались и в исследовательских лабораториях, когда быстрые частицы направлялись в глаз испытуемого. Как образуются эти вспышки? Сталкиваются ли эти частицы непосредственно с фоторецепторами сетчатки, заставляя их передавать сигналы в мозг, или они создают свет внутри глаза, который затем улавливается фоторецепторами? Могут ли подобные вспышки увидеть альпинисты в высоких горах или пассажиры самолетов?

ОТВЕТ • Вспышки, наблюдаемые космонавтами, могут быть вызваны светом, испускаемым при пролете чрезвычайно быстрых частиц через стекловидное тело (прозрачная среда, заполняющая глазное яблоко) и сетчатку. Скорости частиц превышают скорость распространения света в глазу (она меньше скорости распространения света в вакууме в n раз, где n — показатель преломления), в результате в стекловидном теле может возникнуть так называемое черенковское излучение, которое и регистрируется фоторецепторами на сетчатке. В 1958 году Павел Черенков, Игорь Тамм и Илья Франк были удостоены Нобелевской премии по физике с формулировкой: «За открытие и истолкование эффекта Черенкова».

Такие вспышки света наблюдались в экспериментах, когда высокоскоростные мюоны (частицы, похожие на электроны, но в 207 раз более тяжелые) направлялись в глаз испытуемого. Кроме того, частицы, даже медленные, могут создавать вспышки, если они сталкиваются непосредственно с фоторецепторами на сетчатке. Но никто не рассказывал о том, что видел вспышки света во время полетов в самолете, даже на полярных маршрутах на большой высоте, где из-за большой широты облучение выше.

Почему ночью панель управления на капитанском мостике корабля обычно подсвечивается темно-красным светом, то есть светом с длиной волны на красном краю видимого спектра?

ОТВЕТ • Несмотря на то что фоторецепторы-колбочки плохо функционируют в условиях слабой освещенности, фоторецепторы-палочки такой свет уловить могут. Однако, чтобы видеть при очень слабом свете, нужно дать возможность палочкам адаптироваться к темноте, то есть выключить свет не меньше чем на 10 минут, и тогда они станут максимально чувствительными к источникам слабого света. Поскольку палочки не активируются светом на красном краю видимого спектра, ночью панели управления обычно подсвечиваются именно красным светом. Когда капитан смотрит на панель управления, колбочки могут активироваться, а палочки нет. Таким образом, палочки готовы к тому, чтобы капитан в любой момент в темноте мог разглядеть опасность.

Герой комиксов Супермен с помощью испускаемых из глаз рентгеновских лучей может видеть то, что происходит за сплошной стеной. Здесь мы не будем обсуждать, могут ли глаза испускать рентгеновские лучи, а сосредоточимся на более легком вопросе: можно ли обнаружить что-то или кого-то, находящегося за стеной, с помощью рентгеновских лучей?

ОТВЕТ • Чтобы Супермен смог уловить лучи, идущие обратно к нему, скажем, от преступника, находящегося по ту сторону стены, преступнику нужно отражать лучи. Но это означает, что стена тоже будет отражать лучи. Вы можете сказать, что любой материал может частично пропускать, а частично отражать лучи. Тогда часть лучей пройдет через стену, часть прошедших лучей отразится от преступника, и после того как немногие сохранившиеся лучи пройдут обратно через стену, они наконец достигнут Супермена. Беда в том, что оставшихся лучей будет так мало, что они будут маскироваться множеством лучей, отраженных стеной и всеми объектами, окружающими преступника со всех сторон. Даже если Супермен сможет каким-то чудом мысленно обработать все лучи и на фоне всех шумов выделить изображение преступника, все еще останется существенная проблема: как глаза Супермена смогут поглотить лучи, если их так легко отразить и пропустить? Наконец, рентгеновское излучение вообще не отражается от материалов, разве что при почти скользящем падении… Я, конечно, понимаю, что комиксы лучше читать, а не анализировать.

Если в безветренную темную ночь выстрелить петардой строго вверх, горящие обломки при взрыве должны разлететься равномерно по всем направлениям в горизонтальной плоскости. Почему тогда кажется, что все обломки летят к вам?

ОТВЕТ • Детали этой иллюзии пока не объяснены. Однако можно предположить, что жизненный опыт создает предпосылки для нее: когда вы смотрите практически на любой трехмерный объект, вы всегда можете разглядеть детали на ближайшей его стороне, но редко — на дальней стороне. Таким образом, в темную ночь множество разлетающихся горящих обломков без каких-либо подсказок о расстоянии до них, например в виде фона из облаков, будет восприниматься как детали ближайшей стороны расширяющегося невидимого объекта.

Лягте на спину в центре комнаты, в которой есть дверной проем, а на потолке висит светильник. Если посмотреть на потолок в сторону ног, потолочный светильник и дверной проем выглядят нормально. Но если вы закинете голову назад и посмотрите на потолок в противоположном направлении, у вас возникнет странное ощущение, что вы смотрите на потолок сверху вниз, как будто можете пройтись по нему. Кажется, что потолочный светильник растет снизу вверх, а дверной проем как будто образует препятствие, через которое вам придется перешагнуть. Что порождает эту иллюзию? Увидите ли вы то же самое, если посмотрите на потолок, стоя на голове?

ОТВЕТ • В опубликованных исследованиях этой иллюзии говорится, что когда вы лежите на спине, для вас верх и низ меняются местами, потому что у вас уже нет обычных подсказок относительно направления вверх и вниз со стороны силы тяжести. Обычно все, что вы видите в нижней половине вашего поля зрения, находится внизу, а все, что в верхней половине поля зрения, — вверху. Если вы, лежа на спине, мысленно поменяете верх с низом, потолок, который находится со стороны ваших ног, будет в нижней половине вашего поля зрения, но будет восприниматься как «верх», а другая сторона потолка, находясь в верхней половине вашего поля зрения, будет восприниматься как «низ». Если вы встанете на голову, иллюзия не возникнет, вероятно, потому, что у вас в этом случае будут сильные подсказки со стороны силы тяжести о том, где верх, а где низ.