Физика и жизнь. Законы природы: от кухни до космоса - Элен Черски

Таким образом, тостер – это устройство, генерирующее волны. Видимые вами волны красного света – только часть волн, излучаемых в процессе накаливания его нагревательного элемента. Инфракрасные волны, которые вы не можете видеть, поджаривают ваш тост. Именно поэтому ломтик хлеба в тостере приобретает хрустящую коричневую корочку лишь на поверхности. Только поверхностный слой хлеба, в который проникает инфракрасный свет, способен его поглощать и разогреваться. Причина, почему мне нравится наблюдать за процессом приготовления тоста в тостере, проста: в это время я рисую в своем воображении инфракрасный свет, излучаемый нагревательным элементом. Я не могу его видеть, но знаю, что именно он создает хрустящую коричневую корочку на ломтике хлеба. Видимый мною красный свет – своего рода бесплатное приложение к подлинному «виновнику торжества».

Но, разумеется, здесь есть одна загвоздка. Проблема с таким методом генерации световых волн в том, что вы всегда получаете один и тот же их набор. У вас нет возможности выбрать именно те волны, которые вам нужны, и отфильтровать остальные. Горящий уголь, светящийся оранжевым цветом, расплавленная сталь и какой-либо другой материал, нагретый до 1500 ℃, должны испускать излучение с одним и тем же сочетанием длин волн, то есть цветов света. Таким образом, можно измерить температуру какого-либо объекта по его цвету при условии, что этот объект нагрет до такой степени, что вы можете видеть, как изменяется его цвет при изменении температуры. Температура на поверхности Солнца равна примерно 5500 ℃. Именно поэтому мы воспринимаем исходящий от него свет как белый. Вообще говоря, это единственная причина, по которой мы можем видеть звезды на ночном небе. Их температура настолько высока, что свет излучается с их поверхности и пронизывает Вселенную. Их свечение имеет определенный цвет, который позволяет судить о температуре звезд.

Между прочим, каждый из нас – и вы, и я – также имеет свой цвет, определяемый нашей температурой. Конечно, он невидимый, но его могут регистрировать специальные камеры, воспринимающие требуемый вид инфракрасных волн. Разумеется, мы не раскаляемся до температур работы тостеров, но тем не менее излучаем свет. Мы испускаем световые волны, длина которых в 10–20 раз превышает длину волн видимого света. Каждый из нас представляет собой нечто наподобие лампы накаливания, испускающей инфракрасный свет, что обусловлено температурой нашего тела. Светятся все теплокровные млекопитающие: собаки, кошки, кенгуру, бегемоты и т. д. Все, что имеет температуру выше абсолютного нуля (то есть выше –273 ℃), – своего рода лампа накаливания, излучающая свет, цвет которого находится в диапазоне, простирающемся от инфракрасного до еще более длинных волн (микроволновый диапазон) по мере снижения температуры.

Таким образом, вся наша жизнь проходит среди волн, причем не только тех, которые мы можем увидеть, если смотреть в соответствующем направлении. Солнце, наши собственные тела, мир вокруг нас, а также всевозможные технические устройства, созданные человеком, постоянно генерируют световые волны. То же можно сказать о звуковых волнах: высоких и низких тонах, ультразвуковых волнах, которыми пользуются во время охоты летучие мыши, и инфразвуковых волнах, используемых слонами для предупреждения сородичей о непогоде. Интересно, что все эти волны могут проходить через одно и то же помещение, не смешиваясь между собой. Звуковым волнам абсолютно все равно, освещено помещение или погружено во мрак. А на световые волны никак не воздействуют фортепианные концерты и орущие младенцы. Вся эта какофония волн обрушивается на нас, когда мы открываем глаза и «включаем» слух. Но мы не сходим с ума, а просто отстраняемся от неактуальных для нас волн и настраиваемся на волны, несущие нам ту или иную полезную информацию.

Но какие именно волны мы отбираем? Ответ будет разным для новейших моделей «беспилотных» автомобилей и для животного, которому приходится выживать в лесу. Волны несут в себе разнообразную информацию, и из всего ее обилия каждый выбирает то, в чем больше всего нуждается. Вот почему голубые киты и дельфины-бутылконосы вряд ли способны услышать друг друга, и именно поэтому ни голубые киты, ни дельфины-бутылконосы не обратят ни малейшего внимания на цвет вашего гидрокостюма.

⁂

Калифорнийский залив тянется вдоль западного побережья Мексики и представляет собой узкую океанскую гавань около 1100 километров длиной, которая в южной оконечности открывается в Тихий океан. Голубые воды залива защищены темными горными вершинами, вздымающимися в небо с его обоих берегов. Обитатели морских глубин преодолевают немалые расстояния, чтобы здесь отдохнуть и подкормиться. Коротая время в небольшой лодке посреди залива, одинокий рыбак может насладиться царящими здесь тишиной и покоем, ведь в этих водах нет условий для появления сильных волн. В дневные часы солнечный свет интенсивно прогревает залив и его окрестности, отражаясь только голубой водой и отполированными скалами на берегу. Слышны лишь звуки волн, плещущихся о борта, да поскрипывание лодки. Одинокий дельфин выпрыгивает из воды, становясь на мгновение частью этой мирной картины, а затем снова погружается в совершенно другую, отнюдь не столь спокойную стихию. Там, на глубине, во всю мощь и на полную громкость работает особая экосистема Калифорнийского залива.

Ныряя на глубину, дельфин издает звук высокого тона, практически свист, адресованный остальным членам стаи, следующим за ним. И когда они улавливают этот свист, вода наполняется звуками, похожими на щелчок. Это короткие, резко обрывающиеся звуковые волны, источник которых находится в лобной части головы дельфина. Они отражаются от окружающих предметов. Достигнув первого дельфина, короткие звуковые волны передаются через его челюстную кость в уши. Таким образом, каждое животное формирует в своем мозге «звуковую картину» окружающих его предметов. Посвистывания, попискивания и щелчки образуют вокруг группы дельфинов такой звуковой фон, будто все это происходит не на морской глубине, а на какой-нибудь оживленной улице. Этот звуковой фон создают звуковые волны сообщества дельфинов в ходе охоты. Проведя какое-то время на поверхности воды, вдоволь надышавшись и наигравшись, дельфин отправляется на глубину – поохотиться. Световые волны, находящиеся в изобилии у поверхности воды, на глубину проникают с большим трудом: они очень быстро поглощаются водой, поэтому на глубине свет не может служить надежным источником информации. У дельфина есть глаза, через которые он получает информацию как над, так и под водой, но степень полезности света объясняется тем, как эволюционировало зрение дельфина. Оно совершенно не позволяет ему различать цвета – да и зачем дельфину такая способность, если в ареале его обитания цвета не играют большой роли? Мир, в котором живут дельфины, окрашен в голубой цвет, но откуда им об этом знать? Дельфин не воспринимает голубой цвет – для него подводный мир черен, как ночь. Впрочем, дельфины видят яркие блики света, отражающегося от проплывающего мимо косяка рыб. Одним словом, дельфины видят то, что им нужно видеть.

Поверхность океана подобна зеркалу Алисы в Стране чудес, которое разделяет два мира, но позволяет легко шагнуть из одного в другой. Волны имеют тенденцию отражаться от водной поверхности, разделяющей эти два мира, поэтому звук, рождающийся в воздухе, там и остается, а звук, рождающийся в океане, остается в океане. В воздухе свет движется практически беспрепятственно, как, собственно, и звук. В океане световые волны очень быстро поглощаются водой, но звуковые распространяются очень быстро и без особых потерь. Если, погрузившись под воду, вы хотите получить информацию о своем окружении, вам нужно научиться обнаруживать звуковые волны. От световых волн здесь мало пользы, если только вы не рассматриваете что-то в непосредственной близости от себя и если не погрузились слишком глубоко под воду.