Гэвин Претор-Пинни - Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

• Название: Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас
• Автор: Гэвин Претор-Пинни
• Издательство: Лайвбук
• Жанр: Физика
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-904584-33-7

Приготовьтесь: вас ждет кругосветное путешествие по всевозможным волнам: от серферских океанических до мозговых, радио-, микро-, инфракрасных, акустических, световых и многих прочих.

Претор-Пинни предлагает нам заново взглянуть на наш постоянно взволнованный мир.

---

Профессор установил кинокамеру возле мостовой опоры, где колебания были минимальными, и снимал машину Коутсворта на центральном пролете — она раскачивалась, резко кренясь.[14] Коутсворт рассказал профессору о несчастном псе на заднем сидении. Профессор наверняка был из собачников — он решил, что животное нужно немедленно спасти.

И вот, с трубкой в руке, Фаркуарсон отошел от мостовой опоры, бодро вышагивая по центру полотна. Он старался идти по двойной сплошной — она как раз служила осью, вокруг которой мост скручивался, и была относительно устойчива. Однако края полотна каждые две секунды поднимались и опадали уже метра на три.

Машина находилась ближе к левому краю моста, и Фаркуарсону пришлось сойти с центральной разметки — он шел, пошатываясь, напоминая подвыпившего каскадера. Открыв заднюю дверцу, профессор попробовал выманить Табби из машины. Однако из-за крутильных колебаний пса швыряло из стороны в сторону; он был так напуган, что инстинктивно цапнул протянутую к нему руку. Профессору самому нелегко было удерживать равновесие — ведь мост ходил ходуном, поэтому пришлось оставить Табби. Так укус стоил псу жизни.

Профессор успел добраться до твердой поверхности раньше, чем центральный пролет моста обрушился. Крутильные колебания в конце концов расшатали фермы моста — они рухнули в воду, увлекая за собой машину и оставшегося в ней несчастного Табби.

На следующий день в газетах напечатали интервью с очевидцем происшествия Леонардом Коутсвортом: «Вокруг меня все с треском ломалось, с рухнувшим мостом рушились чьи-то надежды — я становился свидетелем настоящей трагедии… Но ужаснее всего была мысль о том, какую весть я принесу дочери совсем скоро. А ведь я мог спасти ее любимца».{34}

* * *

Мы делим механические волны на поперечные, продольные и крутильные, то есть змеиные волны, волны дождевых червей и волны Табби, но, по правде говоря, в природе многие волны представляют собой комбинацию из двух или трех типов. Возьмем, к примеру, волны океанические: те круговые траектории, по которым перемещается вода во время прохождения волны, сочетают в себе движения вверх-вниз и вперед-назад. Со стороны выглядит так, будто вода всего лишь поднимается и опускается, но на самом деле совершаются поперечные (вверх-вниз) и продольные (вперед-назад) движения, приводящие к движению по орбите. Их можно почувствовать, отплыв подальше от берега. Когда волна проходит, вас не только поднимает и опускает, вас увлекает к гребню в момент приближения волны, но и тут же оттаскивает назад в то время, как она удаляется. По мере приближения к берегу круговые орбиты, по которым движется вода на глубине, все более и более уплощаются — из-за ограничения колебаний поперечных волн.

Вот они, едва заметные поперечные и продольные волны, используемые этой склизкой похитительницей урожая при движении; они видны, когда она ползет по оконному стеклу

После довольно несуразного примера с крутильными волнами вы можете подумать, что шансы найти животное, использующее при передвижении и поперечные, и продольные волны одновременно, равны нулю. Однако такое совершенное животное существует: это гастропод, более привычное название которого — слизень, улитка.

Итак, мы снова ступили на уже знакомую нам дорожку, пусть она при этом и склизкая.

Улитка, этот бич огорода, подбираясь под покровом ночи к великолепному кочану капусты, хитроумно сочетает при движении волны поперечные и продольные. Чтобы понять, как это происходит, понаблюдайте за блестящей от слизи подошвой ее ноги. Впрочем, волнообразные сокращения мышц ничтожно малы — так просто вы их не заметите. Если толь ко не посадите улитку на оконное стекло. Встав с противоположной стороны, вы увидите едва заметную мышечную рябь, пробегающую по всей длине ноги — небольшие участки подошвы будут становиться то светлее, то темнее. Темные полосы образуются там, где улитка чуть отрывает ногу от склизкой тропы, светлые — где она ее прижимает. Удивительно то, что у обычной садовой улитки или слизня мышечная волна идет от хвоста к голове. Улитка слегка приподнимает хвост, сжимает и ставит его кончик чуть ближе к ноге — образуется крошечный изгиб подошвы. Постепенно он перемещается вперед, пока не достигает головы — голова приподнимается и опускается чуть дальше вперед.

На самом деле, по подошве одновременно проходят несколько таких волн: хвост приподнимается и, опускаясь, прижимается чуть ближе к ноге сразу же после предыдущей волны. Некоторые гастроподы передвигаются с помощью волн, начинающихся от головы и идущих к хвосту, некоторые образуют отдельные волны по обе стороны подошвы, которые не попадают в такт друг другу — одна половина подошвы приподнимается, другая в это время прижимается к поверхности. Независимо от направления, в котором волны перемещаются, мышцы каждой половины подошвы сокращаются и расслабляются по траектории, напоминающей овал. Волны проходят вдоль всей подошвы в каждой точке ее поверхности, перемещаясь как вперед-назад, так и вверх-вниз. Полагаю, мы с уверенностью можем сказать: овалы — единственный признак, роднящий улиток и океанические волны.

* * *

«Для природы существует только одно — настоящее, настоящее и еще раз настоящее, — писал в своей повести «Лови момент» Сол Беллоу. — Оно подобно большой, огромной, гигантской волне, колоссальной, яркой, дивной, несущей жизнь и смерть, вздымающейся до небес, встающей со дна морского».[15]

Волны, распространяющиеся внутри нас — своеобразная транспортная система, от которой зависит жизнедеятельность тела; мне ужасно любопытно, что с ними происходит после нашей смерти. «Разбиваются» ли они, подобно волнам океаническим при столкновении с берегом?

Рефлекторные мышечные волны, благодаря которым пища, кровь и другие необходимые вещества распространяются по нашему телу, а также электрохимические волны, благодаря которым информация передается по нашей нервной системе, отличаются от волн океанических одним существенным моментом — они не являются самоподдерживающимися волнами. Волны на поверхности воды, приведенные в движение ветром, проходят определенное расстояние благодаря силе тяжести и силе поверхностного натяжения воды, дополнительное воздействие ветра им не нужно. Волны в наших телах распространяются благодаря тому, что их постоянно подпитывают энергией. На каждое биение сердца затрачивается определенная часть энергии. На каждую импульсацию нейрона затрачивается определенное количество калорий. Волны, проходящие по мышечным и нервным тканям, не продолжат свой бег после того, как дыхание жизни иссякнет. Когда мы умираем, они попросту останавливаются. Реакции, благодаря которым они распространялись, прекращаются.

И все же меня не покидает ощущение, будто наши тела заряжаются энергией подобно тому, как вода заряжается энергией волн. Когда волны разбиваются о берег, их энергия передается окружающему пространству — исчезнуть она никак не может, только переходит в другое состояние. Так и с нами — энергия, поддерживающая наше существование, при затухании «химических двигателей» переходит в окружающее пространство.

Кто знает, где разбиваются волны, денно и нощно проходящие через наши тела? Никто не может начертать карту тех иноземных берегов, на которые они в конце концов обрушиваются в свой последний час. Как написал Томас Гуд, английский поэт девятнадцатого века, теперь уже позабытый:

Всю ночь стерегли мы дыханье у ней…
Недвижно лежала она;
В груди колебалась слабей и слабей
Последняя жизни волна.
......
Туманное утро настало для нас,
Сырая чуть дрогнула тень;
А очи усопшего друга, смежась,
Сияющий видели день.{35}

ВТОРАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ НАПОЛНЯЕТ НАШ МИР МУЗЫКОЙ

Как сказал поэт Оливер Уэнделл Холмс-старший:

Что фраза, правда или ложь, —
Всего лишь волн воздушных дрожь»{36}.[16]

Произнесенное слово, и вообще любой звук, является слышимой акустической волной. Я подчеркиваю: «слышимой», потому что большинство акустических волн, как это ни парадоксально, не слышны.

Вообще «акустической» можно назвать абсолютно любую волну, которая через что-то проходит, — неважно, твердое это «что-то», жидкое или газообразное — благодаря тому, что это самое «что-то» сжимается и расширяется. Акустические волны отличаются от волн на поверхности воды довольно сильно. Когда приближается гребень акустической волны, вещество, через которое волна проходит, сжимается — возникает область повышенного давления, или плотности. Когда приближается подошва акустической волны, вещество, через которое волна проходит, наоборот, расширяется — возникает область пониженного давления или разрежения, то есть вещество становится не таким плотным, как до этого. Другими словами, среда не поднимается и опускается, как это происходит во время распространения волн через морскую воду, а лишь смещается взад-вперед. Поэтому акустические волны принадлежат к типу продольных волн. Физические движения среды напоминают волнообразные мышечные движения дождевого червя, который вытягивается и сжимается, медленно продвигаясь в почве.