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.

---

На этом в биографии наших волн можно поставить точку.

А вы что же, думали, все это просто волны? Наблюдатели за волнами должны разбираться в тончайших нюансах прибоя  * * *

Но не рановато ли для траура по безвременно ушедшим? Энергия никогда не исчезает бесследно — она из одной формы переходит в другую. Когда волны с шумом разбиваются о берег, их энергия не исчезает, а продолжает свое путешествие, только в измененной форме. Например, вот это вот «галькою шурша» означает, что часть энергии волн преобразовалась в звук.

Звук в широком смысле — те же волны.

Но не вздымающиеся и опадающие массы воды, а перепады атмосферного давления — по крайней мере, в том случае, когда звук проходит через воздушную среду. Трудно представить что-либо менее похожее на океанические волны, чем волны звуковые. Но тогда почему и те, и другие мы именуем волнами? Да, нам известно, что энергия, переносимая океаническими волнами, получает вторую жизнь в волнах звуковых. Но что еще объединяет две такие разные волны?

Итак, океанические волны разбиваются. Но на что похожа их «жизнь после смерти»? Когда море неспокойно, вы чувствуете под ногами его гул. Прилягте ненадолго на блестящие, черные камни утеса — подальше от края, куда достает прибой, но не слишком далеко, так, чтобы лицо обдавала мельчайшая взвесь соленых брызг. Вы всем телом ощутите колебания. Эти колебания называют микросейсмическими. Они — легкое подобие ударных волн, возникающих в результате землетрясения. Энергия разбивающихся бурунов продолжает свой путь сквозь землю, в форме менее ощутимой, но тем не менее это все та же форма волны.

Некоторая часть энергии океанической зыби преобразуется в тепло, передаваясь как воде, так и песку, гальке, скалистому берегу… А тепло связано с инфракрасными волнами — рассматривая чей-то снимок, сделанный инфракрасной камерой, вы видите человека на нем, благодаря испускаемому его телом теплу.

Инфракрасное излучение — форма оптического излучения; человеческий глаз его не воспринимает, однако некоторые животные улавливают. Инфракрасное излучение тоже относится к волнам. Если океанические волны, обрушиваясь на берег, слегка нагревают его поверхность, то испускаемое поверхностью инфракрасное излучение и есть та самая «вторая жизнь» волны, только более трудноуловимая. Однако свет, будь то инфракрасное излучение или излучение видимое, еще менее похож на знакомые нам морские волны.

Я всегда знал, что и то, и другое — волны, однако в мыслях все же не связывал их, помещая, что называется, в совершенно разные ячейки. Однако здесь, на морском берегу, перегородки «ячеек» растворились. После славной кончины наших океанических волн энергия возрождается, подобно фениксу, чтобы продолжить свое существование, но уже в виде волны другой формы. Пенистые буруны, обрушивающиеся на берег, знаменуют не конец биографии наших волн, а всего лишь завершение ее первой главы.

Волны в открытом море, это, конечно, здорово, но главное, как я понял, свершается на берегу. Во время наших с Флорой наблюдений за волнами с корнуоллского берега меня вдруг осенило. Я догадался, где искать объяснение тому, что такое волны, какова их, казалось бы, таинственная роль в окружающем мире. Мне предстояло осуществить подробное исследование на тему волн, разбивающихся о берег. Мне предстояло полное погружение в них, с головой. Для этого я должен был отправиться в отпуск, и место моего назначения было — Гавайи, мекка всех наблюдателей за волнами.

Простите, я сказал «в отпуск»?

Нет-нет, я оговорился — конечно же, «в научную командировку».

ПЕРВАЯ ВОЛНА, КОТОРАЯ ПРОХОДИТ ЧЕРЕЗ КАЖДОГО ИЗ НАС

Единственной загвоздкой было время года. На Гавайях волны выглядят наиболее впечатляюще во время зимних штормов, которые, проходя через Северо-Тихоокеанское течение, швыряют на цепочку островов огромные зыби. Выяснилось, что застать это великолепное зрелище можно в декабре и январе. Тут-то и возникла заминка, ведь подходил к концу февраль.

Тогда я решил познакомиться с волнами где-нибудь поближе к дому. Как оказалось, для этого никуда отправляться не надо, достаточно посмотреть в зеркало. Если вы думаете, что волны образуются «за тридевять земель», вы заблуждаетесь — они постоянно распространяются по нашим телам. Мы, люди, как и большинство животных, целиком и полностью от них зависим.

Именно волны находятся в основе, что называется, в сердце тех процессов, благодаря которым человек существует. Причем в буквальном смысле. Кровь циркулирует по телу, подгоняемая сокращениям сердца. Чтобы сердце перегнало 10 000 литров (примерная суточная норма), пропуская по артериям, венам и органам насыщенную кислородом кровь, оно должно сократиться 100 000 раз. Каждое сокращение сердца происходит ритмично, в какой-то мере напоминая волну.

Мышечные сокращения сердца так не похожи на волны, путешествующие по водной поверхности, что у вас возникнет вопрос: с какой стати называть их волнами? Что общего между биением сердца и рябью в набранной ванне, когда вы роняете в нее кусок мыла?

И мышечные сокращения, и океанические волны — формы колебательных движений. Когда одна область начинает колебаться между разными состояниями, она неизбежно затрагивает соседнюю область — возникает движение. Скользнувший в воду кусок мыла нарушил равновесное состояние водной поверхности, вызвав в ней колебания вниз-вверх — они пошли распространяться концентрическими кругами. Если взять сердце, то распространяющиеся колебания в нем вызывают мышечные клетки, которые сокращаются и расслабляются. Эти сокращения, как круги по воде, передаются из одной области мышечной ткани сердца в другую, хотя и совершенно иным образом.

Каждый удар сердца — не что иное, как в высшей степени скоординированная мышечная волна

Биение сердца происходит благодаря низковольтному разряду электрического тока, который постоянно проходит через клетки. Каждая клетка мышечной ткани под воздействием электрического импульса сокращается. Но чтобы сердце перегоняло кровь по организму эффективно, эти сокращения должны быстро проходить через стенки сердца в нижнюю часть, причем ритмично и согласованно. Сами электрические импульсы генерирует группа пейсмейкерных клеток в верхней части сердца. Импульсы распространяются вниз по мышце — каждая клетка сокращается, передавая импульс соседним клеткам.

После импульсации клетка вступает в период понижения возбудимости, при котором немедленное повторение действия становится невозможным — клетка будто бы устала и нуждается в отдыхе. Этот период пониженной возбудимости, длящийся от одной десятой до одной пятой доли секунды, называется рефракторной фазой — ловкий трюк природы, следящей за тем, чтобы волна прошла через мышечную ткань только однажды. То есть пока пейсмейкерные клетки не сгенерируют самопроизвольно следующий импульс, порождая очередной удар сердца.

Каждодневная безупречная работа «божественного очага» — а именно так назвал сердце живший в семнадцатом веке основоположник физиологии Уильям Гарвей — равна усилию, необходимому для поднятия тяжести в 1 кг на высоту, равную двум Эверестам.{20} (Причем без помощи носильщиков-шерпов.) Для свершения такого трудового подвига крайне важно соблюдение временного режима. Чтобы все четыре камеры сердца наполнились кровью и прогнали ее дальше по кровеносной системе, они должны сокращаться и расслабляться синхронно, в согласии друг с другом. Две камеры в правой части сердца гонят кровь через легкие, насыщая их кислородом. Две камеры в левой части прогоняют насыщенную кислородом кровь через остальные органы тела. Синхронность их работы полностью зависит от электрических импульсов, распространяющихся через мышечную ткань. Причем, волна импульсов должна начинаться с ближнего конца камеры и продвигаться по мышечной ткани к клапану, через который кровь и прогоняется.

Однако сердце не всегда работает как часы — если волна, распространяясь, отклоняется от нормальной формы, организм не снабжается кровью в полном объеме. Круговой волны вроде той, что образуется от шлепка мыла о воду в ванне, как раз стоит опасаться. То же самое можно сказать о спиральной волне, которая в водной среде представляет собой малоинтересную на вид полную воду[8] — эта «приливная волна» перемещается вдоль стенок чайной чашки, когда вы ложечкой размешиваете сахар. Возникающие в сердечной мышце круговые или спиральные волны нарушают четко отлаженную работу всей системы, вызывая состояние, известное как аритмия. И хотя инфаркт чаще всего случается в результате закупорки артерий, снабжающих клетки сердца кислородом и питательными веществами, его причиной, влекущей за собой скоропостижную смерть, может стать и аритмия — при условии, что наблюдается не редкое, почти незаметное трепетание сердца, а серьезные хронические сбои в его работе. Бывает, пейсмейкерным клеткам не удается сгенерировать электрический импульс должным образом. В таком случае прибегают к помощи искусственного пейсмейкера — воздействующего на ритм сердца электрокардиостимулятора. Прибор в устойчивом ритме генерирует импульсы, посылая волну в нужное время.