Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас - Гэвин Претор-Пинней

Так что когда в следующий раз ваш песчаный замок, занявший на конкурсе фигур из песка первое место, смоет, не выходите из себя — вспомните, что, вполне возможно, вы у этой волны в долгу.

* * *

К настоящему времени, по прошествии стольких лет, приливы стали причиной постепенного отдаления Луны от Земли. Если бы не они, сила, с которой Земля воздействует на Луну, просто-напросто притянула бы спутник к центру планеты. Однако наличие приливов местами ослабляет силу гравитационного притяжения Земли. Благодаря вращению планеты масса воды, которая вспучивается в результате прилива, всегда слегка смещена относительно оси Луны — получается, что Луна постепенно отходит на все более удаленную орбиту. Сейчас это 3,8 см в год.

Кроме того, тот факт, что в результате трения огромных масс воды, которая плещется в океанических бассейнах, энергия рассеивается, замедляет вращение самой планеты. И установившиеся 4 млрд. лет назад сутки в четырнадцать часов постепенно увеличились до хорошо знакомых нам двадцати четырех — к нашему же счастью.

Так что если вам вдруг покажется, что жизнь стремительно убегает, что вы ничего из задуманного не успеваете, не стоит по этому поводу беспокоиться — приливы продолжают замедлять вращение Земли, постоянно выгадывая для вас еще немного времени до заката солнца. Через пятьдесят лет благодаря их неустанным хлопотам в вашем распоряжении окажутся дополнительные 0,001 секунды в день.

Как-то в октябре, прогуливаясь по лесу, я увидел бабочку — павлиний глаз. Ее легко узнать — по четырем ярко выраженным «глазкам» на крыльях, которые здорово напоминают яркий узор перьев той самой птицы, по имени которой бабочка и названа. Выискав в тенистом лесу пятно неяркого осеннего солнца — на стволе бука, — бабочка села и раскрыла крылья, вбирая скудное тепло. Наверное, ей было слишком холодно, потому что когда я шагнул ближе, чтобы рассмотреть ее узор, она даже не шелохнулась.

Голубые пятна «глазков» заметно выделялись на ярко-оранжевом и песочно-желтом фоне крыльев. К тому же, они были радужными — переливались в зависимости от того, под каким углом на них смотреть. Так меняются оттенки на сгибах свернутого шелкового шарфика. В окружении довольно блеклых цветов фоновой окраски голубые «глазки» выглядели объемными.

В 1634 году Теодор Майерн, личный врач Карла I, написал о том, что «глазки» павлиньего глаза «сияют великолепно, как звезды, и переливаются, подобно радуге». И хотя мы замечаем в основном их красоту, «глазки» эти созданы не для того, чтобы привлекать, а чтобы предостерегать. Голубые пятна создают оптический эффект, защищающий бабочку от хищников. Если сложенные крылья бабочки, нижняя сторона которых напоминает по цвету древесную кору, не прячут ее от пробегающей мимо лесной мыши, она их резко распахивает, пугая мышь. Грызуну «глазки» на крыльях кажутся глазами свирепой совы, которая не прочь утолить свой голод.

Крылья павлиньего глаза, как, впрочем, и остальных бабочек, покрыты мельчайшими — каждая около 0,2 мм длиной и 0,075 мм шириной — чешуйками. Именно чешуйки отвечают за окраску крыльев. Они могут быть оранжевыми и желтыми, черными и белыми — в зависимости от пигмента. Пигмент — химическое вещество, отражающее определенный оттенок света, а остальные поглощающее. Однако синие пятна «глазков» переливаются вовсе не благодаря пигментам, хотя пигмент в составе этих чешуек есть — меланин скучного бурого цвета. Все дело в покрывающем чешуйки прозрачном веществе — хитине.

Как же переливчатый синий цвет может исходить от бурых чешуек, к тому же покрытых слоем прозрачного вещества? За синий цвет отвечают особые геометрические образования — гироиды. Прозрачные поверхности, состоящие из невообразимо тонких слоев, отделяемых крохотными промежутками, имеют особое строение. Каждый слой отражает определенное количество падающего на него света. Великолепное синее сияние — результат того, как свет, отражаясь от разных слоев, сливается в цвет. А происходит это благодаря явлению интерференции.

* * *

В результате интерференции волны одного типа сталкиваются; причем происходит это не только со световыми волнами, но и с любыми другими. Вообще-то, слово «сталкиваются» не слишком удачное — скорее, волны проходят друг через друга и сливаются, накладываясь. Как-то мне довелось увидеть отличный пример интерференции — в надувном бассейне моей дочки. Однако источником волн была не красивая бабочка, а пара несчастных мотыльков-однодневок.

Уж не знаю, как, но ночью они угодили в воду бассейна. Их палевые в крапинку крылышки прилипли к воде, пригвожденные силой поверхностного натяжения. Пытаясь взлететь, мотыльки не переставали дергаться, и от них по воде шла рябь. Эффект накладывающейся ряби до того завораживал, что я разрывался между стремлением спасти мотыльков и желанием понаблюдать за ними.

Глядя на одинаковые длины волн круговой ряби, я понял, что мотыльки пытаются махать крыльями с одинаковой частотой. В какой-то момент мотыльки оказались совсем близко друг к другу: волны ряби, сочетаясь, образовали явление довольно эффектное — интерференцию. Расходясь от попавших в западню насекомых, волны образовывали определенный рисунок из линий, расходящихся лучами. Линии расходились в промежутках между волнами, а вдоль промежутков две группы волн либо складывались, образуя особенно крупную рябь, либо нейтрализовали друг друга. Вода выглядела так, как показано на рисунке на следующей странице.

Линии относительно спокойной воды проходят там, где гребни волн от одного мотылька совпадают с подошвами волн от другого мотылька. Таким образом, не совпадая по фазе, волны друг друга нейтрализуют, то есть происходит интерференция с ослаблением. Между ними проходят линии гораздо интенсивнее волнующейся водной поверхности — там, где рябь совпадает по фазе, то есть гребни волн от одного мотылька встречаются с гребнями волн от другого мотылька, равно как и подошвы. В данном случае, поскольку волны складываются, имеет место интерференция с усилением. Только в том случае, когда два источника порождают волны одинаковой высоты и с одинаковой частотой, совпадающие по фазе, результатом становится такая вот интерференция по определенной схеме. Думаю, если бы мотыльки взмахивали крыльями с разной скоростью, рисунок на воде был бы совсем другим.

По-своему красивое явление интерференции волн, исходящих от несчастных мотыльков, у которых не хватает сил вырваться из плена воды в резиновом бассейне моей маленькой дочери