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

Электронный микроскоп увеличивает настолько, что становится видно: дрозофиле давно пора приобрести средство для удаления волос с лапок

Существуют два основных типа электронных микроскопов. Растровые электронные микроскопы измеряют электроны, которые выбиваются из опытного образца, бомбардируемого тонким пучком электронов. Просвечивающий электронный микроскоп измеряет схему, которая получается, когда более широкий поток электронов проходит через тончайший срез опытного образца. При этом неважно, проходят электроны через вещество или отскакивают — важно, чтобы все это происходило в вакууме, поскольку молекулы воздуха электроны рассеивают. Поток электронов отделяется от разогретой до высоких температур вольфрамовой нити накаливания с помощью мощного электрического поля; далее электроны в потоке разгоняются до скорости, приближающейся к скорости света.

Одним из главных отличий между микроскопом электронным и оптическим являются используемые в них линзы. Стекло линзы оптического микроскопа для потока электронов окажется слишком мутным. Поэтому в электронных микроскопах изображение получают, применяя в качестве собирающих линз сильные магнитные поля, фокусирующие поток электронов.

Различие между растровым и просвечивающим электронными микроскопами заключается в том эффекте, который получается при бомбардировке опытного образца потоком электронов или фотонов. Поэтому так важна предварительная подготовка образца.

Если предполагается использовать растровый электронный микроскоп, опытный образец покрывают сверхтонким слоем золота, чтобы электрический заряд, нарастающий при бомбардировке образца отрицательно заряженными электронами, отводился до того, как он исказит изображение. Готовя образец для просвечивающего электронного микроскопа, его тонкий слой срезают специальным алмазным ножом, чтобы электроны смогли пройти через него. Толщина слоя получается меньше 0,0001 мм (наверняка тут нужна твердая рука).

Благодаря использованию вместо светового потока пучка электронов электронные микроскопы и дают такое невероятно увеличенное изображение. Без знаний о волнах материи мы никогда не смогли бы узнать дрозофилу так близко, не говоря уже о том, чтобы рассмотреть особые геометрические структуры крыла бабочки.

Но ценность открытия Бройля не только в том, что мы получили возможность видеть маленькие-премаленькие предметы в большом-пребольшом увеличении; оно имело и гораздо более глубокое значение. Ведь если задуматься, тот факт, что Бройль сумел связать описание Эйнштейном света как одновременно и волны, и частицы с материей, представляется делом огромной важности. Бройль — сначала математически, а затем и опытным путем — доказал, что мельчайшие частицы, разогнанные до большой скорости, ведут себя как волны. И это касается не только электронов, а и атомов, молекул.

Догадываетесь, к чему я клоню? Любая материя, разобранная на достаточно маленькие части и запущенная на огромной скорости, обладает длиной волны. Таким образом, вы можете смело заявить (я, черт возьми, так и сделаю), что все есть волна. Похоже, мы, наблюдатели за волнами, кое в чем все-таки разобрались.

Вот и январь — самое время для давно запланированной «научной командировки» на Гавайи. Войдя в слой кучевых облаков, вестников хорошей погоды, самолет стал снижаться над островом Оаху, готовясь к посадке в Международном аэропорту Гонолулу. Мне радостно было сознавать, что я возвращаюсь к ним — видимым, осязаемым и таким знакомым. К волнам, что встречают нас на морском берегу.

Под конец декабря, после без малого года изучения предмета, у меня сложилось впечатление, что волны нас буквально окружают и в то же время, как это ни парадоксально, остаются невидимыми. Мы воспринимаем их опосредованно, через информацию, которую они передают, сами же волны остаются в тени. Волнение в открытом море больше всего ассоциируется у нас с ними, а у большинства все представления о волне только к тому и сводятся. Шасси самолета коснулись взлетно-посадочной полосы, и я вдруг вспомнил рябь возле корнуоллского берега, которая и пробудила во мне интерес к волнам. И хотя сейчас передо мной другие воды, другой океан на другом конце мира, почему-то кажется, будто я к ней вернулся.

Под лучами яркого солнца я добрался до залива Ваймеа, что на Северном побережье острова. И, карабкаясь, спустился к пляжу — на блестящие вулканические камни мыса. Оглушительный рев разлетавшихся клочьями пены прямо передо мной волн делал их особенно реальными. Готовясь к поездке, я просмотрел «Голубые Гавайи» с Элвисом Пресли в главной роли, видеозаписи серфинга, телесериал «Гавайи 5-0», но к такому натиску оказался не готов. Соленый привкус брызг на губах, нутром ощущаемая мощь волн взбодрили, стряхивая сонливость после долгого и утомительного перелета. Не стихающий ни на мгновение ветерок дул, шелестя верхушками пальм, перекатывая песчинки ослепительно-белого песка по левую руку от меня, и в конце концов вырывался на северо-западные просторы Тихого океана, откуда накатывали массы бирюзовой воды. Вырастая горными пиками, они затем обрушивались на камни рядом, взметывая фонтаны до 6 м высотой. Водопад брызг ударял в валуны на мысу, исходя шипящей пеной. Я сбросил обувь, чтобы яснее чувствовать рокот волн полинезийской зыби, реверберирующий в камнях. Уж здесь-то, на Гавайях, никакой путаницы — то волны, то частицы — ждать не приходилось.

* * *

На следующий день я принялся наблюдать за волнами в компании Эндрю Марра, серфингиста из Южной Африки; Эндрю предпочитает кататься на действительно больших волнах. Мы с ним обозревали акваторию залива, сидя в саду с видом на «зону ожидания» — область сразу за полосой прибоя, где серфингисты на досках караулят очередной накат волн. Ветер дул тот же, что и вчера: теплый, влажный пассат с востока, обычный для островов в любое время года. Он шелестел пальмовыми ветвями у нас над головой — на столике, стоявшем в легкой тени, то и дело вспыхивали солнечные блики.

Эндрю рассказывал, как оседлать волны огромных зыбей, которыми эта местность знаменита: очень важно угадать время и правильно выбрать отправную точку, в которой серфингист прекращает грести и вскакивает на доску в полный рост, несясь по склону волны. «Внезапно в определенной точке волны энергия нарастает, — говорил Эндрю. — Туда-то и надо грести — к точке, в которой энергия фокусируется. Когда волны зыби подходят, очень важно в нужное время оказаться в нужном месте. Тогда идеальная точка входа — волна впервые касается днища доски в носовой части — обеспечена».