СВЕТ И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

СВЕТ И ВРЕМЯ

РАЗМЫШЛЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И БОГОПОЗНАНИЯ

Оглавление

СВЕТ И ВРЕМЯ................................................................................................................................... 1

ПРЕДИСЛОВИЕ.................................................................................................................................. 3

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................................................... 3

СВЕТ И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА.................................................................................................... 6

Волны................................................................................................................................................... 6

Резонанс............................................................................................................................................... 8

Двойственная природа света............................................................................................................ 10

Материя не существует — она происходит..................................................................................... 11

Законы природы и причинность....................................................................................................... 13

Все относительно.............................................................................................................................. 15

Космос............................................................................................................................................... 16

Что было сначала — масса или энергия?......................................................................................... 16

Пространство.................................................................................................................................... 17

Более высокие измерения................................................................................................................. 18

Прошлое в настоящем...................................................................................................................... 18

Обратимость времени....................................................................................................................... 22

НАШИ ЧУВСТВА И ВНЕШНИЙ МИР............................................................................................ 24

Откуда такая уверенность?............................................................................................................... 24

Где создаются впечатления?............................................................................................................. 24

Ограниченность наших чувств......................................................................................................... 25

На что способны слух и зрение........................................................................................................ 27

О ЧЕЛОВЕЧЕСКОМ РАЗУМЕНИИ.................................................................................................. 29

О концепциях и определениях.......................................................................................................... 30

Прерывность и цельность................................................................................................................. 31

О принципе дополнительности........................................................................................................ 32

У границы.......................................................................................................................................... 34

Образы света..................................................................................................................................... 36

РЕЛИГИЯ СВЕТА.............................................................................................................................. 38

Насколько достоверна Библия?........................................................................................................ 39

Библейская картина мира................................................................................................................. 39

Дерево познания................................................................................................................................ 41

Он Сам............................................................................................................................................... 42

Дерзая верить.................................................................................................................................... 42

Что такое вера?.................................................................................................................................. 44

Немыслимые возможности............................................................................................................... 46

С точки зрения вечности................................................................................................................... 47

ВРЕМЯ И ВЕЧНОСТЬ....................................................................................................................... 48

Знамение пророка Ионы................................................................................................................... 51

Разговор на кухне.............................................................................................................................. 51

Смерть, где твое жало?..................................................................................................................... 52

«Смерть, где твоя победа?».............................................................................................................. 53

Воскресение....................................................................................................................................... 53

Мрак................................................................................................................................................... 55

Все новое........................................................................................................................................... 56

То, что не прейдет............................................................................................................................. 56

Истина................................................................................................................................................ 57

Ясность.............................................................................................................................................. 57

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данная книга построена на лекциях, читавшихся мною перед различной аудиторией — от школьников до академических обществ. Она написана простым языком, благодаря чему может быть доступна самому широкому кругу читателей.

Книга содержит много материала по физике, тем не менее, она не подвергает науку анализу. Как преподаватель естественных предметов и как молодежный руководитель, я имел возможность сравнивать научную точку зрения с содержанием христианской веры. Читатель может принимать материал, как размышление человека на рубеже естественной науки и христианской веры, который в обоих случаях находит для себя ответы.

Возникают утверждения, что между наукой и религией существуют противоречия. И если данная книга поможет устранить подобное мнение, то я считаю, что написана она не напрасно.

«Свет и время» содержит также богословские мысли, содействующие укреплению в вере. Это особенно касается глав «Религия света» и «Время и вечность».

Книга встретила живой интерес среди широкого круга читателей — журналистов, работников образования, религиозных деятелей и простых верующих, о чем свидетельствуют их многочисленные отзывы и письма. Она издавалась дважды на норвежском языке, а также на шведском и русском. Кроме того, есть ее английский оригинал. Надеюсь, что «Свет и время» отныне станет доступной и читателям Восточной Европы.

Осло, сентябрь 1992 Одд Рагнар Нильсен

ВВЕДЕНИЕ

Люди увлечены стремлением осмыслить свое существование. Мы находим смысл и отыскиваем связи, и, естественно, считаем наши выводы и результаты чем-то крайне важным. Мы хотим абсолютной достоверности и склонны к категорическим утверждениям. Но всякий раз, когда мы заходим слишком далеко, приписывая нашим заключениям универсальное значение, природа вступается и поправляет нас: «Нет, все же не совсем так».

Если бы мы почаще вспоминали, что действительность не обязана совпадать с нашими представлениями о ней. нам было бы легче сохранять чувство смиренного изумления перед жизнью и бытием в целом. А именно это чувство содействует духовному росту и созреванию и является двигателем истинного прогресса.

К концу XIX века в подходе к изучению физического мира преобладали следующие идеи:

Пространство и время — это бесконечные, неизменные и абсолютные понятия.

1.Известная нам Вселенная существовала всегда и будет и далее существовать, благодаря собственным силам.

2.Все, что случается — следствие абсолютных и неизменных законов, являющихся звеном в неизменной цепи причин и следствий.

3.Ум человеческий способен к неограниченному постижению действительности. Если и не все пока понятно, то впоследствии наука найдет верное объяснение. В полноте бытия, таким образом, нет ничего такого, что наш ум не в силах уразуметь. Действительность — это то, что материально и наблюдаемо.

Подход такого рода полностью исключает понятия духовного или метафизического характера. Он несовместим с религией, с верой во всемогущего Бога, в сотворение Им мира, с понятиями греха и воздаяния. Человек низводится до положения звена в цепи причин и следствий. Все нематериальное и ненаблюдаемое объявляется бессмыслицей.

Образцовое выражение таких взглядов можно найти в словах французского астронома Лаланда: «Я обыскал все небесное пространство и не нашел Бога. Он нуждается в другом обиталище».

Ученые начали ожесточенный поход против веры и метафизики, и первейшим из них был Эрнст Геккель, который, ссылаясь на научные данные, в своей книге «Мировые загадки» подверг христианство яростным нападкам. Даже после того, как новые исследования показали несостоятельность его доводов, он продолжал письменно отвергать Бога и религию и не позволил внести поправки в новое издание своей книги. За такую недобросовестность он вскоре поплатился утратой научной репутации и был известен лишь как пропагандист безбожия.

Едва ли стоит удивляться тому, что вслед за такой научной философией пришел самый концентрированный материализм. Его последствия ощущаются и поныне.

Сегодня, когда наши знания стали много глубже, положение сильно изменилось. Ученые высказываются гораздо скромней и осторожней, ибо теперь они продвинулись так далеко, что смогли осознать ограниченность своих способностей и своих исследований. По словам выдающегося современного физика Роберта Оппенгеймера, одного из главных создателей атомной бомбы: «Мы познали наше невежество; мы хорошо изучили его, и чем полней и уверенней мы овладеваем нашим делом, тем способнее становимся оценить всю полноту нашего всеобъемлющего невежества».

Эти новые настроения впервые проявились в двадцатые годы, о чем говорит нижеследующий разговор кардинала М. Фаульхабера и Альберта Эйнштейна:

«Я уважаю религию, но верю в математику,— сказал Эйнштейн.— Вы же, ваше преосвященство, поступаете наоборот».

«Ошибаетесь,— ответил кардинал,— я считаю и религию, и математику только разными способами проявления непогрешимого всеведения Господня».

«Ну, а если придет день, когда математические расчеты обнаружат некий научный факт, противоречащий религиозной вере?» — удивился Эйнштейн.

«Я настолько уважаю математику,— сказал кардинал,— что в этом случае ожидаю от вас, профессор, непрерывных попыток отыскать ошибку в вычислениях».

По мере того, как шли годы, физики нашли такие ошибки у Геккеля и ему подобных. Они не этого искали — у науки другие цели, просто добросовестные ученые честно продолжали свои исследования и получили результаты, опровергшие их прежние понятия. В первой главе мы подробнее рассмотрим некоторые из этих заключений.

Трудами ученых собрана масса сведений о природных явлениях, об их существе и взаимосвязях. Важность этих знаний столь огромна,что ее невозможно переоценить, несмотря на вышеприведенные слова Оппенгеймера.

Именно эти знания дают материалы для иллюстраций и аналогий, приближающих нас к лучшему пониманию внутренней жизни людей.

При этом, однако, необходимо подчеркнуть следующее: христианство — не объект естественнонаучного изучения и никогда им не будет. Область христианского опыта во всех отношениях чужда области приложения научных инструментов или строго логического мышления. С чисто научной точки зрения о христианстве ничего нельзя сказать. Более того, христианство не основывается ни на методе, ни на результатах естественных наук. Из этого же следует, что и христианство не может судить об этих результатах, кроме тех случаев, когда их пытаются распространять на духовную и моральную область.

Иными словами, христианство и наука не могут влиять друг на друга ни действительным, ни, тем более, решающим образом.

Но это еще не все. В наши дни верующий человек живет в мире, где научное мышление сильно воздействует на повседневную жизнь и на отношения между людьми. В то же время, научно мыслящий человек живет в культуре, возникшей и сложившейся под решающим влиянием религиозной веры в сверхъестественное начало.

И религия и наука входят в общечеловеческое наследие. Отношения науки и религии и есть та дилемма, которую человечеству необходимо как-то разрешить.

К несчастью, люди не всегда ясно понимали существенную разницу между знанием и верой, что порождало ненужные раздоры. Причиной их бывало смешение несовместимых понятий, на деле, так сказать, не подлежащих сопоставлению. Как пример можно привести несовместимость эстетической оценки произведения искусства и химического анализа его красок. Следовательно, и нам не нужно повторять ошибочные мнения о необходимости устранения тех разногласий, которые якобы существуют между истинами христианской веры и данными научных исследований. Многим наконец становится ясной вся бессмыслица сопоставлений между столь разнокачественными областями человеческого опыта. Сверх того, христианское учение полагает себя полным, окончательным и абсолютным, а научные понятия никогда не станут окончательными, но должны переосмысливаться и перетолковываться по ходу движения науки и вызываемого им пересмотра познавательных задач.

Христианские истины даются откровением, наука же нацелена на поиски и выявление истин. Одно это должно показать всю бесполезность любых предпринимаемых попыток сравнивать научную и христианскую точки зрения.

Христианам случается переживать тревогу из-за науки и ее открытий. Например, молодой физик может прийти к выводу, что он не вправе считать себя внутренне честным, если продолжает верить в Библию. На мой взгляд, эти тревоги беспочвенны и порождаются неверной оценкой и религиозных и научных понятий.

Необходимо, следовательно, подчеркнуть, что можно одновременно быть и ученым и верующим. Это подтверждается примером многих выдающихся ученых современности и прошлого.

Очевидно, что нам приходится иметь дело с обеими сторонами человеческой натуры. Человеку даны разум и сердце, и оба достойны уважения. Смущает же нас то, что наши разнообразные переживания не всегда удается привести к согласию. Отсюда некоторые заключают, что одни из них верны, а другие — ложны. Будучи мыслящими существами, мы, похоже, признали обязательным постулат, гласящий, что все истинное и реальное должно быть выражено в логических построениях, свободных от всякой двусмыслицы.

Но этот постулат не абсолютен. К такому заключению нас привели точные естественные науки.

В наше время естественные науки больше не противопоставляются христианству. Ученые уже не отрицают, что бытие полно явлений, не определяемых измерительными приборами. Сюда относятся и религиозные феномены. Со своей стороны, христиане проявляют понятный интерес к физической природе как выражению творческой мощи Бога и свидетельству Его всемогущества. При таком подходе всякое выявление тонких и хитроумных механизмов, скрытых в глубине природных явлений, обогащает и расширяет религиозные верования естествоиспытателя.

При строго научном подходе в природе нельзя отыскать доказательства бытия Божия — и отлично! Но в то же время множество людей без всякого участия науки находят в природных явлениях могущественные и красноречивые свидетельства величия Творца и премудрости Его творения.

Но не только сами явления и присущая им сообразность с движением природы в целом свидетельствуют о великом невидимом Строителе. Успехи науки в нашем столетии, показавшие существование целенаправленных сил, движущих природные явления, изменили умственный климат современности. И тут важна не только непосредственная достоверность того, что демонстрирует наука. Будут ли эти теории окончательно подтверждены или в будущем их придется менять и даже отменять, — независимо от этого, новые идеи и новые подходы уже утвердились и признаны важными не только для точной науки, но и для всякой умственной деятельности.

Сохраняя должное уважение к достижениям науки, мы должны, однако, признать их ограниченность. Естественные науки находят и описывают определенные явления, пытаясь объяснить их взаимозависимость. Они объясняют то, что происходит, но не то, чему следует произойти, и могут объясняться только на языке измеримых количеств. У них нет ответа на вопрос, что хорошо и что плохо, зачем мы живем и как следует жить.

Нам, людям, выпало жить в мире, в котором нет простых и легких путей к познанию истины. Ее приходится отыскивать среди оживленной сутолоки частных истин, нелегко поддающихся логическому осмысливанию. В утешение, нам остается верить, что наши недоумения — следствие нашей же ограниченности.

И в то же время похоже на то, что ум человеческий обладает способностью время от времени улавливать смысл, замысел и внутренние связи всего существующего. Но до тех пор, пока эта способность не проявлена, не развита и не употребляется, нам не удастся преуспеть в углубленном постижении действительности. Истина порой причудливее вымыслов. Если бы человек из прошлого столетия мог услышать от нас о нашей технике, понятиях и представлениях, он, вероятно, счел бы нас либо помешанными, либо жертвами дичайших суеверий. И в наши дни многие изумятся, услышав, что в принципе в этот самый миг можно с помощью телескопа увидеть взрыв над Хиросимой; или что сын может быть ровесником своих родителей или своих детей; или что все вещество этой книги свободно разместится внутри точки в конце этого предложения — если оно вообще существует.

Но те, кто пытался хотя бы отчасти уразуметь научное мышление и результаты, достигнутые новейшими исследованиями, найдут, что все эти удивительные утверждения — вовсе не беспочвенная фантазия.

Изучение макрокосма и микрокосма — непостижимо огромного и неразличимо малого — средствами астрономии и ядерной физики вытолкнуло нас за рамки наших привычных повседневных понятий о протяженности и размере.

Учение о свете как частицах и волнах одновременно и осознание особенностей нашего восприятия расшатали основы прежних представлений о действительности, а теория относительности произвела революцию в наших представлениях о времени.

И центральный, всеобъединяющий феномен — это свет.

СВЕТ И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА

Как здесь красиво! Какой чудесный вид! Посмотри, как хорош закат! Что за прекрасное произведение искусства! До чего милая девушка, только погляди на ее улыбку!

Ни одно из этих впечатлений невозможно без помощи света. Только при свете мы можем видеть, делать свои дела, читать книги и фотографировать. Усвоение световой энергии позволяет растениям извлекать питание, расти и превращаться в пищу для животных и людей. Растения же преобразуют световую энергию в топливо и сохраняют ее для нас. Световая энергия, воздействуя на море и атмосферу, производит испарения, облака, дожди и орошение полей.

Познакомимся же со светом поближе и постараемся понять его связь с другими явлениями.

Волны

Физика учит, что свет имеет волновую структуру. Простейший способ увидеть волну — это сунуть прут в воду и равномерно двигать его вверх-вниз. Если поверхность была спокойной, то от прута, как от центра, побегут водяные круги. Каждый толчок вниз вытесняет часть воды в сторону, образуя маленький гребень, разбегающийся от прута. Но вода в гребне откуда-то взялась, и поэтому за гребнем следует впадинка, подошва волны.

Можно заметить, что отдельные частицы воды не слишком сильно перемещаются. Их смещение ограничено узкой круговой полосой. Только фронт волны непрерывно расходится по всей водной поверхности.

Нечто похожее произойдет, если ударить по зубцам камертона. Зубцы начнут вибрировать — равномерно двигаться взад-вперед. Правда, эти движения так малы и быстры, что обычно их трудно заметить. При всяком движении в стороны зубцы расталкивают перед собой воздух и создают небольшое сжатие (сравнимое с вышеописанным гребнем волны). Сдвигаясь тут же внутрь, навстречу друг другу, они увлекают за собой воздух и получается разрежение, сравнимое с подошвой волны.

Эти сжатия и разрежения станут, подобно водяным волнам, распространяться от центра волнообразования, в данном случае — камертона.

Рис. 1. Круговые волны на воде. (Вид сверху, схематическое изображение.) Стрелки показывают, что направление расхождения волн (представленное радиусами), всегда перпендикулярно фронту волны.

Рис. 2. Когда короткие водяные волны встречают препятствие, возникает теневой эффект. Радиусы не отклоняются, и волны не огибают преграду. Границы тени обозначены пунктирной линией.

Так создаются воздушные волны. Они и есть физическая причина слышных нам звуков. Звуковые волны невидимы, но их можно легко продемонстрировать с помощью приборов. Таким образом, хотя их нельзя увидеть непосредственно, их можно назвать наблюдаемыми, потому что с помощью приборов можно построить их изображение.

Как капли воды, так и частицы воздуха просто движутся взад-вперед в очень узких пределах. Можно сказать, что они колеблются. Сами же звуковые волны, образованные сменой сжатий и разрежений, распространяются в окружающем воздухе со скоростью 340 метров в секунду. Высота тона, даваемая камертоном, зависит от быстроты, с которой его зубцы движутся взад-вперед, то есть от того, сколько вибраций происходит с прилегающим к нему воздухом за одну секунду. Чем быстрее дрожат зубцы, то есть, чем выше частота, тем выше тон.

Приведенные примеры двух разных типов волнообразования дают представление о концепции волнового движения. Волны обладают энергией и способны воздействовать на встречные предметы — например, раскачать лодку или вызвать вибрацию барабанной перепонки. Волны, таким образом, есть средство передачи энергии, энергетическая радиация.

Физической причиной света тоже являются волны. Но те волны, о которых говорилось выше, нуждаются для распространения в воде или воздухе, то есть в некой материальной среде. Свет же, похоже, лучше всего распространяется в пустоте, и с огромной скоростью — 300 000 км в секунду.

Но если свету не нужна для распространения никакая материальная среда, то его колебания не порождаются никакими материальными частицами. Значит, природа световых волн существенно отличается от природы водяных или воздушных волн. В данном случае колебания создаются немыслимо быстрыми и малыми изменениями электрических и магнитных полей — изменением их векторов. Следовательно, можно сказать, что свет состоит из электромагнитных волн, и хотя очень трудно понять, как происходят эти изменения, мы легче поймем их последствия, основываясь на вышеприведенных опытах с волновым движением.

Если у звуковых волн частота задает высоту тона, то у световых она определяет цвет. Хорошо известно, что, проходя сквозь стеклянную призму, белый свет разлагается на непрерывный ряд цветов — от фиолетового до красного, то есть превращается в радужный спектр.

Длина волны включает в себя гребень с подошвой у водяных волн и сжатие с разрежением у воздушных. Чем выше частота световых и звуковых волн, тем короче их длина и наоборот.

Если на пути распространения коротких водяных волн поместить небольшой предмет, то на обратной стороне предмета возникнет тень, в границах которой водяная поверхность останется спокойной (рис. 2). Но главное направление волн, то есть направление их распространения, останется прежним.

Подобным же способом легко показать, что короткие волны могут точно и единообразно отражаться от встречной плоской поверхности (рис. 3).

Однако если длина волн равна или больше размеров преграды, то картина изменится. Волны будут явным образом огибать преграду, не образуя тени, а направление волн, путь излучения, отклонится от прямой линии и изогнется в сторону (рис. 4). Более того, длинные волны вообще не испытывают регулярных отражений от небольших препятствий.

Свойства, описанные на примере водяных волн, присущи волнам любой природы, включая звуковые и световые. В общем виде, если длина волн мала сравнительно с предметом, который они встречают или обходят (таковы, например, световые волны), то волны продолжают распространяться по прямой. Это свойство света позволяет отчетливо видеть детали и обводы предметов. Им же объясняется резкая очерченность теней при солнечном свете. Длина световых волн равна лишь нескольким десятитысячным миллиметра. Это позволяет нам с помощью законов геометрической оптики выразить особенности распространения лучей света, например, их отражение и преломление.

Мы также знаем, что есть особые обстоятельства, когда луч света искажается, огибая острый край предмета или проходя сквозь узкое отверстие. Если посмотреть на уличный фонарь через плотную ткань, то видимый световой узор, похожий на звезду, объясняется именно этим явлением.

Иначе дело обстоит со звуковыми волнами. Длина их достигает нескольких метров. Поэтому, если между нами и уличным оркестром окажется дом, то звуки музыки не вполне отразятся от него, но частично обойдут дом, прежде всего низкие, длинноволновые удары большого барабана. А вот высокие дискантовые тона дойдут до нас хуже, потому что они состоят из сравнительно коротких волн.

В главе «Наши чувства и внешний мир» мы рассмотрим, как подобные факты существенно влияют на наши органы чувств, создающие картину внешнего мира.

Рис. 3. Короткие волны могут заданным образом отражаться от плоской поверхности. Отраженные волны распространяются прямолинейно.

Рис. 4. Если длина водяных волн больше размера преграды или равна ей, то преграда огибается волнами. Волновая тень не возникает, а направление движения искривляется.

Резонанс

Кратко опишем еще одно явление, присущее волновым колебаниям. Для этого удобнее всего взять звуковые волны.

Камертон можно заставить колебаться. То же самое возможно и с диском, со струной, с воздушным столбом или с поверхностью стола. Если позволить любому из них колебаться свободно, то всякий станет колебаться на свой лад, в зависимости от своего размера и материала. Следовательно, для всякой вещи характерен определенный род колебаний. Числовой показатель периода таких колебаний или их частота называется частотой собственных колебаний. Ее обычно указывают на камертоне. Испытав удар, камертон должен звучать на одной отчетливой ноте, заданной периодом его собственных колебаний.

Если поднести камертон к уху, то звук будет довольно слабым; но если поместить камертон на столе или напротив окна, то звук

Рис. 5. Камертон помещен на резонатор, который стоит на войлочных прокладках. Рядом молоток с резиновой головкой для удара по камертону.

Рис. 6, 7. Здесь представлены два одинаковых камертона, А и В, каждый на своем резонаторе. Расходящиеся круги изображают звуковые волны. Рис. 6 показывает, как вызванные ударом по камертону А звуковые волны приводят в движение камертон В. Из рис. 7 видно, что прикосновением резиновой головки можно остановить колебания камертона А и тем убедиться, что прежняя нота продолжает звучать, благодаря вибрации камертона В. Необходимая энергия усвоена камертоном В из звуков волн камертона А.

значительно усилится. Камертон передает свою вибрацию соседнему предмету, который начинает колебаться похожим образом. Эти наведенные колебания порождают звук того же тона, и общая сила звука увеличивается. Длительность его, однако, сокращается, поскольку общее количество энергии осталось тем же самым. При этом подразумевается, что мы в обоих случаях ударили по камертону с равной силой.

Такой наведенный отзвук будет сильнее всего, если у отзывающегося предмета та же частота собственных колебаний, что и у камертона. Если поставить камертон на небольшой деревянный ящик, открытый с одной стороны и устроенный так, чтобы заключенный в нем воздушный столб имел ту же частоту собственных колебаний, что и камертон, то, ударив по камертону, мы получим значительное усиление звука. Это явление называется резонансом, а ящик — резонатором.

Итак, резонанс возникает, когда есть два предмета, способные колебаться в унисон. Для возникновения резонанса необязательно соприкосновение обоих вибрирующих предметов. Колебания могут передаваться в виде воздушных волн.

Рис. 8, 9. На рис. 8 представлены два разных камертона, А и С. Частота колебаний второго ниже, чем первого. Рис. 9 показывает, что С не отзывается на колебания А и что после остановки колебаний А наступает тишина. (Ради большей наглядности звуковые волны показаны более короткими, чем в действительности.)

Это подтверждается следующим опытом. Два одинаковых камертона, А и В, каждый на своем резонаторе, расположены на некотором расстоянии друг от друга. Достаточно ударить по А, чтобы В немедленно отозвался на той же ноте (рис. 6). Можно показать, что, остановив или даже убрав А (рис. 7), мы не прекратим звучания В. Продолжая опыт, мы можем начинать то с В, то с А, пока не убедимся, что звук способен передаваться в обоих направлениях между А и В.

Теперь, если вместо В мы возьмем камертон С, с периодом собственных колебаний, отличным от А, то результат опыта будет иным. От удара зазвучит только камертон А, после его остановки наступит тишина. Всякое звучание прекращается, потому что С не отзывается на колебания А. Следовательно, резонанс зависит от равенства периода собственных колебаний обоих камертонов. Только при этом условии один из них отзовется на колебания другого. Резонанс всегда сопровождается сильным поглощением энергии.

Явление резонанса известно во всех областях, связанных с колебаниями и волнами. Порой с резонансом нужно считаться всерьез. Например, иногда он бывает причиной аварий. Всякую лодку особенно сильно качает, если длина волн соотносится с ее размерами (длиной или шириной). Мост может рухнуть, если по нему в ногу зашагают солдаты, и частота их шага будет близкой к частоте его собственных колебаний. Если частота собственных колебаний каких-нибудь деталей машины соотносится с числом оборотов ротора, то эти детали могут сломаться или разболтаться. Порой, когда резонансные колебания очень сильны, резонирующий материал не выдерживает. Рассказывают, что Карузо, забавляя своих гостей, брал со стола бокал и пел в него. Бокал разлетался вдребезги.

В то же время резонанс может быть полезным. Его используют в музыке, в акустике и при работе со светом и другими электромагнитными волнами.

Когда разные предметы освещаются белым (солнечным) светом, они выглядят разноцветными. Это происходит оттого, что некоторые цвета, составляющие белый свет, поглощаются в силу резонанса, а остальные цвета отражаются и воспринимаются как цвет данного вещества.

Для звездной астрономии очень важно следующее явление. Свет, излучаемый ядром солнца или звезды, должен пройти сквозь слои раскаленных газов, окружающих эти небесные тела. Согласно принципу резонанса, каждый газ поглощает ту часть светового спектра, частота которой характерна для частоты собственных колебаний этого газа. Поэтому, изучая спектрограммы излучений разных звезд, можно сделать выводы о составляющих их элементах. Поглощенные газами цвета не видны или сильно ослаблены на спектрограмме, что позволяет судить о химическом составе данной звезды.

Радиоволны, как и свет, являются электромагнитными колебаниями. Не будь резонанса, наши радиоприемники не могли бы работать. Каждая отдельная радиостанция передает сигнал определенной частоты. Настраивая приемник на желаемую станцию, мы приводим в соответствие собственную частоту приемника с частотой передаваемого ею сигнала. В то же время мы исключаем все другие частоты. В противном случае приемник стал бы принимать сразу несколько разных передач, отчего вышла бы полная неразбериха. Именно резонанс обеспечивает настройке точность, достаточную для приема любой желаемой передачи без помех со стороны других передач.

Все системы радиосвязи и радионавигации, охватывающие авиацию, ракеты и спутники, были бы невозможны без явления резонанса.

Световые или звуковые волны расходятся из точечного источника, словно радиусы из центра сферы. Фронты этих волн (волновые поверхности) всегда перпендикулярны направлению распространения, то есть образуют сферические поверхности, удаляющиеся от центра излучения. Интенсивность излучения неизбежно должна резко падать по мере отдаления от источника.

С другой стороны, если волны излучаются параллельно и поэтому не рассеиваются, интенсивность излучения сохраняется. Все волновые фронты создают плоскую поверхность, перпендикулярную направлению излучения: это достигается, между прочим, в луче лазера.

Когда атому сообщается некоторая энергия, он возбуждается, то есть поднимается на более высокий энергетический уровень. Возбужденный атом неустойчив и стремится немедленно вернуться в свое обычное состояние. При этом он испускает энергию в виде света некоторой частоты, характерной для данного рода атомов.

Физики заметили также, что если свет от одного возбужденного атома задевает другие возбужденные атомы, то они могут испустить свет той же частоты, что и первоначальный. Этот вызванный свет совпадает с вызвавшим светом по направлению и по фазе. Мы говорим тогда, что атомное излучение когерентно или созвучно. Именно этот резонансный эффект положен в основу конструирования и использования лазеров.

Посредством лазеров физики смогли создать излучение с немыслимой прежде устойчивостью частоты. Испускаемый лазером луч света очень близок по форме к плоской волне и поэтому способен сохранять свою интенсивность в гораздо большей степени, чем обычный световой луч. Это позволяет пользоваться им в самых различных областях, от внутриглазных операций до космической связи.

Поиск по сайту: