Читать книгу "Миллиарды и миллиарды. Размышления о жизни и смерти на рубеже тысячелетий - Карл Эдвард Саган"

Что касается практического применения, свет аналогичен звуку. Световые волны являются трехмерными, имеют частоту, длину волны и скорость распространения (скорость света). Единственное – но потрясающее – отличие состоит в том, что для распространения им не нужна среда, например вода или воздух. Свет Солнца и далеких звезд доходит до нас, хотя пространство между нами является почти идеальным вакуумом. В открытом космосе астронавты не могут переговариваться, кроме как по радио, даже находясь в нескольких сантиметрах друг от друга. Отсутствует воздух, в котором мог бы распространяться звук. Но видят они друг друга прекрасно. Сблизившись настолько, чтобы их шлемы соприкасались, они смогут и слышать друг друга. Если из вашей комнаты внезапно исчезнет воздух, вы не услышите, как сосед по комнате жалуется на это обстоятельство, хотя какое-то мгновение сможете наблюдать, как он жестикулирует и разевает рот.

Обычный видимый свет – воспринимаемый нашим зрением – имеет очень высокую частоту: около 600 трлн (6 × 1014) волн попадает на нашу сетчатку каждую секунду. Поскольку скорость света равна 30 млрд (3 × 1010) сантиметров в секунду, длина волны видимого света составляет 30 млрд, деленные на 600 трлн, или 0,00005 (3 × 1010 / 6 × 1014) = 0,5 × 10–4 см. Это слишком мало, чтобы разглядеть, даже если бы нашелся способ подсветить чем-то эти волны и получить их изображение.

Если звуки определенных частот воспринимаются нами как разные музыкальные тона, то свет определенных частот мы интерпретируем как разные цвета. Частота красного цвета около 460 трлн (4,6 × 1012) волн в секунду, фиолетового – около 710 трлн (7,1 × 1012). Между ними располагаются все остальные цвета радуги. Каждому свету соответствует своя частота.

По аналогии с парадоксом о смысле музыкального тона для глухого от рождения человека можно задаться столь же хитрым вопросом: что есть цвет для человека, рожденного слепым? И в этом случае ответом будет уникальная, со всей достоверностью определяемая частота световой волны, которую можно измерить и зафиксировать точно так же, как фиксируется музыкальный тон. При должной подготовке и знании физики слепой от рождения человек отличит розовый от малинового и кроваво-красного. При наличии хорошего спектрометра он сможет различать оттенки гораздо точнее, чем нетренированный человеческий глаз. Частоту 460 трлн герц зрячие люди интерпретируют как «красное». Но этой частотой (460 ТГц) и привычной интерпретацией все и исчерпывается. Здесь ничего больше нет, никакого чуда, каким бы красивым нам ни казалось это зрелище.

Подобно звукам, слишком высоким или низким для человеческого уха, есть частоты световых волн, или «цвета», выходящие за пределы нашего зрительного восприятия. Это диапазоны гораздо более высоких частот (порядка миллиарда миллиардов[8] – 1018 – волн в секунду у гамма-излучения) и гораздо более низких (менее одной волны в секунду у длинных радиоволн). Двигаясь по спектру световых волн от высоких частот к низким, мы встречаем широкие полосы с собственными названиями: гамма-излучение, рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны. Все эти волны распространяются в вакууме. Все являются такими же «полноценными» световыми волнами, что и обычный видимый свет.

Различные частотные диапазоны дают собственную картину астрономических явлений. Небо выглядит в разных лучах по-разному. Например, яркие звезды в гамма-диапазоне невидимы. Наоборот, фантастические гамма-барстеры, обнаруженные орбитальными обсерваториями, исследующими космос в гамма-диапазоне, практически незаметны в обычном видимом свете. Если бы мы до сих пор – как большую часть своего существования – наблюдали Вселенную только в видимом спектре, то не знали бы, что в ней есть источники гамма-излучения. Это относится и к источникам рентгеновского, ультрафиолетового, инфракрасного и радиоизлучения, а также экзотических нейтрино и космических лучей и, возможно, гравитационных волн[9].

Мы приспособлены воспринимать видимый свет. Такой вот световой шовинизм. Лишь к этому свету чувствителен человеческий глаз. Если бы в силу физической трансформации наши предки научились передавать и принимать радиоволны, то древние люди смогли бы общаться на огромных расстояниях, а овладение рентгеновским зрением позволило бы им заглядывать внутрь растений, животных, минералов и друг друга. Почему же наши глаза не обрели восприимчивости к излучению с другими частотами?

Любой материал, какой ни возьми, «склонен» поглощать свет определенных частот, и никаких других. У каждого вещества свои предпочтения. Свет и химический состав вещества имеют естественный резонанс. Свет определенных частот, например гамма-излучение, поглощают практически все материалы. Импульс гамма-излучения быстро слабеет из-за поглощения воздухом. Космические гамма-лучи, проделывающие гораздо более долгий путь в земной атмосфере, полностью поглощаются прежде, чем достигнут поверхности планеты. Здесь, на Земле, у нас очень темно – если смотреть в гамма-спектре, – кроме ближайших окрестностей таких объектов, как ядерные боеголовки. Чтобы увидеть гамма-лучи, идущие от центра Галактики, нужно поместить орган зрения в космосе. Это относится и к рентгеновским лучам, ультрафиолету и большей части инфракрасного диапазона.

Видимый свет, наоборот, плохо поглощается большинством материалов. Например, воздух практически проницаем для него. Это одна из причин, почему мы видим именно в этом диапазоне: излучение видимой части спектра проходит сквозь атмосферу и достигает нас. Гамма-зрение бесполезно в атмосфере, где все в этом диапазоне выглядело бы совершенно черным. Естественный отбор не ошибается.

Вторая причина: именно в диапазоне видимого излучения Солнце отдает основную часть своей энергии. Очень горячие звезды излучают преимущественно в ультрафиолетовом диапазоне, очень холодные – в инфракрасном. Солнце – по космическим меркам средняя звезда – излучает главным образом видимый свет, причем сильнее всего в области волн желтого цвета. И наш глаз демонстрирует поразительную точность настройки: именно к этой части спектра он наиболее чувствителен.

Может ли случиться так, что обитатели других планет видят совершенно в других диапазонах? На мой взгляд, едва ли. Практически все присутствующие в космосе в заметном количестве газы прозрачны для видимого света и полупрозрачны для близких к нему частот. Звезды, кроме самых холодных, отдают значительную, если не преобладающую, часть своей энергии на частотах видимой части спектра. Проницаемость материи и свечение звезд в одном и том же узком диапазоне частот только кажется случайным совпадением. Это соответствие наблюдается не только в Солнечной системе, но и повсюду во Вселенной и является следствием фундаментальных законов излучения, квантовой механики и ядерной физики. Могут быть и исключения, но я полагаю, что обитатели иных миров, если они вообще существуют, видят практически в том же диапазоне частот, что и мы[10].