Читать книгу "Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд"

Как мобильные телефоны едва не появились в викторианскую эпоху.

Земля, воздух, огонь и вода – классические элементы природы, известные еще с давних времен. Некоторые древние мыслители, достаточно прозорливые, чтобы понять, что четырех элементов мало, полагали, что в природе, возможно, есть еще пятый, квинтэссенция. Его часто называли эфиром (или даже «светящимся эфиром») и считали таинственной, волшебной, воздухоподобной субстанцией, чем-то вроде пустоты, которая заполняет нашу Вселенную, предположительно позволяя свету распространяться в пространстве. Только в 1887 году ученые поняли, что эфир – миф, а свет может проникать всюду без посредников[163]. Это соответствовало популярной тогда гипотезе о том, что на самом деле свет – разновидность электромагнитного излучения, имеющая волновую природу. А в начале XX века появился очень практичный способ мгновенной передачи информации на расстояние: радио.

Но так было не всегда. Несколько столетий назад о связи с людьми на далеких континентах никто и не думал. Жизнь была гораздо более локализована, и обычный разговор, в крайнем случае крик были достаточно эффективными способами донести свое сообщение до окружающих. Звук распространяется быстро, со скоростью чуть более 1200 км/ч, но его недостатки очевидны всем. Когда молния вспыхивает на другом конце города, раскаты грома доносятся до нас только через несколько секунд. Свет доходит до нас мгновенно, а звуку, который возникает практически одновременно с ним, необходимо около трех секунд, чтобы преодолеть километр расстояния.

Если бы мы полагались только на звуковые волны, современные виды связи были бы невозможны. Нам кажется, что Boeing-747 на большой высоте движется со скоростью несколько сантиметров в секунду, а ведь звук быстрее этого самолета всего на 30 %. Представьте себе разговор между Нью-Йорком и Лос-Анджелесом (разделенными почти 4000 км), при том что ваш голос распространялся бы со скоростью звука. Он бы летел меж облаков чуть быстрее реактивного самолета. Чтобы одно предложение дошло от одного собеседника до другого на таком расстоянии, потребовалось бы около 3 часов. И столько же шел бы ответ. Обычный разговор, когда собеседники обмениваются примерно 30 предложениями за две минуты, растянулся бы на четыре дня и ночи. Свет же превращает нашу Землю в маленькую точку. Луч света достигает Луны примерно за секунду, Солнца – за 10 минут, а Марса – за 20. Ограниченность скорости света становится понятна только тогда, когда мы начинаем мыслить межгалактическими и вселенскими масштабами.

Оглянитесь, и вы сразу увидите, что большая часть входящей информации попадает к вам на волшебном ковре электромагнитного излучения. Радио, телевидение, телефон и интернет основаны на электромагнитных волнах. Даже когда вы смотрите в окно, мечтая о будущем, ваши глаза получают информацию в виде световых волн и направляют ее на обработку в ваш мозг. Случайно ли, что разные виды электромагнитного излучения становятся незаменимыми переносчиками информации? Или здесь есть какая-то хитрость? И почему электромагнитные волны так быстро распространяются в пространстве?

Свет всегда был прав

Многие полагают, что связь со скоростью света – нечто принципиально новое, хотя даже мобильным телефонам, в которых данные передаются с помощью радиоволн, уже больше 40 лет[164]. Но на самом деле связь между людьми со световой скоростью – явление очень древнее. Вспомните доисторические способы связи с помощью сигнальных дымов или использовавшиеся во флоте семафорные флажки. А яркие костры, разведенные на вершинах холмов, чтобы сигнализировать о вторжении противника? А подмигивающие маяки или светящиеся семафоры на железной дороге? Так информация передается визуально, со световой скоростью, пусть и не всегда на значительное расстояние.

По иронии судьбы, развитие электричества сделало связь медленнее, а не быстрее, по крайней мере вначале. Отправить сообщение по проводам занимает больше времени, чем по воздуху в виде луча света. Ничего быстрее скорости света в природе не существует. Однако сначала именно электричество произвело революцию в связи. Люди даже попытались проложить подводный кабель между Великобританией и Северной Америкой. Но, когда линия была завершена, для передачи подписанного королевой Викторией первого трансатлантического сообщения понадобилось 16 с половиной часов вместо 12 дней. Позже такие сообщения передавались за считаные минуты[165]. Звучит впечатляюще, если только вы не вспомните, что лучу света для перелета из Лондона в Нью-Йорк нужны всего две сотые доли секунды[166].

После того как в XIX веке Майкл Фарадей и Томас Эдисон изобрели способы эффективной генерации электричества, телеграф стал популярным и практичным способом передачи информации. Но и у него были недостатки. Да, теперь вместо света для передачи сообщений стало использоваться электричество. Телеграф соединил разные страны, но отправка сообщений по нему требовала много времени – не в последнюю очередь потому, что слова приходилось переводить в специальные символы, азбуку Морзе. Сообщения передавались медленно, чтобы не возникало путаницы с точками и тире, которые их отображали[167]. Телефон частично улучшил ситуацию, но звонить на дальние расстояния по-прежнему было сложно. Каждый разговор должен был проходить через оператора, который постоянно переключал (коммутировал) провода на специальной панели.